FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUE TANGER MULTISIM. Prise en main et réalisation de quelques circuits de base. Réalisé par

Transcription

1 FULTE E IENE ET TEHNIUE TNGER MULTIIM Prise en main et réalisation de quelques circuits de base Réalisé par Mohamed HOUNI Noufou UYO Encadré par Pr Mohamed ILOU 01/05/2011 MULTIIM est un logiciel de conception et de simulation électronique, nous verrons dans ce document comment s en servir pour créer des additionneurs, soustracteurs, transcodeurs, multiplexeurs, et démultiplexeur, etc: circuits de base de l électronique numérique. 1

2 2 OMMIRE Introduction... 4 Interface... 4 Prise en main de MULTIIM... 4 emi-additionneur... 5 Table de vérité et équations... 5 réation d un bloc demi-additionneur... 5 dditionneur complet... 6 réation d un additionneur à partir de deux demi-additionneurs... 6 Manipulation... 6 dditionneur 4 bits à retenue propagée... 7 Manipulation... 7 chéma... 7 emi-soustracteur... 8 Table de vérité et équations... 8 réation d un bloc demi-soustracteur... 8 chéma... 8 oustracteur complet... 9 réation d un soustracteur à partir de deux demi-soustracteur... 9 chéma... 9 oustracteur 4 bits à retenue propagée... 9 Manipulation dditionneur 4 bits à retenue anticipée alcul de la retenue anticipée chéma dditionneur soustracteur 4 bits à retenue anticipée Utilisation d un additionneur comme soustracteur chéma Transcodeurs - exc3 et exc manipulation chéma EMULTIPLEXEUR 2 ORTIE schéma Transcodeur binaire naturel vers Gray Transcodeurs Gray vers binaire naturel onvertisseur binaire vers émultiplexeur a 4 sorties chéma Multiplexeur a 2 entrées... 16

3 chéma Multiplexeur à 4 entrées chéma écodeurs vers Octal, décimal et hexadécimal vers Octal odeurs octal, decimal, hexadecimal vers dcb omparateur 4 bits omparateur 4 bits récursif dditionneur OMPTEUR MOULO decompteur modulo OMPTEUR MOULO OMPTEUR MOULO OMPTEUR MOULO OMPTEUR MOULO HORLOGE NUMERIUE Registre à décalage Entree série sortie parallèle ENTREE parallele sortie serie onclusion

4 INTROUTION MULTIIM est un logiciel de conception et de simulation électronique, nous verrons dans ce document comment s en servir pour créer des additionneurs, soustracteurs, transcodeurs, multiplexeurs, et démultiplexeur, démultiplexeur décodeurs et codeurs : circuits de base de l électronique numérique. INTERFE PRIE EN MIN E MULTIIM lt+p+n: lt+p+h : F5 : F6 : F8 : F9: lt+v+f: lt+v+g : trl+s: lt+p+m : trl+s: 4 créer un nouveau bloc ouvrir un bloc simuler pause simulation zoom in zoom out plein écran montrer/cacher la grille enregistrer placer un commentaire enregistrer

5 EMI-ITIONNEUR Un demi-additionneur est un circuit possédant deux entrées et et deux sorties et. est le résultat de l addition, et est la retenue. TLE E VERITE ET EUTION = +. = Une porte XOR =. Une porte N RETION UN LO EMI-ITIONNEUR On commence par créer un bloc hiérarchique ( alt+p+n), on lui attribut un nom (halfadder), le nombre d entrées (2) et le nombre de sorties (2). Ok, le bloc apparait, on remplace IO1=, IO2=, IO3= et IO4=: ouble cliquer dessus, cliquer sur, une nouvelle fenêtre apparait, insérer une porte XOR et une porte N. Raccorder les entrées de la porte XOR à celles de la porte N, ainsi qu aux entrées et du bloc, raccorder la sortie de XOR à et la sortie de N à de la manière suivante : 5

