Tópicos:
- Introdução
- Portas lógicas
- Circuitos combinatórios e aplicações automotivas
Introdução:
O processamento de informações dos veículos motorizados modernos é em grande parte, ou não totalmente, digital. A informação digital consiste em tensões elétricas, onde um sim/não ou liga/desliga é formado com base no nível de tensão. No eletrônica de interface está localizado em um conversor A/D (Analógico/Digital) onde a tensão do sensor é convertida em uma mensagem digital, que consiste em uns e zeros.
Na eletrônica digital falamos de um 1 lógico ou de um 0 lógico. As tensões estão no nível TTL (Transistor Transistor Logic).
- Sim ou em: lógico 1: Volt 5
- Não ou desligado: lógico 0: Volt 0
Os circuitos eletrônicos básicos nas ECUs contêm muitos ICs que criam circuitos lógicos. Esses circuitos lógicos contêm portas lógicas, que podem ser controladas pela CPU por hardware ou software.
Portas lógicas:
A ALU (Unidade Lógica Aritmética) é a parte central do microprocessador em uma ECU. A ALU realiza operações aritméticas e lógicas. A ALU também verifica onde está localizado na memória o próximo comando do programa a ser executado.
A ALU contém portas lógicas que geralmente são construídas a partir de semicondutores de silício. As portas lógicas podem realizar operações em poucos nanossegundos usando um código binário; uma combinação de uns e zeros. Isto dá um comando que consiste em duas opções: ligado ou desligado, condutivo ou não condutivo. Vários comandos são processados simultaneamente na ULA e trabalham juntos formando uma “palavra” de 8, 16 ou 32 bits, conforme a arquitetura do computador. Uma palavra é a maior quantidade de dados armazenados em um único registro de dados. Esta é a quantidade de dados que podem ser processados pelo processador de uma só vez.
As seguintes operações básicas ocorrem em uma ALU:
- mover uma ou mais posições de bits para a esquerda ou direita (shift)
- realizar operações aritméticas em duas palavras, como adição ou adição (adicionar);
- realizando operações lógicas nos dados (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
As imagens abaixo mostram a ALU como um símbolo (esquerda) e com os símbolos IEC que traduzem a operação de A e B (entrada) para R (saída).
As portas NOT, OR e AND que vemos na ALU direita são as portas mais comuns usadas para realizar operações lógicas. Existem portas que são adicionais a essas três portas básicas. Voltaremos a isso mais tarde nesta página. Com as portas NOT, OR e AND, os resultados das entradas podem ser pré-programados. Por meio de um circuito que acende uma resposta como sim/não ou verdadeiro/falso, por exemplo, a luz avisadora do freio de mão, a luz pode ser acionada a partir de duas entradas.
- o freio de mão está acionado?
- o nível do reservatório do fluido de freio está correto?
Se uma ou ambas as respostas puderem ser respondidas com “sim”, a luz avisadora é ativada. Mais exemplos seguem mais adiante nesta página.
A tabela abaixo mostra essas três portas básicas. Nesta página usamos principalmente os nomes em inglês (AND em vez de EN) para não criar qualquer confusão para você como leitor, mas ambos estão corretos. O mesmo se aplica aos símbolos (IEC e ANSI). Aplicamos os símbolos IEC, mas na literatura americana vemos principalmente os símbolos ANSI. O seguinte também se aplica: não misture e use um tipo de símbolo.
Abaixo da tabela é dada uma explicação das propriedades de cada porta e a tabela verdade mostra quais entradas fornecem uma saída de 0 ou 1.
Abaixo está a explicação das três portas com o símbolo e a tabela verdade, mostrando as saídas para diferentes combinações de entradas.
E portão:
A porta AND (holandês: porta AND) pode ter múltiplas entradas, mas sempre tem apenas uma saída. Na imagem vemos as entradas a e b. É possível definir 1 ou 0 em ambas as entradas, independentemente uma da outra. A saída (Q) torna-se 1 se ambas as entradas (a e b) forem 1. Em todos os outros casos a saída Q é 0.
