TRAITEMENT NUMERIQUE DE L`INFORMATION NUMERIQUE

TRAITEMENT NUMERIQUE DE L'INFORMATION NUMERIQUE
PARTIE 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 2N combinaisons d’entrées. Ce qui fixe le
nombre de sorties à 2N sorties numérotées de 0 à 2N - 1.
On parle alors de décodeur 1 parmi 2N 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
A3
A2
A1
A0
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
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
Q4
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
Q5
Q6
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
Q7
Q8
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
Q9
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
Q0
Q1
A0
A1
A2
A3
D
E
C
O
D
E
U
R
Décimal
Q2
Q3
Pour les combinaisons d'entrées suivantes les sorties sont toutes à zéro
On trouve également des décodeurs Gray - Décimal.
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.
+ Vcc
Présentation d'une DEL
anode
cathode
Afficheur 7 segments à DEL
R
f
R
a
R
V = 2,7 V
A
b
i =10 mA
B
R
g
R
Décodeur
DCB - 7 segments
e
C
D
R
c
R
d
0V
0V
Dans le cas d’un afficheur 7 segments à anode commune, quel devra être le niveau des sorties du
décodeur pour allumer les segments ?
Représenter 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
EL BI
LT
DD
DC
DB
Sorties
DA
X
X
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
X
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
X
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
L
L
L
H
L
L
H
L
L
L
H
H
L
H
L
L
L
H
L
H
L
H
H
L
L
H
H
H
H
L
L
L
H
L
L
H
de HLHL à HHHH
H
H
H
X
X
X
X
OA
OB
OC
OD
Affichage
OE
OF
OG
H
H
H
H
H
H
H 8 test lampes
L
L
L
L
L
L
L
blanc
H
H
H
H
H
H
L
0
L
H
H
L
L
L
L
1
H
H
L
H
H
L
H
2
H
H
H
H
L
L
H
3
L
H
H
L
L
H
H
4
H
L
H
H
L
H
H
5
L
L
H
H
H
H
H
6
H
H
H
L
L
L
L
7
H
H
H
H
H
H
H
8
H
H
H
L
L
H
H
9
L
L
L
L
L
L
L
blanc
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
VACL
a
Etude du montage de commande de l’ACL.
- Si la tension aux bornes du segment à cristaux liquides est : VACL = Vs-Va.
• Compléter les chronogrammes suivants.
• Préciser l'état de la commande pour allumer et éteindre le segment.
Page : 4
Signal 40 Hz = Va
5V
0
Signal de
5V commande
t
0
Signal Vs
t
VACL
t
5V
0
5V
0
t
Réalisation 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.
Q0
Q1
Entrée de données
E
Q2
Q3
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
EA A0A A1A Q0A Q1A Q2A Q3A
II)
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
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.
E0
E1
Entrée de données
S sortie
E2
E3
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
S1
S0
EB
QB
X
X
1
0
0
0
0
I0B
0
1
0
I1B
1
0
0
I2B
1
1
0
I3B
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 :
•
Repérer les entrées de données :
•
Pour les mot A et B, donner le bit
de poids le plus fort et le plus
faible.
•
Repérer les sorties :
•
Repérer 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 OA>OB, OA<OB et OA=OB du premier comparateur aux entrées en
cascade du deuxième comparateur IA>IB, IA<IB et IA=IB.
Dans le cas d’une comparaison sur 4 bits, les entrées en cascade du comparateur 4585 doivent être
connectées à : IA=IB=HAUT, IA>IB=HAUT et IA<IB=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
IA>IB
COMPARATEUR
4 BITS 4585
IA<IB
IA=IB
0V
OA>OB OA<OB OA=OB
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.
+ Vcc
A3 A2 A1 A0
B3 B2 B1 B0
IA>IB
COMPARATEUR 1
4 BITS 4585
IA<IB
A3 A2 A1 A0
B3 B2 B1 B0
IA>IB
COMPARATEUR 2
4 BITS 4585
IA<IB
IA=IB
IA=IB
0V
OA>OB OA<OB OA=OB
Sortie de la comparaison
des 4 bits de poids les plus faibles
OA>OB OA<OB OA=OB
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
A3 - B3 A2 - B2 A1 - B1 A0 - B0
A3>B3
X
X
X
A3<B3
X
X
X
A3=B3 A2>B2
X
X
A3=B3 A2<B2
X
X
A3=B3 A2=B2 A1>B1
X
A3=B3 A2=B2 A1<B1
X
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0<B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
IA > IB
X
X
X
X
X
X
X
X
H
H
B
B
X
B
Entrées en cascade
IA < IB
IA = IB
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
B
H
B
B
H
B
B
H
H
H
B
B
OA > OB
H
B
H
B
H
B
H
B
B
H
B
B
B
B
Sorties
OA < OB
B
H
B
H
B
H
B
H
B
B
H
B
H
B
OA = OB
B
B
B
B
B
B
B
B
H
B
B
H
H
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.
A7A6A5A4A3A2A1A0 = 10101111
A7A6A5A4A3A2A1A0 = 10101111
B7B6B5B4B3B2B1B0 = 10110001
B7B6B5B4B3B2B1B0 = 10101001
Quels sont les niveaux sur les sorties si : A3A2A1A0 = B3B2B1B0 = 1001
et IA>IB = IA=IB = H et IA<IB = B
Page : 9