Viðfangsefni:
- Inngangur
- Rökfræðileg hlið
- Samsettar hringrásir og bifreiðaforrit
Kynning:
Upplýsingavinnsla nútíma vélknúinna ökutækja er að mestu, eða ekki að öllu leyti, stafræn. Stafrænu upplýsingarnar samanstanda af rafspennum þar sem já/nei eða kveikt/slökkt myndast miðað við spennustigið. Í viðmót rafeindatækni er staðsettur á A/D breyti (Analog / Digital) þar sem skynjaraspennu er breytt í stafræn skilaboð, sem samanstanda af einum og núllum.
Í stafrænni rafeindatækni er talað um rökrænt 1 eða rökrænt 0. Spennurnar eru á TTL stigi (Transistor Transistor Logic).
- Já eða á: rökrétt 1: 5 volt
- Nei eða slökkt: rökrétt 0: 0 volt
Grunn rafrásir á ECU innihalda marga IC sem búa til rökrásir. Þessar rökrænu hringrásir innihalda rökfræðileg hlið, sem hægt er að stjórna af örgjörvanum annað hvort vélbúnaði eða hugbúnaði.
Rökfræðileg hlið:
ALU (Aritmetic Logic Unit) er miðhluti örgjörvans í ECU. ALU framkvæmir talna- og rökfræðiaðgerðir. ALU athugar einnig hvar í minninu næsta skipun forritsins sem á að framkvæma er staðsett.
ALU inniheldur rökfræðileg hlið sem eru oft smíðuð úr sílikon hálfleiðurum. Rökhliðin geta framkvæmt aðgerðir innan nokkurra nanósekúndna með því að nota tvöfaldan kóða; sambland af einum og núllum. Þetta gefur skipun sem samanstendur af tveimur valkostum: kveikt eða slökkt, leiðandi eða ekki leiðandi. Nokkrar skipanir eru unnar samtímis í ALU og vinna saman til að mynda „orð“ með 8, 16 eða 32 bita, samkvæmt tölvuarkitektúrnum. Orð er mesta magn gagna sem geymt er í einni gagnaskrá. Þetta er magn gagna sem vinnsluaðilinn getur unnið í einu.
Eftirfarandi grunnaðgerðir fara fram í ALU:
- færa eina eða fleiri bitastöður til vinstri eða hægri (shift)
- framkvæma reikningsaðgerðir á tveimur orðum, svo sem samlagningu eða samlagningu (bæta við);
- framkvæma rökréttar aðgerðir á gögnunum (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Myndirnar hér að neðan sýna ALU sem tákn (vinstri) og með IEC-táknum sem þýða aðgerðina frá A og B (komandi) yfir í R (útgefin).
NOT, OR og AND hliðin sem við sjáum í hægri ALU eru algengustu hliðin sem notuð eru til að framkvæma rökréttar aðgerðir. Það eru hafnir sem eru til viðbótar þessum þremur grunnhöfnum. Við munum koma aftur að þessu síðar á þessari síðu. Með NOT, OR og AND hliðunum er hægt að forforrita niðurstöður inntaks. Með hringrás sem setur svar eins og já/nei eða satt/ósatt á td handbremsuviðvörunarljósið er hægt að kveikja á ljósinu miðað við tvö inntak.
- er handbremsan á?
- er hæð bremsuvökvageymisins rétt?
Ef hægt er að svara öðru eða báðum svörum með „já“ kviknar viðvörunarljósið. Fleiri dæmi fylgja hér á síðunni.
Taflan hér að neðan sýnir þessar þrjár grunnhöfn. Á þessari síðu notum við aðallega ensku nöfnin (AND í stað EN) til að skapa ekki rugling hjá þér sem lesanda, en bæði eru auðvitað rétt. Sama á við um táknin (IEC og ANSI). Við notum IEC táknin, en í bandarískum bókmenntum sjáum við aðallega ANSI táknin. Eftirfarandi á einnig við: ekki blanda þeim saman og nota eina tegund af táknum.
Fyrir neðan töfluna er útskýring á eiginleikum hvers hliðs og sannleikstaflan sýnir hvaða inntak gefur þér úttakið 0 eða 1.
Hér að neðan er útskýringin á hliðunum þremur með tákninu og sannleikatöflunni, sem sýnir úttak fyrir mismunandi inntakssamsetningar.
OG hlið:
OG hliðið (hollenska: OG hliðið) getur haft mörg inntak, en hefur alltaf aðeins eitt úttak. Á myndinni sjáum við inntak a og b. Það er hægt að setja 1 eða 0 á báðum inntakunum, óháð hvort öðru. Úttakið (Q) verður 1 ef bæði inntak (a og b) eru 1. Í öllum öðrum tilvikum er úttakið Q 0.
