HackerBox 0039: Subir de nível: 16 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Com HackerBox 0039, HackerBox Hackers em todo o mundo estão aproveitando as fontes de alimentação ATX para alimentar seus projetos, aprendendo como os transistores formam portas lógicas e explorando o conteúdo de cartões SIM celulares. Este Instructable contém informações para começar a usar o HackerBox # 0039, que pode ser adquirido aqui enquanto durarem os estoques. Se você gostaria de receber um HackerBox como este diretamente em sua caixa de correio a cada mês, inscreva-se em HackerBoxes.com e junte-se à revolução!

Tópicos e objetivos de aprendizagem para HackerBox 0039:

• Toque os níveis de tensão padrão de uma fonte de PC recuperada
• Converta 12 V DC em uma fonte de tensão de saída variável
• Monte seis portas lógicas diferentes usando transistores NPN
• Explore o conteúdo dos cartões SIM de celular
• Aceite ou lance desafios de moedas - estilo hacker

HackerBoxes é o serviço de caixa de assinatura mensal para eletrônicos DIY e tecnologia de computador. Somos amadores, criadores e experimentadores. Somos os sonhadores dos sonhos.

HACK THE PLANET

Etapa 1: Lista de conteúdo para HackerBox 0039

• Ruptura da fonte de alimentação ATX
• Conversor de energia DC para DC
• Caixa de acrílico para conversor de energia
• Três PCBs Transistor-to-Gate Exclusivos
• Kit de componentes para transistor para portas
• Bloco Terminal MicroUSB Fêmea
• Cabo MicroUSB
• Adaptador de cartão SIM de três vias
• Leitor e gravador de cartão SIM USB
• HackerBox Challenge Coin exclusivo
• Decalques para Transistor-to-Gates
• Transferência de vinil HackLife exclusiva

Algumas outras coisas que serão úteis:

• Ferro de soldar, solda e ferramentas básicas de solda
• Fonte de alimentação ATX recuperada

Mais importante ainda, você precisará de um senso de aventura, espírito hacker, paciência e curiosidade. Construir e experimentar com eletrônicos, embora muito gratificante, pode ser complicado, desafiador e até mesmo frustrante às vezes. O objetivo é o progresso, não a perfeição. Quando você persiste e aproveita a aventura, uma grande satisfação pode ser derivada deste hobby. Dê cada passo lentamente, preste atenção aos detalhes e não tenha medo de pedir ajuda.

Há uma grande quantidade de informações para membros atuais e potenciais nas Perguntas frequentes dos HackerBoxes. Quase todos os e-mails de suporte não técnico que recebemos já foram respondidos lá, portanto, agradecemos por dedicar alguns minutos para ler o FAQ.

Etapa 2: VERIFICAÇÃO DE MOEDAS

AS MOEDAS DE DESAFIO podem ser pequenas moedas ou medalhões, com a insígnia ou emblema de uma organização e carregados pelos membros da organização. Tradicionalmente, eles podem ser dados para provar a adesão quando desafiados e para aumentar o moral. Além disso, eles também são coletados por membros do serviço. Na prática, as moedas de desafio são normalmente apresentadas por comandantes de unidade em reconhecimento de conquistas especiais por um membro da unidade. Eles também são trocados em reconhecimento às visitas a uma organização. (Wikipedia)

Etapa 3: Transistores para portas

Os PCBs e o kit de peças do HackerBox Transistor-to-Gates ajudam a demonstrar e explorar como as portas lógicas são construídas a partir dos transistores.

