Asignaturas:
- Introducción
- Puertas lógicas
- Circuitos combinatorios y aplicaciones automotrices.
Introducción:
El procesamiento de información de los vehículos de motor modernos es en gran medida, o no totalmente, digital. La información digital consta de voltajes eléctricos, donde se forma un sí/no o un encendido/apagado en función del nivel de voltaje. En el electrónica de interfaz Está ubicado en un convertidor A/D (Analógico/Digital) donde el voltaje del sensor se convierte en un mensaje digital, que consta de unos y ceros.
En electrónica digital hablamos de un 1 lógico o un 0 lógico. Los voltajes están a nivel TTL (Transistor Transistor Logic).
- Sí o en: lógico 1: 5 voltio
- No o apagado: lógico 0: 0 voltio
Los circuitos electrónicos básicos de las ECU contienen muchos circuitos integrados que crean circuitos lógicos. Estos circuitos lógicos contienen puertas lógicas, que pueden ser controladas por la CPU, ya sea por hardware o por software.
Puertas lógicas:
La ALU (Unidad Lógica Aritmética) es la parte central del microprocesador en una ECU. La ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas. La ALU también verifica en qué parte de la memoria se encuentra el siguiente comando del programa a ejecutar.
La ALU contiene puertas lógicas que a menudo se construyen a partir de semiconductores de silicio. Las puertas lógicas pueden realizar operaciones en unos pocos nanosegundos utilizando un código binario; una combinación de unos y ceros. Esto da un comando que consta de dos opciones: encendido o apagado, conductor o no conductor. Varios comandos se procesan simultáneamente en la ALU y trabajan juntos para formar una “palabra” de 8, 16 o 32 bits, según la arquitectura del ordenador. Una palabra es la mayor cantidad de datos almacenados en un único registro de datos. Esta es la cantidad de datos que el procesador puede procesar a la vez.
Las siguientes operaciones básicas tienen lugar en una ALU:
- mover una o más posiciones de bits hacia la izquierda o hacia la derecha (shift)
- realizar operaciones aritméticas con dos palabras, como suma o suma (sumar);
- realizar operaciones lógicas sobre los datos (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Las imágenes siguientes muestran la ALU como símbolo (izquierda) y con los símbolos IEC que traducen la operación de A y B (entrante) a R (saliente).
Las puertas NOT, OR y AND que vemos en la ALU derecha son las puertas más comunes utilizadas para realizar operaciones lógicas. Hay puertos que se suman a estos tres puertos básicos. Volveremos a esto más adelante en esta página. Con las puertas NOT, OR y AND, los resultados de las entradas se pueden preprogramar. Mediante un circuito que pone una respuesta como sí/no o verdadero/falso al encendido, por ejemplo, del testigo del freno de mano, se puede activar la luz en base a dos entradas.
- ¿Está puesto el freno de mano?
- ¿El nivel del depósito de líquido de frenos es correcto?
Si una o ambas respuestas pueden responderse con “sí”, se activa la luz de advertencia. Más ejemplos siguen más adelante en esta página.
La siguiente tabla muestra estos tres puertos básicos. En esta página utilizamos principalmente los nombres en inglés (AND en lugar de EN) para no crear ninguna confusión para usted como lector, pero ambos son, por supuesto, correctos. Lo mismo se aplica a los símbolos (IEC y ANSI). Aplicamos los símbolos IEC, pero en la literatura estadounidense vemos principalmente los símbolos ANSI. También se aplica lo siguiente: no los mezcle y utilice un tipo de símbolo.
Debajo de la tabla se proporciona una explicación de las propiedades de cada puerta y la tabla de verdad muestra qué entradas dan una salida de 0 o 1.
A continuación se muestra la explicación de las tres puertas con el símbolo y la tabla de verdad, que muestra las salidas para diferentes combinaciones de entradas.
Y puerta:
La puerta AND (holandesa: puerta AND) puede tener varias entradas, pero siempre tiene una sola salida. En la imagen vemos las entradas a y b. Es posible establecer un 1 o un 0 en ambas entradas, independientemente una de otra. La salida (Q) se vuelve 1 si ambas entradas (a y b) son 1. En todos los demás casos la salida Q es 0.