- Com duas entradas da porta AND (neste caso as entradas A e B), existem quatro circuitos possíveis para gerar uma saída. Eles são mostrados na tabela verdade, à direita da imagem da porta AND.
- Com quatro entradas existem 16 possibilidades;
- Com oito entradas existem até 256 possibilidades.
OU portão:
A porta OR (holandês: porta OF) também pode ter múltiplas entradas, com uma saída. Com uma porta OR, a saída é 1 se uma das duas entradas for 1 ou se ambas as entradas forem 1.
NÃO portão:
A porta NOT (holandês: porta NOT) funciona como um inversor e possui apenas uma entrada e uma saída. O sinal de entrada é invertido: quando o sinal de entrada é 1, o sinal de saída torna-se 0 e vice-versa.
Além dos circuitos mencionados (AND, OR e NOT), também conhecemos vários circuitos lógicos derivativos. Com esses circuitos podemos combinar dois dos circuitos discutidos anteriormente em um único circuito.
Porta NAND:
A porta Not-AND é uma porta AND seguida por uma porta NOT. A saída é 1 se múltiplas entradas tiverem 1. Somente quando todas as entradas têm 1, a saída é 0. Isso é exatamente o oposto da porta AND discutida anteriormente.
Porta NOR:
A porta Not-OR (porta Não-OR) é uma porta OR seguida por uma porta NOT. Pode ter múltiplas entradas e apenas uma saída. Neste circuito a saída só será 1 quando ambas as entradas forem 0.
Porta XOR:
A porta OR exclusiva é uma porta cuja saída é 1 quando apenas uma entrada é 1. Quando ambas as entradas têm o mesmo estado lógico, a saída torna-se 0. A porta XOR nunca tem mais de duas entradas.
Porta XNOR:
A porta eXclusiva-OR está equipada com uma porta NOT, o que a torna uma porta eXclusiva-NOT-OR. A saída é invertida na porta XOR.
Para cada IC é importante que tanto a fonte de alimentação quanto o aterramento estejam conectados para obter um circuito fechado. Ambas as portas também devem receber tensão para evitar uma medição flutuante. Resistores pull-up e pull-down são necessários para alternar as entradas e saídas corretamente. Sem esses resistores, as portas podem permanecer “ativas” enquanto não são controladas. As portas não são confiáveis.
Circuitos combinatórios e aplicações automotivas:
Os ICs digitais podem ser conectados conectando a saída de um IC à entrada do outro IC. Com essas combinações, podem ser feitos circuitos que produzem uma combinação de saída desejada para qualquer combinação de entrada desejada. Quando vários ICs estão conectados, falamos de um circuito combinacional. Para ter uma ideia dos circuitos combinacionais, exemplos técnicos automotivos são fornecidos abaixo.
Circuito de aviso de luz:
Um exemplo prático de circuito combinacional é o do aviso luminoso. Quando a ignição é desligada e a porta é aberta com as luzes exteriores acesas, o condutor deve ser avisado por um sinal sonoro. A porta AND é usada para os três sinais de entrada. Conforme descrito na seção anterior, todas as entradas da porta AND devem ser 1 para obter 1 na saída e ativar a campainha. Se uma das três entradas da porta AND for 0, a saída permanece 0 e a campainha permanece desligada.
- Interruptor de luz: quando o interruptor é desligado, a entrada a exibirá 0. Quando as luzes de estacionamento ou de médios são ligadas, passa a ser 1;
- Fechadura de ignição: quando a fechadura de ignição é ligada, aparece um 1 na entrada b. Quando a ignição é desligada, aparece 0. Neste caso, a porta NOT inverte o 0 em 1 para obter o sinal correto para a porta AND.
- Interruptor da porta: quando uma porta está aberta, o sinal é comutado para terra. Assim como acontece com a chave de ignição, o 0 deve ser invertido para 1 para que a porta AND funcione corretamente.