Em dispositivos de lógica transistor-transistor (TTL), os transistores fornecem a funcionalidade lógica. Os circuitos integrados TTL foram amplamente usados em aplicações como computadores, controles industriais, equipamentos de teste e instrumentação, eletrônicos de consumo e sintetizadores. A série 7400 da Texas Instruments tornou-se particularmente popular. Os fabricantes de TTL ofereceram uma ampla variedade de portas lógicas, flip-flops, contadores e outros circuitos. Variações do projeto do circuito TTL original ofereceram maior velocidade ou menor dissipação de energia para permitir a otimização do projeto. Os dispositivos TTL foram originalmente feitos em embalagens de cerâmica e plástico dual-in-line (DIP) e em forma de embalagem plana. Os chips TTL agora também são feitos em pacotes de montagem em superfície. TTL tornou-se a base dos computadores e de outras eletrônicas digitais. Mesmo depois que os circuitos integrados de integração de muito grande escala (VLSI) tornaram obsoletos os processadores de placas de circuitos múltiplos, os dispositivos TTL ainda encontraram uso extensivo como interface lógica de colagem entre componentes mais densamente integrados. (Wikipedia)

PCBs de transistores para portas e conteúdo do kit:

• Três PCBs de transistores para porta exclusivos
• Decalques para circuitos de transistores para portas
• Dez transistores NPN 2N2222A (pacote TO-92)
• Dez resistores de 1K (marrom, preto, vermelho)
• Dez resistores de 10K (marrom, preto, laranja)
• Dez LEDs verdes de 5 mm
• Dez botões momentâneos táteis

Etapa 4: Buffer Gate

Um Buffer Gate é uma porta lógica básica que passa sua entrada, inalterada, para sua saída. Seu comportamento é o oposto de uma porta NOT. O principal objetivo de um buffer é regenerar a entrada. Um buffer tem uma entrada e uma saída; sua saída sempre é igual a sua entrada. Buffers também são usados para aumentar o atraso de propagação dos circuitos. (WikiChip)

O circuito buffer usado aqui é um excelente exemplo de como um transistor pode funcionar como uma chave. Quando o pino da Base é ativado, a corrente pode fluir do pino do Coletor para o pino do Emissor. Essa corrente passa (e ilumina) o LED. Por isso dizemos que a ativação da Base do transistor liga e desliga o LED.

NOTAS DE MONTAGEM

• Transistores NPN: pino do emissor na parte inferior do PCB, lado plano da caixa do transistor à direita
• LED: O pino curto é inserido em direção à rede de aterramento de energia (em direção à parte inferior do PCB)
• Resistores: a polaridade não importa, mas o posicionamento sim. Os resistores de base são de 10K Ohm e os resistores em linha com os LEDs são de 1K Ohm.
• Alimentação: conecte 5 VCC e aterramento aos blocos correspondentes na parte traseira de cada PCB

SIGA ESTAS CONVENÇÕES PARA TODAS AS TRÊS PCBs

Etapa 5: Inverter Gate

Uma porta do inversor ou uma porta NOT é uma porta lógica que implementa a negação lógica. Quando a entrada é BAIXA, a saída é ALTA e quando a entrada é ALTA, a saída é BAIXA. Os inversores são o núcleo de todos os sistemas digitais. Entender sua operação, comportamento e propriedades para um processo específico torna possível expandir seu projeto para estruturas mais complexas, como portas NOR e NAND. O comportamento elétrico de circuitos muito maiores e complexos pode ser derivado extrapolando o comportamento observado em inversores simples. (WikiChip)

Etapa 6: OR Gate

A porta OR é uma porta lógica digital que implementa disjunção lógica. Uma saída HIGH (1) resulta se uma ou ambas as entradas para o gate são HIGH (1). Se nenhuma entrada for alta, o resultado será uma saída BAIXA (0). Em outro sentido, a função OR encontra efetivamente o máximo entre dois dígitos binários, assim como a função complementar AND encontra o mínimo. (Wikipedia)

