– podstawy, które warto znać
W poniższej publikacji zajmiemy się przewodami elektrycznymi i musimy wprowadzić pewną umowę. Należy ustalić co będzie jedynką, a co zerem. Najprostsza sytuacja to przyjęcie następującej konwencji: zero to brak napięcia, a jedynka to pięć woltów. Takie „prymitywne” zasady są proste i zrozumiałe dla każdego. Po wpięciu się oscyloskopem, z łatwością zobaczmy ciąg zmian napięcia. Nawet moglibyśmy się pokusić i zapisać na kartce całe przesyłane komunikaty, czyli ciąg zer i jedynek.
Pierwsza trudność
W technice cyfrowej najmniejszą wartością jest bit. Bit może przybrać dwie postacie: albo zero, albo jeden. Naturalne wydaje się przyporządkowanie braku napięcia do zera, a napięcie dodatnie (na przykład 5 V) do jedynki. Ale przecież wcale tak nie musi być. Może ktoś sobie wymyślił odwrotne przyporządkowanie, przecież też nic by się nie stało. Świat się umawia do pewnych zasad, które potem wszyscy inni muszą akceptować. Ale nie wchodząc dalej czy jedynka to brak napięcia, czy napięcie dodatnie, musimy przypomnieć sobie pewną żelazną zasadę z techniki cyfrowej. A mianowicie to, że mając tylko dwa możliwe stany (0 lub 1), musimy się umówić co jest ważniejsze. I to musimy zawsze pamiętać, że im mniejsza wartość liczby, tym ma większe znaczenie. „0” ma pierwsze miejsce, a drugie „1”. Zero jest dominujące. Jak komputer miałby uporządkować komunikaty, które na początku miałyby oznaczenia w postaci liczb (na przykład: 5, 3, 12), to najpierw odczytałby komunikat z wiadomości numer 3, potem 5, a na końcu z wiadomości numer 12 – czyli przyjęliśmy do wiadomości, że im mniejsza liczba, tym ważniejsza.
Drugie ułatwienie
Najmniejszą jednostką w technice cyfrowej jest bit. Może on być albo zerem, albo jedynką. Przed chwilą nauczyliśmy się, że „0” jest ważniejsze od „1”. A teraz nazwijmy bit zerowy po imieniu: „bit dominujący”. W takim razie jedynkę też musimy nazwać. Od słowa zastój, brak dominacji, czyli recesja, nazywa się on „bitem recesywnym”. I wszystko powoli staje się bardziej przejrzyste.
Jeżeli kilka sterowników chce nadać informacje w tym samym czasie, to przecież taką kolejkę trzeba uporządkować. Trzeba oznaczyć, kto może nadać pierwszy informacje do sieci cyfrowej, a kto ma w tym czasie tylko odbierać – czyli kto jest dominujący, a kto recesywny. Do tych informacji należałoby dołączyć wiedzę z budowy cyfrowych komunikatów. I w ten sposób można by było odczytywać informacje jakimi wymieniają się sterowniki w samochodzie. Tę wiedzę ma za nas skaner diagnostyczny, który tłumaczy „zdania cyfrowe” na zdania w naszym języku. W odwrotnym kierunku działał programista budujący całą architekturę w samochodzie: zamieniał normalne słowa na język zrozumiały przez komputery.
Trzecie utrudnienie
Oprócz sieci cyfrowej, skonstruowanej tak prosto jak przed chwilą opisaliśmy (czytelnej pod względem logicznym i elektrycznym), najczęściej mamy do czynienia z sieciami typu CAN. Podstawowe utrudnienie dla nas jest takie, że zamiast jednego przewodu mamy dwa, skręcone. Jednym przewodem płynie napięcie w postaci prostokątów, a drugim te same prostokąty są dokładnie odwrócone. To znaczy, że jak w jednym mamy napięcie wysokie, to w drugim napięcie niskie. To wcale nie oznacza, że fala prostokątna jest na poziomie zera woltów. Może być na przykład na poziomie 2,5 V. To oznacza, że wysokie napięcie będzie wynosiło 3,5 V, a niskie 2,5 V. Teraz musimy dorysować drugą falę prostokątną, dokładnie odwrotną, czyli napięcie wysokie dla niej będzie 2,5 V, a niskie 1,5 V. Patrząc się na rysunek widzimy oś symetrii na poziomie 2,5 V. Wyobraźmy sobie, że sterownik odczytujący takie napięcie nie czyta poszczególnych napięć, ale ich różnicę. I z tej różnicy tworzy swoją logiczną falę prostokątną, która odpowiada bitom cyfrowym. Dalej odpowiemy na pytanie: po co to wszystko?
