Предмети:
- Вступ
- Логічні ворота
- Комбінаторні схеми та застосування в автомобілях
Вступ:
Обробка інформації сучасних транспортних засобів значною мірою або не повністю є цифровою. Цифрова інформація складається з електричних напруг, де так/ні або увімкнення/вимкнення формується на основі рівня напруги. В інтерфейсна електроніка розташований на аналого-цифровому перетворювачі (аналогово-цифровому), де напруга датчика перетворюється на цифрове повідомлення, яке складається з одиниць і нулів.
У цифровій електроніці ми говоримо про логічну 1 або логічний 0. Напруги знаходяться на рівні TTL (Transistor Transistor Logic).
- Так або на: логічний 1: 5 вольт
- Ні або вимкнено: логічний 0: 0 вольт
Основні електронні схеми на ECU містять багато мікросхем, які створюють логічні схеми. Ці логічні схеми містять логічні вентилі, якими може керувати апаратне або програмне забезпечення ЦП.
Логічні ворота:
ALU (арифметико-логічний пристрій) є центральною частиною мікропроцесора в ECU. ALU виконує арифметичні та логічні операції. ALU також перевіряє, де в пам'яті розташована наступна команда програми, яка буде виконана.
ALU містить логічні вентилі, які часто виготовляються з кремнієвих напівпровідників. Логічні вентилі можуть виконувати операції протягом кількох наносекунд, використовуючи двійковий код; комбінація одиниць і нулів. Це дає команду, яка складається з двох варіантів: увімкнути або вимкнути, провідний або непровідний. Кілька команд обробляються одночасно в ALU і працюють разом, щоб сформувати «слово» з 8, 16 або 32 біта, відповідно до архітектури комп’ютера. Слово — це найбільший обсяг даних, що зберігається в одному регістрі даних. Це обсяг даних, який може обробити процесор за один раз.
Наступні основні операції виконуються в ALU:
- переміщення однієї чи кількох бітових позицій вліво або вправо (зсув)
- виконання арифметичних дій над двома словами, наприклад складання або складання (додавання);
- виконання логічних операцій над даними (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
На зображеннях нижче показано ALU як символ (ліворуч) і з символами IEC, які переводять операцію з A та B (вхідні) у R (вихідні).
Шлюзи НІ, АБО та І, які ми бачимо в правому АЛУ, є найпоширенішими вентилями, які використовуються для виконання логічних операцій. Є порти, які є доповненням до цих трьох основних портів. Ми повернемося до цього пізніше на цій сторінці. За допомогою воріт НІ, АБО та І результати вхідних даних можна попередньо запрограмувати. За допомогою схеми, яка ставить відповідь, наприклад, так/ні або істина/неправда, наприклад, на попереджувальну лампу ручного гальма, лампу можна активувати на основі двох входів.
- ручне гальмо задіяно?
- чи правильний рівень гальмівної рідини в бачку?
Якщо на одну чи обидві відповіді можна відповісти «так», загоряється попереджувальний індикатор. Більше прикладів наведено далі на цій сторінці.
У таблиці нижче показано ці три основні порти. На цій сторінці ми в основному використовуємо англійські назви (AND замість EN), щоб не створювати плутанини для вас як читача, але обидва, звичайно, правильні. Те саме стосується символів (IEC та ANSI). Ми використовуємо символи IEC, але в американській літературі ми в основному бачимо символи ANSI. Крім того, слід дотримуватися наступного: не змішуйте їх і використовуйте один тип символу.
Під таблицею наведено пояснення щодо властивостей кожного вентиля, а таблиця істинності показує, які вхідні дані дають вихід 0 або 1.
Нижче наведено пояснення трьох воріт із символом і таблицею істинності, що показує виходи для різних вхідних комбінацій.
І ворота:
Шлюз AND (голландська: AND gate) може мати кілька входів, але завжди лише один вихід. На зображенні ми бачимо входи a і b. На обох входах можна встановити 1 або 0 незалежно один від одного. Вихід (Q) стає 1, якщо обидва входи (a і b) дорівнюють 1. У всіх інших випадках вихід Q дорівнює 0.
- З двома входами логічного елемента І (в даному випадку входи A і B) є чотири можливі схеми для генерації виходу. Вони показані в таблиці істинності праворуч від зображення вентиля І.
- З чотирма входами є 16 можливостей;
- З вісьмома входами є навіть 256 можливостей.
АБО ворота:
Ворота АБО (голландська: OF gate) також можуть мати кілька входів і один вихід. З вентилем АБО вихід дорівнює 1, якщо один із двох входів дорівнює 1, або якщо обидва входи дорівнюють 1.
НЕ ворота:
Ворота NOT (голландська: NOT gate) функціонує як інвертор і має лише один вхід і вихід. Вхідний сигнал інвертується: коли вхідний сигнал дорівнює 1, вихідний сигнал стає 0 і навпаки.
Окрім згаданих схем (І, АБО та НІ), ми також знаємо ряд похідних логічних схем. За допомогою цих схем ми можемо об’єднати дві з раніше розглянутих схем в одну.
Шлюз NAND:
Ворота Not-AND - це ворота AND, за якими слідує ворота NOT. Вихід дорівнює 1, якщо кілька входів мають 1. Лише коли всі входи мають 1, на виході буде 0. Це прямо протилежне схемі І, про яку йшлося раніше.
Ворота NOR:
Ворота Не-АБО (Ворота без АБО) – це ворота АБО, за якими слідує ворота НЕ. Він може мати кілька входів і лише один вихід. У цій схемі вихід буде лише 1, коли обидва входи дорівнюють 0.
Ворота XOR:
Ворота виключного АБО - це вентиль, вихід якого дорівнює 1, коли лише один вхід дорівнює 1. Коли обидва входи мають однаковий логічний стан, вихід стає 0. Ворота XOR ніколи не має більше двох входів.
Порт XNOR:
Ворота виключного АБО обладнано воріт НЕ, що робить його виключним воріт НЕ АБО. Вихід інвертується на вентилі XOR.
Для кожної мікросхеми важливо, щоб як джерело живлення, так і заземлення були підключені для досягнення замкнутого кола. Обидва порти також повинні отримувати напругу, щоб запобігти плаваючому вимірюванню. Для належного перемикання входів і виходів потрібні резистори підтягування та витягування. Без цих резисторів порти можуть залишатися «активними», не контролюючись. Тоді порти не є надійними.
Комбінаторні схеми та застосування в автомобілях:
Цифрові мікросхеми можна з’єднати разом, підключивши вихід однієї мікросхеми до входу іншої мікросхеми. За допомогою цих комбінацій можна створювати схеми, які створюють бажану вихідну комбінацію для будь-якої бажаної вхідної комбінації. Коли кілька мікросхем з’єднані разом, ми говоримо про комбінаційну схему. Щоб отримати відчуття від комбінаційних схем, нижче наведено автомобільні технічні приклади.
Ланцюг світлової сигналізації:
Практичним прикладом комбінаційної схеми є світлова сигналізація. При вимкненому запалюванні та відкритті дверей при ввімкненому зовнішньому освітленні водій повинен бути попереджений звуковим сигналом. І використовується для трьох вхідних сигналів. Як описано в попередньому розділі, усі входи логічного елемента І повинні бути 1, щоб отримати 1 на виході та активувати зумер. Якщо один із трьох входів елемента І є 0, вихід залишається 0, а зумер залишається вимкненим.
- Вимикач світла: коли вимикач вимкнено, вхід a відображатиме 0. Коли ввімкнено габаритне або ближнє світло, це стає 1;
- Замок запалювання: при включенні замка запалювання на вході b з'являється 1. Коли запалювання вимкнено, 0. У цьому випадку вентиль НЕ інвертує 0 на 1, щоб отримати правильний сигнал для елемента І.
- Дверний вимикач: коли двері відкриті, сигнал перемикається на землю. Так само, як і з замком запалювання, 0 потрібно інвертувати на 1, щоб вентиль І працював належним чином.
Пов'язані сторінки:
