Digitle informtieverwerking E. Gernt Inleiding De elektroni leent zih ook uitstekend voor de verwerking vn informtie. De informti is in stt om de één of ndere vorm vn informtie om te zetten in een elektrishe vorm en die te verwerken tot een nieuwe vorm vn ruikre informtie. Informtieverwerking geshiedt tegenwoordig digitl. Digitl wil zeggen dt de informtievorm estt uit j/nee of n/uit informtie. Omdt de informtie elektrish is, spreken we over wel spnning of geen spnning. Om de grootte vn de spnning in het midden te lten, spreken we vn een logishe (één) of een logishe (nul). Veell komt een logishe nul overeen met V en een logishe met V (TTL-niveu). Dit ehoeft ehter geenszins het gevl te zijn. De elektronishe sisiruits die geruikt worden voor de verwerking vn informtie worden gevormd door, OF en NIET- poorten. De digitle elektroni omvt vele IC s. Met deze logishe omponenten kunnen logishe shkelingen worden geouwd. De miroproessor kn worden eshouwd ls het meest gevneerde digitle IC. Digitle logi-poorten. -poort Vn de drie genoemde digitle IC s is de meest ekende ongetwijfeld de poort. Dit IC ezit ijv. vier ingngen en een. Uiterrd is ook een voeding (+ en -) noodzkelijk. Het etreft een digitl IC zodt we op de ingngen lleen spnning (= V) of geen spnning (= V) kunnen nsluiten. Denk erom: een niet ngesloten ingng (een zwevende ingng) is iets nders dt een nsluiting op V (min). Fig. geeft het symool vn een -poort. Om de werking vn het IC duidelijk te mken geruikt men een funtietel ook wel wrheidstel genoemd. In zo n tel noteert men lle mogelijke vrities op de ingng terwijl men de ijehorende stoestnd onderzoekt. Om te voorkomen dt niet lle mogelijkheden n de ingng worden enut, wordt er geteld in het tweetllige (inire) tlstelsel. De vier ingngen wrop een of een kn komen te stn geven in totl = mogelijkheden. Met ehulp
ingngen Figuur : Het symool vn een -poort. Het IC ezit, ls vooreeld, vier ingngen en een. De voeding vn het IC is hier niet getekend. Deze edrgt veell V. vn uitsluitend nullen en enen tellen we dn tot. Dit gt volgens de tel vn fig.. Alle vrities vn tot zijn nu op de ingng ngeoden. deiml 8 9 inir Figuur : De inire telling vn t/m. Let op: tellen vn t/m mkt posities mogelijk. De werking vn de -poort is ls volgt: Wnneer lle ingngen een logishe krijgen dn wordt de ook. In lle ndere gevllen lijft de. We kunnen nu de tel nvullen met de ijehorende toestnd n de. Tel vn fig. toont ons de funtietel vn de -poort. De digitle informtie n de ingng estt uit its (Een it is een plts wr een nul of een kn komen te stn). it informtie is de informtie die een (n-uit) shkelr geeft. In de omputerwereld estt de eenheid vn informtie uit 8 its, die we dn een yte noemen. Deiml kunnen we met 8 its vn tot tellen. Dit heeft dn 8 = mogelijkheden.
situtie 8 9 inir d ingngen d Figuur : De funtietel vn een -poort met ingngen. OF-poort We gn uit vn een OF-poort met (weer) ingngen. De funtie vn een OFpoort is ls volgt: Wnneer tenminste ingng een logishe heeft dn krijgt de ook een logishe. Een n de ontstt lleen wnneer lle ingngen een heen. Fig. geeft het symool en de funtietel vn de OF-poort.. INVERTER, NOT of NIET poort Dit ltste sis IC is eenvoudig. De informtie wordt geïnverteerd. Een logishe op de ingng wordt n de een logishe en omgekeerd. Fig. geeft het symool en de funtietel weer. Comintorishe shkelingen De digitle IC s (vn dezelfde logishe fmilie) kunnen doorgeshkeld worden. Een vn het ene IC kn op de ingng vn een ndere worden ngesloten. Door deze ominties kn men shkelingen mken die ij elke gewenste ingngsomintie een gewenste somintie geven. Door het orret koppelen vn de diverse IC s zou men elke gewenste wrheidstel
situtie 8 9 inir d ingngen d OF Figuur : De funtietel vn de OF-poort Ingng Uitgng Figuur : Symool en funtietel vn een NOT-poort
kunnen mken. Zie fig.. Men spreekt dn vn een omintorishe shkeling. Het symool kn dn een logilokje zijn wrin zih een (groot) ntl /OF/NOT poorten evinden (fig. ). situtie 8 9 inir d ingngen d LOGICA Figuur : Een (willekeurige) omintorishe shkeling met funtietel Liht-n wrshuwingsshkeling Een prktish vooreeld vn een omintorishe shkeling is een liht-n wrshuwing. De estuurder wordt door een pieptoon gewrshuwd dt het liht nog n is op het moment dt hij uit de uto wil stppen. Om een dergelijke shkeling te mken kunnen we eerst een funtietel smenstellen. De logi zelf kn ls het volgt worden omshreven: Wnneer het ontt UIT stt de deur open gt het liht nog n stt dn moet een zoemer getiveerd worden. Het geruik vn een -poort ligt dn voor de hnd. We heen nu lleen een pr prktishe prolemen om op te lossen. Als de deur open gt dn ontstt er vi het deur/slotontt een mss verinding (Een logishe nul dus);
Als het ontt uitgeshkeld wordt dn ontstt vi de geruikers een mssverinding (weer een logishe nul); Als de verlihting n stt dn heen we te mken met een logishe. De shkeling moet dus zo gemkt worden dt twee logishe nullen en een logishe op de ingngen resulteren in een logishe op de die de zoemer tiveert. De funtie-tel en het lokshem zien er dn uit ls fig.. Het is niet moeilijk voor te stellen dt er inverters en een -poort in het deurshkelr onttshkelr situtie inir ingngen LOGICA lihtshkelr Figuur : De logishe shkeling vn de liht-n wrshuwing logi-lokje moeten zitten (fig. 8). Wnneer we de shkeling utotehnish ingngen deurshkelr onttshkelr lihtshkelr Figuur 8: Het logi-lok estt uit een poort en twee NIET poorten nkleden dn ontstt fig. 9. We moeten hierij ehter wel een pr knttekeningen pltsen. Ten eerste komt op de ingngen een spnning - Volt te
stn. Hiervoor heen we speile CMOS digitle IC s nodig. Verder zl het IC zelf niet voldoende stroom leveren om rehtstreeks de zoemer of zelfs een relis n te sturen. Een drivertrp in de vorm vn een trnsistor of MOSFET zl nodig zijn. Dit doet ehter niets f n het prinipe vn de shkeling. deurontt onttslot verlihting Figuur 9: Autotehnishe uitwerking vn fig. 8 Dynmishe oliedrukontrole Een tweede vooreeld is een dynmishe oliedrukontrole-shkeling. Eenvoudige oliedrukontrolelmpjes worden ediend door een oliedrukshkelr die in de meeste gevllen shkelt ij een oliedruk vn ongeveer, r. Dit heeft tot gevolg dt de estuurder lleen wordt gewrshuwd wnneer de oliedruk dlt onder de genoemde druk. Deze wrshuwing is niet l te etrouwr omdt de werkdruk vn het systeem tot r edrgt ij een toerentl vn zo n t/min. De dynmishe oliedrukmeting is in stt om het inditiegeied nzienlijk uit te reiden (zie fig. ). De werking vn het dynmishe ontrolesysteem is dn ls volgt: Contt n, motor stt stil: oliedruk-ontroleled liht op; Contt n, motor drit, oliedruk groter dn, r: led dooft; Motor drit meer dn t/min, oliedruk minder dn,8 r: led en zoemer wrshuwen de estuurder omtrent de te lge oliedruk; Motor drit minder dn t/min, oliedruk minder dn, r: led en zoemer wrshuwen de estuurder omtrent de te lge oliedruk. Het symool vn de shkeling lsmede de hierop ngesloten omponenten worden door fig. weergegeven. Er komen een drietl ingngssignlen innen: de oliedruk-shkelr B welke opent ij, r, de oliedrukshkelr A welke sluit ij,8 r en de toerentlsensor wrvn de shkeling een fgeeft eneden de t/min. en een logishe oven de t/min. De ingngssignlen estn dus uit logishe enen of logishe nullen (shkelrs in of uit, toerentl eneden of oven de t/min). Het ssignl zl