6 Enregistrer, le bloc est ainsi créé, vous pouvez désormais l insérer dans un circuit (alt+p+h). ITIONNEUR OMPLET Un additionneur complet possède en plus des entrées et une entrée p représentant la retenue du bloc précédent soit 3 entrées, et génère deux sortie le résultat et la retenue. RETION UN ITIONNEUR PRTIR E EUX EMI-ITIONNEUR vaut 1 si une entrée est à 1 les deux autres à 0, ou bien les trois entrée soient à 1. vaut 1 si au moins deux entrées sont à 1. On peut réaliser directement un additionneur complet à partir de deux demiadditionneurs (.), en effet :. =... =( ). +( ). 1 porte OR MNIPULTION réer un bloc hiérarchique ( alt+p+n), on lui attribut un nom (fulladder), le nombre d entrées (3) et le nombre de sorties (2). ouble cliquer dessus, cliquer sur, une nouvelle fenêtre apparait, insérer deux bloc demi-additionneurs (alt+p+h), et une porte OR. Raccorder le du 1 er. à l entrée du 2 ème., raccorder les des deux. aux entrées de la porte OR, de la manière suivante : Enregistrer, le bloc est ainsi créé, vous pouvez désormais l insérer dans un circuit (alt+p+h). 6

7 ITIONNEUR 4 IT RETENUE PROPGEE Un additionneur 4 bits permet de calculer la somme de deux nombre binaire de 4 bits, =( ) et =( ). insi, il possède 8 entrées et 5 sorties dont une représente la retenue, les 4 restantes représentent le résultat =( ). On peut réaliser directement un additionneur 4 bits à partir de 4 additionneurs complets (.), en effet, le 1 er. aura pour entrées = 0 et = 0 et p=0, et pour sorties 0 et une retenue intermédiaire 0 qui sera affecté à l. suivant, ainsi de suite, le 4 ème. va donc générer 3 et la retenue finale. MNIPULTION réer un nouveau bloc (alt+p+n), 8 entrées, 5 sorties. HEM ouble cliquer dessus, insérer 4. (alt+p+h), relier l entrée p du 1 er. à la masse, relier sa retenue à l entrée p du 2 ème., relier la retenue du 2 ème. à l entrée p du 3 ème., et la retenue du 3 ème. à l entrée p du 4 ème.. Raccorder ensuite les entrées et de chaque bloc avec les entrées correspondantes i et i. 7

8 EMI-OUTRTEUR Un demi-soustracteur est un circuit possédant deux entrées et et deux sorties et. est le résultat de l addition, et est la retenue. TLE E VERITE ET EUTION = 1 porte XOR =. 1 porte NOT et 1 porte N RETION UN LO EMI-OUTRTEUR e même, créer un bloc, et double cliquer dessus : HEM Insérer les composants et raccorder les de la manière suivante : Enregistrer. 8

9 OUTRTEUR OMPLET Un soustracteur complet possède en plus des entrées et une entrée p représentant la retenue du bloc précédent soit 3 entrées, et génère deux sortie le résultat et la retenue. RETION UN OUTRTEUR PRTIR E EUX EMI-OUTRTEUR Table de vérité On peut réaliser directement un soustracteur complet à partir de deux demi-soustrateur (.), en effet :.. =( ).. =. +( ). 1 porte OR réer un bloc à 3 entrées 2 sorties, et double cliquer dessus : HEM Enregistrer. OUTRTEUR 4 IT RETENUE PROPGEE Un soustracteur 4 bits permet de calculer la différence de deux nombre binaire de 4 bits, =( ) et =( ). insi, il possède 8 entrées et 5 sorties dont une représente la retenue, les 4 restantes représentent le résultat =( ). On peut réaliser directement un soustracteur 4 bits à partir de 4 soustracteurs complets (.), en effet, le 1 er. aura pour entrées = 0 et = 0 et p=0, et pour sorties 0 et une retenue intermédiaire 0 qui sera affecté à l. suivant, ainsi de suite, le 4 ème. va donc générer 3 et la retenue finale. 9

10 réer un bloc avec 8 entrées et 5 sorties : MNIPULTION ouble cliquer dessus, ajouter 4 soustracteurs complets, et raccorder les de la manière suivante : Enregistrer. ITIONNEUR 4 IT RETENUE NTIIPEE L additionneur et le soustracteur 4 bits à retenue propagée présente un temps de propagation important pour le calcul de la retenue, ce qui peut rendre la machine très lente, alors on opte pour une solution à retenue anticipée. 10 LUL E L RETENUE NTIIPEE Le calcul de la retenue anticipée se fait à l aide de deux quantité Pi (pour retenue propagée), Gi (pour retenue générée), elles sont données par : La retenue i+1 est donc donnée par : P i= i+ i G i= i i i+1= G i+ P i i Pour un additionneur 4bits, la retenue anticipée est donnée par : =G 3+P 3G 2+P 3P 2G 1+P 3P 2P 1G 0 sachant que 0=0 ommencer par créer qui calcule i, P i, et G i

