MESURES SUR LES FONCTIONS LOGIQUES COMBINATOIRES

# MESURES SUR LES FONCTIONS LOGIQUES COMBINATOIRES ## 19- Mesures sur les codeurs ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les mesures des fonctions logiques combinatoires, spécifiquement axée sur les codeurs. Dans le monde de l'électronique numérique, il est essentiel de comprendre le fonctionnement de ces circuits pour pouvoir les concevoir, les tester et les dépanner efficacement. Un codeur est un composant fondamental qui convertit des informations sous une forme discrète (par exemple, la pression d'un bouton) en un code binaire reconnaissable par d'autres circuits numériques. Nous allons explorer comment mesurer et vérifier le bon fonctionnement de ces codeurs. ### Concepts Clés #### Définition et principe d'un codeur Un codeur est un circuit logique combinatoire qui effectue l'opération inverse d'un décodeur. Il prend \(N\) entrées et produit un code binaire de \(M\) bits, où \(2^M \ge N\). Le principe est de convertir une entrée active unique (ou une entrée prioritaire) en une sortie binaire correspondante. Par exemple, un codeur décimal-vers-BCD prend dix entrées (0 à 9) et génère une sortie BCD de quatre bits. #### Types de codeurs Il existe principalement deux types de codeurs: * **Codeur non-prioritaire :** Il exige qu'une seule de ses entrées soit active à un moment donné. Si plusieurs entrées sont actives simultanément, sa sortie est indéfinie ou incorrecte. Ce type est simple mais limité dans les applications réelles. * **Codeur à priorité :** C'est le type le plus courant. Si plusieurs entrées sont actives en même temps, le codeur à priorité donne la préférence à l'entrée ayant le rang (ou l'indice) le plus élevé et produit le code binaire correspondant à cette entrée. Par exemple, si les entrées 3 et 7 sont toutes deux actives, un codeur à priorité produira le code binaire de l'entrée 7. Un exemple courant est le 74LS147 (codeur 10 vers 4 lignes, décimal vers BCD avec priorité, actif à l'état bas). #### Vérification fonctionnelle d'un codeur La vérification fonctionnelle d'un codeur est cruciale pour s'assurer qu'il produit les sorties attendues pour chaque combinaison d'entrées. La base de cette vérification est la **table de vérité**. ##### Table de vérité La table de vérité dresse la liste de toutes les combinaisons possibles d'entrées et les sorties binaires correspondantes. Pour un codeur à priorité, la table de vérité doit explicitement montrer comment les priorités sont gérées. Par exemple, pour un codeur 8 vers 3 lignes à priorité, si l'entrée 7 est active, les entrées 0 à 6 n'importent pas, et la sortie sera `111`. ##### Conditions d'entrée/sortie * **Application des entrées :** Les entrées sont généralement des niveaux logiques (HIGH ou LOW, correspondant à 5V ou 0V dans la logique TTL/CMOS). On utilise des interrupteurs ou des générateurs de niveaux logiques pour simuler les entrées. * **Lecture des sorties :** Les sorties sont également des niveaux logiques. On utilise des LEDs avec des résistances de limitation de courant pour visualiser l'état des sorties (LED allumée pour HIGH, éteinte pour LOW, ou vice versa selon la conception). * **Tests statiques :** La plupart des tests sur les codeurs sont des tests statiques, où l'on applique une combinaison d'entrées et on observe les sorties correspondantes en régime permanent. #### Instruments de mesure pour les codeurs Pour effectuer les mesures et la vérification des codeurs, plusieurs instruments sont utiles : * **Multimètre numérique :** Pour vérifier les tensions d'alimentation (Vcc, GND) et les niveaux logiques statiques (0V ou 5V) sur les