Czwarte wyjaśnienie
Do przewodów elektrycznych może wtargnąć zakłócenie. Zaindukuje się napięcie pasożytnicze, pochodzące na przykład od elektrycznego silnika wycieraczek. Jak mamy dwa skręcone przewody, to zaindukuje się tyle samo napięcia w jednym przewodzie co w drugim. Mądre urządzenie w sterowniku, odczytujące napięcia (transceiver), odejmie te dwa zaindukowane zakłócenia od siebie, a więc nawet nie zauważy, że coś się w przewodach zmieniło. Zakłócenie minus zakłócenie, równa się zero. I właśnie po to buduje się sieć cyfrową ze skrętek. Wszystko co jest niepotrzebne w postaci zakłóceń elektromagnetycznych, w wyniku odejmowania zostaje od razu odfiltrowane (ginie bezpowrotnie). Taki prosty pomysł przynosi tak wiele korzyści.
Piąta uwaga
Ale jak podłączymy oscyloskop, to już tak łatwo nie zobaczymy bitów. Musimy się dowiedzieć, gdzie te bity zostały ukryte i jak je odszyfrowuje sterownik. Sterownik ma na końcu różnicę napięć, a więc musi z niej zadecydować kiedy mamy jedynkę, a kiedy logiczne zero. Zwróćmy uwagę na to, że wprowadzamy jakieś zasady. Umawiamy się jaka różnica napięć będzie odpowiadała jedynce, a jaka zeru. Jeżeli nie przeczytamy o tych regułach, nie możemy pójść dalej. Ludzie muszą wprowadzać ciągle jakiś umowy, normy, według których potem tworzy się urządzenia „czytelne dla wszystkich”.
Szósta umowa
A więc umawiamy się, że jak różnica napięć będzie duża, to ten stan będzie dominujący. Z poprzednich rozważań wiemy, że jest to logiczne 0. W wypadku małej różnicy napięć wpisujemy stan recesywny, czyli 1. Nie podajemy dokładnie wartości napięć, tylko ogólnie: duża i mała różnica napięć. Impulsy mamy symetryczne, a więc co chwilę mamy do czynienia albo z dużą różnicą, albo z małą. I tutaj ważna uwaga, ta umowa dotyczy sieci szybkiej, czyli CAN High-speed. Sieć szybka jest potrzebna do sterowania silnikiem, układami związanymi z hamowaniem i tym podobnymi. Sterowniki muszą podejmować decyzje w ciągu ułamków sekund, a także przesyłać te decyzje w tak szybkim tempie do elementów wykonawczych.
Siódma umowa
Wydawałoby się, że umowy wszędzie są takie same. Ale tak nie jest. Oprócz sieci cyfrowej szybkiej, mamy sieć wolną, czyli CAN Low-speed. Reakcja, na przykład układu klimatyzacji, nie musi być tak szybka i odporna na zakłócenia, jak układu ABS. Stosuje się więc inną sieć, także cyfrową, całkowicie niezależną od tej sieci najważniejszej w samochodzie. W sieci wolnej znowu mamy wprowadzone zasady, w jaki sposób zinterpretować różnicę napięć. I tu mamy dokładnie odwrotnie. Jak mamy dużą różnicę napięć, to zostaje ona zamieniona na bit 1, a jak małą, to na bit 0. To wszystko widać na rysunkach. Można krytykować te zasady, ale takie są i my musimy o nich wiedzieć, aby literatura z najnowszej elektroniki samochodowej była dla nas zrozumiała.
Stanisław Mikołaj Słupski
Świat cyfrowy polega na przesyłaniu wiadomości zakodowanych w zero-jedynkach. Do przekazania informacji zero-jedynkowych potrzebne jest medium. Mogą to być na przykład sygnały optyczne albo elektryczne w postaci napięcia. Jeżeli sygnał ma być przesłany z jednego sterownika do drugiego, to muszą one być połączone przewodem. W przypadku sygnałów optycznych – światłowodem, a w przypadku impulsów elektrycznych – przewodzącym kablem, np. miedzianym. Znaki zero- -jedynkowe muszą być zamienione na impulsy.
