المواضيع:
- مقدمة
- بوابات المنطق، بوابات منطقية
- الدوائر التوافقية وتطبيقات السيارات
مقدمة:
إن معالجة المعلومات في السيارات الحديثة هي إلى حد كبير، أو ليس بالكامل، رقمية. تتكون المعلومات الرقمية من الفولتية الكهربائية، حيث يتم تشكيل نعم/لا أو تشغيل/إيقاف بناءً على مستوى الجهد. في ال إلكترونيات الواجهة يوجد على محول A/D (تناظري/رقمي) حيث يتم تحويل جهد الحساس إلى رسالة رقمية تتكون من الآحاد والأصفار.
في الإلكترونيات الرقمية نتحدث عن منطقي 1 أو منطقي 0. تكون الفولتية عند مستوى TTL (منطق الترانزستور الترانزستور).
- نعم أو على: منطقي 1: 5 فولت
- لا أو إيقاف: منطقي 0: 0 فولت
تحتوي الدوائر الإلكترونية الأساسية في وحدات التحكم الإلكترونية على العديد من الدوائر المتكاملة التي تنشئ دوائر منطقية. تحتوي هذه الدوائر المنطقية على بوابات منطقية، والتي يمكن التحكم فيها بواسطة وحدة المعالجة المركزية إما الأجهزة أو البرامج.
بوابات المنطق، بوابات منطقية:
ALU (وحدة المنطق الحسابي) هي الجزء المركزي من المعالج الدقيق في وحدة التحكم الإلكترونية. تقوم وحدة ALU بتنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية. تتحقق وحدة ALU أيضًا من مكان وجود الأمر التالي للبرنامج الذي سيتم تنفيذه في الذاكرة.
تحتوي وحدة ALU على بوابات منطقية يتم بناؤها غالبًا من أشباه الموصلات السيليكونية. يمكن للبوابات المنطقية تنفيذ العمليات خلال بضع نانو ثانية باستخدام رمز ثنائي؛ مزيج من الآحاد والأصفار. وهذا يعطي أمرًا يتكون من خيارين: تشغيل أو إيقاف، موصل أو غير موصل. تتم معالجة أوامر متعددة في وقت واحد في وحدة ALU وتعمل معًا لتكوين "كلمة" مكونة من 8 أو 16 أو 32 بت، وفقًا لبنية الكمبيوتر. الكلمة هي أكبر كمية من البيانات المخزنة في سجل بيانات واحد. هذه هي كمية البيانات التي يمكن للمعالج معالجتها مرة واحدة.
تتم العمليات الأساسية التالية في ALU:
- تحريك موضع بت واحد أو أكثر إلى اليسار أو اليمين (التحول)
- إجراء العمليات الحسابية على كلمتين، مثل الجمع أو الإضافة (الإضافة)؛
- إجراء عمليات منطقية على البيانات (AND، OR، NOT، NAND، NOR، XOR، XNOR).
تُظهر الصور أدناه وحدة ALU كرمز (يسار) ومع رموز IEC التي تترجم العملية من A وB (الوارد) إلى R (الصادر).
إن بوابات NOT وOR وAND التي نراها في وحدة ALU اليمنى هي البوابات الأكثر شيوعًا المستخدمة لإجراء العمليات المنطقية. هناك منافذ تضاف إلى هذه المنافذ الأساسية الثلاثة. وسنعود إلى هذا لاحقًا في هذه الصفحة. باستخدام بوابات NOT وOR وAND، يمكن برمجة نتائج المدخلات مسبقًا. عن طريق دائرة تضع إجابة مثل نعم/لا أو صحيح/خطأ على ضوء تحذير فرامل اليد مثلاً، يمكن تفعيل الضوء بناءً على مدخلين.
- هل تم استخدام فرملة اليد؟
- هل مستوى خزان سائل الفرامل صحيح؟
إذا كان من الممكن الإجابة على إحدى الإجابتين أو كلتيهما بـ "نعم"، فسيتم تنشيط ضوء التحذير. مزيد من الأمثلة اتبع المزيد على هذه الصفحة.
ويبين الجدول أدناه هذه المنافذ الأساسية الثلاثة. في هذه الصفحة نستخدم بشكل أساسي الأسماء الإنجليزية (AND بدلاً من EN) حتى لا نخلق أي لبس بالنسبة لك كقارئ، ولكن كلاهما صحيحان بالطبع. وينطبق الشيء نفسه على الرموز (IEC وANSI). نحن نطبق رموز IEC، ولكن في الأدب الأمريكي نرى بشكل أساسي رموز ANSI. ينطبق ما يلي أيضًا: لا تخلط بينهم واستخدم نوعًا واحدًا من الرموز.
يوجد أسفل الجدول شرح لخصائص كل بوابة، ويوضح جدول الحقيقة المدخلات التي تعطيك مخرجات 0 أو 1.
يوجد أدناه شرح للبوابات الثلاثة مع الرمز وجدول الحقيقة، موضحًا مخرجات مجموعات الإدخال المختلفة.
والبوابة:
يمكن أن تحتوي بوابة AND (بالهولندية: AND gate) على عدة مدخلات، ولكن لها دائمًا مخرج واحد فقط. في الصورة نرى المدخلات أ و ب. من الممكن تعيين 1 أو 0 على كلا المدخلين، بشكل مستقل عن بعضهما البعض. يصبح الخرج (Q) 1 إذا كان كلا المدخلين (a وb) يساوي 1. وفي جميع الحالات الأخرى يكون الإخراج Q هو 0.
