STI2D TP 3 : comptage, codage et multiplexage · Les circuits de transformation des codes font la transposition des données d'un code à un autre. Ils jouent le rôle d'interprète

STI2DTP 3 : comptage, codage et multiplexage

Option SINPremière

Binaire et logique combinatoire

Centre d’intérêt : découverte du numérique

Durée prévue : 4h.Problématique : comprendre les fonctions Compter, Coder, Décoder, Transcoder, Multiplexer etAfficher

Compétences visées Savoirs associésEtre capable de faire, comprendre et décoder un

logigrammeTP de 1er STI 2D SIN

Plan de l’étude Remarque

I - La fonction COMPTER/DECOMPTERII - La fonction CODER/DECODERIII - La fonction MULTIPLEXERIV – Application pratique : réalisationd’un compteur avec afficheur

Logiciels MatérielsWord

Simulation électronique logiciel ISIS Proteus

Mode de distribution Format papierDossier technique associé NonDossier ressource associé DATA SHEET CD4029,4510

Diaporama multiplexage Fichier ISIS 4511

TP3 Comptage, multiplexage, codage et affichagebinaire_logique2.odt

STI2D TP 2 : Binaire et logique combinatoireOption SINPremière

Nous allons nous intéresser au compte-tour du moteur d’une voiture. Cedispositif compte le passage d’une pièce fixée sur l’arbre moteur. Il faut ensuiteafficher cette information sur un afficheur sur la cadran de la voiture devant leconducteur.Cette appareillage va nécessiter de faire toutes les fonctions que nous devonscomprendre aujourd’hui.

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

I. 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

TP3 Comptage, multiplexage, codage et affichagebinaire_logique2.odt Page 2


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

Il faut aussi impérativement préciser le mode de comptageIl 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 savaleur de sortie utilise toutes les combinaisons possibles de ses sorties. 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.

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 …......2N

2 - Un décompteur en binaire naturel sur N bits est un compteur MODULO ............... 2N

3 - Un décompteur synchrone à cycle incomplet, qui a 6 bits en sortie, et qui décompte de 59 à 4 est un dé-compteur compteur MODULO ..................... 56

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 ? ....................... complet

Quel est l’intervalle exact des valeurs de sa sortie ? ..................... ;.. de 63 à 0 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 ? ……….......... incompletQuel est l’intervalle exact des valeurs de sa sortie ?? ........... 11 états différents

I.2 Simulation d’un compteur

Cette fonction peut-être faite par différents circuits. Nous allons réaliser une simulationavec le logiciel ISIS Proteus et le circuit 4510. Vous trouverez le schéma complet page 5.

Effectuez chacune des 7 étapes suivantes en mémorisant les procédures effectuées dans le logi-ciel ISIS. De plus, des fonctions sont disponibles par clique droit.

Etape 1 – Ouvrez le logiciel de simulation Proteus (son icône de couleur bleue s’appelle ISIS 7 Professional etelle est disponible dans le menu Démarrer - Tous les programmes - Proteus 7 Professional ), et agrandissezsa 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 premierbouton de cette barre d’outils, en forme de flèche noire, s’appelle Mode sélection. Repérez les bou-tons nommés Mode composant, Mode point de jonction , Mode terminal et Mode générateur par-mi les 23 boutons verticaux de cette barre d’outils et mémorisez leur position : vous aurez régulière-ment besoin de ces boutons qui seront désormais désignés par leur nom, sans rappeler leur emplace-ment.

Etape 2 : Préparez les composants entourés sur l’image suivante, en allant les chercher dans les caté-gories indiquées. Pour cela :

- Cliquez sur « Prendre un composant/symbole » dans le menu « Bibliothèques » (raccourcistouche P)

- Cliquez dans une des catégories puis double-cliquez sur le composant recherché : le compo-sant 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 defonctionnement du compteur (compteur, décompteur, remise à zéro, et pré-chargement de valeur), ilfaudra imposer un niveau logique fixe (0 ou 1) sur une entrée du compteur avec des générateurs LO-GICSTATE . 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 gé-nérateur se trouve dans le « Mode générateur »

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

Etape 4 – Placez le compteur 4510 ainsi que les autres composants ( cf image ci-dessous ) sur votre feuille detravail, 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 Pourcela, cliquez sur « Exécuter » dans le menu « Mise au point » de Proteus (vous pouvez aussi utiliser le boutonde raccourcis « Jouer » (symbolisé par un triangle noir) placé en bas à gauche de l’écran). Observez l’évolutionles valeurs logiques en sortie du compteur. Pour arrêter la simulation, cliquez sur « Stop animation »dans lemenu « Mise au point » de Proteus (vous pouvez aussi utiliser le bouton de raccourcis « Arrêt » (symbolisépar 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 car-ré à côté de la sortie est rouge et la LED correspondante est allumée.



Faisons quelques applications maintenant (aidez vous de l’annexe 1)

1 - Complétez le tableau ci-contre. Est-ce que le résultat estnormal. Conclure.

………………………………………………………………………………………………………………………………………….

2 – A quoi sert la broche n°7 ?………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

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


Nb d’impulsion d’horloge

Valeur de la broche n°2 ( 0 ou 1)

Valeur de la broche n°14 (0 ou 1)



Composants à installer

Zoom de la zone de travail

Mode « choix de composants

Mode « dessin desfils

Mode « choixdes générateurs »


3 – 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.

4 - 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.

