cdmd1

Noms :

 
Centre d'intérêt : CI 4 Gestion de l’information / Structures matérielles et logicielles associées au traitement de l’information
Classe : Terminale Sti2d Sin
Id programme : sin17, sin19, sin22, sin29, sin33, sin36, sin39  
Condition : Seul , durée  3 heures.
Matériel :

- PC

Logiciel :

- Proteus

 

I. Objectif

Comprendre les fonctions Compter, Coder, Décoder, Transcoder, Multiplexer et Afficher.

II - La fonction COMPTER/DECOMPTER

Introduction

 

Nous allons nous intéresser au compte-tour du moteur d’une voiture. Ce dispositif compte le passage d’une pièce fixée sur l’arbre moteur. Il faut ensuite afficher cette information sur un afficheur sur la cadran de la voiture devant le conducteur.
Cette appareillage va nécessiter de faire toutes les fonctions que nous devons comprendre aujourd’hui.

Ces fonctions sont souvent essentielles en électronique et font partie des chaînes d’énergies comme celle proposée ci-dessous.

 

La fonction COMPTER/DECOMPTER

 

I.1 Généralité sur le comptage

En logique séquentielle, les compteurs peuvent être décris en citant 5 caractéristiques :

A – Le sens de comptage Il permet de différencier :

  • Les compteurs (évolution croissante  de la valeur de sortie dans le temps)
  • Les décompteurs (évolution décroissante de la valeur de sortie dans  le temps)


B – Le code dans lequel est exprimé la valeur sortie Il permet de différencier :

  • Les compteurs en binaire naturel
  • Les compteurs BCD
  • Les compteurs « décimaux » (ou à décade)
  • Les compteurs en Code Gray
  • Etc...


C – Le type de basculement du compteur Il permet de différencier :

  • Les compteurs asynchrones
  • Les compteurs  synchrones


D – Le nombre de bits en sortie, ou l’intervalle de la valeur de sortie Il permet de connaître l’ensemble des valeurs que peut prendre la valeur de sortie du compteur.

  • Il faut aussi impérativement préciser le mode de comptage
  • Il permet de différencier :
  • Les compteurs  à cycle complet
  • Les compteurs  à cycle incomplet


Exemples :

  • Un compteur 4 bits qui compte de 0 à 15 en binaire naturel est un compteur  à cycle complet , car sa valeur de sortie utilise toutes les combinaisons possibles de ses sorties (24 = 16 combinaisons possibles).  
  • Un compteur 4 bits qui compte de 0 à 9 seulement (on l’appelle aussi compteur BCD) est un compteur  à cycle incomplet , car les 16 combinaisons de ses 4 sorties ne sont pas toutes utilisées.
  • Si on parle d’un compteur binaire naturel 7 bits à cycle complet, on sait qu’il compte forcément de 0 à 127 et qu'il est donc modulo 128 (128 = 27).


Remarque : Dans tous les cas, on appelle MODULO d’un compteur  le nombre d’états différents que peut prendre la valeur de sortie sur l’ensemble du cycle de comptage

 
Faisons quelques applications maintenant


1 - Un compteur en binaire naturel sur N bits est un compteur MODULO  :    N2 ,  2N ou  2*N   (justifiez votre réponse)?

2 - Un décompteur en binaire naturel sur N bits est un compteur MODULO ............... N2 ,  2N ou  2*N   (justifiez votre réponse)?

3 - Un décompteur synchrone à cycle incomplet, qui a 6 bits en sortie, et qui décompte de 59 à 4 est un décompteur compteur MODULO ..................... 59, 4, 56 ou 63   (justifiez votre réponse)?

4 - Soit un décompteur en binaire naturel sur 6 bits, qui est MODULO 64 :
                 S’agit-il d’un compteur à cycle complet ou incomplet ?     
                 Quel est l’intervalle exact des valeurs de sa sortie ? ........ de ?????  à  ???????


5 - Soit un compteur en binaire naturel sur 5 bits, qui est MODULO 11 :
                S’agit-il d’un compteur à cycle complet ou incomplet ?
                Quel est l’intervalle exact des valeurs de sa sortie ?    ..... de  0  à  ???????

