Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Bramki logiczne
- Obwody kombinatoryczne i zastosowania motoryzacyjne
Przedmowa:
Przetwarzanie informacji we współczesnych pojazdach silnikowych ma charakter w dużej mierze lub nie w całości cyfrowy. Informacja cyfrowa składa się z napięć elektrycznych, przy czym odpowiedź tak/nie lub włączenie/wyłączenie jest tworzona w oparciu o poziom napięcia. w elektronika interfejsu znajduje się na przetworniku A/D (analogowym/cyfrowym), w którym napięcie czujnika jest przetwarzane na komunikat cyfrowy, który składa się z jedynek i zer.
W elektronice cyfrowej mówimy o logicznej jedynce lub logicznym 1. Napięcia są na poziomie TTL (ang. Transistor Transistor Logic).
- Tak lub na: logiczne 1: 5 woltów
- Nie lub wyłączone: logiczne 0: 0 woltów
Podstawowe obwody elektroniczne w ECU zawierają wiele układów scalonych, które tworzą obwody logiczne. Te obwody logiczne zawierają bramki logiczne, którymi procesor może sterować sprzętowo lub programowo.
Bramki logiczne:
Jednostka ALU (Arithmetic Logic Unit) jest centralną częścią mikroprocesora w ECU. Jednostka ALU wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne. ALU sprawdza także, gdzie w pamięci znajduje się kolejne polecenie programu do wykonania.
Jednostka ALU zawiera bramki logiczne, które często są zbudowane z półprzewodników krzemowych. Bramki logiczne mogą wykonywać operacje w ciągu kilku nanosekund przy użyciu kodu binarnego; kombinacja jedynek i zer. Daje to polecenie składające się z dwóch opcji: wł. lub wył., przewodzące lub nieprzewodzące. W jednostce ALU przetwarzanych jest jednocześnie kilka poleceń, które wspólnie tworzą „słowo” o długości 8, 16 lub 32 bitów, w zależności od architektury komputera. Słowo to największa ilość danych przechowywanych w pojedynczym rejestrze danych. Jest to ilość danych, jaką procesor może przetworzyć jednorazowo.
W jednostce ALU wykonywane są następujące podstawowe operacje:
- przesuwanie o jedną lub więcej pozycji bitów w lewo lub w prawo (shift)
- wykonywanie operacji arytmetycznych na dwóch słowach, takich jak dodawanie lub dodawanie (dodawanie);
- wykonywanie operacji logicznych na danych (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Poniższe obrazy przedstawiają ALU jako symbol (po lewej) i symbole IEC, które tłumaczą operację z A i B (wejście) na R (wyjście).
Bramki NOT, OR i AND, które widzimy w prawej jednostce ALU, są najczęściej używanymi bramkami do wykonywania operacji logicznych. Istnieją porty, które stanowią dodatek do tych trzech podstawowych portów. Wrócimy do tego później na tej stronie. Dzięki bramkom NOT, OR i AND można wstępnie zaprogramować wyniki wejść. Za pomocą obwodu, który odpowiada na przykład tak/nie lub prawda/fałsz na lampkę ostrzegawczą hamulca ręcznego, lampkę można włączyć na podstawie dwóch wejść.
- czy zaciągnięty jest hamulec ręczny?
- czy poziom płynu hamulcowego w zbiorniku jest prawidłowy?
Jeśli na jedną lub obie odpowiedzi można odpowiedzieć „tak”, lampka sygnalizacyjna włącza się. Więcej przykładów znajdziesz w dalszej części tej strony.
Poniższa tabela przedstawia te trzy podstawowe porty. Na tej stronie używamy głównie angielskich nazw (AND zamiast EN), aby nie powodować zamieszania dla Ciebie jako czytelnika, ale oba są oczywiście poprawne. To samo dotyczy symboli (IEC i ANSI). Stosujemy symbole IEC, ale w literaturze amerykańskiej spotykamy się głównie z symbolami ANSI. Obowiązuje również następująca zasada: nie mieszaj ich i używaj jednego rodzaju symboli.
Poniżej tabeli podano wyjaśnienie właściwości każdej bramki, a tabela prawdy pokazuje, które wejścia dają wynik 0 lub 1.
Poniżej znajduje się wyjaśnienie trzech bramek z symbolem i tabelą prawdy, pokazujące wyniki dla różnych kombinacji wejściowych.
ORAZ brama:
Bramka AND (holenderska: bramka AND) może mieć wiele wejść, ale zawsze ma tylko jedno wyjście. Na obrazku widzimy wejścia a i b. Na obu wejściach można ustawić niezależnie od siebie wartość 1 lub 0. Wyjście (Q) przyjmuje wartość 1, jeśli oba wejścia (a i b) mają wartość 1. We wszystkich pozostałych przypadkach wyjście Q wynosi 0.