verloop oliedruk A oliedrik (r) LED liht op C B toerentl (x ) Figuur : Drukverloop vn de oliedruk ls funtie vn het motortoerentl. De onderroken lijnen geven de ontrolegeieden weer. A. het werkelijke drukverloop; B. het ontrole geied ij onventionele oliedrukontrole; C. het ontrolegeied ij de dynmishe oliedrukontrole. dn fhnkelijk vn de ingngssignlen een logishe of een zijn wrdoor de led en de zoemer l dn niet worden getiveerd.. Ontwerp vn de dynmishe oliedrukshkeling In eerste instntie wordt een utotehnishe wrheidstel of funtietel opgezet. De ingngen A, B en C (fig. ) kennen logishe toestnden dus totl zijn er = 8 mogelijkheden. Voor l deze mogelijkheden moeten we ekijken of de estuurder l dn niet moet worden gewrshuwd. Wrshuwen, niet wrshuwen. Niet lle mogelijkheden zullen reëel zijn. Bij de mogelijkheid kn niet kn een worden ingevuld. We komen dn tot een funtietel volgens fig.. Controleer dit. We kunnen nu n de hnd vn de funtietel de logishe shkeling opstellen door de volgende logishe redenering op te zetten. De E wordt : wnneer A is B is C is OF wnneer A is B is C is OF wnneer A is B is C is We kunnen nu de shkeling mken wnneer we OF, Niet en -poorten geruiken (fig. ). Deze shkeling is eenvoudig te ontroleren. De op deze wijze gemkte shkelingen kunnen in de meeste gevllen worden vereenvoudigd. Hiervoor is een speil soort wiskunde ontwikkeld. Deze wiskunde stt ekend onder de Boolen lger. Er estt ook een grfishe methode de zgn. Krnugh digrmmen. De zo vereenvoudigde elektroni-shkeling (poortlo- 8
+ + A + E logi B C toerentlsensor Figuur : Shemtishe voorstelling vn de dynmishe oliedrukshkelr. De shkeling kn ook onderdeel zijn vn een omplete informtieomputer. Shkelr A sluit ij,8 r en shkelr B opent ij, r. groter dn,8 r kleiner dn, r kleiner dn t/min = led niet tief kleiner dn,8 r groter dn, r groter dn t/min = led tief shkelr A shkelr B toerentl hoog/lg E Figuur : De funtietel wrij lle ingngssituties worden genoemd. Op de komt een logishe te stn in die sitities wrij men vindt dt de estuurder moet worden gewrshuwd. A B C NIET OF E Figuur : De logishe shkeling vn de dynmishe oliedrukontrole 9
gi) is in fig. fgeeeld. Deze shkeling is zo smengesteld dt de zoemer getiveerd ( wordt ) wordt wnneer: A= B= C= of A= B= C= of A= B= C= Controleer dit. In lle ndere gevllen wordt de zoemer/led niet getiveerd. A B C OF E NIET Figuur : De vereenvoudigde logishe shkeling die de dynmishe oliedruk-ontrole reliseert wordt voorgesteld door twee -poorten, een OF-poort en een inverter. Vrgen en opgven. Verklr het vershil tussen nloge en digitle informtie.. Hoe worden de drie sis-iruits vn de digitle elektroni genoemd?. Onder welke omstndigheden heeft de vn een -poort een logishe?. Onder welke omstndigheden heeft de vn een OF-poort een logishe?. Geef n hoe de deimle ijfers:,, en inir worden weergegeven.. Wt is het mximle getl dt gevormd kn worden door 8 its?. Wt verstt men onder een omintorishe shkeling? 8. Geef n onder welke omstndigheden de estuurder gewrshuwd wordt ij de liht-n wrshuwingsshkeling. 9. Met hoeveel poorten wordt de liht-n shkeling gereliseerd?. Kn men zonder meer shkelrs en leds n de logishe IC s koppelen? Zo neen, wt zijn dn de eisen die we stellen?. Mk een funtietel vn een omintorishe shkeling die estt uit een -poort met drie ingngen terwijl de met een NIET-poort is veronden.
. Wt is nu het voordeel vn en dynmishe oliedrukshkelr oven een klssieke?. Welke toestnden in de tel vn fig. kunnen tehnish gezien niet voorkomen?. Wrvoor wordt de Boolen lger geruikt?