Предметы:
- введение
- Логические вентили
- Комбинаторные схемы и автомобильные приложения
Инлейдинг:
Обработка информации в современных автомобилях в значительной степени или не полностью является цифровой. Цифровая информация состоит из электрических напряжений, где в зависимости от уровня напряжения формируется ответ «да/нет» или «вкл/выкл». в интерфейсная электроника находится на аналого-цифровом преобразователе (аналоговый/цифровой), где напряжение датчика преобразуется в цифровое сообщение, состоящее из единиц и нулей.
В цифровой электронике мы говорим о логической 1 или логическом 0. Напряжения находятся на уровне TTL (транзисторно-транзисторная логика).
- Да или включено: логическая 1: 5 вольт
- Нет или выключено: логическая 0: 0 вольт
Базовые электронные схемы ЭБУ содержат множество микросхем, которые создают логические схемы. Эти логические схемы содержат логические элементы, которыми ЦП может управляться аппаратно или программно.
Логические вентили:
АЛУ (арифметико-логическое устройство) является центральной частью микропроцессора ЭБУ. АЛУ выполняет арифметические и логические операции. АЛУ также проверяет, где в памяти находится следующая команда программы, которая будет выполнена.
АЛУ содержит логические элементы, которые часто изготавливаются из кремниевых полупроводников. Логические элементы могут выполнять операции за несколько наносекунд, используя двоичный код; сочетание единиц и нулей. Это дает команду, состоящую из двух вариантов: включение или выключение, проводящий или непроводящий. Несколько команд обрабатываются в АЛУ одновременно и работают вместе, образуя «слово» длиной 8, 16 или 32 бита, в зависимости от архитектуры компьютера. Слово — это наибольший объем данных, хранящихся в одном регистре данных. Это объем данных, который может быть обработан процессором за один раз.
В АЛУ выполняются следующие основные операции:
- перемещение одной или нескольких битовых позиций влево или вправо (сдвиг)
- выполнение арифметических действий над двумя словами, например сложение или сложение (сложение);
- выполнение логических операций над данными (И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ, исключающее ИЛИ, исключающее ИЛИ).
На изображениях ниже ALU показан в виде символа (слева) и символов IEC, которые преобразуют операцию из A и B (входящие) в R (исходящие).
Вентиляторы НЕ, ИЛИ и И, которые мы видим в правом АЛУ, являются наиболее распространенными вентилями, используемыми для выполнения логических операций. Есть порты, которые являются дополнительными к этим трем основным портам. Мы вернемся к этому позже на этой странице. С помощью вентилей НЕ, ИЛИ и И результаты входных данных могут быть заранее запрограммированы. С помощью схемы, которая выдает ответ типа «да/нет» или «истина/ложь», например, на сигнальную лампу стояночного тормоза, лампу можно активировать на основе двух входных сигналов.
- ручник включен?
- уровень тормозной жидкости в бачке правильный?
Если на один или оба ответа можно ответить «да», включается сигнальная лампа. Дополнительные примеры приведены далее на этой странице.
В таблице ниже показаны эти три основных порта. На этой странице мы в основном используем английские названия (И вместо EN), чтобы не создавать путаницы для вас как читателя, но оба варианта, конечно, верны. То же самое относится и к символам (IEC и ANSI). Мы применяем символы IEC, но в американской литературе мы видим в основном символы ANSI. Также действует следующее: не смешивайте их и не используйте один тип символов.
Под таблицей даны объяснения свойств каждого вентиля, а таблица истинности показывает, какие входы дают на выходе 0 или 1.
Ниже приведено объяснение трех ворот с символом и таблицей истинности, показывающее выходные данные для различных входных комбинаций.
И ворота:
Вентиль И (голландский: И вентиль) может иметь несколько входов, но всегда имеет только один выход. На изображении мы видим входы a и b. На обоих входах можно установить 1 или 0 независимо друг от друга. Выход (Q) становится 1, если оба входа (a и b) равны 1. Во всех остальных случаях выход Q равен 0.