- Przy dwóch wejściach bramki AND (w tym przypadku wejścia A i B) istnieją cztery możliwe obwody generujące sygnał wyjściowy. Są one pokazane w tabeli prawdy, po prawej stronie obrazu bramki AND.
- Przy czterech wejściach istnieje 16 możliwości;
- Przy ośmiu wejściach jest nawet 256 możliwości.
LUB bramka:
Bramka OR (holenderska: bramka OF) może również mieć wiele wejść i jedno wyjście. W przypadku bramki OR wyjście wynosi 1, jeśli jedno z dwóch wejść ma wartość 1 lub jeśli oba wejścia mają wartość 1.
NIE brama:
Bramka NOT (holenderska: bramka NOT) działa jak falownik i ma tylko jedno wejście i wyjście. Sygnał wejściowy jest odwrócony: gdy sygnał wejściowy wynosi 1, sygnał wyjściowy przyjmuje wartość 0 i odwrotnie.
Oprócz wspomnianych obwodów (AND, OR i NOT) znamy również szereg pochodnych obwodów logicznych. Dzięki tym obwodom możemy połączyć dwa z wcześniej omawianych obwodów w jeden obwód.
bramka NAND:
Bramka Not-AND to bramka AND, po której następuje bramka NOT. Wartość wyjściowa wynosi 1, jeśli wiele wejść ma wartość 1. Tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia mają wartość 1, wyjście wynosi 0. Jest to dokładnie przeciwieństwo omawianej wcześniej bramki AND.
bramka NOR:
Bramka Not-OR (brama inna niż OR) to bramka OR, po której następuje bramka NOT. Może mieć wiele wejść i tylko jedno wyjście. W tym obwodzie wyjście będzie wynosić 1 tylko wtedy, gdy oba wejścia będą miały wartość 0.
Bramka XOR:
Bramka eXclusive-OR to bramka, której wyjście wynosi 1, gdy tylko jedno wejście ma wartość 1. Gdy oba wejścia mają ten sam stan logiczny, wyjście przyjmuje wartość 0. Bramka XOR nigdy nie ma więcej niż dwóch wejść.
Port XNOR:
Bramka eXclusive-OR wyposażona jest w bramkę NOT, co czyni ją bramką ekskluzywną-NOT-OR. Sygnał wyjściowy jest odwracany na bramce XOR.
Dla każdego układu scalonego ważne jest, aby zarówno zasilanie, jak i masa były podłączone, aby uzyskać obwód zamknięty. Obydwa porty muszą także otrzymać napięcie, aby zapobiec pomiarowi pływającemu. Do prawidłowego przełączania wejść i wyjść wymagane są rezystory podciągające i podciągające. Bez tych rezystorów porty mogą pozostać „aktywne”, gdy nie są sterowane. Porty nie są wówczas niezawodne.
Obwody kombinatoryczne i zastosowania motoryzacyjne:
Cyfrowe układy scalone można połączyć ze sobą, łącząc wyjście jednego układu scalonego z wejściem drugiego układu scalonego. Dzięki tym kombinacjom można utworzyć obwody, które wytwarzają pożądaną kombinację wyjściową dla dowolnej pożądanej kombinacji wejściowej. Kiedy wiele układów scalonych jest ze sobą połączonych, mówimy o obwodzie kombinacyjnym. Aby zapoznać się z obwodami kombinacyjnymi, poniżej podano przykłady techniczne pojazdów.
Obwód ostrzegawczy światła:
Praktycznym przykładem obwodu kombinowanego jest ostrzeżenie świetlne. W przypadku wyłączenia zapłonu i otwarcia drzwi przy włączonych światłach zewnętrznych kierowca musi zostać ostrzeżony sygnałem dźwiękowym. Bramka AND jest używana dla trzech sygnałów wejściowych. Jak opisano w poprzedniej sekcji, wszystkie wejścia bramki AND muszą mieć wartość 1, aby uzyskać 1 na wyjściu i aktywować brzęczyk. Jeśli jedno z trzech wejść bramki AND ma wartość 0, wyjście pozostaje równe 0, a brzęczyk pozostaje wyłączony.
- Włącznik światła: gdy włącznik jest wyłączony, na wejściu a wyświetli się 0. Gdy włączone są światła postojowe lub światła mijania, wartość ta przyjmuje wartość 1;
- Stacyjka: po włączeniu stacyjki na wejściu b pojawia się 1. Gdy zapłon jest wyłączony, wartość 0. W tym przypadku bramka NOT zamienia 0 na 1, aby uzyskać prawidłowy sygnał dla bramki AND.
- Przełącznik drzwi: gdy drzwi są otwarte, sygnał jest przełączany na masę. Podobnie jak w przypadku wyłącznika zapłonu, aby bramka AND działała prawidłowo, wartość 0 musi zostać zamieniona na 1.
