emner:
- introduktion
- Logiske porte
- Kombinatoriske kredsløb og bilapplikationer
Forord:
Informationsbehandlingen af moderne motorkøretøjer er stort set, eller ikke helt, digital. Den digitale information består af elektriske spændinger, hvor der dannes et ja/nej eller tænd/sluk ud fra spændingsniveauet. I den interface elektronik er placeret på en A/D-konverter (Analog / Digital), hvor en sensorspænding konverteres til en digital meddelelse, som består af enere og nuller.
I digital elektronik taler vi om et logisk 1 eller et logisk 0. Spændingerne er på TTL niveau (Transistor Transistor Logic).
- Ja eller på: logisk 1: 5 volt
- Nej eller fra: logisk 0: 0 volt
Grundlæggende elektroniske kredsløb på ECU'er indeholder mange IC'er, der skaber logiske kredsløb. Disse logiske kredsløb indeholder logiske porte, som kan styres af CPU'en enten hardware eller software.
Logiske porte:
ALU (Aritmetic Logic Unit) er den centrale del af mikroprocessoren i en ECU. ALU'en udfører aritmetiske og logiske operationer. ALU'en kontrollerer også, hvor i hukommelsen den næste kommando for programmet, der skal udføres, er placeret.
ALU'en indeholder logiske porte, der ofte er konstrueret af siliciumhalvledere. De logiske porte kan udføre operationer inden for få nanosekunder ved hjælp af en binær kode; en kombination af enere og nuller. Dette giver en kommando, der består af to muligheder: til eller fra, ledende eller ikke-ledende. Flere kommandoer behandles samtidigt i ALU'en og arbejder sammen for at danne et "ord" med 8, 16 eller 32 bit, alt efter computerens arkitektur. Et ord er den største mængde data, der er lagret i et enkelt dataregister. Dette er mængden af data, der kan behandles af processoren på én gang.
Følgende grundlæggende operationer finder sted i en ALU:
- flytning af en eller flere bitpositioner til venstre eller højre (skift)
- udføre aritmetiske operationer på to ord, såsom addition eller addition (add);
- udføre logiske operationer på dataene (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Billederne nedenfor viser ALU'en som et symbol (venstre) og med IEC-symbolerne, der oversætter operationen fra A og B (indgående) til R (udgående).
NOT-, OR- og AND-portene, som vi ser i den højre ALU, er de mest almindelige porte, der bruges til at udføre logiske operationer. Der er porte, der er ud over disse tre grundlæggende porte. Det vender vi tilbage til senere på denne side. Med NOT-, OR- og AND-portene kan udfald af input forprogrammeres. Ved hjælp af et kredsløb, der sætter et svar som ja/nej eller sandt/falsk på for eksempel håndbremsens advarselslampe, kan lyset aktiveres ud fra to indgange.
- er håndbremsen trukket?
- er niveauet af bremsevæskebeholderen korrekt?
Hvis et eller begge svar kan besvares med "ja", tændes advarselslampen. Flere eksempler følger længere på denne side.
Tabellen nedenfor viser disse tre grundlæggende porte. På denne side bruger vi hovedsageligt de engelske navne (AND i stedet for EN) for ikke at skabe nogen forvirring for dig som læser, men begge er naturligvis korrekte. Det samme gælder for symbolerne (IEC og ANSI). Vi anvender IEC-symbolerne, men i amerikansk litteratur ser vi hovedsageligt ANSI-symbolerne. Følgende gælder også: bland dem ikke sammen og brug én type symbol.
Under tabellen er der givet en forklaring på egenskaberne for hver port, og sandhedstabellen viser, hvilke input der giver dig et output på 0 eller 1.
Nedenfor er forklaringen af de tre porte med symbolet og sandhedstabellen, der viser output for forskellige inputkombinationer.
OG port:
AND-porten (hollandsk: AND-port) kan have flere indgange, men har altid kun én udgang. På billedet ser vi input a og b. Det er muligt at sætte et 1 eller et 0 på begge indgange, uafhængigt af hinanden. Udgangen (Q) bliver 1, hvis begge indgange (a og b) er 1. I alle andre tilfælde er output Q 0.
