Electronique numérique

III-4-1Electronique et électrotechnique

Table des matières

3. Electronique numérique

3-4 Bascules et applications

1. Compteurs

2. Additionneurs

3. Décodeurs

4. Multiplexeurs

5. Démultiplexeurs

6. Les mémoires (RAM, ROM, EPROM, FLASH, …)

Electronique numérique

III-4-2Electronique et électrotechnique

Compteur

Opérations de séquençage, de comptage et d’opérations arithmétiques.

Ce compteur compte de 0 à 1, revient à 0 et recommence

Active sur le front descendant

T

0 1 0

Qt

t1 2 3

Compteur élémentaire

TQ

Bascule T

Electronique numérique

III-4-3Electronique et électrotechnique

Compteur (octal)

Q0Q1Q2n

1117

0116

1015

0014

1103

0102

1001

0000

T

0 1 0

0Q t

t1 2 3 4

1 0

0 0

1Q t1 1 0

0 00

2Q t10

T0Q

T1Q

T2Q

Electronique numérique

III-4-4Electronique et électrotechnique

Application

Réalisation d’un système de comptaged’impulsions en base 10

Compteur: DCBA (binaire)

10 = (1010)2

T0Q

T1Q

T2Q

T3Q

A B C D

clear clear clear clear

Attention: D est le bit de poids fort

Electronique numérique

III-4-5Electronique et électrotechnique

Application

Réalisation d’un système de comptaged’impulsions en base 12

NB: 12 = (1100)2

T0Q

T1Q

T2Q

T3Q

A B C D

clear clear clear clear

Electronique numérique

III-4-6Electronique et électrotechnique

ApplicationRéalisation d’un système de comptageBCD d’impulsions. (le circuit devra permettreun affichage décimal des impulsions comptées)

10 = (1010)2

A B C D A B C D

Remarque: Pour un affichage, par exemple sur afficheur 7-segments, ce circuit sera complété par un décodeur « binaire – afficheur 7-segments »(voir plus loin).

Electronique numérique

III-4-7Electronique et électrotechnique

Additionneur

Il s’agit d’un demi-additionneur

1011

0101

0110

0000

RSE2E1

Additionneur de 2 bits

2E

1E S

R..AD

21 EES ⊕=

21 .EER=

et

1E

2E

S

R

Electronique numérique

III-4-8Electronique et électrotechnique

Additionneur

Il faut une entrée supplémentaire (retenue éventuelle)

Additionneur complet

2E

1E S

A1−nR nR

2E

1E

..AD

S

..AD

1−nRnR

Pour additionner 2 nombres à plusieurs bits, il faut tenir compte de l’éventuelle retenue de l’étage précédent.

Electronique numérique

III-4-9Electronique et électrotechnique

Additionneur

2E

1ES

1−nRnR

1

1

1

1

Rn-1

1111

1001

1010

0100

RnSE2E1

0

0

0

0

Rn-1

1011

0101

0110

0000

RnSE2E1

Il suffit de vérifier la table de vérité suivante :

1

0

0

1 1 1

1

0

0 1

01

1

1 0

1

1 1

Exemple

Electronique numérique

III-4-10Electronique et électrotechnique

Additionneur à quatre bits

0a0S

A0R0b

1a1S

A1R1b

2a2S

A2R2b

3a3S

A3R3b

Addition de 2 nombres binaires à 4 bits

+

0123

0123

0123

SSSS

bbbb

aaaa

Electronique numérique

III-4-11Electronique et électrotechnique

Additionneur à quatre bits

CI4008

Electronique numérique

III-4-12Electronique et électrotechnique

QUESTIONS

r Expliquez le fonctionnement d’uncompteur.

r Expliquez le fonctionnement d’unadditionneur.

Electronique numérique

III-4-13Electronique et électrotechnique

Décodeur (DCB-7 segments)

Electronique numérique

III-4-14Electronique et électrotechnique

Exercice

Déterminez les équations logiques permettant d’exprimer la sortie relative au segment « e ».

DCBADBCA

DCBADCBAe

++

+=

DCBADBCADCA ++=

)( CBDBDCA

CBADBADCA

++=

++=

Electronique numérique

III-4-15Electronique et électrotechnique

Décodeur binaire (2 bits)

1

0

0

0

S3

0

1

0

0

S2

0011

0001

0110

1000

S0S1E0E1

Décodeurà 2 entrées

1E 0E

3S 0S

01010 . EEEES +==

01011 . EEEES +==

10102 . EEEES +==

10103 . EEEES +==

1E 0E

0S

1S

2S

3S

Electronique numérique

III-4-16Electronique et électrotechnique

3E 2E 1E 0E

15S 0S1S

Décodeur à 4 entrées

Décodeur binaire (4 bits)

Analysez le CI suivant (4028)

Electronique numérique

III-4-17Electronique et électrotechnique

Multiplexeur

S

7E 1E 0E

Multiplexeur0A

1A

2A

Entrées d’adressage (n)

Entrées d’information

(N)

Sorties

nN 2=Nous avons

MultiplexeurCommutateur à plusieurs positions

Interface parallèle-série

Un multiplexeur est un circuit logique à N entrées dites de données (ou d’information) et une sortie qui correspond à une des entrées. Celle-ci est sélectionnée parmi les entrées en fonction de n entrées d’adressage. N et n sont liés par N=2n

Un multiplexeur joue le rôle de commutateur à plusieurs positions qui aiguillerait vers la sortie les informations de n’importe quelle entrée.

Par une utilisation cyclique des entrées d’adressage, les données des entrées, qui sont en parallèle à l’entrée du multiplexeur, se retrouvent en série à la sortie.

Il s’agit d’aiguillage des données.

