Предмети:
- въведение
- Логически порти
- Комбинаторни схеми и приложения в автомобилите
Предговор:
Обработката на информацията на съвременните моторни превозни средства е до голяма степен или не изцяло цифрова. Цифровата информация се състои от електрически напрежения, където да/не или включване/изключване се формира въз основа на нивото на напрежение. В интерфейсна електроника се намира на A/D преобразувател (аналогов / цифров), където напрежението на сензора се преобразува в цифрово съобщение, което се състои от единици и нули.
В цифровата електроника говорим за логическа 1 или логическа 0. Напреженията са на ниво TTL (Transistor Transistor Logic).
- Да или на: логично 1: 5 волта
- Не или изключено: логично 0: 0 волта
Основните електронни схеми на ECU съдържат много интегрални схеми, които създават логически вериги. Тези логически схеми съдържат логически портове, които могат да се управляват от процесора или хардуер, или софтуер.
Логически порти:
ALU (аритметично логическо устройство) е централната част на микропроцесора в ECU. ALU извършва аритметични и логически операции. ALU също така проверява къде в паметта се намира следващата команда на програмата, която трябва да бъде изпълнена.
ALU съдържа логически портове, които често са изградени от силициеви полупроводници. Логическите порти могат да извършват операции в рамките на няколко наносекунди, използвайки двоичен код; комбинация от единици и нули. Това дава команда, която се състои от две опции: включено или изключено, проводимо или непроводимо. Множество команди се обработват едновременно в ALU и работят заедно, за да образуват „дума“ с 8, 16 или 32 бита, в зависимост от компютърната архитектура. Една дума е най-голямото количество данни, съхранени в един регистър на данни. Това е количеството данни, което може да бъде обработено от процесора наведнъж.
Следните основни операции се извършват в ALU:
- преместване на една или повече битови позиции наляво или надясно (шифт)
- извършване на аритметични операции с две думи, като събиране или добавяне (добавяне);
- извършване на логически операции върху данните (И, ИЛИ, НЕ, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Изображенията по-долу показват ALU като символ (вляво) и със символите на IEC, които превеждат операцията от A и B (входящи) към R (изходящи).
Портовете НЕ, ИЛИ и И, които виждаме в дясното ALU, са най-често срещаните портове, използвани за извършване на логически операции. Има портове, които са в допълнение към тези три основни порта. Ще се върнем към това по-късно на тази страница. С портите НЕ, ИЛИ и И, резултатите от входовете могат да бъдат предварително програмирани. Чрез верига, която поставя отговор като да/не или вярно/невярно на, например, предупредителната светлина за ръчната спирачка, светлината може да се активира на базата на два входа.
- задействана ли е ръчната спирачка?
- правилно ли е нивото на резервоара за спирачна течност?
Ако на единия или двата отговора може да се отговори с „да“, предупредителната светлина се активира. Още примери следват по-нататък на тази страница.
Таблицата по-долу показва тези три основни порта. На тази страница използваме главно имената на английски (AND вместо EN), за да не създаваме объркване за вас като читател, но и двете разбира се са правилни. Същото важи и за символите (IEC и ANSI). Ние прилагаме символите на IEC, но в американската литература виждаме главно символите ANSI. Важи и следното: не ги смесвайте и използвайте един вид символ.
Под таблицата е дадено обяснение на свойствата на всяка врата и таблицата на истината показва кои входове ви дават изход 0 или 1.
По-долу е обяснението на трите врати със символа и таблицата на истината, показваща изходите за различни входни комбинации.
И порта:
И портата (на холандски: AND gate) може да има множество входове, но винаги има само един изход. На изображението виждаме входове a и b. Възможно е да зададете 1 или 0 на двата входа, независимо един от друг. Изходът (Q) става 1, ако и двата входа (a и b) са 1. Във всички останали случаи изходът Q е 0.
- С два входа на AND gate (в този случай вход A и B), има четири възможни вериги за генериране на изход. Те са показани в таблицата на истината, вдясно от изображението на портата И.
- С четири входа има 16 възможности;
- С осем входа има дори 256 възможности.
ИЛИ врата:
Портата ИЛИ (холандски: OF gate) също може да има множество входове с един изход. С ИЛИ врата изходът е 1, ако един от двата входа е 1 или ако и двата входа са 1.
НЕ порта:
NOT gate (холандски: NOT gate) функционира като инвертор и има само един вход и изход. Входният сигнал е обърнат: когато входният сигнал е 1, изходният сигнал става 0 и обратно.
В допълнение към споменатите схеми (И, ИЛИ и НЕ), познаваме и редица производни логически схеми. С тези вериги можем да комбинираме две от обсъдените по-рано вериги в една верига.
NAND порта:
Вратата Not-AND е врата И, последвана от врата НЕ. Изходът е 1, ако множество входове имат 1. Само когато всички входове имат 1, изходът е 0. Това е точно обратното на портата И, обсъдена по-рано.
NOR порта:
Вратата Не-ИЛИ (Врата без ИЛИ) е врата ИЛИ, последвана от врата НЕ. Може да има множество входове и само един изход. В тази схема изходът ще бъде само 1, когато и двата входа са 0.
XOR врата:
Вратата eXclusive-OR е врата, чийто изход е 1, когато само един вход е 1. Когато и двата входа имат едно и също логическо състояние, изходът става 0. Портата XOR никога няма повече от два входа.
XNOR порт:
Порталът за изключително ИЛИ е оборудван с порта НЕ, което го прави порта за ексклузивно НЕ-ИЛИ. Изходът е обърнат на портата XOR.
За всяка IC е важно захранването и земята да са свързани, за да се постигне затворена верига. И двата порта трябва също да получават напрежение, за да се предотврати плаващо измерване. За правилното превключване на входовете и изходите са необходими резистори за изтегляне и изтегляне надолу. Без тези резистори портовете могат да останат „активни“, без да се контролират. Тогава портовете не са надеждни.
Комбинаторни схеми и автомобилни приложения:
Цифровите ИС могат да бъдат свързани заедно чрез свързване на изхода на една ИС към входа на другата ИС. С тези комбинации могат да бъдат направени схеми, които произвеждат желана изходна комбинация за всяка желана входна комбинация. Когато множество ИС са свързани заедно, ние наричаме това комбинирана верига. За да добиете представа за комбинираните вериги, по-долу са дадени автомобилни технически примери.
Светлинна предупредителна верига:
Практически пример за комбинирана схема е тази на светлинното предупреждение. Когато запалването е изключено и вратата е отворена, докато външните светлини са включени, водачът трябва да бъде предупреден от зумер. Портата И се използва за трите входни сигнала. Както е описано в предишния раздел, всички входове към портата И трябва да бъдат 1, за да получите 1 на изхода и да активирате зумера. Ако един от трите входа на И портата е 0, изходът остава 0 и зумерът остава изключен.
- Превключвател за осветление: когато превключвателят е изключен, входът a ще покаже 0. Когато светлините за паркиране или късите светлини са включени, това става 1;
- Ключалка за запалване: когато ключалката за запалване е включена, на вход b се появява 1. Когато запалването е изключено, 0. В този случай портата НЕ обръща 0 в 1, за да получи правилния сигнал за вратата И.
- Превключвател на врата: когато вратата е отворена, сигналът се превключва към маса. Точно както при превключвателя за запалване, 0 трябва да бъде обърнат на 1, за да функционира правилно портата И.
