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设计4位组合锁:基于XOR与NOR门

设计4位组合锁:基于XOR与NOR门

元件与材料

警告: 4001和4070 IC为CMOS,高度敏感于静电。小心操作。

概念概述

本实验演示XOR门如何作为位比较器用于简单4位组合锁。使用两组开关:一组保存密码,另一组供用户输入候选密码。锁逻辑比较两个密码;绿LED指示匹配,红LED指示不匹配。

实际应用中,密码开关组件将隐藏并物理隔离于数据输入组件。为教学目的,电路可构建在单个面包板上,用一个8位DIP开关分为两个4位半。

学习目标

原理图

设计4位组合锁:基于XOR与NOR门

实物接线图

设计4位组合锁:基于XOR与NOR门

实验步骤

电路使用四个XOR门比较通过开关输入的两个4位数的每一位。按下"确认"按钮时,XOR输出通过二极管网络,其功能为4输入或门。若任意XOR输出高——指示不匹配——或门网络驱动NOR门点亮红"禁入"LED。若所有XOR输出均低,NOR门允许绿"通过"LED点亮。

因4位密码仅有16种组合,此锁简单且具说明性。实际安防系统中,"禁入"输出将触发警报或威慑以防暴力尝试。

构建电路时,保持密码组件对用户隐藏。教学环境中,两个8位DIP开关可放在分开面包板,或单个8位开关分为两个4位半。

注:XOR门仅当两输入不同时输出高。二极管网络将四个XOR输出合并为单一逻辑电平供NOR门处理。NOR门输出由按钮调节,确保LED仅在用户显式按下"确认"时激活。

为增强实际锁安全性,考虑对重复错误尝试添加惩罚——如延迟或声音报警——以阻止试错攻击。

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