Conception d'un verrou à combinaison 4 bits avec portes XOR et NOR

Conception d'un verrou à combinaison 4 bits avec portes XOR et NOR

Composants et matériel

• 4001 quadruple porte NOR (Radio Shack catalogue # 276-2401)
• 4070 quadruple porte XOR (Radio Shack catalogue # 900-6906)
• Deux interrupteurs DIP 8 positions (Radio Shack catalogue # 275-1301)
• Deux diodes électroluminescentes (Radio Shack catalogue # 276-026 ou équivalent)
• Quatre diodes de commutation 1N914 (Radio Shack catalogue # 276-1122)
• Dix résistances de 10 kΩ
• Deux résistances de 470 Ω
• Interrupteur poussoir, normalement ouvert (Radio Shack catalogue # 275-1556)
• Deux piles 6 volts

Attention : Les CI 4001 et 4070 sont CMOS et hautement sensibles à l'électricité statique. Manipulez avec soin.

Vue d'ensemble du concept

Cette expérience démontre comment les portes XOR peuvent servir de comparateurs de bits dans un verrou à combinaison 4 bits simple. Deux ensembles d'interrupteurs sont utilisés : l'un contient le code secret, l'autre permet à un utilisateur d'entrer un code candidat. La logique du verrou compare les deux codes ; une LED verte indique une correspondance, tandis qu'une LED rouge indique une différence.

Dans une application réelle, l'ensemble du code clé serait caché de la vue et physiquement séparé de l'ensemble de saisie de données. À des fins pédagogiques, le circuit peut être construit sur une seule plaque d'essai en utilisant un interrupteur DIP 8 positions divisé en deux moitiés de 4 bits.

Objectifs d'apprentissage

• Utiliser les portes XOR comme comparateurs de bits.
• Construire des fonctions de portes de base avec des diodes et des résistances de tirage haut/bas.
• Implémenter les portes NOR comme inverseurs contrôlés.

Schéma électrique

Illustration

Instructions

Le circuit utilise quatre portes XOR pour comparer chaque bit de deux nombres de 4 bits entrés via les interrupteurs. Lorsque le bouton poussoir « Entrée » est pressé, les sorties XOR sont routées à travers un réseau de diodes qui fonctionne comme une porte OR à 4 entrées. Si toute sortie XOR est haute — indiquant une différence — le réseau OR pilote une porte NOR qui active la rouge « Non ». Si toutes les sorties XOR sont basses, la porte NOR permet à la verte « Oui » de s'allumer.

Puisqu'un code 4 bits n'a que 16 combinaisons possibles, ce verrou est simple et illustratif. Dans un système de sécurité pratique, la sortie « Non » déclencherait une alarme ou un dissuasif pour prévenir les attaques par force brute.

Lors de la construction du circuit, gardez l'assemblage du code clé caché de l'utilisateur. Dans un cadre pédagogique, les deux interrupteurs DIP 8 positions peuvent être placés sur des plaques d'essai séparées, ou un seul interrupteur 8 positions peut être divisé en deux moitiés de 4 bits.

Note : Une porte XOR ne sort un signal haut que lorsque ses deux entrées diffèrent. Le réseau de diodes combine les quatre sorties XOR en un seul niveau logique que la porte NOR peut traiter. La sortie de la porte NOR est conditionnée par le bouton poussoir, assurant que les LED ne s'activent que lorsque l'utilisateur appuie explicitement sur « Entrée ».

Pour une sécurité accrue dans un verrou réel, envisagez d'ajouter une pénalité pour les tentatives incorrectes répétées — comme un délai ou une alarme sonore — pour décourager les attaques par essai-erreur.

Feuille de travail associée

• Feuille de travail : Portes logiques CMOS