Emner:
- introduksjon
- Logiske porter
- Kombinatoriske kretser og bilapplikasjoner
Forord:
Informasjonsbehandlingen til moderne motorkjøretøyer er stort sett, eller ikke helt, digital. Den digitale informasjonen består av elektriske spenninger, hvor det dannes et ja/nei eller på/av basert på spenningsnivået. I grensesnitt elektronikk er plassert på en A/D-omformer (Analog / Digital) hvor en sensorspenning konverteres til en digital melding, som består av enere og nuller.
I digital elektronikk snakker vi om en logisk 1 eller en logisk 0. Spenningene er på TTL-nivå (Transistor Transistor Logic).
- Ja eller på: logisk 1: 5 volt
- Nei eller av: logisk 0: 0 volt
Grunnleggende elektroniske kretser på ECU-er inneholder mange IC-er som lager logiske kretser. Disse logiske kretsene inneholder logiske porter, som kan kontrolleres av CPU enten maskinvare eller programvare.
Logiske porter:
ALU (Aritmetic Logic Unit) er den sentrale delen av mikroprosessoren i en ECU. ALU utfører aritmetiske og logiske operasjoner. ALU sjekker også hvor i minnet den neste kommandoen til programmet som skal utføres er plassert.
ALU inneholder logiske porter som ofte er konstruert av silisiumhalvledere. De logiske portene kan utføre operasjoner innen noen få nanosekunder ved å bruke en binær kode; en kombinasjon av enere og nuller. Dette gir en kommando som består av to alternativer: på eller av, ledende eller ikke-ledende. Flere kommandoer behandles samtidig i ALU og fungerer sammen for å danne et "ord" med 8, 16 eller 32 biter, i henhold til datamaskinarkitekturen. Et ord er den største mengden data som er lagret i et enkelt dataregister. Dette er mengden data som kan behandles av prosessoren på en gang.
Følgende grunnleggende operasjoner finner sted i en ALU:
- flytte en eller flere bitposisjoner til venstre eller høyre (shift)
- utføre aritmetiske operasjoner på to ord, for eksempel addisjon eller addisjon (legg til);
- utføre logiske operasjoner på dataene (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Bildene nedenfor viser ALU som et symbol (til venstre) og med IEC-symbolene som oversetter operasjonen fra A og B (innkommende) til R (utgående).
NOT-, OR- og AND-portene som vi ser i høyre ALU er de vanligste portene som brukes til å utføre logiske operasjoner. Det er porter som kommer i tillegg til disse tre grunnleggende portene. Vi kommer tilbake til dette senere på denne siden. Med NOT-, OR- og AND-portene kan utfall av innganger forhåndsprogrammeres. Ved hjelp av en krets som setter et svar som ja/nei eller sant/usant på for eksempel håndbremsvarsellyset, kan lyset aktiveres basert på to innganger.
- er håndbremsen på?
- er nivået på bremsevæskebeholderen riktig?
Hvis ett eller begge svarene kan besvares med "ja", aktiveres varsellampen. Flere eksempler følger lenger på denne siden.
Tabellen nedenfor viser disse tre grunnleggende portene. På denne siden bruker vi hovedsakelig de engelske navnene (AND i stedet for EN) for ikke å skape noen forvirring for deg som leser, men begge er selvsagt korrekte. Det samme gjelder for symbolene (IEC og ANSI). Vi bruker IEC-symbolene, men i amerikansk litteratur ser vi hovedsakelig ANSI-symbolene. Følgende gjelder også: ikke bland dem og bruk én type symbol.
Under tabellen er det gitt en forklaring på egenskapene til hver port og sannhetstabellen viser hvilke innganger som gir deg en utgang på 0 eller 1.
Nedenfor er forklaringen av de tre portene med symbolet og sannhetstabellen, som viser utgangene for forskjellige inngangskombinasjoner.
OG port:
AND-porten (nederlandsk: AND-port) kan ha flere innganger, men har alltid bare én utgang. På bildet ser vi inngangene a og b. Det er mulig å sette en 1 eller en 0 på begge inngangene, uavhengig av hverandre. Utgangen (Q) blir 1 hvis begge inngangene (a og b) er 1. I alle andre tilfeller er utgangen Q 0.