- مع وجود مدخلين للبوابة AND (في هذه الحالة المدخلان A وB)، توجد أربع دوائر محتملة لتوليد الخرج. تظهر هذه في جدول الحقيقة، على يمين صورة بوابة AND.
- مع أربعة مدخلات هناك 16 احتمالا؛
- مع ثمانية مدخلات هناك حتى 256 احتمالا.
بوابة أو:
يمكن أن تحتوي بوابة OR (بالهولندية: OF gate) أيضًا على عدة مدخلات ومخرج واحد. في بوابة OR، يكون الخرج 1 إذا كان أحد المدخلين 1، أو إذا كان كلا المدخلين 1.
ليس البوابة:
تعمل بوابة NOT (بالهولندية: NOT gate) كعاكس ولها مدخل ومخرج واحد فقط. يتم عكس إشارة الإدخال: عندما تكون إشارة الإدخال 1، تصبح إشارة الخرج 0 والعكس صحيح.
بالإضافة إلى الدوائر المذكورة (AND، OR، NOT)، فإننا نعرف أيضًا عددًا من الدوائر المنطقية المشتقة. باستخدام هذه الدوائر يمكننا دمج اثنتين من الدوائر التي تمت مناقشتها سابقًا في دائرة واحدة.
بوابة ناند:
بوابة Not-AND هي بوابة AND متبوعة ببوابة NOT. يكون الإخراج 1 إذا كانت المدخلات المتعددة تحتوي على 1. فقط عندما يكون لجميع المدخلات 1، يكون الإخراج 0. وهذا هو عكس بوابة AND التي تمت مناقشتها سابقًا.
بوابة ولا:
بوابة Not-OR (بوابة Non-OR) هي بوابة OR متبوعة ببوابة NOT. يمكن أن يكون لها مدخلات متعددة ولها مخرج واحد فقط. في هذه الدائرة سيكون الخرج 1 فقط عندما يكون كلا المدخلين 0.
بوابة XOR:
بوابة EXclusive-OR هي بوابة يكون خرجها 1 عندما يكون مدخل واحد فقط هو 1. عندما يكون لكلا المدخلين نفس الحالة المنطقية، يصبح الإخراج 0. لا تحتوي بوابة XOR أبدًا على أكثر من مدخلين.
منفذ اكسنور:
تم تجهيز البوابة الحصرية أو ببوابة NOT، مما يجعلها بوابة غير حصرية. يتم عكس الإخراج عند بوابة XOR.
بالنسبة لكل دائرة متكاملة، من المهم أن يتم توصيل كل من مصدر الطاقة والأرض لتحقيق دائرة مغلقة. يجب أن يتلقى كلا المنفذين أيضًا جهدًا كهربائيًا لمنع القياس العائم. مطلوب مقاومات سحب لأعلى وسحب لأسفل لتبديل المدخلات والمخرجات بشكل صحيح. وبدون هذه المقاومات، يمكن أن تظل المنافذ "نشطة" دون أن يتم التحكم فيها. ومن ثم لا يمكن الاعتماد على المنافذ.
الدوائر التوافقية وتطبيقات السيارات:
يمكن توصيل الدوائر المتكاملة الرقمية معًا عن طريق توصيل مخرج أحد الدوائر المتكاملة بمدخل الدائرة المتكاملة الأخرى. باستخدام هذه المجموعات، يمكن إنشاء دوائر تنتج مجموعة الإخراج المطلوبة لأي مجموعة إدخال مرغوبة. عندما يتم توصيل عدة دوائر متكاملة معًا، فإننا نتحدث عن دائرة مجمعة. للتعرف على الدوائر التوافقية، فيما يلي أمثلة تقنية للسيارات.
دائرة إنذار ضوئية:
من الأمثلة العملية على الدائرة التوافقية هو التحذير الضوئي. عند إيقاف تشغيل الإشعال وفتح الباب أثناء إضاءة المصابيح الخارجية، يجب تحذير السائق بواسطة صفارة. يتم استخدام بوابة AND لإشارات الإدخال الثلاثة. كما هو موضح في القسم السابق، يجب أن تكون جميع المدخلات إلى بوابة AND 1 للحصول على 1 في الخرج وتنشيط الجرس. إذا كان أحد المداخل الثلاثة لبوابة AND هو 0، فإن الخرج يظل 0 ويظل الجرس مغلقًا.
- مفتاح الضوء: عندما يتم إيقاف تشغيل المفتاح، سيعرض الإدخال "0". عندما يتم تشغيل أضواء ركن السيارة أو الضوء المنخفض، يصبح هذا الرقم 1؛
- قفل الإشعال: عند تشغيل قفل الإشعال، يظهر الرقم 1 على الإدخال b. عندما يتم إيقاف تشغيل الإشعال، يكون الرقم 0. في هذه الحالة، تقوم بوابة NOT بعكس الرقم 0 إلى 1 للحصول على الإشارة الصحيحة لبوابة AND.
- مفتاح الباب: عندما يكون الباب مفتوحًا، يتم تحويل الإشارة إلى الأرض. تمامًا كما هو الحال مع مفتاح الإشعال، يجب قلب الرقم 0 إلى 1 حتى تعمل بوابة AND بشكل صحيح.