Etapa 7: Porta NOR

A porta NOR (NOT-OR) é uma porta lógica digital que implementa NOR lógico. Uma saída HIGH (1) resulta se ambas as entradas para a porta são LOW (0); se uma ou ambas as entradas forem HIGH (1), resultará em uma saída LOW (0). NOR é o resultado da negação do operador OR. Também pode ser visto como uma porta AND com todas as entradas invertidas. As portas NOR podem ser combinadas para gerar qualquer outra função lógica. Eles compartilham esta propriedade com o portão NAND. Por outro lado, o operador OR é monotônico, pois só pode mudar de LOW para HIGH, mas não vice-versa. (Wikipedia)

Etapa 8: AND Gate

A porta AND é uma porta lógica digital básica que implementa a conjunção lógica. Uma saída HIGH (1) resulta apenas se todas as entradas para a porta AND forem HIGH (1). Se nenhuma ou nem todas as entradas para a porta AND forem HIGH, o resultado será uma saída LOW. A função pode ser estendida a qualquer número de entradas. (Wikipedia)

Etapa 9: Porta NAND

A porta NAND (NOT-AND) é uma porta lógica que produz uma saída falsa apenas se todas as suas entradas forem verdadeiras. Sua saída é complementar à de uma porta AND. Uma saída LOW (0) resultará somente se todas as entradas para o gate forem HIGH (1); se alguma entrada for LOW (0), resultará em uma saída HIGH (1).

Pelo teorema de De Morgan, a lógica de uma porta NAND de duas entradas pode ser expressa como AB = A + B, tornando uma porta NAND equivalente a inversores seguida por uma porta OR.

A porta NAND é significativa porque qualquer função booleana pode ser implementada usando uma combinação de portas NAND. Essa propriedade é chamada de completude funcional. Ele compartilha esta propriedade com o portão NOR. Os sistemas digitais que empregam determinados circuitos lógicos aproveitam a integridade funcional do NAND.

(Wikipedia)

Etapa 10: XOR Gate

A porta XOR ou OU exclusivo é uma operação lógica que produz true apenas quando as entradas são diferentes (uma é verdadeira, a outra é falsa). Ele recebe o nome "ou exclusivo" porque o significado de "ou" é ambíguo quando ambos os operandos são verdadeiros; o exclusivo ou o operador exclui esse caso. Isso às vezes é considerado "um ou outro, mas não ambos". Isso pode ser escrito como "A ou B, mas não, A e B". (Wikipedia)

Embora o XOR seja uma porta lógica importante, ele pode ser construído a partir de outras portas mais simples. Conseqüentemente, não estamos construindo um aqui, mas podemos estudar este belo artigo para um circuito de porta XOR de transistor NPN como um primeiro exemplo de combinar as portas baseadas em transistor para fazer uma lógica mais complexa.

Etapa 11: Lógica Combinacional

A Lógica Combinacional, na teoria do circuito digital, às vezes é chamada de lógica independente do tempo porque não possui elementos de memória. A saída é uma função pura apenas da entrada atual. Isso contrasta com a lógica sequencial, na qual a saída depende não apenas da entrada atual, mas também do histórico da entrada. Em outras palavras, a lógica sequencial tem memória, enquanto a lógica combinacional não. A lógica combinacional é usada em circuitos de computador para realizar álgebra booleana em sinais de entrada e em dados armazenados. Os circuitos de computador práticos normalmente contêm uma mistura de lógica combinatória e sequencial. Por exemplo, a parte de uma unidade lógica aritmética, ou ALU, que faz cálculos matemáticos é construída usando a lógica combinacional. Outros circuitos usados em computadores, como somadores, multiplexadores, desmultiplexadores, codificadores e decodificadores também são feitos por meio de lógica combinacional. (Wikipedia)

Etapa 12: Quebra da fonte de alimentação ATX

As unidades de fonte de alimentação ATX convertem CA doméstica em energia CC regulada de baixa tensão para os componentes internos de um computador. Os computadores pessoais modernos usam universalmente fontes de alimentação comutadas. Uma ruptura da fonte de alimentação ATX é projetada para aproveitar as vantagens de uma fonte de alimentação ATX para criar uma fonte de alimentação de bancada com corrente suficiente para executar quase todos os seus projetos eletrônicos. Como as fontes de alimentação ATX são bastante comuns, elas geralmente podem ser facilmente recuperadas de um computador descartado e, portanto, custam pouco ou nada para adquirir. O breakout ATX se conecta ao conector ATX de 24 pinos e separa 3,3V, 5V, 12V e -12V. Esses trilhos de tensão e a referência de aterramento são acoplados a terminais de ligação de saída. Cada canal de saída tem um fusível 5A substituível

Etapa 13: Conversor Buck DC para DC de controle digital

A fonte de alimentação escalonada DC-DC tem tensão de saída ajustável e um display LCD.

• Chip de energia: MP2307 (folha de dados)
• Tensão de entrada: 5-23 V (máximo recomendado de 20 V)
• Tensão de saída: 0V-18V continuamente ajustável
• Salva automaticamente a última tensão definida
• A tensão de entrada deve ser cerca de 1 V superior à tensão de saída
• Corrente de saída: avaliado em 3A, mas 2A sem dissipação de calor

Calibração: Com a alimentação de entrada desligada, mantenha o botão esquerdo pressionado e ligue a alimentação. Quando o display começar a piscar, solte o botão esquerdo. Use um multímetro para medir a tensão de saída. Pressione os botões esquerdo e direito para ajustar a tensão até que o multímetro meça cerca de 5,00 V (4,98 V ou 5,02 V é bom). Durante o ajuste, ignore o display LCD da unidade. Depois de ajustada, desligue a unidade e ligue-a novamente. A calibração está concluída, mas pode ser repetida conforme necessário.

Etapa 14: MicroUSB Breakout

Este módulo quebra os pinos do conector MicroUSB para os parafusos VCC, GND, ID, D- e D + em um bloco de terminais.

Com relação ao sinal de ID, um cabo OTG (wikipedia) possui um plugue micro-A em uma extremidade e um plugue micro-B na outra. Não pode ter dois plugues do mesmo tipo. O OTG adicionou um quinto pino ao conector USB padrão, chamado ID-pin. O plugue micro-A tem o pino ID aterrado, enquanto o ID no plugue micro-B é flutuante. Um dispositivo com um plugue micro-A inserido torna-se um dispositivo OTG A, e um dispositivo com um plugue micro-B inserido se torna um dispositivo B. O tipo de plugue inserido é detectado pelo estado do ID do pino.

Etapa 15: Ferramentas SIM

Um Módulo de Identificação de Assinante (SIM), amplamente conhecido como cartão SIM, é um circuito integrado que se destina a armazenar com segurança o número de identidade do assinante móvel internacional (IMSI) e sua chave relacionada, que são usados para identificar e autenticar assinantes na telefonia móvel dispositivos (como telefones celulares e computadores). Também é possível armazenar informações de contato em muitos cartões SIM. Os cartões SIM são sempre usados em telefones GSM. Para telefones CDMA, os cartões SIM são necessários apenas para aparelhos com capacidade LTE mais recentes. Os cartões SIM também podem ser usados em telefones via satélite, relógios inteligentes, computadores ou câmeras. (Wikipedia)

O software MagicSIM Windows para adaptador USB pode ser usado com o dispositivo USB. Também há um driver para o chip USB Prolific PL2303, se necessário.

Etapa 16: viva o HackLife

Esperamos que você tenha gostado da viagem deste mês para a eletrônica DIY. Entre em contato e compartilhe seu sucesso nos comentários abaixo ou no Grupo HackerBoxes no Facebook. Certamente, deixe-nos saber se você tiver alguma dúvida ou precisar de ajuda com alguma coisa.

Junta-te à revolução. Viva o HackLife. Você pode obter uma caixa térmica com projetos de tecnologia de computador e eletrônicos hackeaveis entregue diretamente em sua caixa de correio a cada mês. Basta navegar até HackerBoxes.com e assinar o serviço mensal HackerBox.