Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

• Коричневый цвет провода указывает на первичное напряжение 9 В от батареи или сетевого адаптера.

• Пурпурный или фиолетовый цвет – это провода от источника питания 9 В, который подключается либо с помощью реле, либо кнопкой А.

• Красный цвет – это шины 5 В постоянного тока, который обеспечивает стабилизатор напряжения.

После того как вы соберете схему, подключите 9-вольтовый источник питания, нажмите и удерживайте кнопку А. При этом зажигается красный светодиод, но больше ничего не происходит.

Пока вы удерживаете нажатой кнопку А, нажмите и отпустите каждую из кнопок Е, F, G и Н в указанной последовательности, сверху вниз. Когда вы завершите последовательность нажатий, загорится зеленый светодиод, показывая, что реле замкнуто, и вы успешно разблокировали устройство.

Отпустите кнопку А – светодиод должен продолжать гореть еще около 30 секунд, прежде чем схема автоматически отключится. Во время этого 30-секундного периода, если это устройство установлено в вашем компьютере, то у вас есть возможность запустить его.

После того как схема отключится, она совсем не потребляет энергии. При питании от 9-вольтовой батареи этот элемент питания прослужит без преувеличения несколько лет.

Попробуйте снова нажать кнопку питания и нажмите те же кодовые кнопки, но в другой последовательности. Также попробуйте нажать какие-либо из кнопок В, С и D. Зеленый светодиод не загорится и реле не сработает.

Предположим, вы вмонтировали в компьютер это устройство. Чтобы взломать код, кто-то должен знать, что:

• необходимо нажать и удерживать кнопку А во время ввода правильной последовательности;

• если нажать неправильную кнопку, то код необходимо ввести заново с самого начала;

• активными являются только кодовые кнопки Е, F, G и Н, и они должны быть нажаты именно в такой последовательности.

Что касается меня, то такое устройство выглядит очень секретным. Но если вы желаете увеличить секретность, то всегда сможете добавить еще больше кнопок!

Проверка схемы

Настройте мультиметр на прозвонку цепи и подключите его щупы (с помощью зажимов «крокодил» тестовых проводов) к выходу схемы, обозначенному «К компьютеру» на рис. 4.103. Эти два провода не несут никакого напряжения, и поэтому мультиметр должен быть установлен на прозвонку цепи, чтобы выяснить, замкнуты ли внутренние контакты реле.

Введите правильную кодовую комбинацию кнопок, и мультиметр должен подать звуковой сигнал. Отпустите кнопку А, и мультиметр должен продолжать подавать звуковой сигнал, пока таймер 555 питает реле. В конце цикла таймера реле размыкается и мультиметр прекращает подавать сигнал.

Вы можете установить мультиметр на измерение силы тока и подключить его между положительной клеммой батареи и точкой подачи 9 В на макетной плате. Пока не нажата кнопка А, мультиметр должен показывать отсутствие потребления энергии.

Разбираемся с диодами

Эта схема имеет два вида фиксации. Система для блокировки реле необычна, но удовлетворяет требованию, чтобы схема не потребляла ток, когда она не используется. Система, в которой логические элементы И блокируют сами себя, совсем другая.

Четвертый элемент И нет надобности фиксировать, потому что для запуска таймера необходим только короткий импульс (от кнопки Н). Но вот первые три элемента И необходимо заблокировать, чтобы удерживать их выходы положительными, после того как вы отпустите каждую из кнопок Е, F и G. Об этом позаботятся диоды, подавая ток с выходов логических элементов обратно на их входы.

Понимаете ли вы, в чем здесь сложность? Вспомните о том, что падение напряжения на диодах составляет около 0,7 В. Не забывайте и о том, что логический элемент должен четко разграничивать высокое и низкое состояния его входов. Если вы начнете добавлять диоды к логической схеме, не заботясь о тщательном контроле напряжения, то в конечном итоге это приведет к тому, что какой-либо логический элемент не сможет распознать состояние входа, которое должно быть высоким. Это такая же проблема, что и в эксперименте 15, где напряжение, уменьшаемое транзистором и следующим за ним диодом, могло нарушить запуск реле.

Если вы сомневаетесь, проверьте напряжение мультиметром и снова сверьтесь с диаграммой уровней, приведенной на рис. 4.98.

В описанной схеме кодового замка выход от каждого из первых трех элементов И просто соединен со входом элемента через один диод, и такая цепочка работает вполне надежно. Просто имейте в виду, что вы должны проявлять осторожность и рассудительность, когда сочетаете диоды с логическими микросхемами.

Возможно, вы задумаетесь – если диод не является формально правильным способом заставить логический элемент фиксировать себя, то каков же идеальный способ сделать это?

Один из вариантов может показаться таким – заменить каждый диод отрезком провода, чтобы возвращать сигнал на вход элемента. Зачем же тогда понадобились диоды?

Они выполняют важную роль. Если бы диод был заменен перемычкой, то положительное напряжение, подаваемое через кнопку, смогло бы также проходить и через этот провод, к выходу логического элемента.

Внимание!

Нельзя подавать напряжение на выход логического элемента.

Правильный вариант фиксации логического состояния в схеме – это триггер. Ранее нам уже встречался таймер, работающий в бистабильном режиме как триггер, поскольку мы уже имели дело с таймерами и мне хотелось продемонстрировать этот вариант применения. Но в данной схеме нет смысла добавлять четыре таймера 555 только для выполнения такой функции. Вы можете купить микросхемы с несколькими триггерами, а можете также сделать триггер, скомбинировав два логических элемента И-НЕ или два элемента ИЛИ-HE, как я покажу в эксперименте 22.

Для этой небольшой схемы, реализующей кодовый замок, мне хотелось минимизировать число микросхем и сложность. Диоды оказались самым простым решением.

Вопросы и ответы

При вводе правильного кода на выходе четвертого элемента И формируется положительный импульс. Почему я не подал этот сигнал напрямую на реле без добавления таймера?

Одна из причин состоит в том, что реле при включении потребляет ток, превышающий 20 мА, который может обеспечить элемент И. К тому же, мне хотелось получить от таймера импульс фиксированной длительности.

С этим разобрались, но зачем я добавил в схему транзистор? Потому что элемент И выдает положительный импульс, а таймеру на запускающем контакте необходим отрицательный перепад. Транзистор позволяет преобразовать высокий уровень в низкий. С помощью элемента НЕ (инвертора) можно достичь того же результата, но увеличилось бы количество микросхем.

В таком случае, почему я вместо элементов И не использовал элементы И-НЕ? На выходе таких логических элементов присутствует высокий уровень, который становится низким, когда уровень на обоих входах становится высоким. Кажется, это именно то, что необходимо таймеру 555. Благодаря элементу И-НЕ я мог бы избавиться от транзистора.

Да, верно, но