CI11 I6 Circuits logiques
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CI11 I6 Circuits logiques Circuits famille 4000 Problématique Que signifient 0 et 1 logiques ? Comment peut-on réaliser des fonctions élaborées à partir de circuits intégrés ? Situation Pédagogique Centres d’intérêt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Thèmes associés AF1 AF2 AF3 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 E1 E2 E3 E8 E9 E10 E14 E11 E12 E15 E17 E13 E18 E19 E4 E7 E16 E5 E6 I5 I13 I3 I4 I1 I2 I11 I6 I7 I8 I9 I10 I12 A Savoirs B C D A1 B11 C11 D1 A2 B12 B21 B22 B31 B32 B41 B42 B51 B52 C12 C21 C22 C23 C24 D2 Compétences attendues et notation Note par type d’exercice Etude avec les Etude avec les Etude des seuils portes Nand portes Nor Compétence Lister et caractériser les entrées sorties (seuil=>niveau) /2 Identifier les opérateurs logiques utilisés /2 Etablir la représentation sous forme d’équation et graphique (équation et schéma) Elaborer tout ou partie du modèle comportemental (chronogramme et table) /2 Total /2 /2 /2 /6 /2 /2 /4 /2 /2 Participation Note au TP /6 /2 /20 Savoirs et savoir-faire associés : • C22 Comportement des systèmes logique combinatoires • D1 Schématisations électroniques Condition de travail • Durée : 2 heures • • 08-09 SI Combinatoire Compte rendu individuel à rendre sur copie double avec la page de garde de ce sujet. Matériel : Circuits logiques 4000 Alimentations stabilisées doubles 2 multimètres Câbles Mémotech électronique DR Aide TP (fournie sur le Réseau) Bac S-Sciences de l’Ingénieur Page 1/6 CI11 I6 Circuits logiques On désire démarrer un moteur en fonction de différents ordres donnés par l’opérateur. Dans la suite, « S » symbolisera la sortie commandant le moteur et « a » et « b » symboliseront les entrées donnant l’ordre au moteur de fonctionner. Pour toute la suite du TP, le câblage s’effectuera hors tension. Les tables de vérité à remplir permettront de comparer le signal obtenu en simulant et le signal que l’on désire réaliser avec l’équation. I/ Mise en évidence des seuils de tension de basculement : 1- Manipulation avec le circuit 4081 Le circuit 4081, comme tous les autres circuits de la famille CMOS 4000, ne considère la tension d’entrée que sous une forme logique « 0 » ou « 1 ». Pourtant, selon le nombre et le type de circuits traversés avant d’arriver sur l’entrée de la porte, le signal (sous forme de tension) peut être compris entre 0V et Vcc (Vcc tension d’alimentation du circuit). Que se passe-t-il si le circuit voit en entrée une tension de 3V alors qu’il est alimenté sous 10V ? Nous allons tenter de répondre à cette question en mettant en œuvre le circuit selon le schéma suivant : Circuit alimenté sous 10V. On visualisera l’état de la sortie en fonction de la tension d’entrée à l’aide d’un multimètre numérique. BOITIER D’ALIMENTATION Réglable 0/10V Ve Vs BOITIER D’ALIMENTATION Fixe 10V D’après le Mémotech électronique, Quel est le type de porte associée au circuit ci-dessus? Si l’on considère la patte 12 comme étant l’entrée a, la patte 13 comme étant l’entrée b et la patte 11 comme étant la sortie S, donner l’équation de S en fonction de a et b. 08-09 SI Combinatoire Bac S-Sciences de l’Ingénieur Page 2/6 CI11 I6 Circuits logiques Compte tenu du schéma, on a a=b (symbolisé par le fil pointillé mixte), donner l’équation de S en fonction de a uniquement après en simplifiant cette équation. Quelle fonction réalise-t-on avec ce montage ? Réaliser câblage du schéma ci-dessus : Avant de mettre sous tension, appeler le professeur pour vérifier votre câblage. Faire varier Ve (tension de l’entrée « a ») puis remplir le tableau suivant en commençant par Vs, puis en complétant l’état logique de « S », terminer en imaginant (compte tenu du type de fonction réalisée), quel état logique de « a » la porte a considéré pour donner l’état logique de « S » : Ve Etat de l’entrée a 0V 1V 2V 3V 4V Vs Etat de la sortie S Ve Etat de l’entrée a Vs Etat de la sortie S 5V 6V 7V 8V 9V 10V 2- Exploitation des résultats Quelle est la plage de tension d’entrée qui permet de dire que l’entrée est au «0»? Quelle est la plage de tension d’entrée qui permet de dire que l’entrée est au «1»? Quelle est la tension d’entrée qui fait que le circuit bascule ? Quel est son % par rapport à la tension d’alimentation Vcc ? 