Electronique numérique

III-4-18Electronique et électrotechnique

MultiplexeurExemple de réalisation: multiplexeur à 2 entrées

S

1E 0E

Multiplexeur0A0100 .. AEAES +=

L’équation logique correspondant àce multiplexeur est

0E

1E

0A

S

Electronique numérique

III-4-19Electronique et électrotechnique

Multiplexeur

L’entrée « SELECT »permet de sélectionner les entrées A ou les entrées B

A quoi sert l’entrée « STROBE » ?

Electronique numérique

III-4-20Electronique et électrotechnique

Multiplexeurs: exemple

Electronique numérique

III-4-21Electronique et électrotechnique

Multiplexeurs CMOS 45128-INPUT Multiplexer with 3-state OUTPUT

L’entrée 100 (4) est sélectionnée)

Electronique numérique

III-4-22Electronique et électrotechnique

DémultiplexeursLe démultiplexeur est un décodeur jouant un rôle de distribution.

Commutateur à plusieurs positions

Interface série-parallèleDémultiplexeur

Entrées d’adressage (ici une de ces entrées est active à la fois)

Entrée d’information

Sorties

Electronique numérique

III-4-23Electronique et électrotechnique

Démultiplexeurs

Si l’adressage est binaire, nous obtenons

Electronique numérique

III-4-24Electronique et électrotechnique

Démultiplexeurs: exemple

Electronique numérique

III-4-25Electronique et électrotechnique

Les mémoires1. Les mémoires vives statiques

Appelée « RAM » statique (random access mémory)

Elle se lisent simplement en accédant à l’information sous forme d’adresse (voir ci-dessous). L’effacement est immédiat en cas de coupure de l’alimentation (On parle de mémoire « volatile »). Les cellules élémentaires sont des « flip-flop » classiques.

2. Les mémoires vives dynamiquesAppelée « RAM » dynamique

L’élément individuel est muni d’un condensateur qui nécessite un signal de rafraîchissement à fréquence régulière pour compenser les pertes de charge (Ce sont celles-ci qui sont utilisées dans les ordinateurs actuels)

Electronique numérique

III-4-26Electronique et électrotechnique

Les mémoires3. Les mémoires mortes

Appelée « ROM » (read only mémory)

Mémoire à lecture seule appelée aussi mémoire morte ou permanente. Seule la lecture des informations est possible. Ces mémoires sont programmées à la construction.

4. Les mémoires mortes programmablesAppelée « PROM »

L’utilisateur programme lui-même le contenu des mémoires. Après programmation, celles-ci deviennent des ROM classiques.

Electronique numérique

III-4-27Electronique et électrotechnique

Les mémoires4. Les mémoires UVPROM ou EPROM

L’effacement nécessite l’exposition du composant àune source d’ultraviolet durant plusieurs minutes. La rétention des données est de plusieurs années hors alimentation.

5. Les mémoires EEPROM

Elles aussi conservent les données hors alimentation. L’avantage considérable provient du fait qu’elle s’efface électriquement et ce de manière beaucoup plus rapide.

Electronique numérique

III-4-28Electronique et électrotechnique

Les mémoires

Celle-ci ressemblent aux EEPROM et sont généralement intégrées aux microcontrôleurs et servent essentiellement à stocker le programme.

5. Les mémoires dites « FLASH »

Electronique numérique

III-4-29Electronique et électrotechnique

Les mémoires

Comme toutes les mémoires, celle-ci contient un certains nombres de bits (cellule élémentaire). Chaque cellule est caractérisée par une adresse et une donnée.

Pratiquement, illustrons l’utilisation d’un CI spécifique : le CI 2102(L)

A7

A5

A1

A2

A4

A0

A3

A9

A8A6

16 2 4 5 7 8 6 14 15 1

+

DOUT

GND

R/W

CEDIN

VCC3

9

1311

10

12

IC 2102

Bornes d’adresse210 places mémoire

Lecture « 1 » et écriture « 0 »

Donnée àécrire (borne 3 au niveau « 0 »)

Donnée à lire (borne 3 au niveau « 1 »)

Le CI est disponible lorsque la borne 13 est à « 0 »

Electronique numérique

III-4-30Electronique et électrotechnique

Exercice

On veut stocker 3800 bits (3800 * 1 bit) d’information dans une mémoire R.A.M. Quelle doit être le nombre minimal de bornes d’adresses ?

210=1024

212=4096

12 bornes d’adresse211=2048

Electronique numérique

III-4-31Electronique et électrotechnique

Logique et électronique

Les différentes parties de ce cours ont montrél’importance des portes logiques. Ceci montre que des éléments très simples peuvent conduire à des fonctions élaborées.

Electronique numérique

III-4-32Electronique et électrotechnique

ExerciceAnalysez le CI suivant (4019)

Si les entrées « KA » et « KB » sont à 1 (H), le circuit est équivalent à 4 portes « ou ». Si l’entrée KA=1 et KB=0, les sorties sont égales aux entrées « A ». Idem pour l’entrée « KB ». Si KA=0 et KB=0, les sorties seront aussi égales à « 0 ».

Electronique numérique

III-4-33Electronique et électrotechnique

Divers circuits numériques

//// Portes logiques

//// Bascules

//// Compteurs

Exemple: 4033 ou 4026

Electronique numérique

III-4-34Electronique et électrotechnique

ApplicationRéalisation d’un système de comptage d’impulsionsavec affichage sur afficheurs 7 segments

40334033

Electronique numérique

III-4-35Electronique et électrotechnique

QUESTIONS

r Expliquez le fonctionnement d’un décodeur.

r Expliquez le fonctionnement d’unmultiplexeur.

r Qu’est-ce qu’une R.A.M. et une EEPROM ?