04 lecon a22 fin

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Chapitre A2 LUnit Arithmtique et Logique

LUnit Arithmtique et Logique

c Architecture dune UAL. c Ralisation des UALs. c LUAL en circuits spcialiss.

4me Sciences TechniquesChapitre A2 1 Leon A22

L'Unit Arithmtique et Logique " UAL "A- MISE EN SITUATION.1/Fonctionnement du systme : Serres agricoles. Dans les serres agricoles, une carte de contrle logique permet de centraliser la gestion de l'arrosage automatique (figure 1). Les options de programmation offertes par cette carte permettent d'optimiser la fois le volume d'eau consomm et le contrle direct de l'ouverture des lectro vannes (24 VDC). Le circuit lectronique est construit autour d'un microcontrleur, facile mettre au point et programmer. Les informations recueillies par les capteurs installs dans tous les coins des serres sont envoyes dans un sous-ensemble du microcontrleur spcialis dans le traitement arithmtique et logique des donnes. Ce sous-ensemble est appel Unit Arithmtique et Logique (UAL). 2/Problmes poss: a) Quelle est la structure lectronique d'une UAL? b) Comment sont traites les informations logiques et arithmtiques? c) Quelle forme peut prendre une UAL?

B - ARCHITECTURE D'UNE UAL.1/Prsentation : Le rle de l'unit arithmtique et logique est de raliser des oprations logiques et arithmtiques de base : aOprations logiques bit bit " ET, OU, NON, XOR". aOprations arithmtiques "addition, soustraction, complmentations 1 ou 2..." aComparaisons aDcalages et rotations. 2/Constitution : L'unit arithmtique et logique, dispose de : aDeux entres A et B sur lesquelles on prsente les donnes traiter, "les oprandes". aUne sortie F donnant le rsultat de l'opration effectue. Chapitre A2 2 Leon A22

aUne entre Commande permettant le choix de l'opration effectuer. aUne sortie Etat donnant l'tat de l'UAL aprs excution de l'opration.

3/Constitution : De part son nom, l'UAL peut tre dcompose en deux grands blocs fictifs : L'Unit Logique (UL), qui permet d'effectuer les oprations logiques ET(AND), OU(OR), NON(NOT), OU exclusif(XOR), etc... sur deux nombres de n bits placs en entres. Ces oprations sont effectues bit bit. Exemple : Oprations Logiques sur deux nombres de 4 bits aComplmentation NOT (1011) = (0100) aProduit logique (1101) ET (1011) = (1001) aSomme logique (1101) OU (1011) = (1111) aSomme exclusive logique (1101) (1011) = (0110) L'Unit Arithmtique (UA), qui permet d'effectuer des oprations arithmtiques, telle que l'addition et la soustraction sur 2 nombres de n bits placs en entre. Exemple : Oprations arithmtiques sur deux nombres de 4 bits

C - REALISATION DES UALs :Les UALs existent, sous forme de circuits intgrs indpendants, ou intgres dans d'aut- res circuits numriques spcialiss tels que les microprocesseurs ou les microcontrleurs. 1/Principe : Pour construire une UAL simple, on peut combiner ensemble les oprateurs de la figure 4.

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2/UL 1 bit ralisant les oprations ET et OU : L'association des trois blocs (2), (3) et (5) de la figure 4 permet de raliser une unit logique 1 seul bit, dans laquelle les bits a et b sont les entres, S le bit de commande et F la sortie. Le multiplexeur slectionne a ET b ou a OU b selon que S vaut 0 ou 1

3/UL 1 bit ralisant les oprations ET, OU, NOT et XOR : L'association des blocs (1), (2), (3), (4) et (5) de la figure 4 permet d'obtenir la configuration suivante :

4/UA 1 bit " additionneur-soustracteur " : L'association des blocs (1), (5) et (6) de la figure 4 permet de raliser une unit arithmtique 1 bit.

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Activit Raliser l'activit pratique N1 du TP A2-2 dans le manuel d'activits : cette activit consiste verifier le fonctionnement dune UL lmentaire ralise base de circuits logiques. 5/UAL 1 bit : L'association des 6 blocs permet de raliser une unit arithmtiqueet logique 1 bit.

6/UAL n bits : Pour raliser une UAL n bits, on associe n UALs 1 bit en cascade: Exemple: UAL 32 bits

D - L'UAL EN CIRCUITS SPECIALISES.Parmi les circuits spcialiss on cite en TTL : 74LS181 / 74LS381 et le 74LS382. Ltude portera sur le 74LS181 ce circuit est une UAL de 4 bits. Il est destin tre connect en cascade avec d'autres 74LS181 pour traiter des donnes de taille suprieure 4 bits. 1/ Les entres du circuit 74LS181: Ce circuit ayant entre autres fonctions, celle dadditionner ou de soustraire, il est dot de 4 entres pour le nombre A et 4 autres pour le nombre B. Ce sont les entres : A A A A et B0 B1B2 B3 0 1 2 3 Chapitre A2 5 Leon A22

Entre outre, nous avons une entre pour la retenue de poids faible appele Cn. Cette entre doit etre 0 pour laddition et 1 pour la soustraction (voir cours sur les oprations arithmtiques). 2 / Les sorties du circuit 74LS181: Dans ce cadre, on cite : - les 4 sorties intitules : F3 F2F1F0 elles correspondent aux quatre bits fournissant le rsultat des diffrentes oprations. - La retenue de poids fort rcupre sur la broche Cn+4 . - Une sortie A = B indiquant lgalit des deux nombres A et B (cette sortie est collecteur ouvert)

.

- Deux sorties X et Y destines la liaison avec un circuit de la famille 74xx182 (gnrateur anticipant des retenues pour des circuits 74xx181, ce circuit nest pas developper).

3 / Les commandes du 74LS181: La commande M ltat Haut permet de raliser les fonctions logiques. M ltat Bas transforme le circuit en calculateur arithmtique (avec quelques fonctions logiques). Quatre entres de slection : S3S2S1 S0 , permettent dans chaque cas (M=0 ou M=1) 16 combinaisons possibles, ce qui permet de raliser 32 fonctions diffrentes. La table ci-dessous, extraite des documents du constructeur, numre ces diffrentes fonctions.

1/Table de fonctionnement :

2/Logigramme :

Activit Raliser l'activit pratique N2 du TP A2-2 dans le manuel d'activits : cette activit consiste mettre en oeuvre une Unit Arithmtique et Logique de la srie 74XX181, 74XX381 et 74XX382 Chapitre A2 7 Leon A22

E - RESUME.Dans les machines ou les systmes numriques, les opration arithmtiques et logiques sont confies l'unit arithmtique et logique (UAL), celle-ci est compose de portes logiques, de bascules, de circuits arithmtiques combins de manire pouvoir effectuer des additions, soustractions, comparaisons? ETC... de nombres binaires. De nombreux microprocesseurs ne disposent pas dans leur unit arithmtique et logique des circuits (matriel) en mesure d'effectuer des oprations complexes (multiplication, division, etc). les machines numriques bases sur de tels microprocesseurs, accomplissent ces oprations au moyen d'un programme (logiciel). Le recours de tels logiciels, se traduisent par moins de circuits dans le microprocesseur mais en contre partie par un temps de calcul plus long.

F - EXERCICES1/Exercice rsolu : Soit le circuit de la figure ci-contre, repr- sentant une Unit Logique lmentaire. A et B sont des entres sur 1bit. La commande C est sur 2bits. Elle permet de slectionner une opration parmi les 4 fonctions que peut effectuer l'unit. Faire le schma de l'unit en utilisant : a - Uniquement des portes logiques. b - Des multiplexeurs et des portes logiques. Solution 1. D'aprs la table de fonctionnement on peut crire :

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2. On peut utiliser deux multiplexeurs l'un pour slectionner la fonction ET ou OU et l'autre pour slectionner B ou son complment

2/Exercice rsoudre : Exercice 01 : le schma ci-contre, symbolise une UAL-1bit lmentaire 1- Quelles sont les oprations arithmtiques ralises par ce circuit ? 2- Quelles sont les oprations logiques ralises par ce circuit ? 3- Dresser la table de fonctionnement relative ce circuit.

Exercice 02 : le schma suivant, symbolise une UAL-1bit lmentaire : Le circuit intgr 74LS381 est une UAL qui permet de raliser des oprations logiques ou arithmtiques entre deux mots de 4 bits : le mot A = A 3A2A1A0 et le mot B = B3 B2 B1 B0 Sa table de fonctionnement est la suivante :

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1- Quelles sont les oprations arithmtiques ralises par ce circuit ? 2- Quelles sont les oprations logiques ralises par ce circuit ? 3- Sur le cahier de cours, reproduire puis complter la table ci-dessous.

a/ - Sur le cahier de cours, reproduire puis complter le cblage de circuit ci-aprs pour avoir la sortie : F(F3F2F1F0)= A(1000) OU B(1010) b/ - Indiquer les tats des Leds allumes ou teintes.

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