 

 

I.2 Simulation d’un compteur

Cette fonction peut-être faite par différents circuits. Nous allons réaliser une simulation avec le logiciel proteus Proteus et le circuit 4510. Vous trouverez le schéma complet en dessous.

Effectuez chacune des 5 étapes suivantes en mémorisant les procédures effectuées dans le logiciel proteus. De plus, des fonctions sont disponibles par clique droit.

Etape 1 – Ouvrez le logiciel de simulation Proteus (son icône de couleur bleue s’appelle proteus 7 Professional et elle est disponible dans le menu Démarrer - Tous les programmes - Proteus 7 Professional ), et agrandissez sa fenêtre à tout l’écran. Dans la partie gauche de l’écran se trouve une boîte verticale de boutons : en plaçant le curseur de la souris sur un bouton, sans cliquer, une info-bulle affiche le nom du bouton. Le premier bouton de cette barre d’outils, en forme de flèche noire, s’appelle Mode sélection. Repérez les boutons nommés Mode composant, Mode point de jonction , Mode terminal et Mode générateur parmi les 23 boutons verticaux de cette barre d’outils et mémorisez leur position : vous aurez régulièrement besoin de ces boutons qui seront désormais désignés par leur nom, sans rappeler leur emplacement.

Etape 2 : Préparez les composants entourés sur l’image suivante, en allant les chercher dans les catégories indiquées. Pour cela :
Cliquez sur « Prendre un composant/symbole » dans le menu  « Bibliothèques » (raccourcis touche P)
Cliquez dans une des catégories puis double-cliquez sur le composant recherché : le composant se rajoute à la liste des composants dans votre espace de travail
Recommencez l’opération pour tous les composants que vous avez besoin
Fermez la boîte de dialogue Pick Devices après y avoir pris tous les composants (raccourcis Echap )

Etape 3 – Pour tester le compteur 4510.IEC et l’afficheur  7SEG-BCD dans leurs différents modes de fonctionnement du compteur (compteur, décompteur, remise à zéro, et pré-chargement de valeur), il faudra imposer un niveau logique fixe (0 ou 1) sur une entrée du compteur avec des générateurs LOGICSTATE . Connectez un LOGICSTATE sur chacune des entrées. Concernant l’entrée d’horloge, reliez la (borne 15) à un générateur  DCLOCK. Vous le réglerez en signal carré de période 2s. Ce générateur se trouve dans le « Mode générateur »

Astuce : pour rechercher un composant dont vous connaissez le nom mais pas la catégorie vous pouvez utiliser la recherche par Mots clés dans la boîte de dialogue Pick Devices (en cochant  identique sur tous les mots).

Etape 4 – Placez le compteur 4510 ainsi que les autres composants ( cf  image ci-dessous ) sur votre feuille de travail, puis reliez les bornes suivantes ( « Mode  point de jonction » )
La borne 15 est l’entrée d’horloge active sur front montant
La borne 9 est une entrée de remise à zéro : elle doit être à 0 pour que le compteur puisse compter
La borne 5 est une entrée de validation : elle doit être à 0 pour que le circuit soit validé
La borne 10 permet de choisir le sens de comptage : compteur (si M2=1) ou décompteur (si M2=0)
La borne 1 permet de pré-charger la valeur présente sur les bornes 4 (poids faible), 12, 13 et 3 (poids fort).
Les bornes 6 (poids faible), 11, 14 et 2 (poids fort) sont les 4 sorties du compteur (codées en BCD)
Et la borne 7 permet de mettre en cascade plusieurs compteurs en la reliant à la borne 5 du compteur suivant

Etape 5 –Nous pouvons lancer la simulation afin d’observer les valeurs numériques en sortie du compteur Pour cela, cliquez sur « Exécuter » dans le menu « Mise au point » de Proteus (vous pouvez aussi utiliser le bouton de raccourcis « Jouer » (symbolisé par un triangle noir) placé en bas à gauche de l’écran). Observez l’évolution les valeurs logiques en sortie du compteur. Pour arrêter la simulation, cliquez sur « Stop animation »dans le menu « Mise au point » de Proteus (vous pouvez  aussi utiliser le bouton de raccourcis « Arrêt » (symbolisé par un carré noir) placé en bas à gauche de l’écran).  
Sachant que si une sortie est au niveau haut (état logique 1), le petit carré à côté de la sortie est rouge et la LED correspondante est allumée.