W poniższej publikacji zajmiemy się przewodami elektrycznymi i musimy wprowadzić pewną umowę. Należy ustalić co będzie jedynką, a co zerem. Najprostsza sytuacja to przyjęcie następującej konwencji: zero to brak napięcia, a jedynka to pięć woltów. Takie „prymitywne” zasady są proste i zrozumiałe dla każdego. Po wpięciu się oscyloskopem, z łatwością zobaczmy ciąg zmian napięcia. Nawet moglibyśmy się pokusić i zapisać na kartce całe przesyłane komunikaty, czyli ciąg zer i jedynek.
Pierwsza trudność
W technice cyfrowej najmniejszą wartością jest bit. Bit może przybrać dwie postacie: albo zero, albo jeden. Naturalne wydaje się przyporządkowanie braku napięcia do zera, a napięcie dodatnie (na przykład 5 V) do jedynki. Ale przecież wcale tak nie musi być. Może ktoś sobie wymyślił odwrotne przyporządkowanie, przecież też nic by się nie stało. Świat się umawia do pewnych zasad, które potem wszyscy inni muszą akceptować. Ale nie wchodząc dalej czy jedynka to brak napięcia, czy napięcie dodatnie, musimy przypomnieć sobie pewną żelazną zasadę z techniki cyfrowej. A mianowicie to, że mając tylko dwa możliwe stany (0 lub 1), musimy się umówić co jest ważniejsze. I to musimy zawsze pamiętać, że im mniejsza wartość liczby, tym ma większe znaczenie. „0” ma pierwsze miejsce, a drugie „1”. Zero jest dominujące. Jak komputer miałby uporządkować komunikaty, które na początku miałyby oznaczenia w postaci liczb (na przykład: 5, 3, 12), to najpierw odczytałby komunikat z wiadomości numer 3, potem 5, a na końcu z wiadomości numer 12 – czyli przyjęliśmy do wiadomości, że im mniejsza liczba, tym ważniejsza.
Drugie ułatwienie
Najmniejszą jednostką w technice cyfrowej jest bit. Może on być albo zerem, albo jedynką. Przed chwilą nauczyliśmy się, że „0” jest ważniejsze od „1”. A teraz nazwijmy bit zerowy po imieniu: „bit dominujący”. W takim razie jedynkę też musimy nazwać. Od słowa zastój, brak dominacji, czyli recesja, nazywa się on „bitem recesywnym”. I wszystko powoli staje się bardziej przejrzyste.
Jeżeli kilka sterowników chce nadać informacje w tym samym czasie, to przecież taką kolejkę trzeba uporządkować. Trzeba oznaczyć, kto może nadać pierwszy informacje do sieci cyfrowej, a kto ma w tym czasie tylko odbierać – czyli kto jest dominujący, a kto recesywny. Do tych informacji należałoby dołączyć wiedzę z budowy cyfrowych komunikatów. I w ten sposób można by było odczytywać informacje jakimi wymieniają się sterowniki w samochodzie. Tę wiedzę ma za nas skaner diagnostyczny, który tłumaczy „zdania cyfrowe” na zdania w naszym języku. W odwrotnym kierunku działał programista budujący całą architekturę w samochodzie: zamieniał normalne słowa na język zrozumiały przez komputery.
Trzecie utrudnienie
Oprócz sieci cyfrowej, skonstruowanej tak prosto jak przed chwilą opisaliśmy (czytelnej pod względem logicznym i elektrycznym), najczęściej mamy do czynienia z sieciami typu CAN. Podstawowe utrudnienie dla nas jest takie, że zamiast jednego przewodu mamy dwa, skręcone. Jednym przewodem płynie napięcie w postaci prostokątów, a drugim te same prostokąty są dokładnie odwrócone. To znaczy, że jak w jednym mamy napięcie wysokie, to w drugim napięcie niskie. To wcale nie oznacza, że fala prostokątna jest na poziomie zera woltów. Może być na przykład na poziomie 2,5 V. To oznacza, że wysokie napięcie będzie wynosiło 3,5 V, a niskie 2,5 V. Teraz musimy dorysować drugą falę prostokątną, dokładnie odwrotną, czyli napięcie wysokie dla niej będzie 2,5 V, a niskie 1,5 V. Patrząc się na rysunek widzimy oś symetrii na poziomie 2,5 V. Wyobraźmy sobie, że sterownik odczytujący takie napięcie nie czyta poszczególnych napięć, ale ich różnicę. I z tej różnicy tworzy swoją logiczną falę prostokątną, która odpowiada bitom cyfrowym. Dalej odpowiemy na pytanie: po co to wszystko?
