Electronique numérique

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1 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Elecronique numérique Éude, dpion e concepion De circuis de commnde en echnologie numérique câlée Ojecif Réliser un circui de commnde en echnologie numérique à prie d un chier de chrges Pré-requis Bses d uomisme du référeniel F3 Svoirs ssociés Bscules, compeurs, muliplexeurs, converisseurs e mémoires Technologies TTL e C MOS

2 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Sommire I. Inroducion. Représenion nlogique d une grndeur. Représenion numérique d une grndeur II. Algère inire (rppel). Foncions inires de se. Propriéés de l lgère inire 3. Foncions inires composées 4. Symolision des foncions logiques 5. Mise en équion e rélision des foncions logiques III. Technologie des foncions logiques. Prmères echnologiques. Circui TTL / CMOS rpide IV. Foncions logiques séquenielles. Les scules. Muliplexeur / Démuliplexeur 3. Les Compeurs 4. Les Converisseurs 5. Les mémoires Trvil personnel Auocorrecion

3 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : I. Inroducion Dns les sciences, dns les echniques, dns les ffires, e dns l plupr des domines nous sommes menés à uiliser des grndeurs. Ces grndeurs son mesurées, surveillées, enregisrées, rnsformées mhémiquemen, oservées e exploiées de diverses fçons dns des sysèmes réels différens. Il es imporn lorsqu'on rville vec diverses grndeurs d'êre en mesure de représener correcemen e précisémen leurs vleurs. Il y fondmenlemen deux mnières de représener l vleur d une grndeur : l mnière nlogique e l mnière numérique.. Représenion nlogique d une grndeur Dns l représenion nlogique, on fi correspondre à une grndeur physique (empérure, pression, viesse ) une ure grndeur (souven élecrique) qui lui es direcemen proporionnelle. A ire d'illusrion, considérons le chymère d'une uomoile dns lequel l viesse es figurée pr l déviion d'une iguille. L posiion ngulire de cee iguille es proporionnelle à l viesse de cee uo, e oue ccélérion ou ou rlenissemen du véhicule se rdui pr un déplcemen correspondn de l'iguille. Les grndeurs nlogiques vrien coninûmen à l'inérieur d'une gmme de vleurs. L viesse d'une uomoile peu êre comprise enre zéro e, meons, 6 km/h e peu prendre oues les vleurs comprises enre ces deux exrémiés. De même, l sorie d'un microphone peu êre n'impore quelle vleur enre zéro e 6 mv (pr exemple, mv,,374 mv, 9,9999 mv).. Représenion numérique d une grndeur Une grndeur que l'on représene numériquemen n'es ps sricemen proporionnelle à une ure grndeur, mis es pluô exprimée u moyen d un nomre indiqun l vleur pproximive de cee grndeur. Une horloge numérique qui donne l'heure du jour u moyen de chiffres représenn les heures, les minues e les secondes ne peu ps disinguer h 3min s e 6cenième de seconde de h 3min s e 3cenième de seconde. L précision sur l vleur de l grndeur dépend donc du nomre de chiffres uilisés pour coder cee informion (+ ou,5s pour l horloge). L'heure du jour es une vrile coninue, lors que les chiffres d'un ffichge numérique (digil) l représenn, eux, ne le son ps. L'heure qui es ffichée progresse pr ps d'une minue ou d'une seconde. En d'ures mos, l représenion numérique de l'heure du jour évolue de fçon disconinue (pr ps de s), conriremen à s représenion nlogique qui es coninue. Les grndeurs numériques vrien pr pliers d un plus pei que l on souhie une précision élevée (on prle de résoluion) sur une éendue définie u prélle e fixée. L ffichge de l heure sur 4 digis (heures + minues) perme une précision de l ordre de l minue sur une éendue de 4 heures. L principle différence enre grndeur nlogique e grndeur numérique, peu s'exprimer simplemen comme sui : nlogique = coninu numérique = discre (disconinu) Pour coder l informion on uilise un sysème de représenion yn deux és (inire) vri ou fux ( ou ) ces informions élémenires pouvn êre ssociées pour former des mos inires. 3

