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

Конечно, вы тоже могли бы установить на свой компьютер программу ввода пароля, но я полагаю, что интереснее (и актуальнее для данной книги) реализовать все с помощью «железа». Я имею в виду цифровую клавиатуру, которая требует от пользователя ввести секретную комбинацию, прежде чем можно будет включить компьютер. Назову это устройство «кодовым замком», несмотря на то, что он ничего фактически не запирает. Он будет отключать кнопку подачи питания, которую вы обычно нажимаете в начале работы.

Если вы собираетесь реализовать этот проект до конца, то вам придется открыть системный блок, перерезать один провод и вставить собственную небольшую схему. Вы не будете касаться ни одной из плат внутри компьютера и поработаете только с проводом кнопки, которая включает системный блок, но, тем не менее, если вы купили новый компьютер, то такое вмешательство аннулирует гарантию. Лично я не отношусь к этому слишком серьезно, но если для вас это важно, то вот три варианта:

• Создать схему на макетной плате для своего удовольствия и на этом закончить проект.

• Испробовать схему на каком-либо другом устройстве.

• Установить схему в старом компьютере.

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр

• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)

• Слаботочный светодиод (1 шт.)

• Стандартный светодиод (1 шт.)

• Стабилизатор напряжения LM7805 (1 шт.)

• Логическая микросхема 74НС08 (1 шт.)

• Микросхема таймера 555 (1 шт.)

• Транзистор серии 2N2222 (1 шт.)

• Двухполюсное реле на два направления, на 9 В постоянного тока (1 шт.)

• Диоды серии 1N4001 (1 шт.) и 1N4148 (3 шт.)

• Резисторы с номиналами 330 Ом (1 шт.), 470 Ом (1 шт.), 1 кОм (1 шт.), 2,2 кОм (1 шт.), 10 кОм (6 шт.) и 1 МОм (1 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (1 шт.), 0,1 мкФ (1 шт.), 0,33 мкФ (1 шт.) и 10 мкФ (2 шт.)

• Кнопки (8 шт.)

• Необязательно: инструменты, чтобы открыть компьютер, просверлить четыре отверстия и сделать распилы между ними, создав прямоугольный вырез для клавиатуры (если вы желаете довести этот проект до конца). А также четыре маленьких винта, чтобы прикрепить клавиатуру к корпусу компьютера.

Полностью собранный макет устройства на плате изображен на рис. 4.103, но прежде чем вы начнете собирать его, давайте взглянем на электрическую схему.

Схема разделена на три секции:

1. Источник питания и три фиктивные кнопки.

2. Активные кнопки и логические элементы.

3. Выход.

На рис. 4.99 показана первая часть схемы. Она достаточно простая. Когда вы нажимаете кнопку А, напряжение 9 В подается на стабилизатор, который выдает 5 В на левую шину. Эта кнопка также подает 9 В на провод справа, обозначенный надписью «9 В пост, тока» (вскоре я объясню, зачем).

Кроме того, вы видите кнопки В, С и D, каждая из них подключена к отрицательной шине.

Теперь взгляните на рис. 4.100, на котором изображена центральная секция схемы с использованием логических символов. Мысленно присоедините ее к верхней части схемы с рис. 4.99.

Каждая из кнопок от Е до Н может подавать положительное напряжение на логический элемент И, левый вход которого нормально удерживается в низком состоянии с помощью резистора 10 кОм. Выход каждого предыдущего элемента соединен с входом следующего.

И наконец, на рис, 4.101 вы видите нижнюю секцию схемы, в которой выход последнего логического элемента И соединен с транзистором, запускающим таймер 555. Этот таймер управляет реле, а реле будет осуществлять блокировку и разблокировку компьютера (или любого другого устройства, имеющего простую кнопку включения-выключения).

Я задумал все так, чтобы вам приходилось нажимать кнопку А для активации схемы и продолжать удерживать ее нажатой, пока вы вводите секретную комбинацию цифр. Это преследует две цели: схема не потребляет энергии, когда вы не используете ее, и вы не сможете оставить ее включенной по ошибке.

Секретный код заключается в нажатии кнопок Е, F, G и Н в указанной последовательности, пока вы нажимаете кнопку А. Безусловно, если вы установите эту схему в реальности, то можете поменять расположение кнопок. Я расположил их так на макетной плате для упрощения.

Предположим, вы нажимаете кнопку А и нажимаете кнопку Е как первую в последовательности для разблокировки схемы. Из рис. 4.104 ясно, что кнопка Е подает 5 В напрямую на левый вход первого логического элемента И. В результате на левом входе устанавливается высокий логический уровень.

Потенциал на правом входе элемента И поддерживается высоким с помощью резистора 10 кОм. Итак, теперь оба входа элемента И в состоянии логической единицы и, следовательно, уровень на его выходе меняется с низкого на высокий.

Ток от выхода проходит через диод к левому входу. Вследствие этого вы можете отпустить кнопку Е и выход с элемента И будет удерживать левый вход в высоком состоянии. Этот логический элемент заблокировал себя подобно реле в эксперименте 15. Это можно сделать, поскольку он имеет собственный источник питания (не показанный на логической схеме), который поддерживает напряжение на выходе, несмотря на небольшое уменьшение входного напряжения.

Высокий выходной сигнал от первого элемента И поступает также к правому входу второго элемента И. Теперь на правом входе второго элемента И также присутствует высокий уровень, и если вы нажмете кнопку, чтобы подать логическую единицу на вход слева, то на выходе второго элемента И тоже появится высокий уровень. Заметьте, что кнопка не сработала бы раньше, поскольку вам нужен сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И, чтобы подать его на второй элемент И.

Итог:

• После того как вы нажимаете каждую кнопку, логический элемент И рядом с ней блокирует себя, и вы можете отпустить кнопку.

• Кнопки необходимо нажимать в определенной последовательности. Если вы нажмете четыре кнопки не в том порядке, то ничего не произойдет.

• В течение всего процесса следует удерживать кнопку А нажатой.

Теперь посмотрим на кнопки С, D и Е. Что произойдет, если вы нажмете любую из этих кнопок, пока вводите код для разблокировки схемы? Любая из этих кнопок понизит напряжение на правом входе первого логического элемента И. Как следствие, на выходе этого элемента И появится низкий уровень. Если ранее этот элемент блокировал себя, то теперь он становится разблокированным. Более того, низкий выходной сигнал с первого элемента И разблокирует второй элемент И, а низкий сигнал со второго элемента И разблокирует третий элемент И.