II. La fonction CODER/DECODER

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

Les circuits combinatoires de transcodage (appelés aussi convertisseurs de code ), se répartissent en 3 catégo-ries. 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 ( à l’aide l’annexe 2)

Nous allons lancer le fichier 4511 (voir intranet) avec le logiciel ISIS pourcomprendre le fonctionnement d’un décodeur.

1 - Complétez le tableau ci-contre. Est-ce que le résultat est normal. Conclure sur le codage réalisé.………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..….

Valeur del’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


S1

S2

Sn

S3E

b0 b1 b2 ... bM

Mot de commande


2 – A quoi servent les broches n°3,4 et 5 ?……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………….

III. La fonction MULTIPLEXER

III.1 Le multiplexage :

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

III.2 Intérêt

- Un multiplexeur joue le rôle d’un commutateur à plusieurs posi-tions qui aiguillerait vers la sortie les informations de n’importequelle entrée,

- Les entrées d’adressage permettent de connaître à chaque instantl’état d’une entrée de données,

- Par une utilisation cyclique des entrées d’adressage, les données des entrées, qui sont en parallèle à l’entréedu 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 reçoiventles informations d’entrée.Pour sélectionner la sortie qui doit être active, le démultiplexeur reçoit un ordre de n entrées d’adresse, commedans le cas du multiplexeur. Ces sorties orientent les données d’entrée vers la sortie sélectionnée. Les nombresn et N sont liés par la relation : N = 2n.

III.4 Intérêt

- Un démultiplexeur joue le rôle d’un commutateur à plusieurs positions qui oriente les informations d’entréevers 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.

Faisons quelques applications maintenant (à l’aide du diaporama multiplexage)


entrée sortieschiffre 8 4 2 1

0123456789


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

1 – Quel est l’intérêt du multiplexage dans le cas de notre application compteur automobile :…………………………………………………………………………………………………………….2N

…………………………………………………………………………………………………………….2N

2- Quel est le terme technique utilisé pour nommer le câble portant les informations : …………………………………………………………………………………………………………….. bus3 – Quel est la nature des signaux multiplexés : …………………………………………………………………………………………………………….2N

4 – Comment se nomme un ensemble un ensemble de donnés en cours de transport : …………………………………………………………………………………………………………….2N

IV. Application pratique : mise en œuvre d’un compteur

IV.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.

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 sortie 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.

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

Câblage du 2ème essai:

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

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.………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………….

IV.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).


Compteur par 100

Roue codeusedizaine

Roue codeuseunité

horlogePrésélection atteinte (99)


Annexe 1 : Data sheet CD4510

CD4510BMS Presettable BCD Up/Down Counterand the CD4516BMS Presettable Binary Up/DownCounter consist of four synchronously clocked D-type Flip-Flops (with a gating structure to provide T-type Flip-Flop capability) connected as CountersThese Counters can be cleared by a high level on theRESET line, and can be preset to any binary numberpresent on the jam inputs by a high level on thePRESET ENABLE line. The CD4510BMS willcount out of non-BCD Counter states in a maximumof two clock pulses in the up mode, and a maximumof four clock pulses in the down mode. If the CARRYIN input is held low, the Counter advances up ordown on each positive-going clock transition.Synchronous cascading is accomplished byconnecting all clock inputs in parallel and connectingthe CARRY OUT of a less significant stage to the CARRY IN of a more significant stage. The CD4510BMSand CD4516BMS can be cascaded in the ripple mode by connecting the CARRY OUT to the clock of the nextstage. If the UP/DOWN input changes during a terminal count, the CARRY OUT must be gated with theclock, and the UP/DOWN input must change while the clock is high. This method provides a clean clock signalto the sub- sequent counting stage. (See Figures 13, 14.) These devices are similar to types MC14510 andMC14516. The CD4510BMS and CD4516BMS are supplied in these 16-lead outline packages:CD4510BMS'sdatasheet is the same as CD4510BMS

Annexe 1 : Data sheet CD4511

High Speed Cmos Logic Bcd-to-7 SegmentLatch/decoder/driverThe CD54HC4511 CD74HC4511 andCD74HCT4511 are BCD-to-7 segmentlatch/decoder/drivers with four address inputs(D0?D3), an active-low blanking (BL) input,lamp-test (LT) input, and a latch-enable (LE)input that, when high, enables the Latches tostore the BCD inputs. When LE is low, theLatches are disabled, making the outputstransparent to the BCD inputs. These deviceshave standard-size output Transistors but arecapable of sourcing (at standard VOH levels) upto 7.5 mA at 4.5 V. The HC types can supply upto 10 mA at 6 V.CD74HCT4511E's datasheetis the same as CD74HC4511


http://www.dz863.com/tag-Transistor/

http://www.dz863.com/tag-Latche/

http://www.dz863.com/tag-Latche/

http://www.dz863.com/datasheet-857460263-CD74HCT4511_High-Speed-Cmos-Logic-Bcd-to-7-Segment-Latch-decoder-driver/

http://www.dz863.com/datasheet-83124063-CD54HC4511_Bcd-to-7-Segment-Latch-decoder-drivers/

http://www.dz863.com/datasheet-8255538763-CD4516BMS_Cmos-Presettable-Up-down-Counters/


http://www.dz863.com/tag-Counter/




http://www.dz863.com/tag-Flip-Flop/

http://www.dz863.com/tag-Flip-Flop/




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