08-09 SI Combinatoire Bac S-Sciences de l’Ingénieur Page 3/6 CI11 I6 Circuits logiques II/ MISE EN OEUVRE DU CMOS 4011 L’alimentation + du CI sera matérialisée par un fil rouge L’alimentation – sera matérialisée par un fil noir L’entrée « a » sera matérialisée par un fil jaune. L’entrée « b » sera matérialisée par un fil bleu. La sortie « S » sera matérialisée par un fil vert. Cette sortie représentera l’ordre envoyé pour commander un moteur. Les câblages internes seront faits en vert aussi. Pour toutes les équations suivantes, vous proposerez d’abord un logigramme avec des portes NAND puis vous dessinerez votre câblage. 1- Lecture du Mémotech Indiquer quel est le type de porte intégré au circuit CMOS 4011? Indiquer combien on trouve de portes dans ce circuit ? Indiquer quelle est la plage de tension d’alimentation pour cette famille de circuit : Représenter le brochage de ce circuit de la même façon que l’on a vu dans la partie I. 2- On veut démarrer un moteur (simulé par la sortie S) si on appuie sur l’un ou l’autre des boutons « a » et « b ». a- Donner l’équation réalisant ce cahier des charges b- Donner le logigramme réalisant cette fonction (en indiquant sur celui-ci le N° des broches utilisées ). c- Réaliser le schéma de câblage (sur papier en respectant les couleurs des fils cités précédemment) BOITIER D’ALIMENTATION d- Puis faites le câblage (hors tension) 08-09 SI Combinatoire Bac S-Sciences de l’Ingénieur Page 4/6 CI11 I6 Circuits logiques e- Appeler le professeur pour procéder à la vérification. f- Remplir la table de vérité suivante : S désiré a b S simulé 3- On veut démarrer le moteur que si l’opérateur appuie sur a et pas sur b. Procéder de la même façon que précédemment en suivant les étapes de la question II-2 III/ MISE EN OEUVRE DU CMOS 4001 Vous travaillez maintenant uniquement avec des portes NOR. Les questions et la façon de procéder sont les mêmes que pour les portes NAND. 1- Lecture du Mémotech : Indiquer quel est le type de porte intégré au circuit CMOS 4001? Indiquer combien on trouve de portes dans ce circuit ? Représenter le brochage de ce circuit de la même façon que l’on a vu dans la partie I 2- On veut démarrer le moteur que si l’opérateur appuie sur a et pas sur b. Procéder de la même façon que précédemment en suivant les étapes de la question II-2 08-09 SI Combinatoire Bac S-Sciences de l’Ingénieur Page 5/6 CI11 I6 Circuits logiques IV/ CONCLUSION SUR LE TP Le circuit 4081 est un circuit intégré (CI) à broches qui contient portes Le circuit 4001 est un circuit intégré (CI) à broches qui contient portes Le circuit 4011 est un circuit intégré (CI) à broches qui contient portes On doit toujours alimenter ces circuits par une tension comprise entre et La grandeur électrique qui est considérée par l’entrée circuit pour déterminer si on a un état logique « 0 » ou « 1 » est (rayer la mention inutile) : La puissance Le courant La tension La fréquence L’énergie La tension de basculement (tension ou le CI considère que l’entrée passe de « 0 » à « 1 » ou de « 1 » à « 0 » se fait à environ de . % Avec des portes Nand, on peut réaliser de portes (cocher la(les) réponse(s) vraie(s)) : Nand Et Ou Nor Non Oui Avec des portes Nor, on peut réaliser de portes (cocher la(les) réponse(s) vraie(s)) : Nand 08-09 SI Combinatoire Et Ou Nor Non Bac S-Sciences de l’Ingénieur Oui Page 6/6