 

Faisons quelques applications maintenant (aidez vous du document ressource 4510.pdf )

1 -  Complétez le tableau ci-dessous.

Nb d’impulsion d’horloge

Valeur de la broche n°2 ( 0 ou 1)

Valeur de la broche n°14 ( 0 ou 1)

Valeur de la broche n°11 ( 0 ou 1)

Valeur de la broche n°6 ( 0 ou 1)

décimal

 

Poids 23=8

Poids 22=4

Poids 21=2

Poids 20=1

 

1ère impulsion

         

2

         

3

         

4

         

5

         

6

         

7ème

         
         
         
         

 

2 - Est-ce que le résultat est normal. Conclure.


3 - A quoi sert la broche n°7 ?



A faire après avoir demander à l’enseignant s’il vous reste suffisamment de temps.

4 - Proposez une solution pour réaliser un compteur modulo 7. Vous ferez une impression d’écran et rajouterez les éléments nécessaires sur votre feuille. Simulez le montage.

 


5 - Proposez une solution pour réaliser un compteur à 2 décimales. Vous ferez une impression d’écran et rajouterez les éléments nécessaires sur votre feuille. Simulez le montage.

 

 

III - La fonction CODER/DECODER

Les circuits de transformation des codes font la transposition des données d'un code à un autre. Ils jouent le rôle d'interprète entre l'homme et la machine (codeur) entre la machine et l'homme (décodeur) entre machine et machine (transcodeur).


Les circuits combinatoires de transcodage (appelés aussi convertisseurs de code ), se répartissent en 3 catégories. Tous ces circuits logiques transforment une information présente à leurs entrées sous une forme donnée (code 1) en la même information présente à leurs sorties sous une forme différente (code 2).

On appelle :  

  • CODEUR un circuit à 2n entrées et n sorties
  • DECODEUR un circuit à n entrées et 2n sorties dont une seule est validée à la fois
  • TRANSCODEUR tout autre circuit convertisseur de code différent des précédents, à p entrées et à k sorties.

 

Faisons une application maintenant (vous pouvez vous aider de la documentation technique 4511.pdf)

Nous allons lancer le fichier 4511.DSN avec le logiciel proteus pour comprendre le fonctionnement d’un décodeur.
Mettez une copie du montage dans le carré ci-dessous :

 



1 -  Complétez le tableau ci-dessous.

Valeur de l’afficheur SW1

Valeur de la broche ( 0 ou 1)

 

Correspondance en décimal

Valeur de la broche ( 0 ou 1)

n°6

n°2

n°1

n°7

13

12

11

10

9

15

14

     
     
     
     
     
     
     
     

2 - Est-ce que le résultat est normal. Conclure sur le codage réalisé.

3 - A quoi servent les broches n°3,4 et 5 ?


 

IV - La fonction MULTIPLEXER

IV.1 Le multiplexage :

Un multiplexeur est un circuit logique à N entrées dites de données (ou d’informations) et une sortie qui transmet les informations parvenant à l’entrée sélectionnée.
Pour sélectionner une entrée, le multiplexeur doit recevoir un ordre qui provient de n entrées complémentaires appelées entrée d’adresse : ces entrées aiguillent les données d’entrée choisies vers la sortie. Les nombres n et N sont liés par la relation : N = 2n.

IV.2 Intérêt

Un multiplexeur joue le rôle d’un commutateur à plusieurs positions qui aiguillerait vers la sortie les informations de n’importe quelle entrée,
Les entrées d’adressage permettent de connaître à chaque instant l’état d’une entrée de données,
Par une utilisation cyclique des entrées d’adressage, les données des entrées, qui sont en parallèle à l’entrée du multiplexeur, se retrouvent en série à la sortie.

 
III.3 Le démultiplexage

Un démultiplexeur est un circuit logique à une entrée de données ou d’informations et N sorties qui reçoivent les informations d’entrée.
Pour sélectionner la sortie qui doit être active, le démultiplexeur reçoit un ordre de n entrées d’adresse, comme dans le cas du multiplexeur. Ces sorties orientent les données d’entrée vers la sortie sélectionnée. Les nombres n et N sont liés par la relation : N = 2n.