- С двумя входами логического элемента И (в данном случае входами A и B) существует четыре возможных схемы для генерации выходного сигнала. Они показаны в таблице истинности справа от изображения логического элемента И.
- С четырьмя входами имеется 16 возможностей;
- С восемью входами имеется 256 возможностей.
ИЛИ ворота:
Вентиль ИЛИ (голландский: OF Gate) также может иметь несколько входов и один выход. При использовании логического элемента ИЛИ выход равен 1, если один из двух входов равен 1 или если оба входа равны 1.
НЕ ворота:
Вентиль НЕ (голландский: ворота НЕ) функционирует как инвертор и имеет только один вход и выход. Входной сигнал инвертируется: когда входной сигнал равен 1, выходной сигнал становится 0 и наоборот.
Помимо упомянутых схем (И, ИЛИ и НЕ), нам также известен ряд схем производной логики. С помощью этих схем мы можем объединить две ранее обсуждавшиеся схемы в одну схему.
И-НЕ-ворота:
Вентиль НЕ-И представляет собой вентиль И, за которым следует вентиль НЕ. Выход равен 1, если несколько входов имеют 1. Только когда на всех входах есть 1, на выходе будет 0. Это полная противоположность логическому элементу И, обсуждавшемуся ранее.
НО-ворота:
Вентиль Не-ИЛИ (вентиль Не-ИЛИ) представляет собой логический элемент ИЛИ, за которым следует логический элемент НЕ. Он может иметь несколько входов и только один выход. В этой схеме выход будет равен 1 только тогда, когда оба входа равны 0.
XOR-ворота:
Вентиль «исключающее ИЛИ» — это вентиль, выход которого равен 1, когда только один вход равен 1. Когда оба входа имеют одинаковое логическое состояние, на выходе становится 0. Вентиль «исключающее ИЛИ» никогда не имеет более двух входов.
XNOR-порт:
Вентиль ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ оснащен вентилем НЕ, что делает его вентилем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НЕ-ИЛИ. Выход инвертируется на вентиле XOR.
Для каждой микросхемы важно, чтобы и источник питания, и земля были подключены для обеспечения замкнутой цепи. Оба порта также должны получать напряжение, чтобы предотвратить плавающее измерение. Подтягивающие и понижающие резисторы необходимы для правильного переключения входов и выходов. Без этих резисторов порты могут оставаться «активными», не подвергаясь контролю. Тогда порты ненадежны.
Комбинаторные схемы и автомобильные приложения:
Цифровые микросхемы можно соединить вместе, подключив выход одной микросхемы к входу другой микросхемы. С помощью этих комбинаций можно создать схемы, которые создают желаемую выходную комбинацию для любой желаемой входной комбинации. Когда несколько микросхем соединены вместе, мы говорим о комбинационной схеме. Чтобы получить представление о комбинационных схемах, ниже приведены автомобильные технические примеры.
Схема световой сигнализации:
Практическим примером комбинационной схемы является схема световой сигнализации. При выключении зажигания и открытии двери при включенном наружном освещении водитель должен быть предупрежден звуковым сигналом. Логический элемент И используется для трех входных сигналов. Как описано в предыдущем разделе, все входы логического элемента И должны быть равны 1, чтобы получить 1 на выходе и активировать зуммер. Если один из трех входов логического элемента И равен 0, выход остается 0, а зуммер остается выключенным.
- Выключатель света: когда переключатель выключен, на входе a будет отображаться 0. Когда включены стояночные огни или ближний свет, это значение становится 1;
- Замок зажигания: при включении замка зажигания на входе b появляется 1. Когда зажигание выключено, отображается 0. В этом случае логический элемент НЕ инвертирует 0 в 1, чтобы получить правильный сигнал для логического элемента И.
- Дверной выключатель: когда дверь открыта, сигнал переключается на массу. Как и в случае с замком зажигания, 0 необходимо инвертировать в 1, чтобы логический элемент И работал правильно.