11 G P ouble cliquer dessus, ajouter les composants, et raccorder les de la manière suivante : G P Ensuite on crée un nouveau bloc, à 8 entrées et 5 sorties Intégrer dessus les composants nécessaires au calcul de, et raccorder les de la manière suivante : HEM 0 1 G P G P G P G P Enregistrer. 11

12 ITIONNEUR OUTRTEUR 4 IT RETENUE NTIIPEE Un additionneur soustracteur 4 bits à retenue anticipée permet de faire soit l addition ou bien la soustraction de deux nombres binaire de 4 bits, selon la commande opération : si O=0 addition, si O=1 soustraction). achant que : UTILITION UN ITIONNEUR OMME OUTRTEUR = +( é à 2 )= + +1 oit O l entrée correspondante au choix de l opération (O=1 soustraction, O=0 addition). réer un bloc à 9 entrées et 5 sorties, utiliser le schéma précédent de l additionneur 4 bits à retenue anticipée, l entrée du premier bloc est relié avec l entrée opération, et les sont asservis par l entrée O de telle façon qu ils soient inversés si O=1, soit O. O liquer dessus deux fois, cliquer sur EIT H/ et compléter le schéma comme cidessous : HEM O 0 G P G P G P G P TRNOEUR - EX3 ET EX3-12

13 Un transcodeur exc3 permet de correspondre à un chiffre décimale compris entre 0 et 9 un équivalent incrémenté de 3. Un transcodeur exc3 permet de correspondre à un chiffre décimale compris entre 3 et 12 un équivalent décrémenté de 3, soit le tableau suivant : () 10 () 2 ( exc3) 10 ( exc3) Table de conversion ( ) =( ) exc3 On peut réaliser ces transcodeurs à partir d un additionneur soustracteur, en effet, le ( ) étant fixé à (0011), si O=0 il s agit d un transcodeur exc3, sinon c est un transcodeur exc3. MNIPULTION réer un bloc à 5 entrées don t une est l opération O, et 4 sorties: O ouble cliquer dessus, intégrer dedans un bloc additionneur soustracteur, et raccorder le comme indiqué ci dessous: HEM O 0 O EMULTIPLEXEUR 2 ORTIE 13

14 Un démultiplexeur permet de choisir la sortie à activer en fonction de son adresse, ainsi, pour 2 sorties, le bus adresse comporte un seul bit qui valant 0, active la première sortie et valant 1 active la deuxième. réer un bloc à 2 entrées, une la donnée, l autre l adresse, et 2 sorties, : vec 0=. et 1=. ouble cliquer dessus, et compléter le schéma de la manière suivante : HEM TRNOEUR INIRE NTUREL VER GRY oit N=( ) son équivalent en code Gray = N=( ) est donné par : = 2N N 2 insi : 0= 0 1, 1= 1 2, 2= 2 3, 3= 3 réer un bloc à 4 entrées et 4 sorties : Y insérer le circuit comme suit : TRNOEUR GRY VER INIRE NTUREL e transcodeur fait l opération inverse, du transcodeur précédent, en utilisant des simplifications par tableaux de arnaugh, on trouve les équations suivantes : 14 0=, 1=, 2=, 3=

15 réer un bloc 4 entrées et 4 sorties : Y insérer le circuit suivant : ONVERTIEUR INIRE VER achant que est la retenue de l adition +6, si le =0 l afficheur des unités va afficher, et celui des dizaine va afficher 0, si =1, l afficheur des unités va afficher (-10) et celui des dizianes va afficher 1. 15

16 EMULTIPLEXEUR 4 ORTIE réer un bloc à 3 entrées (a partir du précédent à 2 entrées),, et avec et pour les lignes d adressage et la donnée. ouble cliquer pour inserer 3 exemplaires de demultiplexeur a 2 sorties.on a : HEM Enregistrer. MULTIPLEXEUR 2 ENTREE Le multiplexeur possède 2 n entrées, n lignes d adressage et une seule sortie.on va donc créer un bloc a 3 entrées 1 et 2(pour les données) et pour la l adresse, et une sortie : 1 2 ouble cliquer et on y insère le circuit suivant : HEM 1 2 MULTIPLEXEUR 4 ENTREE Le multiplexeur à 4 entrées est obtenu en utilisant trois du multiplexeur à 3 entrées cidessus. réer un bloc à 6 entrées et une sortie. On a : 16 X0 X1 X2 X3

