Aiheet:
- esittely
- Logiikkaportit
- Kombinatoriset piirit ja autosovellukset
Esipuhe:
Nykyaikaisten moottoriajoneuvojen tietojenkäsittely on suurelta osin tai ei kokonaan digitaalista. Digitaalinen tieto koostuu sähköjännitteistä, joissa jännitetason perusteella muodostuu kyllä/ei tai päälle/pois. Vuonna käyttöliittymäelektroniikka sijaitsee A/D-muuntimessa (analoginen/digitaalinen), jossa anturin jännite muunnetaan digitaaliseksi viestiksi, joka koostuu ykkösistä ja noloista.
Digitaalisessa elektroniikassa puhutaan loogisesta 1:stä tai loogisesta 0:sta. Jännitteet ovat TTL-tasolla (Transistor Transistor Logic).
- Kyllä tai päällä: looginen 1: 5 volttia
- Ei tai pois päältä: looginen 0: 0 volttia
ECU:n peruselektroniikkapiirit sisältävät monia IC:itä, jotka luovat logiikkapiirejä. Nämä loogiset piirit sisältävät logiikkaportteja, joita CPU voi ohjata joko laitteistolla tai ohjelmistolla.
Logiikkaportit:
ALU (Aritmetic Logic Unit) on ECU:n mikroprosessorin keskusosa. ALU suorittaa aritmeettisia ja loogisia operaatioita. ALU tarkistaa myös, missä muistissa on seuraava suoritettavan ohjelman komento.
ALU sisältää logiikkaportteja, jotka on usein rakennettu piipuolijohteista. Logiikkaportit voivat suorittaa toimintoja muutamassa nanosekunnissa käyttämällä binaarikoodia; ykkösten ja nollien yhdistelmä. Tämä antaa komennon, joka koostuu kahdesta vaihtoehdosta: on tai off, johtava tai ei-johtava. Useita komentoja käsitellään samanaikaisesti ALU:ssa ja ne toimivat yhdessä muodostaen "sanan", jossa on 8, 16 tai 32 bittiä tietokoneen arkkitehtuurin mukaan. Sana on suurin tietomäärä, joka on tallennettu yhteen tietorekisteriin. Tämä on datamäärä, jonka prosessori voi käsitellä kerralla.
Seuraavat perustoiminnot tapahtuvat ALU:ssa:
- yhden tai useamman bittipaikan siirtäminen vasemmalle tai oikealle (vaihto)
- aritmeettisten operaatioiden suorittaminen kahdelle sanalle, kuten yhteenlasku tai lisäys (add);
- suorittaa datalle loogisia operaatioita (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Alla olevissa kuvissa näkyy ALU symbolina (vasemmalla) ja IEC-symboleilla, jotka muuttavat toiminnon A:sta ja B:stä (saapuva) R:ksi (lähtevä).
Oikeassa ALU:ssa näkyvät NOT-, OR- ja AND-portit ovat yleisimpiä loogisten toimintojen suorittamiseen käytettyjä portteja. On portteja, jotka ovat näiden kolmen perusportin lisäksi. Palaamme tähän myöhemmin tällä sivulla. NOT-, OR- ja AND-porttien avulla tulojen tulokset voidaan ohjelmoida valmiiksi. Piirin avulla, joka asettaa vastauksen, kuten kyllä/ei tai tosi/epätosi, esimerkiksi käsijarrun varoitusvaloon, valo voidaan aktivoida kahden tulon perusteella.
- onko käsijarru päällä?
- onko jarrunestesäiliön taso oikea?
Jos toiseen tai molempiin vastauksiin voidaan vastata "kyllä", varoitusvalo syttyy. Lisää esimerkkejä seuraa tällä sivulla.
Alla oleva taulukko näyttää nämä kolme perusporttia. Tällä sivulla käytämme pääasiassa englanninkielisiä nimiä (AND EN:n sijaan), jotta emme aiheuta sinulle lukijalle hämmennystä, mutta molemmat ovat tietysti oikein. Sama koskee symboleja (IEC ja ANSI). Käytämme IEC-symboleja, mutta amerikkalaisessa kirjallisuudessa näemme pääasiassa ANSI-symboleja. Myös seuraava pätee: älä sekoita niitä ja käytä yhden tyyppistä symbolia.
Taulukon alla on selitetty kunkin portin ominaisuudet ja totuustaulukko näyttää mitkä tulot antavat sinulle lähdön 0 tai 1.
Alla on selitys kolmesta portista symbolilla ja totuustaulukolla, joka näyttää eri tuloyhdistelmien lähdöt.