Czwarte wyjaśnienie
Do przewodów elektrycznych może wtargnąć zakłócenie. Zaindukuje się napięcie pasożytnicze, pochodzące na przykład od elektrycznego silnika wycieraczek. Jak mamy dwa skręcone przewody, to zaindukuje się tyle samo napięcia w jednym przewodzie co w drugim. Mądre urządzenie w sterowniku, odczytujące napięcia (transceiver), odejmie te dwa zaindukowane zakłócenia od siebie, a więc nawet nie zauważy, że coś się w przewodach zmieniło. Zakłócenie minus zakłócenie, równa się zero. I właśnie po to buduje się sieć cyfrową ze skrętek. Wszystko co jest niepotrzebne w postaci zakłóceń elektromagnetycznych, w wyniku odejmowania zostaje od razu odfiltrowane (ginie bezpowrotnie). Taki prosty pomysł przynosi tak wiele korzyści.
Piąta uwaga
Ale jak podłączymy oscyloskop, to już tak łatwo nie zobaczymy bitów. Musimy się dowiedzieć, gdzie te bity zostały ukryte i jak je odszyfrowuje sterownik. Sterownik ma na końcu różnicę napięć, a więc musi z niej zadecydować kiedy mamy jedynkę, a kiedy logiczne zero. Zwróćmy uwagę na to, że wprowadzamy jakieś zasady. Umawiamy się jaka różnica napięć będzie odpowiadała jedynce, a jaka zeru. Jeżeli nie przeczytamy o tych regułach, nie możemy pójść dalej. Ludzie muszą wprowadzać ciągle jakiś umowy, normy, według których potem tworzy się urządzenia „czytelne dla wszystkich”.
Szósta umowa
A więc umawiamy się, że jak różnica napięć będzie duża, to ten stan będzie dominujący. Z poprzednich rozważań wiemy, że jest to logiczne 0. W wypadku małej różnicy napięć wpisujemy stan recesywny, czyli 1. Nie podajemy dokładnie wartości napięć, tylko ogólnie: duża i mała różnica napięć. Impulsy mamy symetryczne, a więc co chwilę mamy do czynienia albo z dużą różnicą, albo z małą. I tutaj ważna uwaga, ta umowa dotyczy sieci szybkiej, czyli CAN High-speed. Sieć szybka jest potrzebna do sterowania silnikiem, układami związanymi z hamowaniem i tym podobnymi. Sterowniki muszą podejmować decyzje w ciągu ułamków sekund, a także przesyłać te decyzje w tak szybkim tempie do elementów wykonawczych.
Siódma umowa
Wydawałoby się, że umowy wszędzie są takie same. Ale tak nie jest. Oprócz sieci cyfrowej szybkiej, mamy sieć wolną, czyli CAN Low-speed. Reakcja, na przykład układu klimatyzacji, nie musi być tak szybka i odporna na zakłócenia, jak układu ABS. Stosuje się więc inną sieć, także cyfrową, całkowicie niezależną od tej sieci najważniejszej w samochodzie. W sieci wolnej znowu mamy wprowadzone zasady, w jaki sposób zinterpretować różnicę napięć. I tu mamy dokładnie odwrotnie. Jak mamy dużą różnicę napięć, to zostaje ona zamieniona na bit 1, a jak małą, to na bit 0. To wszystko widać na rysunkach. Można krytykować te zasady, ale takie są i my musimy o nich wiedzieć, aby literatura z najnowszej elektroniki samochodowej była dla nas zrozumiała.
Stanisław Mikołaj Słupski
Komentarze (0)