Système combinatoire

Dans ce cours nous allons apprendre à utiliser les portes logiques électroniques, dans le but de câbler un montage électronique réel réalisant un logigramme. Comment identifier, utiliser, et brancher un circuit intégré logique. Comment utiliser la platine d'essai pour réaliser un montage électronique. Comment réaliser un logigramme réel en utilisant des portes logiques

électroniques. Comment sont représentées le 0 logique et le 1 logique dans un montage

électronique.

I. Présentation des circuits intégrés logiques : En électronique et en réalité, les portes logiques sont fabriquées et renfermées dans des circuits intégrés. Ce sont des boitiers en plastiques à 14 pattes (dites aussi broches)

Figure 1: Circuits intégrés logiques

Figure 2: Identification des broches

On peut remarquer sur le haut des circuits intégré un petit creux appelé « ergo ». L’ergo permet d’orienter correctement le circuit intégré afin de repérer les différentes bornes. On peut aussi trouver un point blanc qui indique la broche n°1.Un circuit intégré renferme plusieurs portes logiques, dont les entrées et les sorties sont accessibles sur les différentes bornes du circuit intégré. Pour identifier chaque

LES CIRCUITS INTEGRESLOGIQUES

TECHNOLOGIE2ème Tech_InfoTiss Badreddine

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borne sans ambiguïté, elles sont numérotées de manière normalisée en respectant le principe suivant :

En regardant le circuit intégré avec l'ergo vers le haut, la borne n°1 est la borne située en haut à gauche

Les autres bornes sont numérotées en tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Remarque : Ce principe reste vrai quel que soit le nombre de bornes (de « pattes ») du circuit intégré.

II. Identification d’un circuit intégré logique :Maintenant il est évident qu’un circuit intégré logique renferme des portes logiques (ET, OU, NAND, NOR…). Mais comment savoir quel type de porte il y a là-dedans ?Pour cela, chaque circuit intégré possède une référence imprimée sur le dessus de son boîtier voir figure 3). Cette référence est composée de 4 à 7 caractères (chiffres et/ou lettres). Par exemple, sur la photo ci-contre la référence du circuit de gauche est 4029, et la référence du circuit de droite est 74S113.

Figure 3

Pour connaître la fonction d’un circuit intégré dont on connaît la référence il faut

consulter le Mémotech qui contient la fiche technique relatif à chaque circuit intégré.

III. Différents types (familles) de circuits intégrés logiques :

Ils existent deux grandes familles de circuits logiques :

Technologie CMOS (Complmentary Metal Oxyd Semi-conductor) : les

circuits dont la référence est de la forme 40XX.

Technologie TTL (Transistor Transistor Logique) : les circuits dont la

référence commence par 74 (74XX).

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Remarque : Dans la référence 74 on trouve aussi la technologie CMOS,

c’est la référence qui contient la lettre C (74HCXX …) qui ne sera pas traité

dans notre cours.

Pour voir la différence entre ces deux familles et les utiliser en toute sécurité, le

tableau ci-dessous nous illustre leurs caractéristiques électriques.

Caractéristiques électriques

TTL (Série 74XX)

CMOS (Série 40XX)

Alimentation (Vcc) 5V ±5% De 3 à 18 VVL 0.8V U < 30% de VccVH 2V U > 70% de VccVSL 0.4V Environ 0,4VVSH 2.7V Environ VccTemps de réponse 10 ns 8 à 10 nsConsommation (à 0 ) par porte 1mW < 1mWConsommation (à 1 pour 5 MHz 1.5 mW 1,5 mW

IV. Câblage et réalisation réelle d’un logigramme :Tout d’abord il faut connaître le brochage exact et la structure interne d'un circuit intégré (disposition internes des portes), il faudra alors consulter le livre Mémotech électronique.Câbler un logigramme revient à faire le lien entre le brochage d'un circuit intégré et le symbole de la fonction logique qu'on va réaliser. Pour ce faire il faut :

- Tracer le logigramme étudié.- Identifier le nombre de circuits et de portes que nous allons utiliser.- Identifier les connexions entres les différentes portes (symboles) ; pour

faciliter le travail vous pouvez énumérer les broches utilisés sur le logigramme et suivre cette numérotation en interconnectant les différentes broches. Mais généralement c’est une construction particulière d’un logigramme, donc celui qui peut réaliser un logigramme peut facilement le câbler.