4 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : II. Algère inire (rppel). Foncions inires de se Les foncions logiques élémenires peuven êre décries pr leur le de vérié ou leur équion : L Somme logique Le Produi logique L complémenrié s=+ : foncion OU (OR) s=. : foncion ET (AND) = : foncion NON (NOT). Propriéés de l lgère inire Voici l ensemle des propriéés relives à l lgère inire. Commuivié +=+.=. Asorpion +(.)=.(+)=.= += Associivié.(.c)=(.).c=..c +(+c)=(+)+c=++c Elémen neure +=.=.= += Disriuivié +(.c)=(+).(+c).(+c)=(.)+(.c) Théorème de DE MORGAN + =.. = + 3. Foncions inires composées Les foncions de se peuven se composer fin de créer des srucures plus complexes : NAND (ET NON) NOR (OU NON) XOR (OU EXCLUSIF) Symolision des foncions logiques (indépendn de l echnologie uilisée) OU ET NON Norme US Norme CEE Norme US NOR NAND XOR 4

5 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Norme CEE = 5. Mise en équion e rélision des foncions logiques A. Définiion du chier des chrges On nous demnde de réliser un pei uomisme cominoire qui compore rois enrées c e une sorie f. Le chier des chrges nous décri le foncionnemen ci-près : L sorie f doi êre cive lorsque : Les rois cpeurs ssociés ux enrées c son à l'é logique simulnémen Le cpeur ssocié à l'enrée c es à l'é logique e le cpeur ssocié à l'enrée es à Le cpeur ssocié à l'enrée es le seul à l'é logique B. Représenion pr le de vérié L le de vérié d'un sysème cominoire (cominoire : l vrile de sorie dépend exclusivemen de l é des vriles d enrées) es consiuée d'un nomre de colonne égle u nomre de vriles d'enrée, plus une correspondn à l vrile de sorie. Le nomre de ligne nr d enrées es égl u nomre ol de cominison des vriles d'enrées, à svoir : Nomre de vriles Nomre de lignes d'enrés Dns un leu à rois enrées (, e c) e une sorie (f) on plce les és dépendn du chier des chrges : l sorie f es à si ce qui donne le leu ci-dessous. Les enrées c son à l'é logique simulnémen L'enrée es l seul à l'é logique De ce leu on cherche à exrire l équion fin de réliser l synhèse de l uomisme. c f L'enrée c es à l'é logique e l'enrée es à l'é logique c f 5 f =.. c f =.. c f =.. c f = c

6 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : On cherche dns le leu les és où f es à puis on regrde l cominison des enrées permen ce é. S il y un sous l vrile on prend cee vrile, pr conre s il y un on prend le complémen de cee vrile. Les différenes vriles doiven êre posiionnées ensemles ce qui se rdui pr un ET enre les différenes vriles. Pr conre l sorie f es à pour qure cominisons des vriles d enrées. On relier donc les qure équions pr un OU enre les différens groupemens. Ceci donne l équion suivne : f =.. c+.. c+.. c+.. c C. Rélision à l'ide de pores logiques : Il es lors possile de réliser cee foncion à l'ide de pores : A B C D. Simplificion mhémique de l'équion Le ype de rélision précédn nécessie un nomre imporn de pores logiques, lors que l foncion f peu êre simplifiée mhémiquemen en uilisn les propriéés de l lgère inire : f =.. c+.. c+.. c+.. c f =. c.( + ) +. c.( + ) f =. c+. c Ce qui nous condui à une rélision plus simple : A F B C F 744 E. Simplificion de l équion pr leu de KARNAUGH c f =. c+. c L méhode de KARNAUGH perme l simplificion des équions logiques pour des sysèmes comporns jusqu'à 5 enrées. On rce un leu où chque cse correspond à une cominison logique des enrés, e où l'on psse d'une colonne ou d'une ligne à l'ure en ne modifin qu'une vrile d'enrée. On rempli lors le leu à l'ide de l le de vérié, puis on regroupe les cses coniguës pr muliple de n (,, 4, 8 ) conenn l vleur de sorie "". On ne reien lors que l somme des produis de vriles correspondn ux vriles 6

7 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : d'enrés ne chngen ps d é. L équion oenue es l même que celle déjà oenue udessus. 7

8 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Aures exemples : cd cd f =.. c. d+.. d+. c f = +. d F. Alés de propgion Il rrive mlheureusemen qu'une simplificion rop poussée enrîne des erreurs de foncionnemen nommées ALEA DE PROPAGATION. c * F * F p Un el ALEA se produi lorsque, dns un leu de KARNAUGH, deux regroupemens on des cses djcenes. Il peu lors êre nécessire de réliser des regroupemens redondns. c G. Ecriure d une équion en vue de s rélision vec un seul ype de foncion logique Priquemen on cherche souven à réliser l synhèse d un sysème logique vec un seul ype de foncion logique (dns l exemple qui sui des pores NAND à enrées). Il fu donc fire pprîre l équion sous une forme direcemen rnsposle en schém. f =. c +. c C es l équion de dépr. f =. c +. c Deux complémenions ne chngen ps l équion mis fon pprîre une forme f =. c +. c direcemen exploile. NAND (ET NON) Une modificion d écriure en uilisn le héorème de De Morgn. f =. c.. c Cee nouvelle forme équivlene à l équion de dépr (deux complémenions s nnuln) fi cliremen pprîre le schém de rélision. s s=. = + 8

9 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : f =. c.. c c c c.. c c... c L même équion vec des pores NOR à enrées. NOR (OU NON) f =. c +. c f = + c +. c C es l équion de dépr. Une modificion d écriure en uilisn le héorème de De Morgn. > s f = + c + + c L même chose en yn pris soin de complémener c deux fois uprvn. f = + c + + c Pour erminer une doule complémenion de l ensemle pour fire pprîre l forme sndrd. s= + =. Cee forme équivlene à l équion de dépr (deux complémenions s nnuln) fi pprîre le schém de rélision ci-dessous. f = + c + + c c > c > > + c + c > + c + + c > + c + + c 9

10 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : III. Technologie des foncions logiques. Prmères echnologiques Tension Vcc Tension d'limenion posiive (5V TTL) GND Msse Vdd Tension d'limenion posiive (C MOS) Vss Msse (C MOS) Vi Tension d'enrée Vcc=4.5V Vil Tension d'enrée à l'é s Vih Tension d'enrée à l'é hu Iol Vo Tension de sorie Iih Vol Tension de sorie é s Voh Tension de sorie é hu Vol Vih Vh Tension de seuil Vh+ Tension de seuil sur fron posiif GND Vh- Tension de seuil sur fron négif Vh Tension d'hysérésis Courn Icc Courn d'limenion posiive Vcc=4.5V Ii Courn d'enrée Iil Courn d'enrée à l'é s Ioh Iih Courn d'enrée à l'é hu Iil Io Courn de sorie Iol Courn de sorie é s Vil Voh Ioh Courn de sorie é hu Ios Courn de sorie en cour circui GND Iozl Courn de sorie résiduel é s en hue impédnce Iozh Courn de sorie résiduel é hu en hue impédnce Divers T Tempérure mine Ron Résisnce d'une pore nlogique Cx Cpcié exérieure Rx Résisnce exérieure Z E hue impédnce Po Puissnce dissipée Aréviions C.O. Colleceur ouver NC Non Connecé Sornce Lors des ssociions de circuis, l somme des courns d'enrées ne doi ps êre supérieure u courn de sorie qui les commndes. L sornce es le nomre mximl d'enrées que l'on peu connecer à une sorie. Elle s'exprime en unié de chrge (U.L.). IOL min IOH min A l'é s S L = e à l'é hu S H = IIL mx IIH mx L sornce glole es l vleur l moins élevée enre S L e S H.

11 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Mrge de rui Sorie Vohmin Volmx Mh Ml Enrée Vihmin Vilmx Les mrges de proecion conre les perurions, ou mrge de rui Ml e Mh son définies pr les écrs enre les fronières des plges de ensions grnies coé sorie e les fronières des plges de ension permises coé enrée. Ou en clir... voir ci-conre!!! Mh = Vohmin - Vihmin Ml = Volmx - Vilmx Prmères dynmiques f mx Fréquence horloge mx. r, f emps de monée e emps de descene de l'horloge lh emps de rnsiion enre le niveu hu e le niveu s hl emps de rnsiion enre le niveu s e le niveu hu plh emps de vlidion enre le niveu hu e le niveu s près coup d'horloge phl emps de vlidion enre le niveu s e le niveu hu près coup d'horloge h emps de minien d'une enrée près un coup d'horloge pour êre vlidé su emps de préposiionnemen <> h phz emps d'invlidion é hu / hue impédnce plz emps d'invlidion é s / hue impédnce pzh emps de vlidion hue impédnce / é hu pzl emps de vlidion hue impédnce / é s r Temps de recouvremen horloge r f enrée h su su sorie phl plh lh hl

12 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Circui TTL / CMOS rpide Il exise dix grndes fmilles de circuis logiques : 7 à se de rnsisors ipolire : TTL sndrd 74 ** TTL Low-power 74 L ** TTL Schoky 74 S ** TTL Fs 74 F ** TTL Low-power Schoky 74 LS ** TTL Advnced Schoky 74 AS ** TTL Advnced Low-power Schoky 74 ALS ** 3 à se de rnsisors ipolire e CMOS : CMOS Rpide 74 HC ** e 74 HCT ** CMOS Clssique 74 C ** En générl, c'es l viesse e l puissnce dissipée qui déermine le choix d'une echnologie. Les circuis HC e HCT cominen l file consommion, l grnde immunié u rui e l lrge gmme de empérure de foncionnemen des circuis MOS. L consommion sique des circuis CMOS es fois inférieure à celle d'un circui LS. L'immunié u rui des circuis HCT à l'é hu es de 8% e à l'é s de 8% de Vcc lors qu'elle n'es que de 8 e 4% pour des circuis LS. Crcérisiques d enées sories comprées 74 L S LS AS ALS F HC HCT I olmin ma I ohmx µa I ilmx ±. ±. ma I ihmx 4 5 µa V olmx V V ohmx Vcc- Vcc V V ilmx V V ihmx 3.5 V Il exise des séries de pore die à colleceur ouver pour lesquelles l sorie es consiuée pr un rnsisor don le colleceur es relié à l roche de sorie. Vcc S Gnd

13 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Tleu comprif Circui TTL Circui CMOS 4 TTL TTL LS CMOS 5V CMOS V CMOS 5V Temps de propgion (ns, Cl=5Pif) Fréquence d'horloge (Bscule)(Mhz) Consommion u repos mw mw nw nw nw immunié u rui V.8V.5V 4.5V 6.75V sornce On préférer une echnologie TTL pour les pplicions à hue viesse (informique, clculeur emrqué ) e une echnologie C MOS pour les pplicions à file consommion (équipemens élecroniques à foncionnemen uonome sur eries). Associion TTL vers CMOS Dns le cs où les poeniels Vcc (5V) e Vdd (V ou 5V) son différens, il n es ps possile de rccorder direcemen un circui TTL à un circui C MOS. Un circui d dpion de niveu es lors nécessire. Il peu êre rélisé de mnière exerne (figure de guche) ou de mnière inerne en uilisn un circui vec ége de sorie à colleceur ouver (figure de droie). Vdd Vdd Vcc Vcc TTL CMOS TTL CO CMOS Gnd Gnd Associion CMOS vers TTL Les éges d enrée des circuis TTL én pourvus de circui d écrêge de l ension, l connexion enre les deux echnologies se fi direcemen. Il es possile pour des prolèmes d échuffemen du circui TTL, de plcer un circui d écrêge de l ension à l exérieur du oîier. Ce circui es consiué d une diode zener de 5, V e d une résisnce. Vdd Vcc CMOS 45/ 449 TTL Gnd 45: suiveur 449: inverseur 3

14 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : IV. Foncions logiques séquenielles Dns les uomismes séqueniels l vrile de sorie dépend de l é des vriles d enrées e de leur insn d évoluion.. Les scules Les scules son uilisées pour synhéiser les sysèmes séqueniels plus ou moins complexe. Les méhodes de synhèse ne seron ps éudiées ici, nous llons nénmoins éudier les différens ypes de scules courmmen uilisées. RS synchrone L scule RS es l se de oues les ures scules. L sorie de l scule es mise à lorsque l'enrée SET es civée e es mise à lorsque l'enrée RESET es civée. L cominison SET= e RESET= es priori inerdie, mis on ou de même défini deux ype de scule : Priorié u S R * * p p S 3 74 * Priorié u R S R * p p * 4 S R Bscules RS synchrones Nous uiliserons une enrée supplémenire H uorisn les chngemens sur l sorie de l scule. Deux modes de foncionnemen son lors possiles : - Sur niveu : Le chngemen d é ne peu se fire que lorsque H es à un niveu vlidn. - Sur fron : Le chngemen d é ne peu se fire que lorsque H voi un fron vlidn * 4

15 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Déclenchemen sur niveu H S R 74 3 Déclenchemen sur fron Le principe es idenique à celui du déclenchemen sur niveu, 3 on rnsforme simplemen le signl d'horloge en une impulsion sur le fron monn (pssge du logique u logique) de ce signl d'horloge en uilisn un emps de propgion de pore logique (voir schém ci-conre). Bscule D S L sorie es égle à S si l'horloge H=, 3 3 l sorie es mémorisée si H=. Ce ype de scule exise en déclenchemen sur H fron, elle ser lors à mémoriser l'é de 4 l'enrée lors d'un fron d'horloge Bscule JK Il exise de nomreux ype de scule JK, ien que les plus courmmen uilisées son de ype synchrone sur fron. Leur foncionnemen es oujours décri pr l le de vérié suivne: J K p p Bscule T L scule T es une scule qui n'exise ps en n que el, mis qui es uilisé à l'inérieur de nomreux circuis inégrés. On l consrui à prir d'une scule JK ou J=K. T p p 4 5 * 74 6 * 5

16 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Muliplexeur / Démuliplexeur I Un muliplexeur es un commueur élecronique relin s sorie à une des n enrées, n én le nomre de is de sélecion. Sur nore I exemple es reliée à I si S= e S=, es reliée à I si S= e I S=, es reliée à I si S= e S= e es reliée à I3 si S= e S=. Il exise des muliplexeurs logiques (le signl sur les enrées I à I3 I3 doi êre de nure logique) e des muliplexeurs nlogiques (le S S signl sur les enrées I à I3 doi êre de nure nlogique). Un démuliplexeur es un commueur rélisn l foncion inverse, à svoir relier une des n sories à son enrée. 3. Les Compeurs Les compeurs / décompeurs son des sysèmes séqueniels à n scules. L dynmique (profondeur de compge) de ces sysèmes es fixée pr le nomre de scules. Compeurs synchrones Un compeur synchrone es un compeur ou le sculemen de l scule numéro i es déclenché pr l sorie de l scule i-. Il exise un emps de propgion enre le sculemen de chcune des scules consiun le compeur. Il peu donc pprîre des lés de foncionnemen indésirles. Cee soluion es réservée ux compges lens. H H 3 Compeurs synchrones Afin d'éliminer les lés résulns des emps de propgion enre les scules, il es possile H de synchroniser le foncionnemen des scules sur l'horloge: Compeurs inégrés Il exise en circui inégré à peu près ous les ypes de compeurs que l'on peu imginer : Technologie TTL ou C MOS Synchrone ou synchrone Compeur simple ou réversile (compeur/décompeur) Compeur préposiionnle (on peu choisir l vleur de dépr) Diviseur de fréquence Binire ou BCD (on peu choisir le ype de codge) 6

17 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Codge BCD (Binire codé déciml) e Binire pur Hex Décimle BCD Binire nurel D U3 U U U B4 B3 B B B A B C D 3 E 4 F Présenion 74XX9 Le 74XX9 es un compeur/décompeur 4 is inire nurel, synchrone à préposiionnemen prllèle synchrone. A, B, C e D : Pes d'enrées pour préposiionnemen prllèle. A, B, C e D : Sorie du compeur. RCO : Pe d'indicion de déordemen (Repor Crry Ou) Cee 5 A A 3 pe es mise à l'é s si l vleur du compeur vu 5 en mode B B C C 6 compge, en mode décompge. C es l reenue! 9 D D 7 4 RCO 3 CLK : Horloge cive sur fron monn. 4 CLK G : (ou CTEN): Auorision de compge décompge. 5 G D/U D/ U : décompge (), compge (). LOAD MX/MN LOAD : Pe de préposiionnemen synchrone, dès que cee pe psse à l'é s, les sories son égles ux enrées, e cel jusqu'u pssge à de LOAD. Le cycle de compge/décompge ne commence que si LOAD =. MX/MN : Idenique à RCO mis uilisé pour les compges à hue viesse (durée plus imporne). Mise en cscde Le compeur 74XX9 es cple de comper sur 4 is soi de à 5 cependn il peu êre uile d ller u-delà de cee cpcié. Il ser donc nécessire d ssocier plusieurs compeurs 4 is fin de réliser un compeur 8 ( à 55) ( à 495) 6 is ( à 65535) ou plus. 7

18 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Associion synchrone : Lors d'une mise en cscde synchrone, c'es le fron monn de RCO qui déclenche un cycle de compge décompge sur le compeur suivn. Horloge Mode VCC U? A A 3 B B C C 6 D D 7 RCO 3 CLK G D/U LOAD MX/MN 749 U? A A 3 B B C C 6 D D 7 RCO 3 CLK G D/U LOAD MX/MN 749 Il exise donc un déclge enre l'insn où commuen les sories du premier compeur e l'insn où commuen les sories du second compeur égle u emps de propgion du crry ou. 4. Les Converisseurs Associion synchrone : Lors d'une mise en cscde synchrone, l horloge es commune ux deux compeurs c es le RCO du compeur de poids file (uniés) qui uorise le compge de celui de poids for (seizine). Ceci perme un foncionnemen prfiemen synchrone des sories vec l horloge. Horloge Mode VCC U? A A 3 B B C C 6 D D 7 RCO 3 CLK G D/U LOAD MX/MN 749 U? A A 3 B B C C 6 D D 7 RCO 3 CLK G D/U LOAD MX/MN 749 Converisseurs Numérique Anlogique Ils converissen un mo, formé de plusieurs is, en une ension qui lui es proporionnelle. Cee ension Us es comprise enre V e l ension de pleine échelle Upe (ension de sorie Mo lorsque le mo prend l vleur l plus élevée). Us = Upe Mo pleineéchelle Le mo ne pouvn prendre que des vleurs enières l sorie évolue donc pr pliers. Le ps enre deux mos consécuifs représene le poids du i le moins significif (LSB), l équivlen des uniés en déciml, il vu : LSB = Upe n Prmères echnologiques: Résoluion : elle crcérise l précision du converisseur elle es exprimée en nomre de is. Précision : vleur relive mximle exprimée en % de l'erreur enre l vleur réelle e l vleur héorique du signl de sorie. Temps d'élissemen : c'es le emps nécessire pour que le signl de sorie eigne s vleur finle lors du chngemen de l vleur (numérique) d'enrée. 8

19 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Converisseurs Anlogique Numérique Ils converissen une ension Ue en un mo, formé de plusieurs is, qui lui es proporionnelle. Cee ension Ue doi êre comprise enre V e l ension de pleine échelle (ension mximum d enrée : elle correspond u mo le plus grnd en sorie) : Ue Mo = Prie enière de ( n ) Ue pleineéchelle n es le nomre de i de résoluion du converisseur. Prmères echnologiques: Résoluion : elle crcérise l précision du converisseur elle es exprimée en nomre de is. Vleur du LSB : c'es le poids que représene le i le moins significif. Précision : vleur relive mximle exprimée en % de l'erreur enre l vleur réelle e l vleur héorique du signl de sorie. Temps de conversion : c'es le emps nécessire pour que converisseur donne l vleur (numérique) correspondn u signl d'enrée. Pendn l phse de conversion, l ension d enrée Ue doi êre minenue consne. L durée de conversion es liée à l echnologie uilisée, le prix ussi. Voici les echnologies clssées pr ordre croissn de rpidié (e de prix) : Converisseur à rmpe (simple ou doule) (produis de remplcemen exclusivemen) Approximion successive Semi-Flsh Flsh 9

20 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Les mémoires Les sysèmes numériques se disinguen des sysèmes nlogiques pr leur cpcié à mémoriser des informions, à les rier e à les resiuer en emps uile. C es donc ou nurellemen que nous llons nous inéresser ux différens ypes de mémoire disponile sur le mrché. Il en exise deux grndes fmilles ; les mémoires vives qui peuven conenir des informions n qu elles son limenées e qui peuven êre lues ou écries selon les esoins e les mémoires mores dns lesquelles son définiivemen inscries les informions uiles. L orgnision d une mémoire consise en une ssociion de plusieurs regisres don l un d enre eux peu êre mis en relion vec l exérieur, soi pour s lecure (mémoire more), soi pour s lecure/écriure (mémoire vive). On ne peu donc ccéder qu à une cse (regisre) à l fois don le form v de i à 64 is e plus (sur l exemple ci-dessous 4 is son ccessiles simulnémen dns chque regisre de données). L sélecion d un des regisres se fi pr n fils d dresse prmi les n regisres disponiles dns l mémoire. On prle de mémoire à X regisre pr Y données dns chque regisre ce qui nous donne l cpcié ole X x Y is (l cpcié peu ussi êre exprimée en oce : un oce = 8 is). L lecure (ou l écriure) dns un regisre suppose que l on sélecionne ce regisre (A, A, A, A3, A4, A5) e que l on sélecionne le oîier (CS) fin d voir ccès ux données conenues dns le regisre. Dns le cs de mémoire vive, on préciser ussi si l on souhie lire ou écrire dns ce regisre (L/E). Les mémoires mores ne son qun à elles ccessiles qu en lecure. On devr donc effecuer leur progrmmion hors du sysème d exploiion. En usine (chez le friqun de mémoire) pour des grndes séries : ce son les ROM. Avec un progrmmeur e une fois pour oue : ce son les PROM. Des composns mémoires mores son progrmmles e effçles pr UV, oujours en les sorn de leur emplcemen d uilision : ce son les EPROM. Enfin des composns mémoires mores son progrmmles e effçles élecriquemen (l progrmmion e l effcemen son ssez long l lecure es qun à elle rpide) direcemen sur leur emplcemen d uilision : Ce son les EEPROM, rès souven uilisées dns les uomes progrmmles indusriels pour l suvegrde des progrmmes même en cs de coupure d limenion élecrique. Des srucures progrmmles plus complexes son églemen disponiles, elles permeen de mere en relions, cominoires e séquenielles, des enrées e des sories : ce son les FPGA, PLD ec

21 +5V Philippe LE BRUN Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Trvil personnel I. Rélision d une équion On se propose de réliser l foncion suivne: S = c+ c + c. Proposer un schém à conc de cee équion. Donner une écriure de cee équion fisn pprîre des NAND à 3 enrées 3. Proposer un schém logique de cee nouvelle écriure II. Clcul de résisnces de irge L résisnce de irge u vol (pull down) perme d'imposer un zéro logique sur l'enrée du circui inégré logique de l fmille TTL LS.. uel es le niveu de ension mximl correspondn u logique?. uel es le courn mximl correspondn u logique? CI 3. Indiquer le sens de circulion convenionnel de ce courn. 4. Déduire l orienion de l ension ux ornes de R. R 5. Clculer l vleur mx. de cee résisnce permen d ssurer le logique. uelle vleur prique de résisnce prendr--on? L résisnce de irge u 5 vol (pull up) perme d'imposer un logique sur l'enrée du circui inégré logique de l fmille TTL LS.. uel es le niveu de ension miniml correspondn u +5V logique?. Trcer cee ension sur le schém ci-conre. 3. uel es le courn mximl correspondn u logique? R 4. Indiquer le sens de circulion convenionnel de ce courn. 5. Déduire l orienion de l ension ux ornes de R. CI 6. uelle es l vleur mximle de l ension ux ornes de cee résisnce R? 7. Clculer l vleur mx. de cee résisnce permen d ssurer le logique.

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25 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : III. Anlyse d un sysème logique Un disposiif de signlision de défu es crcérisé pr le schém ci-dessous. H 4V 5Hz S G H S R MEM S H3 ENTREES TRAITEMENT LOGIUE SORTIES Descripion des cpeurs e pré-cionneurs S: informion de défu H: voyn ver de foncionnemen norml S: Bp cquiemen de défu H: voyn rouge de signlision de défu (G : clignoeur,5 Hz) H3: Alrme sonore de défu. Fire l'nlyse du foncionnemen de ce sysème. Donner un chronogrmme représenif du foncionnemen 5

26 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : S S H H H3 6

27 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : IV. Eliminion des reonds de conc sec L fermeure d'un conc mécnique se fi vec un cerin nomre de reonds d une durée ole de l ordre de l milli-seconde, voir ci dessous. Ve +5V CI R Un cerin nomre de soluions es envisgele pouur éliminer ces reonds don celle proposée ici. 5V 5V R R. uels prolèmes risque--on de renconrer si l'on n'élimine ps les reonds de conc?. Donner un chronogrmme de foncionnemen schn qu'un reond dure environ ms. 3. uelle sorie devr êre rccordée sur l'enrée du CI pour oenir le même foncionnemen que ci-dessus sns les reonds (inerrupeur représené en posiion repos dns les deux cs). V. Commnde d'un pon redresseur à hyrisors Les ordres d'morçges des hyrisors T, T e T3 proviennen d'un sysème logique que nous n éudierons ps. Ils son conformes u chronogrmme ci-dessous. S S C.I. T T T3 Afin de grnir une onne commuion du pon, nous souhions commnder les gâchees des hyrisors pr des rins d impulsions d une durée de déuns sur l ordre d morçge précéden.. Proposer un schém permen de réliser cee foncion. 7

28 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : I. Rélision d une équion S = c+ c + c. Proposer un schém à conc de cee équion Auocorrecion L foncion logique ET se rdui pr l mise en série des concs ou des ssociions de concs, l foncion logique OU se rdui pr l mise en prllèle des concs ou des ssociion de concs. Les vriles non complémenées son mérilisées pr un conc à fermeure (Normly Open : N ) e les vriles complémenées pr un conc à ouverure (Normly Closed : N C). L source d limenion n es ps représenée sur ce schém, elle seri ien enendue compile vec l chrge S. c. Donner une écriure de cee équion fisn pprîre des NAND à 3 enrées S f =.. c +.. c +.. c 3. Proposer un schém logique de cee nouvelle écriure f =.. c +.. c +.. c c c c c..c..c..c S 8