 

IVI.4 Intérêt


Un démultiplexeur joue le rôle d’un commutateur à plusieurs positions qui oriente les informations d’entrée vers la sortie choisie. Les entrées d’adressage permettent de connaître à chaque instant l’état d’une sortie. Par une utilisation cyclique des entrées d’adressage, les données des entrées, qui sont en série à l’entrée du démultiplexeur, se retrouvent en parallèle à la sortie.

 

 

Un exemple d'un multiplexeur (image animée):

 

1 - Expliquez ce qui se passe pour les 2 mots de 4 bits (0110 et 1100)

 

 

Un mutiplexeur seul est souvent peu utile. II est en général accompagné d'un démultiplexeur se situant à l'autre bout de la ligne. Cette ligne peut être très longue (des centaines, des milliers de kms ...). Cette ligne peut aussi être réalisée non pas avec un fil électrique ou une fibre optique mais avec des ondes hertziennes (cela revient au même).

 

Un exemple d'association multiplexeur/démultipleur (image animée): la ligne verte représente la ligne de transmission des données

 

2 - Expliquez ce qui se passe pour les 2 mots de 4 bits (0110 et 1100)

 

 

   
Faisons quelques applications maintenant

à l’aide du diaporama ci-dessous (cliquez dessus pour faire défiler les diapos)


Nous allons nous intéresser à l’exemple de la voiture car il est un des plus pertinent pour expliquer notre fonction multiplexer.

3 - Quel est l’intérêt du multiplexage dans le cas de notre application compteur automobile?

4 - Quel est le terme technique utilisé pour nommer le câble portant les informations?


5 - Quel est la nature des signaux multiplexés?

6 - Comment se nomme un ensemble un ensemble de donnés en cours de transport ?

V – En bonus : application pratique : réalisation d’un compteur avec afficheur

V.1  Essai d’un compteur intégré 4029

Le but de ces essais est de bien comprendre le rôle de chaque "patte" du composant et son fonctionnement. La documentation technique est disponible ici).


Câblage du 1er essai:

Sur l'entrée d'horloge (CLK) relier un B.P.
Relier:

  • les entrées de prépositionnement (PA, PB, PC, PD) au 0 logique (0V).
  • CE/CI au 0V.
  • LOAD au 0V.
  • BIN/DCB à un interrupteur sans rebond.
  • les sorties QA, QB, QC, QD à un afficheur 7 segments.
  • L'entrée de comptage/décomptage à un interrupteur sans rebond.

Visualiser la sortie Carry Out à l'aide d'une diode.

Copiez le schéma ci-dessous :

 


 

1 - Expliquer le fonctionnement de ce compteur, le rôle de l'entrée BIN/DCB et la fonction de la sortie Carry Out (pour cela relever les chronogrammes des signaux importants ou réaliser un table de vérité ).

 



 
Câblage du 2ème essai:

2 - Tout d'abord, essayer une roue codeuse: relier les sorties de la roue codeuse sur des diodes. Remplir le tableau ci-dessous.

entrée

sorties

chiffre

8

4

2

1

0  
1  

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

 

3 - Expliquer la fonction d'une roue codeuse


2ème essai:

Ce compteur peut être prépositionné à une certaine valeur (codée sur les entrées PA, PB, PC, PD) grâce à l'entrée LOAD.

4 - Réaliser le même câblage que précédemment mais relier LOAD à un interrupteur sans rebond et les entrées de prépositionnement à une roue codeuse. Faire des essais avec différentes valeurs sur la roue codeuse et expliquer le fonctionnement de ce prépositionnement et de l'entrée LOAD.

 

V.2 Application : compteur par 100 prépositionnable


un compteur par 100 prépositionnable. On se servira de 2 circuits 4029.

Schéma de principe:


1 - Faire le schéma réel du montage.

 



2 - Essayer le montage et faire valider par le professeur (document réponse).

 VI. Conclusion

Imprimer votre travail

Sources :

 


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J'enseigne au
Lycée Paul SERUSIER
Avenue de Waldkappel
29270 CARHAIX PLOUGUER
Tél : 02 98 99 29 29
Site : www.lycee-serusier.fr

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Richard GAUTHIER
Professeur de Physique Appliquée
Certification ISN
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