Remarque : les bornes 7 et 14 servent à alimenter en tension le circuit intégré : La borne 7 doit être reliée au moins (-) d'une alimentation (ou le 0V). la borne 14 doit être reliée au plus (+) d'une alimentation (+Vcc).

Exemples : Manuel de cours page 65.

V. Notions fondamentales pour la pratique :Pour câbler correctement un circuit logique ; il y a des précautions à prendre et des notions à savoir et respecter. Evidemment la 1ère des choses c’est respecter les caractéristiques électrique de chaque circuit utilisé.1- Cas des entrées :

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0 logique  C’est une connexion à la masse (borne – de l’alimentation ou borne 0V).

1 logique  C’est une connexion à +Vcc (borne + de l’alimentation).

2- Ces des sorties :Les sorties sont généralement les récepteurs électrique (actionneurs). Dans la simulation, ce sont des composants de signalisation (Buzzer, LED, lampes …)Une sortie fonctionne elle est à l’état logique 1.Une sortie au repos elle est à l’état logique 0.3- Entrée non connectée :En électronique numérique, on ne doit pas laisser une entrée utilisée non connectée, d’où la nécessité d’une résistance appelée résistance de rappel à la masse qui force l’entrée d’être à l’état logique 0 lorsqu’elle n’est pas connectée à +Vcc (voir figure 4)

Figure 4: Entrée logique connectée à un circuit

4- Les diodes LED : Ce sont des diodes électroluminescentes sensibles au courant, elles doivent être toujours montées avec des résistances de protection (voir figure 5).

Figure 5: Sortie logique (LED)

Si a est ouvert, l’entrée est reliée à travers la résistance R ; donc elle est forcée à « 0 ».

Si a est fermée ; la tension aux bornes de la résistance est Vcc qui est la tension appliquée à l’entrée. Cette dernière est alors à l’état logique 1.

! Quelle est alors le rôle de R ?C’est pour éviter un court-circuit lors de la fermeture du contact « a ».

Si la sortie logique est à l’état logique 1 ; un courant traverse la diode LED qui s’allume.La résistance R permet de réduire (limiter) l’intensité de ce courant et par la suite protéger la LED.

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ANNEXEBrochage des circuits intégrés logiques

Les portes logiques de base.

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Portes logiques universelles.

Opérateur Circuits intégrés TTL Circuits intégrés CMOS

NOR

NAND

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VI. Application :Activité 1 : Apprendre à câbler une fonction logique :Soit à réaliser le câblage de l’équation suivante : H 1=a+b .c1- Quel est le nombre d’opérateurs dans l’équation H1 ? ……………2- Enumérer et identifier ces opérateurs :

………………………………………………………………………………………………………3- Quel est alors le nombre de circuits intégrés utilisés pour réaliser l’équation H1 ? ……….4- Quels sont les circuits utilisés si on veut réaliser l’équation H1 :

a- En technologie TTL : ………………………………………………………………………….b- En technologie CMOS : ………………………………………………………………………

5- Réaliser alors le câblage de l’équation H1.

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Activité 2 : Choix d’une solution (intérêt des fonctions logiques universelles).Dans cette activité nous allons réaliser la même équation H1 mais avec un opérateur universel. Nous allons choisir l’opérateur NAND à deux entrées.1- Ecrire l’équation H1 en utilisant les opérateurs NAND à deux entrées.……………………………………………………………………………………………………………

Etablir le logigramme (circuit logique) relatif à l’équation H1.

2- Quel est le nombre de circuits utilisés pour réaliser cette fonction ? Justifier.……………………………………………………………………………………………………………

Identifier la référence du circuit utilisé dans les deux cas suivants :

En technologie TTL : …………………….. En technologie CMOS : ………………….

3- Réaliser alors le câblage de la fonction H1 en utilisant le circuit TTL adéquat (pour ce faire il faut consulter le brochage : voir annexe). Le logigramme réalisé dans la question (2) peut vous aider.

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4- En comparant les deux solutions (celle de l’activité 1 et celle de l’activité 2), que peut-on conclure ?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

Activité 3 : Déterminer une équation à partir d’un schéma de câblage.

1- Quelle est la référence du circuit intégré utilisé ? …………….

2- De quelle technologie (famille) s’agit-il ? …………….

3- Quelle est la fonction logique contenue dans ce circuit ? ……… …….

4- En se référant au document de brochage de ce circuit ; donner l’équation de la

fonction D1 réalisée : …………………….