| 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
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).