Diseño de una Cerradura de Combinación de 4 Bits con Puertas XOR y NOR

Diseño de una Cerradura de Combinación de 4 Bits con Puertas XOR y NOR

Partes y Materiales

• Puerta NOR cuádruple 4001 (Radio Shack catálogo # 276-2401)
• Puerta XOR cuádruple 4070 (Radio Shack catálogo # 900-6906)
• Dos interruptores DIP de 8 posiciones (Radio Shack catálogo # 275-1301)
• Dos diodos emisores de luz (Radio Shack catálogo # 276-026 o equivalente)
• Cuatro diodos de conmutación 1N914 (Radio Shack catálogo # 276-1122)
• Diez resistencias de 10 kΩ
• Dos resistencias de 470 Ω
• Interruptor pulsador, normalmente abierto (Radio Shack catálogo # 275-1556)
• Dos baterías de 6 voltios

Precaución: Los ICs 4001 y 4070 son CMOS y altamente sensibles a electricidad estática. Manipula con cuidado.

Visión General del Concepto

Este experimenta demuestra cómo las puertas XOR pueden servir como comparadores de bits en una simple cerradura de combinación de 4 bits. Dos conjuntos de interruptores se usan: uno guarda el código secreto, el otro permite al usuario ingresar un código candidato. La lógica de la cerradura compara los dos códigos; un LED verde indica coincidencia, mientras que un LED rojo indica discrepancia.

En una aplicación real, el conjunto de código clave estaría oculto a la vista y físicamente separado del conjunto de entrada de datos. Para propósitos educativos, el circuito puede construirse en un solo protoboard usando un interruptor DIP de 8 posiciones dividido en dos mitades de 4 bits.

Objetivos de Aprendizaje

• Usar puertas XOR como comparadores de bits.
• Construir funciones básicas de puertas con diodos y resistencias pull-up/down.
• Implementar puertas NOR como inversores controlados.

Diagrama Esquemático

Ilustración

Instrucciones

El circuito usa cuatro puertas XOR para comparar cada bit de dos números de 4 bits ingresados vía los interruptores. Cuando se presiona el pulsador "Enter", las salidas XOR se enrutan a través de una red de diodos que funciona como una puerta OR de 4 entradas. Si alguna salida XOR está alta —indicando una discrepancia— la red OR impulsa una puerta NOR que activa el LED rojo "No go". Si todas las salidas XOR están bajas, la puerta NOR permite que el LED verde "Go" se encienda.

Dado que un código de 4 bits tiene solo 16 combinaciones posibles, esta cerradura es simple e ilustrativa. En un sistema de seguridad práctico, la salida "No go" activaría una alarma o disuasorio para prevenir intentos de fuerza bruta.

Al construir el circuito, mantén el conjunto de código clave oculto del usuario. En un entorno educativo, los dos interruptores DIP de 8 posiciones pueden colocarse en protoboards separados, o un solo interruptor de 8 posiciones puede dividirse en dos mitades de 4 bits.

Nota: Una puerta XOR produce una señal alta solo cuando sus dos entradas difieren. La red de diodos combina las cuatro salidas XOR en un solo nivel lógico que la puerta NOR puede procesar. La salida de la puerta NOR está condicionada por el pulsador, asegurando que los LEDs solo se activen cuando el usuario presiona explícitamente "Enter".

Para seguridad mejorada en una cerradura real, considera agregar una penalización por intentos incorrectos repetidos —como un retraso o alarma audible— para disuadir ataques de prueba y error.

Hoja de Trabajo Relacionada

• Hoja de Trabajo de Puertas Lógicas CMOS