broches du circuit. * **Sonde logique :** Un outil simple et rapide pour vérifier l'état logique d'une broche (HIGH, LOW ou impulsion) avec des indicateurs visuels (LEDs). * **Analyseur logique :** C'est l'instrument le plus sophistiqué pour l'analyse des circuits numériques. Il permet de visualiser simultanément de nombreuses entrées/sorties en fonction du temps, ce qui est très utile pour vérifier les séquences d'événements et les transitions logiques, bien que moins critique pour les tests statiques des codeurs simples. * **Oscilloscope :** Moins adapté pour la vérification fonctionnelle purement logique, mais utile pour détecter des problèmes de timing, des retards de propagation, ou la présence de bruit sur les signaux logiques. ### Vocabulaire * **Codeur :** Circuit logique qui convertit une entrée active en un code binaire. * **Décodeur :** Circuit logique qui convertit un code binaire en une sortie active unique (l'inverse d'un codeur). * **Table de vérité :** Tableau listant toutes les combinaisons d'entrées et les sorties correspondantes d'un circuit logique. * **Priorité :** Caractéristique d'un codeur à choisir une entrée spécifique (généralement la plus élevée) si plusieurs sont actives. * **BCD (Binary Coded Decimal) :** Un système de codage où chaque chiffre décimal (0-9) est représenté par son équivalent binaire à 4 bits. * **Niveau logique (HIGH/LOW) :** Les deux états fondamentaux d'un signal numérique, généralement représentés par une tension élevée (HIGH, ex: 5V) ou basse (LOW, ex: 0V). * **Vcc / GND :** Tension d'alimentation positive et masse (référence de tension). ### Exemples #### Exemple de test d'un codeur à priorité (74LS147) Le 74LS147 est un codeur décimal vers BCD à priorité, actif à l'état bas. Cela signifie que ses entrées sont activées par un niveau logique LOW (0V). **Montage :** 1. Alimentez le 74LS147 avec \(V_{CC}\) (5V) et \(GND\). 2. Connectez des interrupteurs sur les entrées 1 à 9. Utilisez des résistances de *pull-up* (généralement de 1kΩ à 10kΩ) de \(V_{CC}\) à chaque entrée pour les maintenir à l'état HIGH par défaut. Un interrupteur à la masse activera l'entrée (LOW). 3. Connectez des LEDs aux sorties \(A_0\), \(A_1\), \(A_2\), \(A_3\) via des résistances de limitation de courant (ex: 330Ω) pour visualiser le code BCD. **Scénarios de test :** * **Scénario 1 : Aucune entrée active.** Toutes les entrées (1-9) sont à HIGH. Les sorties devraient toutes être à HIGH (représentant `1111` en BCD, ce qui est le code par défaut quand aucune entrée n'est activée pour ce composant spécifique, souvent correspondant au 0 dans d'autres logiques ou une sortie spéciale). * **Scénario 2 : Une seule entrée active.** Activez l'entrée 5 (mettez l'entrée 5 à LOW, les autres à HIGH). Les sorties devraient afficher le code BCD de 5 (ex: `1010` si les sorties sont actives à l'état bas, ou `0101` si les sorties sont actives à l'état haut après inversion, consultez la datasheet pour les polarités exactes). * **Scénario 3 : Plusieurs entrées actives (test de priorité).** Activez les entrées 3 et 7 (mettez-les à LOW, les autres à HIGH). Le codeur devrait donner la priorité à l'entrée 7. Les sorties devraient afficher le code BCD de 7. ### Exercices 1. Quel est le rôle principal d'un codeur dans un système numérique ? 2. Expliquez la différence fondamentale entre un codeur standard et un codeur à priorité. Donnez un exemple d'application où un codeur à priorité serait indispensable. 3. Dessinez la table de vérité d'un codeur 4 vers 2 lignes non-prioritaire. Supposez que les entrées sont \(I_0, I_1, I_2, I_3\) et les sorties \(O_1, O_0\). 