Intrarea pentru un ECU reprezinta un element de comutatie care poate fi influentat de utilizator, acesta modificand nivelul de tensiune in circuit prin activarea unor butoane.
Butoanele, intrerupatoarele (switch) reprezinta modalitatea prin care utilizatorul comanda functionarea modulului electronic (ECU). Un ECU trebuie sa aiba un bloc dedicat preluarii si interpretarii semnalelor obtinute de la butoane.
Input state, Pull up, Pull down
Orice intrare poate avea cel putin doua stari (activ si inactiv). O intrare este in starea inactiva, daca butonul corespondent este in pozitia released "0 daca e cazul". Orice alta pozitie a butonului va determina circuitul de intrare sa intre intr-o stare de activare.
In functie de configuratia circuitului de intrare acestea pot fi circuite cu "Pull up" sau cu "Pull down". Un circuit de intrare cu Pull up va avea valoarea 1 logic in starea de inactiv. Un circuit de intrare cu Pull down va avea valoarea 0 logic in starea de inactiv.
Exemple de intrari "Pull up" si "Pull down"
Nivelurile logice ale intrarilor digitale
Intrarile digitale sunt circuite care au o functionare de tip bolean (pot avea valoarea 0 logic "FALSE" sau 1 logic "TRUE"). Prin actionarea butonului, nivelul tensiunii in circuitul de intrare se va schimba din 0 in 1 sau din 1 in 0, urmand ca la eliberarea butonului, circuitul sa revina in starea initiala. Starea circuitului digital de intrare este analizata de uC pe un pin configurat ca intrare digitala.
Starea intrarii digitale este determinata doar atunci cand nivelul tensiunii din circuitul de intrare se afla in zona corespunzatoare. Tensiunile care delimiteaza starea unei intrari digitale se numesc niveluri logice.
La actionarea intrerupatorului in cele doua cazuri (prezentate mai sus), valoarea tensiunii prezenta pe intrarea digitala poate fi 5V sau 0V. Aceste valori indeplinesc conditiile de nivel logic al intrarii, starea intrarii fiind determinata.
Daca contactul intrerupatorului este defectuos atunci valoarea tensiunii prezenta pe intrarea digitala poate fi intre nivelurile logice, starea intrarii fiind nedeterminata.
Input analogic, ADC (analog to digital convertor)
O intrare analogica este folosita atunci cand este nevoie sa se citeasca exact valoarea tensiiunii din circuitul de intrare. Starea intrarii analogice este analizata de uC pe un pin de intrare analogica (ADC). Valoarea tensiunii din intrarea analogica va fi convertita intr-o valoare digitala pe un numar stabilit de biti, numar care determina rezolutia achizitiei.
Ce este si cum functioneaza un ADC?
ADC este un bloc functional in cadrul circuitelor integrate a carui functie este de a converti o tensiune continua intr-o valoare digitala care poate fi memorata.
Un bloc de ADC este caracterizat de numarul de biti pe care face conversia (rezolutia) si tensiunile de referinta. Tensiunile de referinta sunt, de obicei, GND si VDD.
Un numar limitat de biti pe care se face memorarea presupune o cuantizare a valorilor ce pot fi memorate. Pe 8biti se pot scrie 256 valori de tensiune intre GND si VDD. Pe 12biti se pot scrie 4096 valori.
Putem considera o intrare digitala ca fiind o intrare care face conversia si memorarea pe 1bit. Astfel acesta poate memora 2 valori de tensiune, 0 sau 1, de unde vom sti ca avem 0V sau 5V daca avem referintele GND = 0V si VDD = 5V.
Valoarea digitala a tensiunii se obtine prin comparatii succesive reducand intervalul de referinta si comparand semnalul cu jumatatea tensiunii de referinta curente.
Exemplu de functionare al unui ADC
Pentru o conversie pe 4 biti se fac 4 comparatii succesive pentru a se determina valoarea fiecarui bit. Daca valoarea tensiunii din circuit este mai mare decat jumatatea intervalului curent atunci valoarea bitului corespondent va fi 1 iar daca valoarea tensiunii este mai mica, bitul corespondent va avea valoarea 0.
Valoarea digitala a unei tensiuni se poate calcula astfel:
Valaore digitala = ((Vmasurat * (nr. valori posibile / Vref)) – 1
Exemplu de calcul:
- ADC, rezolutie 8 biti, tensiune de referinta 0V – 5V;
8biti => 256 valori digitale posibile (0 – 255);
5V / 256 = 0.0195V = 19.5mV / digit;
=> 2V = 101 valoare digitala, => 3V = 153 valoare digitala. - ADC, rezolutie 12 biti, tensiune de referinta 0V – 5V.
12biti => 4096 valori digitale posibile (0 – 4095);
5V / 4096 = 0.0012V = 1.2mV / digit;
=> 2V = 1637 valoare digitala, => 3V = 2457 valoare digitala.
Circuitele de intrare analogica sunt folosite pentru a deservi intrerupatoare mai complexe. De obicei intrerupatorul este un potentiometru, la actionarea caruia tensiunea din circuit variaza intre valorile de referinta. Un exemplu este senzorul care citeste nivelul de combustibil.
Aceste circuite se folosesc si in cazul intrarilor care pot citi mai multe valori fixe de tensiune. Un exemplu este butonul de actionare a geamului din usa automobilului.
In acest exemplu, intrerupatorul are 3 pozitii. In pozitia eliberat, in circuit vom avea 5V, actionat in jos vom avea 0V, iar actionat in sus vom avea 2.5V. Intrarea analogica va genera valori digitale diferite pentru toate cele 3 situatii, determinand astfel starea butonului.
Multiplexarea digitala si analogica
Semnalele preluate de circuitul de intrare trebuiesc citite pe un pin corespunzator de uC. Exista situatii in care numarul de pini ai uC disponibili pentru intrari este limitat si atunci se opteaza pentru folosirea multiplexoarelor (MUX).
Multiplexorul este un circuit integrat care are rolul de a pune succesiv semnalele de pe mai multe intrari pe un singur pin de uC. Pentru a selecta care intrare va fi citita la un moment dat, MUX-ul are 1 sau mai multi pini de selectie care sunt controlati de uC.
Un circuit multiplexor/demultiplexor des folosit in automotive este CD74HC4051-EP fabricat de Texas Instruments.
Numarul pinilor de selectie (nr. biti de adresa) determina numarul maxim de intrari ale multiplexorului. Ex: 1pin => 2intrari, 2pini => 4intrari, 3pini => 8intrari s.a.m.d.
Multiplexarea poate fi digitala sau analogica. Multiplexarea digitala, presupune setarea iesirii multiplexorului in 1 logic sau in 0 logic in functie de starea intrarii selectate. Multiplexarea analogica presupune repetarea la iesire a tensiunii de pe intrarea selectata.
Bibliografie:
https://sittinfo.blogspot.com/
https://www.ti.com/