- Med to indgange til AND-porten (i dette tilfælde input A og B) er der fire mulige kredsløb til at generere et output. Disse er vist i sandhedstabellen til højre for AND-portbilledet.
- Med fire indgange er der 16 muligheder;
- Med otte indgange er der endda 256 muligheder.
ELLER port:
OR-porten (hollandsk: OF-port) kan også have flere indgange med én udgang. Med en ELLER-gate er udgangen 1, hvis en af de to indgange er en 1, eller hvis begge indgange er en 1.
IKKE port:
NOT gate (hollandsk: NOT gate) fungerer som en inverter og har kun én indgang og udgang. Indgangssignalet inverteres: Når indgangssignalet er 1, bliver udgangssignalet 0 og omvendt.
Udover de nævnte kredsløb (AND, OR og NOT) kender vi også en række afledte logiske kredsløb. Med disse kredsløb kan vi kombinere to af de tidligere omtalte kredsløb til et kredsløb.
NAND gate:
Ikke-AND-porten er en OG-port efterfulgt af en IKKE-port. Udgangen er 1, hvis flere indgange har en 1. Kun når alle indgange har et 1, er udgangen et 0. Dette er præcis det modsatte af AND-porten, der blev diskuteret tidligere.
NOR gate:
Ikke-ELLER-porten (Ikke-ELLER-port) er en ELLER-port efterfulgt af en IKKE-port. Den kan have flere indgange og har kun én udgang. I dette kredsløb vil udgangen kun være 1, når begge indgange er 0.
XOR gate:
eXclusive-OR gate er en gate, hvis output er 1, når kun én indgang er 1. Når begge indgange har samme logiske tilstand, bliver udgangen 0. XOR-porten har aldrig mere end to indgange.
XNOR port:
eXclusive-OR-porten er udstyret med en NOT-port, hvilket gør den til en eXclusive-NOT-OR-port. Udgangen inverteres ved XOR-porten.
For hver IC er det vigtigt, at både en strømforsyning og jord er forbundet for at opnå et lukket kredsløb. Begge porte skal også modtage en spænding for at forhindre en flydende måling. Pull-up og pull-down modstande er nødvendige for at skifte indgange og udgange korrekt. Uden disse modstande kan portene forblive "aktive", mens de ikke kontrolleres. Portene er så ikke pålidelige.
Kombinatoriske kredsløb og bilapplikationer:
De digitale IC'er kan forbindes sammen ved at forbinde udgangen fra den ene IC til indgangen på den anden IC. Med disse kombinationer kan der laves kredsløb, der producerer en ønsket udgangskombination for enhver ønsket inputkombination. Når flere IC'er er forbundet sammen, taler vi om et kombinationskredsløb. For at få en fornemmelse af kombinationskredsløbene er der givet biltekniske eksempler nedenfor.
Lys advarselskredsløb:
Et praktisk eksempel på et kombinationskredsløb er lysadvarslen. Når tændingen er slået fra, og døren åbnes, mens de udvendige lys er tændt, skal føreren advares af en summer. AND-porten bruges til de tre indgangssignaler. Som beskrevet i det foregående afsnit skal alle indgange til OG-porten være 1 for at få et 1 på udgangen og aktivere buzzeren. Hvis en af de tre indgange til AND-porten er 0, forbliver udgangen 0, og summeren forbliver slukket.
- Lyskontakt: Når kontakten er slukket, vil input a vise et 0. Når parkerings- eller nærlyset er tændt, bliver dette en 1;
- Tændingslås: når tændingslåsen er slået til, vises et 1 på indgang b. Når tændingen er slået fra, et 0. I dette tilfælde inverterer NOT-porten 0'et til et 1 for at opnå det korrekte signal for OG-porten.
- Dørkontakt: når en dør er åben, skiftes signalet til jord. Ligesom med tændingskontakten skal 0'et vendes til et 1 for at OG-porten fungerer korrekt.