JA portti:
JA-portilla (hollanniksi: AND-portilla) voi olla useita tuloja, mutta sillä on aina vain yksi lähtö. Kuvassa näkyy tulot a ja b. Molemmille tuloille on mahdollista asettaa 1 tai 0 toisistaan riippumatta. Lähdöstä (Q) tulee 1, jos molemmat tulot (a ja b) ovat 1. Kaikissa muissa tapauksissa lähtö Q on 0.
- JA-portin kahdella sisääntulolla (tässä tapauksessa tulo A ja B) on neljä mahdollista piiriä lähdön muodostamiseksi. Nämä näkyvät totuustaulukossa JA-portin kuvan oikealla puolella.
- Neljällä sisääntulolla on 16 mahdollisuutta;
- Kahdeksalla sisääntulolla on jopa 256 mahdollisuutta.
TAI portti:
OR-portilla (hollanniksi: OF gate) voi myös olla useita tuloja yhdellä lähdöllä. TAI-portilla lähtö on 1, jos toinen tuloista on 1, tai jos molemmat tulot ovat 1.
EI portti:
NOT-portti (hollanniksi: NOT gate) toimii invertterina ja sillä on vain yksi tulo ja lähtö. Tulosignaali käännetään: kun tulosignaali on 1, lähtösignaalista tulee 0 ja päinvastoin.
Mainittujen piirien (AND, OR ja NOT) lisäksi tunnemme myös useita johdannaislogiikkapiirejä. Näillä piireillä voimme yhdistää kaksi edellä mainituista piireistä yhdeksi piiriksi.
NAND-portti:
Ei-AND-portti on AND-portti, jota seuraa EI-portti. Lähtö on 1, jos useilla tuloilla on 1. Vain kun kaikilla tuloilla on 1, lähtö on 0. Tämä on täsmälleen päinvastoin kuin aiemmin käsitelty JA-portti.
NOR-portti:
Ei-OR-portti (ei-OR-portti) on TAI-portti, jota seuraa EI-portti. Siinä voi olla useita tuloja ja vain yksi lähtö. Tässä piirissä lähtö on vain 1, kun molemmat tulot ovat 0.
XOR-portti:
eXclusive-OR-portti on portti, jonka lähtö on 1, kun vain yksi tulo on 1. Kun molemmilla tuloilla on sama logiikkatila, lähdöstä tulee 0. XOR-portissa ei ole koskaan enemmän kuin kaksi tuloa.
XNOR-portti:
eXclusive-OR-portti on varustettu NOT-portilla, mikä tekee siitä eXclusive-NOT-OR-portin. Lähtö on käänteinen XOR-portissa.
Jokaisen IC:n kohdalla on tärkeää, että sekä virtalähde että maadoitus on kytketty suljetun piirin aikaansaamiseksi. Molempien porttien on myös saatava jännite kelluvan mittauksen estämiseksi. Pull-up ja pull-down vastukset tarvitaan kytkemään tuloja ja lähtöjä oikein. Ilman näitä vastuksia portit voivat pysyä "aktiivisina" ilman valvontaa. Tällöin portit eivät ole luotettavia.
Kombinatoriset piirit ja autosovellukset:
Digitaaliset IC:t voidaan kytkeä yhteen kytkemällä yhden IC:n lähtö toisen IC:n tuloon. Näillä yhdistelmillä voidaan tehdä piirejä, jotka tuottavat halutun lähtöyhdistelmän mille tahansa halutulle tuloyhdistelmälle. Kun useita IC:itä on kytketty yhteen, puhumme yhdistelmäpiiristä. Yhdistelmäpiireistä saa käsityksen alla on autojen teknisiä esimerkkejä.
Valon varoituspiiri:
Käytännön esimerkki yhdistelmäpiiristä on valovaroitus. Kun sytytysvirta katkaistaan ja ovi avataan ulkovalojen palaessa, kuljettajaa on varoitettava summerilla. JA-porttia käytetään kolmelle tulosignaalille. Kuten edellisessä osiossa kuvattiin, kaikkien JA-portin tulojen on oltava 1, jotta lähtöön saadaan 1 ja summeri aktivoituu. Jos yksi AND-portin kolmesta sisääntulosta on 0, lähtö pysyy 0:na ja summeri pysyy pois päältä.
- Valokytkin: kun kytkin on pois päältä, tulo a näyttää 0. Kun pysäköinti- tai lähivalot kytketään päälle, tästä tulee 1;
- Virtalukko: kun virtalukko on kytketty päälle, tuloon b ilmestyy 1. Kun sytytysvirta katkaistaan, 0. Tässä tapauksessa EI-portti kääntää 0:n 1:ksi saadakseen oikean signaalin JA-portille.
- Ovikytkin: kun ovi on auki, signaali kytkeytyy maahan. Aivan kuten virtalukon kohdalla, 0 on käännettävä 1:ksi, jotta JA-portti toimisi kunnolla.
Aiheeseen liittyvät sivut:
