Teemad:
- Sissejuhatus
- Loogika väravad
- Kombinatoorsed ahelad ja autotööstuse rakendused
Eessõna:
Kaasaegsete mootorsõidukite infotöötlus on suures osas või mitte täielikult digitaalne. Digitaalne informatsioon koosneb elektripingetest, kus pingetasemest lähtuvalt moodustatakse jah/ei või sisse/välja. Aastal liidese elektroonika asub A/D muunduril (analoog/digitaalne), kus anduri pinge teisendatakse digitaalseks sõnumiks, mis koosneb ühtedest ja nullidest.
Digitaalses elektroonikas räägime loogilisest 1-st või loogilisest 0-st. Pinged on TTL tasemel (Transistor Transistor Logic).
- Jah või sisse: loogiline 1: 5 volti
- Ei või väljas: loogiline 0: 0 volti
ECU-de põhilised elektroonilised ahelad sisaldavad palju IC-sid, mis loovad loogikalülitusi. Need loogilised ahelad sisaldavad loogikaväravaid, mida saab juhtida CPU kas riist- või tarkvara abil.
Loogikaväravad:
ALU (aritmeetiline loogikaüksus) on ECU mikroprotsessori keskne osa. ALU teostab aritmeetilisi ja loogikatoiminguid. ALU kontrollib ka seda, kus mälus asub järgmine käivitatava programmi käsk.
ALU sisaldab loogilisi väravaid, mis on sageli valmistatud räni pooljuhtidest. Loogikaväravad suudavad binaarkoodi kasutades toiminguid sooritada mõne nanosekundi jooksul; ühtede ja nullide kombinatsioon. See annab käsu, mis koosneb kahest valikust: sees või väljas, juhtiv või mittejuhtiv. ALU-s töödeldakse samaaegselt mitut käsku, mis vastavalt arvuti arhitektuurile moodustavad 8-, 16- või 32-bitise sõna. Sõna on suurim hulk andmeid, mis on salvestatud ühte andmeregistrisse. See on andmete hulk, mida töötleja saab korraga töödelda.
ALU-s toimuvad järgmised põhitoimingud:
- ühe või mitme biti positsiooni liigutamine vasakule või paremale (nihutamine)
- kahe sõnaga aritmeetiliste toimingute sooritamine, näiteks liitmine või liitmine (add);
- andmetega loogiliste operatsioonide sooritamine (JA, VÕI, EI, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Allolevatel piltidel on ALU sümbolina (vasakul) ja IEC-sümbolitega, mis tõlgivad toimingu A-st ja B-st (sissetulev) R-ks (väljaminev).
EI-, VÕI- ja JA-väravad, mida näeme õiges ALU-s, on kõige levinumad väravad, mida kasutatakse loogiliste toimingute tegemiseks. On porte, mis on lisaks neile kolmele põhipordile. Tuleme selle juurde hiljem sellel lehel tagasi. Väravate NOT, OR ja AND abil saab sisendite tulemusi eelprogrammeerida. Skeemi abil, mis paneb näiteks käsipiduri hoiatustulele vastuse nagu jah/ei või tõene/väär, saab tule aktiveerida kahe sisendi alusel.
- kas käsipidur on rakendatud?
- kas pidurivedeliku paagi tase on õige?
Kui ühele või mõlemale vastusele saab vastata "jah", süttib hoiatustuli. Rohkem näiteid leiate sellelt lehelt.
Allolev tabel näitab neid kolme põhiporti. Sellel lehel kasutame peamiselt ingliskeelseid nimetusi (EN asemel AND), et mitte tekitada teile kui lugejale segadust, kuid mõlemad on loomulikult õiged. Sama kehtib ka sümbolite (IEC ja ANSI) kohta. Kasutame IEC sümboleid, kuid Ameerika kirjanduses näeme peamiselt ANSI sümboleid. Kehtib ka järgmine: ärge segage neid ja kasutage ühte tüüpi sümboleid.
Tabeli all on selgitus iga värava omaduste kohta ja tõesuse tabel näitab, millised sisendid annavad teile väljundi 0 või 1.
Allpool on kolme värava selgitus koos sümboli ja tõetabeliga, mis näitab erinevate sisendkombinatsioonide väljundeid.
JA värav:
JA-väraval (hollandi: AND-väraval) võib olla mitu sisendit, kuid sellel on alati ainult üks väljund. Pildil näeme sisendeid a ja b. Mõlemale sisendile on võimalik üksteisest sõltumatult määrata 1 või 0. Väljund (Q) muutub 1-ks, kui mõlemad sisendid (a ja b) on 1. Kõigil muudel juhtudel on väljund Q 0.
- JA-värava kahe sisendiga (antud juhul sisendiga A ja B) on väljundi genereerimiseks neli võimalikku ahelat. Need on näidatud tõetabelis, JA-värava pildist paremal.
- Nelja sisendiga on 16 võimalust;
- Kaheksa sisendiga on isegi 256 võimalust.
VÕI värav:
VÕI-väraval (hollandi keeles OF gate) võib olla ka mitu sisendit ühe väljundiga. VÕI-värava puhul on väljund 1, kui üks kahest sisendist on 1 või kui mõlemad sisendid on 1.
MITTE värav:
NOT värav (hollandi: NOT gate) toimib inverterina ja sellel on ainult üks sisend ja väljund. Sisendsignaal on inverteeritud: kui sisendsignaal on 1, muutub väljundsignaal 0-ks ja vastupidi.
Lisaks mainitud ahelatele (AND, OR ja NOT) on meile teada ka hulk tuletatud loogikalülitusi. Nende ahelatega saame ühendada kaks eelnevalt käsitletud vooluringi üheks vooluringiks.
NAND värav:
Mitte-JA värav on JA värav, millele järgneb EI värav. Väljund on 1, kui mitmel sisendil on 1. Ainult siis, kui kõigil sisenditel on 1, on väljund 0. See on täpselt vastupidine varem käsitletud JA-väravale.
NOR värav:
Mitte-VÕI värav (Mitte-OR-värav) on VÕI-värav, millele järgneb EI-värav. Sellel võib olla mitu sisendit ja ainult üks väljund. Selles vooluringis on väljund ainult 1, kui mõlemad sisendid on 0.
XOR-värav:
Eksklusiivne VÕI värav on värav, mille väljund on 1, kui ainult üks sisend on 1. Kui mõlemal sisendil on sama loogika olek, muutub väljund 0-ks. XOR-väraval ei ole kunagi rohkem kui kaks sisendit.
XNOR-port:
eXclusive-OR värav on varustatud EI-väravaga, mis teeb sellest eXclusive-NOT-OR värava. Väljund on ümberpööratud XOR-väravas.
Iga IC jaoks on oluline, et suletud vooluringi saavutamiseks oleks ühendatud nii toiteallikas kui ka maandus. Mõlemad pordid peavad saama ka pinget, et vältida ujuvat mõõtmist. Sisendite ja väljundite õigeks ümberlülitamiseks on vaja üles- ja allatõmbetakistid. Ilma nende takistiteta võivad pordid jääda "aktiivseks", kuigi neid ei kontrollita. Portid pole siis töökindlad.
Kombinatoorsed ahelad ja autotööstuse rakendused:
Digitaalseid IC-sid saab omavahel ühendada, ühendades ühe IC väljundi teise IC sisendiga. Nende kombinatsioonidega saab luua ahelaid, mis toodavad soovitud väljundkombinatsiooni mis tahes soovitud sisendikombinatsiooni jaoks. Kui mitu IC-d on omavahel ühendatud, räägime kombineeritud vooluringist. Kombineeritud ahelate tunnetamiseks on allpool toodud autotehnilised näited.
Valguse hoiatusahel:
Kombineeritud vooluahela praktiline näide on valgushoiatus. Kui süüde on välja lülitatud ja uks avatakse välistulede põlemise ajal, tuleb juhti hoiatada helisignaaliga. JA-väravat kasutatakse kolme sisendsignaali jaoks. Nagu eelmises jaotises kirjeldatud, peavad kõik JA-värava sisendid olema 1, et saada väljundile 1 ja aktiveerida sumist. Kui üks kolmest JA-värava sisendist on 0, jääb väljund 0-ks ja sumistik jääb väljalülitatuks.
- Valguslüliti: kui lüliti on välja lülitatud, kuvatakse sisendis a 0. Kui seisu- või lähituled on sisse lülitatud, muutub see väärtuseks 1;
- Süütelukk: kui süütelukk on sisse lülitatud, ilmub sisendisse b 1. Kui süüde on välja lülitatud, on 0. Sel juhul muudab EI-värav 0 väärtuse 1-ks, et saada JA-värava jaoks õige signaal.
- Ukselüliti: kui uks on avatud, lülitub signaal maandusele. Nii nagu süütelüliti puhul, tuleb JA-värava nõuetekohaseks toimimiseks muuta 0 1-ks.