- Med to innganger til OG-porten (i dette tilfellet inngang A og B), er det fire mulige kretser for å generere en utgang. Disse vises i sannhetstabellen, til høyre for OG-portbildet.
- Med fire innganger er det 16 muligheter;
- Med åtte innganger er det til og med 256 muligheter.
ELLER port:
OR-porten (nederlandsk: OF-port) kan også ha flere innganger, med én utgang. Med en ELLER-port er utgangen 1 hvis en av de to inngangene er en 1, eller hvis begge inngangene er en 1.
IKKE port:
NOT-porten (nederlandsk: NOT-port) fungerer som en omformer og har kun én inngang og utgang. Inngangssignalet inverteres: når inngangssignalet er 1, blir utgangssignalet 0 og omvendt.
I tillegg til de nevnte kretsene (AND, OR og NOT), kjenner vi også til en rekke avledede logiske kretser. Med disse kretsene kan vi kombinere to av de tidligere omtalte kretsene til en krets.
NAND-port:
Ikke-OG-porten er en OG-port etterfulgt av en IKKE-port. Utgangen er 1 hvis flere innganger har en 1. Bare når alle innganger har en 1, er utgangen en 0. Dette er nøyaktig det motsatte av OG-porten diskutert tidligere.
NOR gate:
Ikke-ELLER-porten (Ikke-ELLER-port) er en ELLER-port etterfulgt av en IKKE-port. Den kan ha flere innganger og har bare én utgang. I denne kretsen vil utgangen bare være 1 når begge inngangene er 0.
XOR-port:
eXclusive-OR-porten er en port hvis utgang er 1 når bare én inngang er 1. Når begge inngangene har samme logiske tilstand, blir utgangen en 0. XOR-porten har aldri mer enn to innganger.
XNOR-port:
Eksklusiv-ELLER-porten er utstyrt med en IKKE-port, som gjør den til en eksklusiv-NOT-ELLER-port. Utgangen inverteres ved XOR-porten.
For hver IC er det viktig at både en strømforsyning og jord er koblet til for å oppnå en lukket krets. Begge portene må også motta en spenning for å forhindre en flytende måling. Pull-up og pull-down motstander er nødvendig for å bytte innganger og utganger riktig. Uten disse motstandene kan portene forbli "aktive" mens de ikke blir kontrollert. Portene er da ikke pålitelige.
Kombinatoriske kretser og bilapplikasjoner:
De digitale IC-ene kan kobles sammen ved å koble utgangen på en IC til inngangen til den andre IC. Med disse kombinasjonene kan det lages kretser som produserer en ønsket utgangskombinasjon for enhver ønsket inngangskombinasjon. Når flere IC-er er koblet sammen, snakker vi om en kombinasjonskrets. For å få en følelse av kombinasjonskretsene, er biltekniske eksempler gitt nedenfor.
Lysvarslingskrets:
Et praktisk eksempel på en kombinasjonskrets er lysvarslingen. Når tenningen er slått av og døren åpnes mens de utvendige lysene er på, må sjåføren varsles av en summer. OG-porten brukes for de tre inngangssignalene. Som beskrevet i forrige avsnitt, må alle innganger til OG-porten være 1 for å få en 1 på utgangen og aktivere summeren. Hvis en av de tre inngangene til OG-porten er en 0, forblir utgangen 0 og summeren forblir slått av.
- Lysbryter: når bryteren er slått av, vil inngang a vise en 0. Når parkerings- eller nærlys er slått på, blir dette en 1;
- Tenningslås: når tenningslåsen er slått på, vises en 1 på inngang b. Når tenningen er slått av, en 0. I dette tilfellet inverterer NOT-porten 0-en til en 1 for å få riktig signal for OG-porten.
- Dørbryter: når en dør er åpen, kobles signalet til jord. Akkurat som med tenningsbryteren, må 0-en snus til en 1 for at OG-porten skal fungere skikkelig.