29 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : II. Clcul de résisnces de irge L résisnce de irge u vol (pull down). uel es le niveu de ension mximl correspondn u logique? Le niveu de ension mximl correspondn u logique coé enrée es donné dns l documenion consruceur pr V ilmx. Ici V ilmx =,8V.. uel es le courn mximl correspondn u logique? Le courn mximl correspondn u logique coé enrée es donné dns l documenion consruceur pr I ilmx. Ici I ilmx = -4µA 3. Indiquer le sens de circulion convenionnel de ce courn. Tous les courns son compés posiifs lorsqu ils enren dns le circui inégré logique. Le courn I ilmx une vleur négive cel signifie qu il sor du circui inégré. 4. Déduire l orienion de l ension ux ornes de R. L ension ux ornes de l résisnce (convenion récepeur) es donc de même signe e égl à V ilmx. On peu donc écrire l loi d ohm V ilmx = R I ilmx. 5. Clculer l vleur mx. de cee résisnce permen d ssurer le logique. Plus l vleur de R es élevée plus le poeniel de l enrée du circui logique mone risqun insi de dépsser V ilmx e pr conséquen de ne ps fixer le logique. L vleur mximum Vilmx de l résisnce es donc de : R mx = = Ω Nous prendrons l vleur Iilmx normlisée u-dessous de R mx soi,8kω. L résisnce de irge u 5 vol (pull up). uel es le niveu de ension miniml correspondn u logique? Le niveu de ension miniml correspondn u logique coé enrée es donné dns l documenion consruceur pr V ihmin. Ici V ihmin = V.. Trcer cee ension sur le schém ci-conre. +5V V R R I ih CI V ih 3. uel es le courn mximl correspondn u logique? Le courn mximl correspondn u logique coé enrée es donné dns l documenion consruceur pr I ihmx. Ici I ihmx = µa 4. Indiquer le sens de circulion convenionnel de ce courn. 9

30 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : Tous les courns son compés posiifs lorsqu ils enren dns le circui inégré logique. Le courn I ihmx une vleur posiive cel signifie qu il enre dns le circui inégré. 5. Déduire l orienion de l ension ux ornes de R. V R doi donc êre oriené comme sur le schém. 6. uelle es l vleur mximle de l ension ux ornes de cee résisnce R? Pour ssurer V ihmin, V Rmx ne doi ps dépsser 5V V ihmin = 3V 7. Clculer l vleur mx. de cee résisnce permen d ssurer le logique. Plus l vleur de R es élevée plus le poeniel de l enrée du circui logique descend risqun insi de psser sous V ihmin e pr conséquen de ne ps fixer le logique. L vleur 5 - Vihmin mximum de l résisnce es donc de : R mx = = 5 kω. I III. Anlyse d un sysème logique. Fire l'nlyse du foncionnemen de ce sysème Au dépr S e S son u repos (é logique) ceci impose l é de H (é logique) qui es complémenire à celui de S. H3 es à l é compe enu de l présence d un é imposé pr S sur l enrée de l foncion logique ET du s. L é de H dépend de l sorie logique de l foncion ET du hu OU de l sorie de l scule RS. S impose un sur une des deux enrées de l foncion logique ET du hu, l sorie de cee foncion logique ET es donc nécessiremen à. L scule RS son enrée R cive ce qui impose un sur s sorie. H es donc à l é logique. Pour l suie du foncionnemen le chronogrmme ci-près monre l évoluion des sories H, H e H3.. Donner un chronogrmme représenif du foncionnemen ihmx S S H H H3 3

31 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : IV. Eliminion des reonds de conc sec. uels prolèmes risque--on de renconrer si l'on n'élimine ps les reonds de conc? Pour une mnœuvre de l inerrupeur plusieurs impulsions son rnsmises. S il y un sysème de compge celui-ci s incrémener du nomre d impulsions rnsmises e non ps du nomre de mnœuvres.. Donner un chronogrmme de foncionnemen schn qu'un reond dure environ ms. S S 3. uelle sorie devr êre rccordée sur l'enrée du CI pour oenir le même foncionnemen que ci-dessus sns les reonds (inerrupeur représené en posiion repos dns les deux cs). 5V R S C.I. 5V R S 3

32 Lycée Louis ARMAND : Bd de Srsourg : V. Commnde d'un pon redresseur à hyrisors Forme d onde des rins d impulsions d une durée de déun sur l ordre d morçge précéden. T T T3. Proposer un schém permen de réliser cee foncion. On remrque que le déu du rin d impulsions de commnde du hyrisor T se fi sur l impulsion unique en poinillé de T e s fin sur l impulsion unique en poinillé de T. Il es de même pour les rins d impulsions de commnde des hyrisors T (déu sur l impulsion unique en poinillé de T e fin sur l impulsion unique en poinillé de T3) e T3 (déu sur l impulsion unique en poinillé de T3 e fin sur l impulsion unique en poinillé de T). L uilision de scules R S perme de définir les que l on viendr hcher à l ide de pores logique ET. Le schém suivn es une soluion. 3