TAITEMENT NUMEIQUE DE L'INFOMATION NUMEIQUE PATIE II Ce cours se propose d aborder le fonctionnement de certains de ces circuits logiques numériques. I) Décodeur et Démultiplexeur : Un décodeur établit pour une combinaison d entrées, en binaire sur N bits, la mise à un d une seule sortie correspondant au code désigné par les entrées. Pour un décodeur binaire - décimal, on dispose de N entrées, soit 2 N combinaisons d entrées. Ce qui fixe le nombre de sorties à 2 N sorties numérotées de 0 à 2 N - 1. On parle alors de décodeur 1 parmi 2 N sorties. Exemple : Le circuit intégré 4028 est un décodeur Binaire Décimal (1 parmi 10). Identifier les entrées et les sorties du décodeur. Compléter la table de vérité. Binaire Décimal A3 A2 A1 A0 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 A0 A1 A2 A3 D E C O D E U 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 Q 7 Q 8 Q 9 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 On trouve également des décodeurs Gray - Décimal. Pour les combinaisons d'entrées suivantes les sorties sont toutes à zéro Un autre domaine d application considérable des décodeurs est celui de la conversion de données binaires en une forme se prêtant à un affichage numérique. Dans de nombreux affichages numériques, les dix chiffres 0 à 9 sont obtenus au moyen d un afficheur 7 segments. Principe : Chaque segment est constitué de diodes électroluminescentes (DEL) qui émettent de la lumière quand elles sont traversées par un courant. Certains afficheurs utilisent également des filaments incandescents comme segment. Page : 1
La figure ci-dessous montre comment sont disposés les segments pour afficher les différents chiffres. Indiquer les segments à commander pour afficher le chiffre 6. Caractéristiques électriques : Généralement un segment à DEL ou LED en anglais (diode électroluminescente) donne une luminosité normale quand il est traversé par 10mA sous 2,7V (point de fonctionnement nominal). Si le circuit qui pilote l'afficheur est alimenté en Vcc=5 Volts, les sorties fourniront une tension 0 ou 5 V (> 2,7 V). Dans ce cas pour que la DEL fonctionne à son point nominal, on associe une résistance en série de 220 Ω avec chaque segment. Le schéma ci-dessous représente l association d un décodeur et d un afficheur 7 segments. Pour l afficheur dessiné, indiquer s il s agit d un afficheur à anode ou cathode commune. Identifier les entrées et les sorties du décodeur BCD - 7 segments. Présentation d'une DEL cathode anode V = 2,7 V i =10 ma Afficheur 7 segments à DEL f a b g e c d + Vcc Décodeur DCB - 7 segments A B C D 0 V 0 V Dans le cas d un afficheur 7 segments à anode commune, quel devra être le niveau des sorties du décodeur pour allumer les segments? eprésenter l association du décodeur et de l afficheur pour 3 segments (a, b et f). Page : 2
Exemple le circuit 4511 est un décodeur BCD - 7 segments : Compléter la table de vérité : Entrées Sorties Affichage EL BI LT D D D C D B D A O A O B O C O D O E O F O G X X L X X X X H H H H H H H 8 test lampes X L H X X X X L L L L L L L blanc L H H L L L L H H H H H H L 0 L H H L L L H L H H L L L L 1 L H H L L H L H H L H H L H 2 L H H L L H H H H H H L L H 3 L H H L H L L L H H L L H H 4 L H H L H L H H L H H L H H 5 L H H L H H L L L H H H H H 6 L H H L H H H H H H L L L L 7 L H H H L L L H H H H H H H 8 L H H H L L H H H H L L H H 9 L H H de HLHL à HHHH L L L L L L L blanc H H H X X X X La dernière valeur affichée est bloqué (verrouillage), même si les entrées de données changent Le courant de sortie maximum délivré par le décodeur 4511 vaut 25 ma. Beaucoup d'applications utilisent également des afficheurs à cristaux liquides (ACL). Un ACL n émet pas de lumière mais utilise la réflexion de la lumière extérieure. De ce fait il consomme moins de courant que les afficheurs à DEL. Page : 3
Principe de fonctionnement d un ACL : Les cristaux liquides sont constitués d une multitude de micro-trous traversés par la lumière ambiante. Si la plaque sous les cristaux liquides est un miroir, elle réfléchit alors la lumière ambiante et rend la couleur de l afficheur uniforme (gris clair). Si on applique une tension sur une zone de cristaux liquides, les trous appartenant à cette zone se ferment et la lumière ambiante ne peut plus être réfléchie par la plaque arrière. Ceci se traduit pour cette zone par un trait noir. Théoriquement les ACL fonctionnent sous basse tension (typiquement 3 à 15 V efficace), à basse fréquence (25 à 60 Hz). Souvent, ces afficheurs possèdent 7 segments. La tension alternative nécessaire pour rendre un segment noir (non réflexion de la lumière => donc allumé) est appliquée entre ce dernier et la plaque arrière, commune à tous les segments. Le segment est dit éteint (réflexion de la lumière (gris clair)) quand il n y a pas de tension entre lui et la plaque. Plutôt que d utiliser un signal alternatif, on génère une tension carrée en inversion de phase entre le segment et la plaque arrière. Présentation d un ACL et schéma de commande d un ACL. s Etude du montage de commande de l ACL. - Si la tension aux bornes du segment à cristaux liquides est : V ACL = Vs-Va. Compléter les chronogrammes suivants. Préciser l'état de la commande pour allumer et éteindre le segment. a V ACL Page : 4