- Með tveimur inntakum AND hliðsins (í þessu tilfelli inntak A og B) eru fjórar mögulegar hringrásir til að búa til úttak. Þetta er sýnt í sannleikstöflunni, hægra megin á OG hlið myndinni.
- Með fjórum inntakum eru 16 möguleikar;
- Með átta inntak eru jafnvel 256 möguleikar.
EÐA hlið:
OR hliðið (hollenska: OF hliðið) getur einnig haft mörg inntak, með einum útgangi. Með OR hliði er úttakið 1 ef annað inntakanna tveggja er 1, eða ef bæði inntakið er 1.
EKKI hlið:
NOT hliðið (hollenska: NOT hlið) virkar sem inverter og hefur aðeins eitt inntak og úttak. Inntaksmerkinu er snúið við: þegar inntaksmerkið er 1 verður úttaksmerkið 0 og öfugt.
Til viðbótar við rásirnar sem nefnd eru (AND, OR og NOT), þekkjum við líka fjölda afleiddra rökrása. Með þessum hringrásum getum við sameinað tvær af áður ræddum hringrásum í eina hringrás.
NAND hlið:
Ekki-AND hliðið er OG hlið sem fylgt er eftir með EKKI hliði. Úttakið er 1 ef mörg inntak hafa 1. Aðeins þegar öll inntak er með 1 er úttakið 0. Þetta er nákvæmlega andstæða OG hliðinu sem rætt var um áðan.
NOR hlið:
Ekki-OR hliðið (Non-OR hlið) er OR hlið sem fylgt er eftir með EKKI hliði. Það getur haft mörg inntak og hefur aðeins eitt úttak. Í þessari hringrás verður úttakið aðeins 1 þegar bæði inntakin eru 0.
XOR hlið:
eXclusive-OR hliðið er hlið þar sem úttakið er 1 þegar aðeins eitt inntak er 1. Þegar bæði inntakin hafa sama rökfræðilega ástand, verður úttakið 0. XOR hliðið hefur aldrei fleiri en tvö inntak.
XNOR tengi:
eXclusive-OR hliðið er búið NOT hliði, sem gerir það að eXclusive-NOT-OR hliði. Úttakinu er snúið við við XOR hliðið.
Fyrir hvern IC er mikilvægt að bæði aflgjafi og jörð séu tengd til að ná lokaðri hringrás. Bæði tengi verða einnig að fá spennu til að koma í veg fyrir fljótandi mælingu. Uppdráttar- og niðurdráttarviðnám eru nauðsynlegar til að skipta um inntak og úttak á réttan hátt. Án þessara viðnáma geta tengin verið „virk“ á meðan þeim er ekki stjórnað. Hafnirnar eru þá ekki áreiðanlegar.
Samsettar hringrásir og bifreiðaforrit:
Stafrænu IC er hægt að tengja saman með því að tengja úttak eins IC við inntak hins IC. Með þessum samsetningum er hægt að búa til hringrásir sem framleiða æskilega úttakssamsetningu fyrir hvaða inntakssamsetningu sem þú vilt. Þegar margir IC eru tengdir saman er talað um samsetta hringrás. Til að fá tilfinningu fyrir samsettu hringrásunum eru tæknileg dæmi um bíla hér að neðan.
Ljósviðvörunarrás:
Hagnýtt dæmi um samsetta hringrás er ljósviðvörunin. Þegar slökkt er á kveikju og hurðin opnuð á meðan ytri ljós eru kveikt þarf að vara ökumann við með hljóðmerki. OG hliðið er notað fyrir inntaksmerkin þrjú. Eins og lýst er í fyrri hlutanum verða öll inntak á OG hliðið að vera 1 til að fá 1 á úttakið og virkja hljóðmerki. Ef einn af þremur inntakum á OG hliðið er 0, er úttakið áfram 0 og slökkt er á hljóðmerki.
- Ljósrofi: þegar slökkt er á rofanum mun inntak a sýna 0. Þegar kveikt er á stöðu- eða lágljósunum verður þetta 1;
- Kveikjulás: þegar kveikt er á kveikjulás birtist 1 á inntak b. Þegar slökkt er á kveikjunni kemur 0. Í þessu tilviki snýr NOT hliðið við 0 í 1 til að fá rétt merki fyrir OG hliðið.
- Hurðarrofi: þegar hurð er opin er merki kveikt á jörðu. Rétt eins og með kveikjurofann verður að snúa 0 í 1 til að OG hliðið virki rétt.
