فاعل، موضوع:
- مقدمه
- درگاه های منطقی
- مدارهای ترکیبی و کاربردهای خودرو
معرفی:
پردازش اطلاعات وسایل نقلیه موتوری مدرن تا حد زیادی یا نه کاملاً دیجیتالی است. اطلاعات دیجیتال شامل ولتاژهای الکتریکی است که بر اساس سطح ولتاژ، بله/خیر یا روشن/خاموش تشکیل می شود. در الکترونیک رابط بر روی یک مبدل A/D (آنالوگ / دیجیتال) قرار دارد که در آن ولتاژ سنسور به یک پیام دیجیتالی متشکل از یک و صفر تبدیل می شود.
در الکترونیک دیجیتال ما در مورد یک منطقی 1 یا 0 منطقی صحبت می کنیم. ولتاژها در سطح TTL (منطق ترانزیستور ترانزیستور) هستند.
- بله یا روشن: منطقی 1: 5 ولت
- خیر یا خاموش: منطقی 0: 0 ولت
مدارهای الکترونیکی پایه روی ECU ها حاوی آی سی های زیادی هستند که مدارهای منطقی ایجاد می کنند. این مدارهای منطقی حاوی گیت های منطقی هستند که می توانند توسط CPU چه سخت افزاری و چه نرم افزاری کنترل شوند.
درگاه های منطقی:
ALU (واحد منطق حسابی) بخش مرکزی ریزپردازنده در یک ECU است. ALU عملیات حسابی و منطقی را انجام می دهد. ALU همچنین بررسی می کند که دستور بعدی برنامه ای که باید اجرا شود در کجای حافظه قرار دارد.
ALU حاوی گیت های منطقی است که اغلب از نیمه هادی های سیلیکونی ساخته می شوند. گیت های منطقی می توانند با استفاده از یک کد باینری عملیات را در عرض چند نانوثانیه انجام دهند. ترکیبی از یک ها و صفرها این دستوری را می دهد که از دو گزینه تشکیل شده است: روشن یا خاموش، رسانا یا غیر رسانا. چندین دستور به طور همزمان در ALU پردازش می شوند و با هم کار می کنند تا یک کلمه با 8، 16 یا 32 بیت را بر اساس معماری کامپیوتر تشکیل دهند. یک کلمه بزرگترین مقدار داده ذخیره شده در یک ثبت داده واحد است. این مقدار داده ای است که می تواند توسط پردازنده به طور همزمان پردازش شود.
عملیات اساسی زیر در یک ALU انجام می شود:
- حرکت یک یا چند موقعیت بیت به چپ یا راست (Shift)
- انجام عملیات حسابی روی دو کلمه، مانند جمع یا جمع (افزودن)؛
- انجام عملیات منطقی روی داده ها (AND، OR، NOT، NAND، NOR، XOR، XNOR).
تصاویر زیر ALU را به عنوان نماد (سمت چپ) و با نمادهای IEC نشان می دهند که عملیات را از A و B (ورودی) به R (خروجی) ترجمه می کنند.
گیت های NOT، OR و AND که در ALU سمت راست می بینیم رایج ترین گیت هایی هستند که برای انجام عملیات منطقی استفاده می شوند. پورت هایی هستند که علاوه بر این سه پورت اصلی هستند. بعداً در این صفحه به این موضوع باز خواهیم گشت. با دروازه های NOT، OR و AND، می توان نتایج ورودی ها را از قبل برنامه ریزی کرد. با استفاده از مداری که پاسخی مانند بله/خیر یا درست/نادرست را مثلاً چراغ هشدار ترمز دستی قرار می دهد، می توان چراغ را بر اساس دو ورودی فعال کرد.
- ترمز دستی زده است؟
- آیا سطح مخزن روغن ترمز صحیح است؟
اگر بتوان به یک یا هر دو پاسخ با "بله" پاسخ داد، چراغ هشدار فعال می شود. نمونه های بیشتر در ادامه این صفحه دنبال می شود.
جدول زیر این سه پورت اصلی را نشان می دهد. در این صفحه ما عمدتاً از نام های انگلیسی (AND به جای EN) استفاده می کنیم تا برای شما به عنوان خواننده سردرگمی ایجاد نشود، البته هر دو صحیح هستند. همین امر در مورد نمادها (IEC و ANSI) صدق می کند. ما نمادهای IEC را اعمال می کنیم، اما در ادبیات آمریکایی عمدتاً نمادهای ANSI را می بینیم. موارد زیر نیز صدق می کند: آنها را با هم مخلوط نکنید و از یک نوع نماد استفاده کنید.
در زیر جدول توضیحی در مورد خصوصیات هر گیت داده شده است و جدول صدق نشان می دهد که کدام ورودی خروجی 0 یا 1 را به شما می دهد.
در زیر توضیح سه گیت با نماد و جدول صدق آورده شده است که خروجی های ترکیب ورودی های مختلف را نشان می دهد.
و دروازه:
دروازه AND (به هلندی: AND gate) می تواند چندین ورودی داشته باشد، اما همیشه فقط یک خروجی دارد. در تصویر ورودی های a و b را می بینیم. امکان تنظیم 1 یا 0 در هر دو ورودی، مستقل از یکدیگر وجود دارد. خروجی (Q) 1 می شود اگر هر دو ورودی (a و b) 1 باشند. در تمام موارد دیگر خروجی Q 0 است.
- با دو ورودی دروازه AND (در این مورد ورودی A و B)، چهار مدار ممکن برای تولید یک خروجی وجود دارد. اینها در جدول حقیقت، در سمت راست تصویر دروازه AND نشان داده شده اند.
- با چهار ورودی 16 امکان وجود دارد.
- با هشت ورودی حتی 256 امکان وجود دارد.
دروازه یا دروازه:
دروازه OR (به هلندی: OF gate) همچنین می تواند چندین ورودی، با یک خروجی داشته باشد. با یک گیت OR، اگر یکی از دو ورودی 1 باشد، خروجی 1 است یا اگر هر دو ورودی 1 باشد.
دروازه نیست:
دروازه NOT (به هلندی: NOT gate) به عنوان یک اینورتر عمل می کند و تنها یک ورودی و خروجی دارد. سیگنال ورودی معکوس است: وقتی سیگنال ورودی 1 باشد، سیگنال خروجی 0 می شود و بالعکس.
علاوه بر مدارهای ذکر شده (AND، OR و NOT)، تعدادی مدار منطقی مشتق نیز می شناسیم. با این مدارها می‌توانیم دو مورد از مدارهای مورد بحث قبلی را در یک مدار ترکیب کنیم.
دروازه NAND:
دروازه Not-AND یک دروازه AND است که به دنبال آن یک دروازه NOT است. خروجی 1 است اگر چندین ورودی دارای 1 باشند. فقط زمانی که همه ورودی ها 1 داشته باشند، خروجی 0 است. این دقیقاً برعکس دروازه AND است که قبلاً بحث شد.
دروازه NOR:
دروازه Not-OR (Non-OR gate) یک دروازه OR است که به دنبال آن یک دروازه NOT قرار دارد. می تواند چندین ورودی داشته باشد و فقط یک خروجی دارد. در این مدار خروجی تنها زمانی 1 خواهد بود که هر دو ورودی 0 باشند.
دروازه XOR:
گیت eXclusive-OR گیتی است که خروجی آن 1 است در صورتی که تنها یک ورودی 1 باشد. وقتی هر دو ورودی حالت منطقی یکسانی داشته باشند، خروجی 0 می شود. گیت XOR هرگز بیش از دو ورودی ندارد.
پورت XNOR:
گیت eXclusive-OR مجهز به یک گیت NOT است که آن را به یک گیت exclusive-NOT-OR تبدیل می کند. خروجی در گیت XOR معکوس می شود.
برای هر آی سی مهم است که هم یک منبع تغذیه و هم اتصال زمین برای رسیدن به یک مدار بسته باشد. هر دو پورت همچنین باید یک ولتاژ دریافت کنند تا از اندازه گیری شناور جلوگیری شود. برای تعویض صحیح ورودی ها و خروجی ها به مقاومت های کششی و پایین آمدن نیاز است. بدون این مقاومت ها، پورت ها می توانند "فعال" باقی بمانند در حالی که کنترل نمی شوند. پس از آن پورت ها قابل اعتماد نیستند.
مدارهای ترکیبی و کاربردهای خودرو:
آی سی های دیجیتال را می توان با اتصال خروجی یک آی سی به ورودی آی سی دیگر به یکدیگر متصل کرد. با این ترکیبات می توان مدارهایی ساخت که برای هر ترکیب ورودی دلخواه، ترکیب خروجی دلخواه را تولید کنند. هنگامی که چندین آی سی به یکدیگر متصل می شوند، از یک مدار ترکیبی صحبت می کنیم. برای درک مدارهای ترکیبی، نمونه های فنی خودرو در زیر آورده شده است.
مدار هشدار نور:
یک مثال عملی از مدار ترکیبی، هشدار نور است. هنگامی که احتراق خاموش می شود و در باز می شود در حالی که چراغ های بیرونی روشن هستند، راننده باید با یک زنگ هشدار هشدار دهد. دروازه AND برای سه سیگنال ورودی استفاده می شود. همانطور که در بخش قبل توضیح داده شد، تمام ورودی‌های گیت AND باید 1 باشند تا یک عدد 1 در خروجی گرفته شود و صدای زنگ فعال شود. اگر یکی از سه ورودی دروازه AND 0 باشد، خروجی 0 باقی می ماند و زنگ خاموش می ماند.
- سوئیچ نور: هنگامی که سوئیچ خاموش است، ورودی a 0 را نشان می دهد. وقتی چراغ های پارکینگ یا کم نور روشن می شوند، این عدد 1 می شود.
- قفل احتراق: هنگامی که قفل احتراق روشن می شود، علامت 1 در ورودی b ظاهر می شود. هنگامی که احتراق خاموش است، 0. در این مورد، دروازه NOT 0 را به یک معکوس می کند تا سیگنال صحیح برای دروازه AND به دست آید.
- سوئیچ درب: هنگامی که یک در باز است، سیگنال به زمین سوئیچ می شود. درست مانند سوئیچ احتراق، 0 باید به 1 برگردد تا گیت AND به درستی کار کند.