5V 0 5V Signal 40 Hz = Va Signal de commande t 0 5V Signal Vs t 0 5V 0 V ACL t t éalisation de la gestion d un afficheur à ACL à partir d un décodeur 7 segments 4511. Compléter le schéma : Plaque arrière Le démultiplexeur fonctionne sur le même principe que le décodeur mais ne possède qu'une seule entrée de données dirigée vers une sortie en fonction du code appliqué sur les entrées de contrôle. Ce circuit fonctionne comme un aiguilleur. Q 0 Q1 Entrée de données E Q2 Q 3 A0 A1 Entrées de contrôle Page : 5
Exemple le circuit le 4556 est un double démultiplexeur à sorties basses Identifier l'entrée de données, les entrées de contrôle et les sorties pour le démultiplexeur A. Compléter la table de vérité E A A 0A A 1A Q 0A Q 1A Q 2A Q 3A L L L L H H H L L H H L H H L L L H H L H L L H H H H L H X X H H H H II) Codeur et Multiplexeur Le codeur possède plusieurs entrées dont une seul sera active et à laquelle correspondra une combinaison de sortie. Exemple le circuit 74147 est un codeur de priorité Décimal Binaire Compléter la table de vérité Entrées Décimales Sorties Binaires I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 D C B A 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Page : 6
Le multiplexeur possède plusieurs entrées de données dont une seule sera envoyée sur la sortie en fonction du code binaire appliqué sur les entrée de contrôle. Il s'agit du fonctionnement inverse du démultiplexeur. E 0 Entrée de données E 1 E 2 S sortie E 3 A0 A1 Entrées de contrôle Exemple le circuit le 4539 est un double multiplexeur de 4 vers 1 Identifier les entrées de données, les entrées de contrôle et la sortie pour le démultiplexeur B. Compléter la table de vérité S 1 S 0 E B Q B X X 1 0 0 0 0 I 0B 0 1 0 I 1B 1 0 0 I 2B 1 1 0 I 3B III) Comparateur numérique : Il s agit d un circuit logique combinatoire qui compare deux grandeurs binaires (mots binaires) et produit des sorties qui désignent lequel des 2 mots est le plus grand ou égal. Exemple comparateur 4 bits 4585 : epérer les entrées de données : Pour les mot A et B, donner le bit de poids le plus fort et le plus faible. epérer les sorties : epérer les entrées en cascade : Page : 7
Les entrées en cascade permettent d effectuer une comparaison pour des mots de plus de 4 bits. Elles représentent le résultat de la comparaison des bits de poids les plus faibles, effectuée par un comparateur placé en amont. Dans ce cas, on connecte les sorties O A >O B, O A <O B et O A =O B du premier comparateur aux entrées en cascade du deuxième comparateur I A >I B, I A <I B et I A =I B. Dans le cas d une comparaison sur 4 bits, les entrées en cascade du comparateur 4585 doivent être connectées à : I A =I B =HAUT, I A >I B =HAUT et I A <I B =BAS, sinon le comparateur tiendra compte des niveaux logiques présents sur ces entrées. Exemple : 1) Compléter le schéma ci-contre pour réaliser un comparateur 4 bits. + Vcc A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 I A >I B I A <I B COMPAATEU 4 BITS 4585 0 V I A =I B O A >O B O A <O B O A =O B 2) Compléter le schéma pour réaliser un comparateur 8 bits. (A0.A7; B0.B7) Indiquer le bit de données (A0.A7; B0.B7) raccordé sur chaque entrée des comparateurs. Indiquer le rôle de chaque comparateur. 0 V + Vcc A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 I A >I B COMPAATEU 1 I A <I B 4 BITS 4585 I A =I B A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 I A >I B COMPAATEU 2 I A <I B 4 BITS 4585 I A =I B O A >O B O A <O B O A =O B Sortie de la comparaison des 4 bits de poids les plus faibles O A >O B O A <O B O A =O B Sortie de la comparaison des 8 bits Table de vérité du comparateur 4585 : H : Etat haut (tension la plus positive) B : Etat bas (tension la moins positive) X : état indifférent Page : 8
Entrées de comparaison Entrées en cascade Sorties A3 - B3 A2 - B2 A1 - B1 A0 - B0 I A > I B I A < I B I A = I B O A > O B O A < O B O A = O B A3>B3 X X X X X X H B B A3<B3 X X X X X X B H B A3=B3 A2>B2 X X X X X H B B A3=B3 A2<B2 X X X X X B H B A3=B3 A2=B2 A1>B1 X X X X H B B A3=B3 A2=B2 A1<B1 X X X X B H B A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0 X X X H B B A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0<B0 X X X B H B A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 H B H B B H A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 H B B H B B A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 B H B B H B A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 B B H B B H A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 X H H B H H A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 B B B B B B Les entrées en cascade sont prises en compte uniquement quand on a égalité entre les mots A et B. Les deux dernières lignes décrivent le fonctionnement dans des conditions anormales sur les entrées en cascade. Exercice : Décrire le fonctionnement du montage de comparaison de 8 bits pour les cas suivants. A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 = 10101111 B 7 B 6 B 5 B 4 B 3 B 2 B 1 B 0 = 10110001 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 = 10101111 B 7 B 6 B 5 B 4 B 3 B 2 B 1 B 0 = 10101001 Quels sont les niveaux sur les sorties si : A 3 A 2 A 1 A 0 = B 3 B 2 B 1 B 0 = 1001 et I A >I B = I A =I B = H et I A <I B = B Page : 9