- Con dos entradas de la puerta AND (en este caso las entradas A y B), existen cuatro circuitos posibles para generar una salida. Estos se muestran en la tabla de verdad, a la derecha de la imagen de la puerta AND.
- Con cuatro entradas hay 16 posibilidades;
- Con ocho entradas existen incluso 256 posibilidades.
O puerta:
La puerta OR (holandesa: puerta OF) también puede tener múltiples entradas, con una salida. Con una puerta OR, la salida es 1 si una de las dos entradas es 1, o si ambas entradas son 1.
NO puerta:
La puerta NOT (en holandés: puerta NOT) funciona como un inversor y tiene una sola entrada y salida. La señal de entrada se invierte: cuando la señal de entrada es 1, la señal de salida pasa a ser 0 y viceversa.
Además de los circuitos mencionados (Y, O y NO), también conocemos varios circuitos de lógica derivada. Con estos circuitos podemos combinar dos de los circuitos comentados anteriormente en un solo circuito.
Puerta NAND:
La puerta Not-AND es una puerta AND seguida de una puerta NOT. La salida es 1 si varias entradas tienen un 1. Sólo cuando todas las entradas tienen un 1, la salida es un 0. Esto es exactamente lo opuesto a la puerta AND discutida anteriormente.
Puerta NOR:
La puerta Not-OR (puerta No-OR) es una puerta O seguida de una puerta NO. Puede tener múltiples entradas y solo una salida. En este circuito la salida sólo será 1 cuando ambas entradas sean 0.
Puerta XOR:
La puerta eXclusive-OR es una puerta cuya salida es 1 cuando solo una entrada es 1. Cuando ambas entradas tienen el mismo estado lógico, la salida se convierte en 0. La puerta XOR nunca tiene más de dos entradas.
Puerto XNOR:
La puerta eXclusive-OR está equipada con una puerta NOT, lo que la convierte en una puerta eXclusive-NOT-OR. La salida se invierte en la puerta XOR.
Para cada IC es importante que tanto la fuente de alimentación como la tierra estén conectadas para lograr un circuito cerrado. Ambos puertos también deben recibir voltaje para evitar una medición flotante. Se requieren resistencias pull-up y pull-down para conmutar las entradas y salidas correctamente. Sin estas resistencias, los puertos pueden permanecer "activos" sin estar controlados. Entonces los puertos no son fiables.
Circuitos combinatorios y aplicaciones de automoción:
Los circuitos integrados digitales se pueden conectar entre sí conectando la salida de un circuito integrado a la entrada del otro circuito integrado. Con estas combinaciones, se pueden crear circuitos que produzcan una combinación de salida deseada para cualquier combinación de entrada deseada. Cuando se conectan varios circuitos integrados, hablamos de un circuito combinacional. Para tener una idea de los circuitos combinacionales, a continuación se ofrecen ejemplos técnicos de automoción.
Circuito de advertencia luminosa:
Un ejemplo práctico de circuito combinacional es el del aviso luminoso. Cuando se corta el contacto y se abre la puerta mientras las luces exteriores están encendidas, se debe advertir al conductor mediante un timbre. La puerta AND se utiliza para las tres señales de entrada. Como se describe en la sección anterior, todas las entradas a la puerta AND deben ser 1 para obtener un 1 en la salida y activar el zumbador. Si una de las tres entradas a la puerta AND es 0, la salida permanece en 0 y el zumbador permanece apagado.
- Interruptor de luz: cuando el interruptor está apagado, la entrada a mostrará un 0. Cuando se encienden las luces de estacionamiento o de cruce, se convierte en 1;
- Cerradura de encendido: cuando se activa la cerradura de encendido, aparece un 1 en la entrada b. Cuando se apaga el encendido, un 0. En este caso, la puerta NOT invierte el 0 en un 1 para obtener la señal correcta para la puerta AND.
- Interruptor de puerta: cuando se abre una puerta, la señal se conmuta a tierra. Al igual que con el interruptor de encendido, el 0 debe invertirse a 1 para que la puerta AND funcione correctamente.