4. Citez deux instruments de mesure que vous utiliseriez pour vérifier les niveaux logiques statiques d'un codeur et expliquez brièvement pourquoi. ### Devoirs 1. Recherchez la fiche technique (datasheet) complète du codeur à priorité 74HC148 (codeur 8 vers 3 lignes avec priorité). Identifiez les broches d'entrée, de sortie, d'alimentation, ainsi que les broches de contrôle (ex: Enable Input, Output Enable, etc.). Notez si les entrées et sorties sont actives à l'état haut ou bas. 2. À partir de la datasheet du 74HC148, écrivez la table de vérité complète pour ce composant, en incluant la broche d'activation (Enable Input). 3. Décrivez un protocole de test détaillé pour vérifier le bon fonctionnement d'un codeur 74HC148 sur une platine d'expérimentation (breadboard). Incluez les branchements nécessaires, les composants additionnels (interrupteurs, LEDs, résistances) et les résultats attendus pour au moins 5 scénarios d'entrées différentes, dont au moins deux doivent tester la fonction de priorité. ### Résumé Dans cette leçon, nous avons appris que les codeurs sont des circuits logiques combinatoires essentiels qui convertissent une entrée active en un code binaire. Nous avons distingué les codeurs non-prioritaires des codeurs à priorité, ces derniers étant plus robustes grâce à leur capacité à gérer des entrées multiples. La vérification fonctionnelle d'un codeur repose principalement sur l'utilisation de sa table de vérité, où l'on applique des combinaisons d'entrées et l'on observe les sorties correspondantes. Des instruments tels que le multimètre, la sonde logique et l'analyseur logique sont des outils précieux pour effectuer ces mesures. La compréhension de ces concepts est fondamentale pour toute personne travaillant avec des systèmes électroniques numériques. ## 20- Mesures sur les additionneurs, soustracteurs et comparateurs ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les mesures des fonctions logiques combinatoires, en particulier les additionneurs, soustracteurs et comparateurs. Ces circuits numériques sont fondamentaux en électronique et sont utilisés pour effectuer des opérations arithmétiques et logiques de base. Comprendre leur fonctionnement et savoir comment effectuer des mesures pour vérifier leur comportement est essentiel pour tout technicien ou ingénieur en électronique. Cette leçon vous guidera à travers les principes de ces circuits et les méthodes de mesure associées. ### Concepts Clés #### Rappel des Fonctions Logiques Combinatoires Une fonction logique combinatoire est un circuit dont les sorties dépendent uniquement de l'état actuel de ses entrées. Il n'y a pas de mémoire d'états précédents. Les additionneurs, soustracteurs et comparateurs sont des exemples typiques de ce type de fonction. #### Les Additionneurs Les additionneurs sont des circuits logiques conçus pour effectuer l'opération d'addition binaire. ##### Demi-Additionneur (Half-Adder) Un demi-additionneur additionne deux bits binaires (A et B) et produit une somme (S) et un bit de retenue (Carry-out, \( C_{out} \)). * **Entrées:** A, B * **Sorties:** S (Somme), \( C_{out} \) (Retenue) * **Équations:** * \( S = A \oplus B \) (Ou Exclusif) * \( C_{out} = A \cdot B \) (Et Logique) ##### Additionneur Complet (Full-Adder) Un additionneur complet additionne trois bits binaires (A, B et un bit de retenue d'entrée \( C_{in} \)) et produit une somme (S) et un bit de retenue de sortie (\( C_{out} \)). Plusieurs additionneurs complets peuvent être chaînés pour additionner des nombres de plusieurs bits. * **Entrées:** A, B, \( C_{in} \) * **Sorties:** S (Somme), \( C_{out} \) (Retenue) * **Équations:** * \( S = A \oplus B \oplus C_{in} \) * \( C_{out} = (A \cdot B) + (C_{in} \cdot (A \oplus B)) \) ##### Mesures sur les Additionneurs Pour vérifier le bon fonctionnement d'un additionneur, nous pouvons : 1. **Vérification de la Table de Vérité:** Appliquer toutes les combinaisons possibles d'entrées et vérifier que les sorties (S et \( C_{out} \)) correspondent à la table de vérité théorique. Cela se fait généralement avec un multimètre logique ou un analyseur logique. 2. **Mesure du Temps de Propagation (\( t_{pd} \)):** Le temps de propagation est le délai entre un changement à l'entrée et le changement correspondant à la sortie. Il est crucial pour les circuits à haute vitesse. On utilise un oscilloscope pour mesurer ce délai. * **Procédure:** Appliquer un signal d'entrée carré (horloge) et mesurer le temps entre le front montant/descendant de l'entrée et le front montant/descendant de la sortie. #### Les Soustracteurs Les soustracteurs effectuent l'opération de soustraction binaire. Souvent, la soustraction est réalisée en utilisant la méthode du complément à 2 avec un additionneur. ##### Soustraction par Complément à 2 Pour soustraire un nombre B d'un nombre A (A - B), on peut additionner A au complément à 2 de B: \[ A - B = A + (\text{Complément à 2 de B}) \] Le **complément à 2** d'un nombre binaire est obtenu en inversant tous les bits du nombre (complément à 1) et en ajoutant 1. * **Exemple:** Complément à 2 de 0101 (5 en décimal): 1. Complément à 1: 1010 2. Ajouter 1: 1010 + 1 = 1011 ##### Mesures sur les Soustracteurs Les mesures sont similaires à celles des additionneurs: 1. **Vérification de la Table de Vérité ou du Fonctionnement:** Appliquer des entrées A et B (et \( C_{in} \) pour un soustracteur complet, ou le bit de contrôle pour l'addition/soustraction) et vérifier les sorties (différence et emprunt) ou l'addition du complément à 2. 2. **Mesure du Temps de Propagation:** Utiliser un oscilloscope pour mesurer le délai des changements de sortie par rapport aux changements d'entrée. #### Les Comparateurs Les comparateurs numériques sont des circuits qui déterminent si deux nombres binaires sont égaux, si l'un est supérieur à l'autre, ou s'il est inférieur. ##### Comparateur de N bits Un comparateur de N bits compare deux nombres binaires A (\( A_{N-1}...A_0 \)) et B (\( B_{N-1}...B_0 \)) et produit généralement trois sorties: * \( A > B \) (A est supérieur à B) * \( A < B \) (A est inférieur à B) * \( A = B \) (A est égal à B) Un exemple de circuit intégré est le 74LS85, un comparateur de 4 bits. ##### Mesures sur les Comparateurs 1. **Vérification des Conditions de Sortie:** Appliquer différentes combinaisons d'entrées pour A et B et vérifier que seulement l'une des sorties (A>B, A<B, A=B) est active (logique '1') à la fois. * **Exemple:** Si A = 0101 (5) et B = 0011 (3), alors la sortie A>B doit être '1' et les autres '0'. * **Exemple:** Si A = 1010 (10) et B = 1010 (10), alors la sortie A=B doit être '1' et les autres '0'. 2. **Mesure du Temps de Propagation:** Comme pour les autres circuits, mesurer le délai entre les changements d'entrée et la stabilisation des sorties. ### Vocabulaire * **Fonction combinatoire:** Circuit logique dont les sorties dépendent uniquement des entrées actuelles. * **Additionneur:** Circuit qui effectue l'addition binaire. * **Soustracteur:** Circuit qui effectue la soustraction binaire. * **Comparateur:** Circuit qui compare deux nombres binaires. * **Report (Carry):** Bit de retenue généré lors d'une addition. * **Emprunt (Borrow):** Bit d'emprunt généré lors d'une soustraction. * **Complément à 2:** Méthode pour représenter les nombres négatifs et effectuer des soustractions en binaire. * **Délai de propagation (\( t_{pd} \)):** Temps que prend un signal pour traverser un circuit de l'entrée à la sortie. * **Analyseur logique:** Instrument de mesure qui permet de visualiser et d'analyser l'état logique de plusieurs signaux numériques simultanément. * **Table de vérité:** Tableau qui montre toutes les combinaisons possibles des entrées et les sorties correspondantes d'un circuit logique. ### Exemples #### Exemple 1: Vérification d'un Additionneur Complet Considérons un additionneur complet 74LS83 (un additionneur 4 bits en cascade). Pour vérifier son fonctionnement, nous pourrions : 1. **Alimenter** le circuit (+5V, GND). 2. **Connecter des interrupteurs** aux entrées \( A_0-A_3 \), \( B_0-B_3 \) et \( C_{in} \). 3. **Connecter des LEDs** aux sorties \( S_0-S_3 \) et \( C_{out} \). 4. **Appliquer des combinaisons spécifiques**, par exemple: * \( A = 0101_2 \) (5), \( B = 0011_2 \) (3), \( C_{in} = 0 \). On s'attend à \( S = 1000_2 \) (8) et \( C_{out} = 0 \). Les LEDs correspondantes s'allument. * \( A = 1111_2 \) (15), \( B = 0001_2 \) (1), \( C_{in} = 0 \). On s'attend à \( S = 0000_2 \) (0) et \( C_{out} = 1 \). Les LEDs s'allument en conséquence. #### Exemple 2: Mesure du Temps de Propagation d'une Porte Logique Pour une porte NAND 74LS00 : 1. **Connecter l'entrée A** à une source de signal carré (générateur de fonctions) de 100 kHz. 2. **Mettre l'entrée B** à un niveau logique '1' constant. 3. **Connecter la sonde 1 de l'oscilloscope** à l'entrée A et la **sonde 2** à la sortie de la porte. 4. **Ajuster l'échelle de temps** de l'oscilloscope pour voir les fronts montants/descendants des signaux. 5. **Mesurer le délai** entre le front montant de l'entrée et le front descendant de la sortie (pour une NAND, la sortie s'inverse). C'est le \( t_{PHL} \) (Propagation delay High to Low). Faites de même pour le \( t_{PLH} \). #### Exemple 3: Vérification d'un Comparateur 4 bits (74LS85) 1. **Alimenter** le circuit (+5V, GND). 2. **Connecter des interrupteurs** aux entrées \( A_0-A_3 \) et \( B_0-B_3 \). 3. **Connecter des LEDs** aux sorties \( A=B \), \( A<B \) et \( A>B \). 4. **Appliquer des combinaisons d'entrée:** * \( A = 1010_2 \) (10), \( B = 0101_2 \) (5). La LED \( A>B \) doit s'allumer. * \( A = 0010_2 \) (2), \( B = 0100_2 \) (4). La LED \( A<B \) doit s'allumer. * \( A = 1100_2 \) (12), \( B = 1100_2 \) (12). La LED \( A=B \) doit s'allumer. ### Exercices 1. Donnez la table de vérité complète d'un additionneur complet. Expliquez comment vous vérifieriez expérimentalement une de ses lignes avec un oscilloscope et des sondes. 2. Calculez le complément à 2 du nombre binaire 1101 (sur 4 bits). Quelle opération arithmétique ce nombre représente-t-il si 0101 est un 5 ? 3. Vous avez un comparateur 74LS85. Quelles entrées \( A_0-A_3 \) et \( B_0-B_3 \) devriez-vous appliquer pour que la sortie \( A<B \) soit à l'état logique '1', tandis que les autres sorties sont à '0' ? Donnez un exemple concret de valeurs binaires. ### Devoirs 1. Recherchez la fiche technique (datasheet) d'un circuit intégré additionneur 4 bits (par exemple, 74LS283 ou 74HC283). Identifiez les valeurs typiques des temps de propagation \( t_{PLH} \) et \( t_{PHL} \) pour les sorties somme et retenue. 2. Expliquez comment un soustracteur peut être construit en utilisant des additionneurs et des portes logiques NOT. Dessinez un schéma bloc pour un soustracteur 2 bits qui utilise cette approche. 3. Décrivez l'importance du temps de propagation dans un système numérique où plusieurs circuits sont connectés en cascade. Quel problème pourrait survenir si les temps de propagation sont trop longs ? ### Résumé Cette leçon a couvert les mesures sur trois types fondamentaux de fonctions logiques combinatoires : les additionneurs, les soustracteurs et les comparateurs. Nous avons vu que la vérification de leur fonctionnalité passe par l'application de tables de vérité et l'observation des sorties, souvent avec des LEDs ou un analyseur logique. La mesure du temps de propagation à l'aide d'un oscilloscope est également une étape critique pour évaluer les performances de ces circuits. Une bonne compréhension de ces concepts et techniques de mesure est indispensable pour la conception, le débogage et la maintenance des systèmes électroniques numériques. ## 21- Mesures sur les décodeurs ### Introduction Dans le monde de l'électronique numérique, les fonctions logiques combinatoires sont omniprésentes. Elles permettent de traiter des informations binaires pour produire des sorties qui dépendent uniquement des états actuels de leurs entrées. Parmi ces fonctions, les décodeurs jouent un rôle crucial en transformant un code binaire d'entrée en une sortie unique activée. Cette leçon explorera le fonctionnement des décodeurs et, plus important encore, les différentes techniques de mesure utilisées pour vérifier leur bon fonctionnement, leurs performances et leur intégration dans des systèmes plus complexes. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'un décodeur ? Un décodeur est un circuit logique combinatoire qui convertit un code binaire de \( N \) entrées en un maximum de \( 2^N \) sorties uniques. Pour chaque combinaison d'entrées binaires, une seule sortie spécifique est activée, tandis que toutes les autres restent désactivées. Leur rôle principal est de traduire un code en une action ou une sélection spécifique. * **Définition:** Circuit qui prend \( N \) bits en entrée et active une des \( M \) sorties, où \( M \le 2^N \). * **Exemple:** Un décodeur 2 vers 4 lignes prend 2 bits en entrée (A1, A0) et active l'une des 4 sorties (Y0, Y1, Y2, Y3). #### Principe de Fonctionnement Les décodeurs sont généralement construits à partir de portes logiques ET (AND gates) et d'inverseurs (NOT gates). Chaque sortie correspond à une minterm (produit logique) des entrées. * **Table de Vérité:** C'est le moyen le plus simple de comprendre le comportement d'un décodeur. Elle liste toutes les combinaisons possibles des entrées et les états correspondants des sorties. * **Entrée d'Activation (Enable/Strobe):** La plupart des décodeurs incluent une ou plusieurs entrées d'activation (aussi appelées *enable* ou *strobe*). Ces entrées permettent d'activer ou de désactiver le décodeur. Lorsqu'elles sont désactivées, toutes les sorties restent dans un état prédéfini (par exemple, toutes désactivées), quelle que soit la combinaison des entrées de code. #### Types de Décodeurs Courants Il existe plusieurs types de décodeurs, adaptés à diverses applications: * **Décodeurs binaires \( N \) vers \( 2^N \) lignes:** Ils activent une sortie parmi \( 2^N \) possibles. Un exemple courant est le 74LS138 (décodeur 3 vers 8 lignes). * **Décodeurs BCD vers 7 segments:** Utilisés pour piloter des afficheurs 7 segments. Ils convertissent un code BCD (Binary-Coded Decimal) de 4 bits en 7 signaux pour allumer les segments appropriés d'un afficheur (par exemple, le 74LS47 pour afficheur à cathode commune ou le 74LS48 pour afficheur à anode commune). #### Mesures sur les Décodeurs Pour vérifier le fonctionnement et les performances d'un décodeur, plusieurs types de mesures sont essentielles: 1. **Vérification de la Table de Vérité:** * **Objectif:** Confirmer que le décodeur produit les sorties attendues pour chaque combinaison d'entrées. C'est la mesure fondamentale. * **Méthode:** Appliquer systématiquement toutes les combinaisons d'entrées logiques (avec un générateur de signaux ou des interrupteurs) et observer les états des sorties (avec un voltmètre, un oscilloscope, ou un analyseur logique). 2. **Mesure des Tensions Logiques (Niveaux DC):** * **Objectif:** S'assurer que les niveaux logiques HAUT (HIGH) et BAS (LOW) des entrées et sorties sont conformes aux spécifications du composant (par exemple, TTL, CMOS). * **Méthode:** Utiliser un voltmètre pour mesurer \( V_{OH} \) (tension de sortie haute), \( V_{OL} \) (tension de sortie basse), et \( V_{CC} \) (tension d'alimentation). 3. **Mesure des Courants (Niveaux DC):** * **Objectif:** Vérifier que le décodeur peut fournir (pour les sorties) ou accepter (pour les entrées) les courants nécessaires pour interfacer avec d'autres circuits. * **Méthode:** Mesurer \( I_{OH} \) (courant de sortie haute), \( I_{OL} \) (courant de sortie basse), ainsi que la consommation de courant du circuit lui-même (\( I_{CC} \)). 4. **Mesure des Temps de Propagation (Niveaux AC):** * **Objectif:** Déterminer le délai entre un changement d'état à l'entrée et le changement correspondant à la sortie. Crucial pour les systèmes à haute vitesse. * **Méthode:** Utiliser un oscilloscope pour mesurer \( t_{PLH} \) (temps de propagation du front montant) et \( t_{PHL} \) (temps de propagation du front descendant) entre une entrée et la sortie activée. Par exemple, \[ t_{PLH} = t_{sortie, haut} - t_{entrée, changement} \]. 5. **Vérification de l'Entrée d'Activation (Enable):** * **Objectif:** S'assurer que le décodeur est correctement activé ou désactivé selon l'état de cette entrée, indépendamment des autres entrées. * **Méthode:** Maintenir les entrées de code stables, modifier l'état de l'entrée d'activation et observer le comportement de toutes les sorties. Toutes les sorties devraient être désactivées lorsque l'entrée d'activation est inactive. ### Vocabulaire * **Décodeur:** Circuit logique combinatoire qui convertit un code binaire d'entrée en une sortie unique activée parmi plusieurs. * **Table de Vérité:** Tableau qui représente toutes les combinaisons possibles des entrées d'un circuit logique et les sorties correspondantes. * **Entrée d'Activation (Enable/Strobe):** Une entrée de contrôle qui permet d'activer ou de désactiver le fonctionnement d'un circuit logique, indépendamment des autres entrées. * **Afficheur 7 segments:** Un dispositif d'affichage numérique composé de sept segments lumineux (généralement des LED) qui peuvent être allumés ou éteints individuellement pour former des chiffres et certains caractères. * **Temps de Propagation (\( t_p \)):** Le délai de temps entre un changement d'état significatif à l'entrée d'un circuit logique et le changement correspondant à sa sortie. * **Logique Combinatoire:** Un type de circuit logique dont les sorties dépendent uniquement des valeurs présentes à ses entrées à un instant donné. ### Exemples #### Exemple 1: Décodeur 74LS138 (3 vers 8 lignes) Le 74LS138 est un décodeur/démultiplexeur 3 vers 8 lignes. Il possède 3 entrées de sélection (A, B, C) et 8 sorties (Y0 à Y7) actives à l'état bas (LOW). Il a également trois entrées d'activation : G1 (active HIGH) et G2A, G2B (actives LOW). * **Test de la table de vérité:** 1. Connectez les entrées A, B, C à des commutateurs ou un générateur de codes binaires. 2. Connectez les entrées G1 à +5V (HIGH), G2A et G2B à la masse (LOW) pour activer le décodeur. 