17 On y insère le circuit suivant : HEM X0 X1 X X3 EOEUR VER OTL, EIML ET HEXEIML Un décodeur, est un circuit qui permet d activer une seule sortie en fonction de l entrée. VER OTL L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L Table de vérité L0=, L1=, etc Réaliser un bloc à 4 entrées et 8 sorties, comme suit : L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 Et on y insère le schéma suivant : 17

18 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 e la même façon, créer les décodeurs -décimal, -hexadécimal, avec 10 sorties pour le premier, et 16 pour le deuxième. OEUR OTL, EIML, HEXEIML VER Le codeur fait l opération inverse du décodeur. L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L Table de vérité réer un bloc à 8 entrées et 4 sorties : =L1+L3+L5+L7, =L2+L3+L6+L7 etc L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 Et on y insère le schéma suivant : 18

19 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 e la même façon, créer les autres codeurs. OMPRTEUR 4 IT oient =( ) et =( ) deux nombres binaires à 4 bits, et soient les fonctions suivantes : Veg==, Vinf=<, et Vsup=>, on montre que : Veg= Vinf= Vsup= réer un bloc à 8 entrées et 3 sorties: Vinf Vsup Veg Y insérer le circuit suivant (voir la page suivante) : 19

20 Veg Vinf Vsup OMPRTEUR 4 IT REURIF omparer 20 On a les équations suivantes : i i Pinf Psup Peg Vinf Vsup Veg Table de vérité Vinf=((.. ). ), Vsup=(a.b.Peg).( ), Veg=((.. ).(.. )) réer un bloc à 5 entrées et 3 sorties:

21 a b Pinf Psup Peg Vinf Vsup Veg On y intègre le circuit suivant : b Pinf Veg Psup Peg Vinf Vsup 21 ITIONNEUR Pour deux chiffres et la somme + va de 0 à 18, avec une retebue d entrée on peut aller de 0 à 19. On note Z et r s, la sortie et la retenue d un additionneur 4 bits en binaire naturel. et r b la sortie et la retenue de l additionneur. + Z rs rb

22 On montre que : r b=nn 3(,NN(Z 3,Z 2),NN(Z 3,Z 1)) réer un bloc à 8 entrées et 5 sortie comme suit : X0 X1 X2 X3 Y0 Y1 Y2 Y3 Z0 Z1 Z2 Z3 rs On y intègre le circuit suivant : p p p 2 3 p Pour la réalisation de l additionneur on créé un nouveau bloc de 8 entrées et 4 sorties, On y insère deux des additionneurs ci-dessus comme suit. 22

23 IO13 OMPTEUR MOULO 8 On réalise le compteur modulo 8 à partir de 3 bascules - qu on relie de la manière suivante : G T ~ ~ ~ e qui donne les chronogrammes suivants : 23

24 EOMPTEUR MOULO 8 On réalise le décompteur modulo 8 de la même façon en prenant cette fois les sorties complémentaires des bascules. Voir la figure ci-dessous : G T ~ ~ ~ e qui donne les chronogrammes suivants : 24

25 OMPTEUR MOULO 6 Les bascules dont la sortie est égale à 1 doivent être er à la valeur correspondant à 6 soit 110. e compteur est réalisé à partir 3 bascules - qui sont branchés comme suit : G T ~ ~ ~ e qui donne les chronogrammes suivants : 25

26 OMPTEUR MOULO 10 e la même façon à la valeur 10=1010 les bascules sont ées. Voir le schéma suivant : G T ~ ~ ~ ~ e qui donne les chronogrammes suivants : 26

27 OMPTEUR MOULO 60 On utilise un compteur modulo 10 et un compteur modulo 6, qu on raccorde de la façon suivante : ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ OMPTEUR MOULO 24 On utilise un compteur modulo 4 et un compteur modulo 3, qu on raccorde de la façon suivante : ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 27

28 HORLOGE NUMERIUE On réalise l horloge numérique à partir de deux compteurs modulo 60 et un compteur modulo 24, qu on relie comme suit : ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 01 :02 :44 28

29 REGITRE ELGE ENTREE ERIE ORTIE PRLLELE ~ ~ ~ ~ ENTREE PRLLELE ORTIE ERIE ~ ~ ~ ~ ONLUION Partis d un logiciel (MULTIIM) qui nous était totalement inconnu ces différents Travaux pratiques avec ce logiciel nous ont permis de concevoir des circuits de base de l éléctronique numérique. partir de ces circuits de base nous avons pu concevoir des circuits complexes et qui peuvent ètre utilisé pour concevoir d autres circuits bien plus complexes. 29