Een 4-Bit Combinatieslot Ontwerpen met XOR & NOR Poorten

Onderdelen & Materialen

• 4001 quad NOR poort (Radio Shack catalogus # 276-2401)
• 4070 quad XOR poort (Radio Shack catalogus # 900-6906)
• Twee, acht-positie DIP-schakelaars (Radio Shack catalogus # 275-1301)
• Twee lichtgevende diodes (Radio Shack catalogus # 276-026 of equivalent)
• Vier 1N914 "schakel" diodes (Radio Shack catalogus # 276-1122)
• Tien 10 kΩ weerstanden
• Twee 470 Ω weerstanden
• Drukknopschakelaar, normaal open (Radio Shack catalogus # 275-1556)
• Twee 6 volt batterijen

Let op: De 4001 en 4070 IC's zijn CMOS en zeer gevoelig voor statische elektriciteit. Behandel met zorg.

Concept Overzicht

Dit experiment demonstreert hoe XOR-poorten als bit-comparators kunnen dienen in een eenvoudig 4-bit combinatieslot. Twee schakelaaropstellingen worden gebruikt: een houdt de geheime code, de ander stelt een gebruiker in staat een kandidaat-code in te voeren. De slotlogica vergelijkt de twee codes; een groene LED duidt op een match, terwijl een rode LED een mismatch aangeeft.

In een echte toepassing zou de sleutelcode-opstelling verborgen zijn voor het zicht en fysiek gescheiden van de data-invoer opstelling. Voor educatieve doeleinden kan het circuit op een enkel breadboard gebouwd worden met één 8-positie DIP-schakelaar gesplitst in twee 4-bit helften.

Leerdoelen

• XOR-poorten gebruiken als bit-comparators.
• Basale poortfuncties bouwen met diodes en pull-up/down weerstanden.
• NOR-poorten implementeren als gecontroleerde inverters.

Schematisch Diagram

Illustratie

Instructies

Het circuit gebruikt vier XOR-poorten om elk bit van twee 4-bit nummers te vergelijken die via de schakelaars worden ingevoerd. Wanneer de "Enter" drukknop ingedrukt wordt, worden de XOR-uitgangen gerouteerd door een diodenetwerk dat fungeert als een 4-invoer OR-poort. Als enige XOR-uitgang hoog is – wat een mismatch aangeeft – drijft het OR-netwerk een NOR-poort die de rode "No go" LED activeert. Als alle XOR-uitgangen laag zijn, staat de NOR-poort de groene "Go" LED toe te branden.

Omdat een 4-bit code slechts 16 mogelijke combinaties heeft, is dit slot eenvoudig en illustrerend. In een praktisch beveiligingssysteem zou de "No go" uitgang een alarm of afschrikking activeren om brute-force pogingen te verhinderen.

Bij het bouwen van het circuit, houd de sleutelcode-opstelling verborgen voor de gebruiker. In een educatieve setting kunnen de twee 8-positie DIP-schakelaars op aparte breadboards geplaatst worden, of een enkele 8-positie schakelaar kan in twee 4-bit helften gesplitst worden.

Let op: Een XOR-poort levert een hoog signaal alleen als de twee ingangen verschillen. Het diodenetwerk combineert de vier XOR-uitgangen in een enkel logica-niveau dat de NOR-poort kan verwerken. De uitgang van de NOR-poort wordt geconditioneerd door de drukknop, wat zorgt dat LEDs alleen activeren wanneer de gebruiker expliciet "Enter" indrukt.

Voor verbeterde beveiliging in een echt slot, overweeg een straf toe te voegen voor herhaalde foute pogingen – zoals een vertraging of hoorbaar alarm – om trial-and-error aanvallen te ontmoedigen.

Gerelateerd Werkblad

• CMOS Logische Poorten Werkblad