3. Connectez chaque sortie Y0-Y7 à une LED avec une résistance de limitation de courant (la LED s'allumera quand la sortie est HIGH, mais comme les sorties sont actives BASses, la LED devrait être connectée entre la sortie et +5V). 4. Appliquez différentes combinaisons binaires sur A, B, C (de 000 à 111) et observez que pour chaque combinaison, une seule sortie Yx est au niveau BAS (allumant la LED correspondante), tandis que les autres sont au niveau HAUT (éteignant les autres LED). #### Exemple 2: Décodeur BCD vers 7 segments 74LS47 Le 74LS47 est un décodeur BCD vers 7 segments pour afficheurs à cathode commune. Il prend 4 entrées BCD (A, B, C, D) et produit 7 sorties (a, b, c, d, e, f, g) actives à l'état bas pour piloter un afficheur 7 segments. * **Application et Test:** 1. Connectez les entrées A, B, C, D du 74LS47 à des commutateurs ou un compteur BCD. 2. Connectez les sorties a-g du 74LS47, via des résistances de limitation de courant (par exemple 330 ohms), aux segments correspondants d'un afficheur 7 segments à cathode commune. 3. Appliquez des codes BCD de 0000 (0) à 1001 (9) sur les entrées A-D. 4. Observez que l'afficheur affiche correctement le chiffre décimal correspondant. Par exemple, pour l'entrée 0101 (5), les segments a, f, g, c, d devraient s'allumer. 5. Mesurez la tension sur chaque segment pour confirmer qu'il est au niveau bas lorsqu'il est allumé et au niveau haut lorsqu'il est éteint. ### Exercices 1. Quel est le rôle principal d'un décodeur dans un système numérique ? Donnez un exemple concret d'application. 2. Dessinez la table de vérité d'un décodeur 1 vers 2 lignes sans entrée d'activation. 3. Vous testez un décodeur 74LS138. Si vous placez les entrées de sélection A=0, B=1, C=0 et que l'entrée d'activation G1 est au niveau HAUT, G2A et G2B sont au niveau BAS, quelle(s) sortie(s) sera(seront) active(s) (au niveau BAS) ? 4. Expliquez pourquoi la mesure des temps de propagation est importante, en particulier dans les systèmes numériques modernes. 5. Comment utiliseriez-vous un simple voltmètre pour vérifier si un décodeur BCD vers 7 segments fonctionne correctement pour afficher le chiffre '3' ? ### Devoirs 1. **Table de Vérité Complète:** Donnez la table de vérité complète d'un décodeur 2 vers 4 lignes, avec une seule entrée d'activation active BASse (Enable-bar), en incluant l'état de cette entrée dans la table. 2. **Protocole de Test Détaillé:** Rédigez un protocole de test détaillé pour le décodeur 74LS138, en spécifiant les équipements nécessaires (générateur de signaux, oscilloscope, alimentation DC, carte de prototypage) et les étapes pour vérifier: * Sa table de vérité. * Le fonctionnement de ses entrées d'activation. * Le temps de propagation \( t_{PHL} \) de l'entrée A à la sortie Y0. 3. **Analyse de Fiche Technique:** Trouvez la fiche technique (datasheet) du décodeur 74LS47. Identifiez les valeurs typiques de \( I_{OH} \) et \( I_{OL} \) pour les sorties segments. Expliquez la signification de ces valeurs en termes de capacité de pilotage de l'afficheur. ### Résumé Les décodeurs sont des composants fondamentaux en électronique numérique, permettant de traduire des codes binaires en actions spécifiques. La maîtrise de leurs principes de fonctionnement est essentielle, tout comme la capacité à réaliser des mesures précises. Les techniques de mesure abordées, allant de la simple vérification de la table de vérité à l'analyse des temps de propagation, sont cruciales pour garantir la fiabilité, la compatibilité et la performance des circuits intégrés dans tout système numérique. Une compréhension approfondie de ces concepts et pratiques assure une conception et un dépannage efficaces des circuits électroniques.