Subiecte:
- introducere
- Porți logice
- Circuite combinatorii și aplicații auto
Introducere:
Procesarea informațiilor autovehiculelor moderne este în mare măsură, sau nu în întregime, digitală. Informația digitală constă din tensiuni electrice, unde se formează un da/nu sau pornit/oprit pe baza nivelului de tensiune. În electronică de interfață este situat pe un convertor A/D (Analogic / Digital) unde tensiunea unui senzor este convertită într-un mesaj digital, care constă din unu și zero.
În electronica digitală vorbim despre un 1 logic sau un 0 logic. Tensiunile sunt la nivel TTL (Transistor Transistor Logic).
- Da sau pe: logic 1: 5 volți
- Nu sau dezactivat: logic 0: 0 volți
Circuitele electronice de bază de pe ECU conțin multe circuite integrate care creează circuite logice. Aceste circuite logice conțin porți logice, care pot fi controlate de CPU fie hardware, fie software.
Porți logice:
Unitatea ALU (Arithmetic Logic Unit) este partea centrală a microprocesorului într-un ECU. ALU efectuează operații aritmetice și logice. ALU verifică, de asemenea, unde se află în memorie următoarea comandă a programului care urmează să fie executat.
ALU conține porți logice care sunt adesea construite din semiconductori de siliciu. Porțile logice pot efectua operații în câteva nanosecunde folosind un cod binar; o combinație de unu și zero. Aceasta dă o comandă care constă din două opțiuni: pornit sau oprit, conductiv sau neconductiv. Mai multe comenzi sunt procesate simultan în ALU și lucrează împreună pentru a forma un „cuvânt” cu 8, 16 sau 32 de biți, conform arhitecturii computerului. Un cuvânt este cea mai mare cantitate de date stocată într-un singur registru de date. Aceasta este cantitatea de date care poate fi procesată de către procesor simultan.
Următoarele operațiuni de bază au loc într-o ALU:
- mutarea uneia sau mai multor poziții de biți la stânga sau la dreapta (shift)
- efectuarea de operații aritmetice pe două cuvinte, cum ar fi adunarea sau adăugarea (adăugarea);
- efectuarea de operații logice asupra datelor (ȘI, SAU, NU, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Imaginile de mai jos prezintă ALU ca simbol (stânga) și cu simbolurile IEC care traduc operația de la A și B (intrare) la R (ieșire).
Porțile NOT, OR și AND pe care le vedem în ALU din dreapta sunt cele mai frecvente porți utilizate pentru a efectua operații logice. Există porturi care sunt în plus față de aceste trei porturi de bază. Vom reveni la asta mai târziu pe această pagină. Cu porțile NOT, OR și AND, rezultatele intrărilor pot fi preprogramate. Prin intermediul unui circuit care aprinde un răspuns precum da/nu sau adevărat/fals, de exemplu, lampa de avertizare frână de mână, lumina poate fi activată pe baza a două intrări.
- este aplicata frana de mana?
- este corect nivelul rezervorului de lichid de frana?
Dacă la unul sau ambele răspunsuri se poate răspunde cu „da”, lampa de avertizare este activată. Mai multe exemple urmează mai departe pe această pagină.
Tabelul de mai jos prezintă aceste trei porturi de bază. Pe această pagină folosim în principal denumirile în limba engleză (ȘI în loc de EN) pentru a nu crea nicio confuzie pentru dvs. ca cititor, dar ambele sunt bineînțeles corecte. Același lucru este valabil și pentru simbolurile (IEC și ANSI). Aplicăm simbolurile IEC, dar în literatura americană vedem în principal simbolurile ANSI. Se aplică și următoarele: nu le amestecați și utilizați un singur tip de simbol.
Sub tabel este oferită o explicație a proprietăților fiecărei porți, iar tabelul de adevăr arată ce intrări vă oferă o ieșire de 0 sau 1.
Mai jos este explicația celor trei porți cu simbolul și tabelul de adevăr, arătând ieșirile pentru diferite combinații de intrare.
SI poarta:
Poarta AND (olandeză: poarta AND) poate avea mai multe intrări, dar are întotdeauna o singură ieșire. În imagine vedem intrările a și b. Este posibil să setați un 1 sau un 0 pe ambele intrări, independent una de cealaltă. Ieșirea (Q) devine 1 dacă ambele intrări (a și b) sunt 1. În toate celelalte cazuri, ieșirea Q este 0.
- Cu două intrări ale porții AND (în acest caz intrarea A și B), există patru circuite posibile pentru a genera o ieșire. Acestea sunt afișate în tabelul de adevăr, în dreapta imaginii porții AND.
- Cu patru intrări există 16 posibilități;
- Cu opt intrări există chiar și 256 de posibilități.
SAU poarta:
Poarta SAU (olandeză: poarta OF) poate avea și mai multe intrări, cu o singură ieșire. Cu o poartă SAU, ieșirea este 1 dacă una dintre cele două intrări este 1 sau dacă ambele intrări sunt 1.
NU poarta:
Poarta NOT (olandeză: poarta NOT) funcționează ca un invertor și are o singură intrare și o singură ieșire. Semnalul de intrare este inversat: când semnalul de intrare este 1, semnalul de ieșire devine 0 și invers.
Pe lângă circuitele menționate (ȘI, SAU și NU), cunoaștem și o serie de circuite logice derivate. Cu aceste circuite putem combina două dintre circuitele discutate anterior într-un singur circuit.
Poarta NAND:
Poarta Not-AND este o poartă AND urmată de o poartă NOT. Ieșirea este 1 dacă intrările multiple au un 1. Numai când toate intrările au un 1, ieșirea este un 0. Acesta este exact opusul porții AND discutate mai devreme.
poarta NOR:
Poarta Not-OR (poarta Non-OR) este o poartă SAU urmată de o poartă NOT. Poate avea mai multe intrări și are o singură ieșire. În acest circuit, ieșirea va fi doar 1 când ambele intrări sunt 0.
Poarta XOR:
Poarta eXclusive-OR este o poartă a cărei ieșire este 1 când o singură intrare este 1. Când ambele intrări au aceeași stare logică, ieșirea devine 0. Poarta XOR nu are niciodată mai mult de două intrări.
Port XNOR:
Poarta eXclusive-OR este echipată cu o poartă NOT, ceea ce o face o poartă eXclusive-NOT-OR. Ieșirea este inversată la poarta XOR.
Pentru fiecare IC este important ca atât o sursă de alimentare, cât și o masă să fie conectate pentru a obține un circuit închis. Ambele porturi trebuie să primească, de asemenea, o tensiune pentru a preveni o măsurătoare plutitoare. Rezistoarele pull-up și pull-down sunt necesare pentru a comuta corect intrările și ieșirile. Fără aceste rezistențe, porturile pot rămâne „active” în timp ce nu sunt controlate. Porturile nu sunt atunci de încredere.
Circuite combinatorii și aplicații auto:
Circuitele integrate digitale pot fi conectate împreună prin conectarea ieșirii unui circuit integrat la intrarea celuilalt circuit integrat. Cu aceste combinații, pot fi realizate circuite care produc o combinație de ieșire dorită pentru orice combinație de intrare dorită. Când mai multe circuite integrate sunt conectate împreună, vorbim de un circuit combinațional. Pentru a înțelege circuitele combinaționale, mai jos sunt date exemple tehnice auto.
Circuit de avertizare luminoasă:
Un exemplu practic de circuit combinațional este cel al avertismentului luminos. Când contactul este decuplat și ușa este deschisă în timp ce luminile exterioare sunt aprinse, șoferul trebuie avertizat printr-un semnal sonor. Poarta AND este folosită pentru cele trei semnale de intrare. După cum este descris în secțiunea anterioară, toate intrările la poarta AND trebuie să fie 1 pentru a obține un 1 la ieșire și pentru a activa soneria. Dacă una dintre cele trei intrări ale porții AND este 0, ieșirea rămâne 0 și soneria rămâne oprită.
- Comutator de lumină: când întrerupătorul este oprit, intrarea a va afișa 0. Când luminile de parcare sau faza scurtă sunt aprinse, acesta devine 1;
- Blocarea contactului: când blocarea contactului este cuplată, pe intrarea b apare a 1. Când contactul este oprit, un 0. În acest caz, poarta NOT inversează 0 într-un 1 pentru a obține semnalul corect pentru poarta AND.
- Comutator de ușă: când o ușă este deschisă, semnalul este comutat la masă. La fel ca în cazul contactului, 0 trebuie inversat la 1 pentru ca poarta SI să funcționeze corect.
