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Travaux sur les circuits logiques. ... Pour ces éléments logiques à circuits
intégrés, ce temps est situé entre 2 et 100 ns. 3.3. Immunité aux bruits. On l'
appelle ...
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rAdresse Professionnel :
NOMUTIL \* FUSIONFORMAT CROCHET David
ADRESSEUTIL \* FUSIONFORMAT Professeur de Génie électrique
Lycée Joliot CURIE
Place du Pigeon Blanc
02500 HIRSON
(Adresse valable jusq'au 30 juin 2002
T.P. N° 1
Circuits logiques intégrésNiveau : 1 STI GETLieu : Salle de coursDurée : ? heuresOrganisation : groupe ½ classe, travail individuel et en binôme
LIAISON AU RÉFÉRENTIEL
B 1 CHAPITRE 3 (Représentation de l'information)
Paragraphe 3.2 : les fonctions logiques
Paragraphe 3.2.1 : outil de description d'une fonction logique
Paragraphe 3.2.2 : théorème de De Morgan
Paragraphe 3.2.3 : opérateurs logiques
PRÉ-REQUIS
Les élèves doivent être capables :
Rechercher des informations dans une documentation constructeur.
Appliquer la loi des mailles et la loi d'( sur un circuit électrique simple.
Calculer la puissance dissipée par une résistance.
Établir une équation logique à partir d'une table de vérité.
Établir un logigramme et un schéma à contact à partir d'une équation.
OBJECTIFS
Les élèves devront être capables de :
Différencier la technologie (TTL ou CMOS) d'un composant intégré appartenant à une famille quelconque.
Calculer la résistance de limitation du courant dans un composant telle qu'une D.E.L. (valeur ohmique et puissance).
Câbler un montage sur une platine LABDEC.
Identifier un opérateur logique (ET, OU, NAND, NOR, XOR) d'après son fonctionnement.
Identifier un composant intégré par son numéro et son descriptif correspondant.
NIVEAU D'APPRENTISSAGE
Apprendre à (savoir intégré)
Apprendre à (savoir actif)
MÉTHODE
Active
S.T.I. - G.E.T.B 1 AUTOMATIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLET.P. N° 1CIRCUIT LOGIQUE INTÉGRÉ
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
Objectif :
Utiliser le traitement d'informations logiques
Valider les outils de descriptions
Valider le comportement réel d'un circuit intégré face à un problème logique posé
Matériel :
Documents :
Aucun document autorisé
Secteur : Salle de cours Durée : ? heures
Nom, Prénom : Classe, Groupe :
L'Électronique numérique
Rappel: Algèbre binaire
Définition des lois
La SommeLe ProduitLa complémentarité INCORPORER Word.Picture.8 S = a + b : fonction OUS = a . b : fonction ETINCORPORER Equation : fonction NON
Propriétés
Commutativité
a + b = b + a
a . b = b . aAssociativité
a . ( b . c ) = ( a . b ) . c = a . b . c
a + ( b + c ) = ( a + b ) + c = a + b + cDistributivité
a + ( b . c ) = ( a + b ) . ( a + c )
a . ( b + c ) = ( a . b ) + ( a . c )Absorption
a + ( a . b ) = a
a . ( a + b ) = a
a . 0 = 0
a + 1 = 1Élément neutre
a + 0 = a
a . 1 = a
a . a = a
a + a = aThéorème de MORGAN
INCORPORER Equation
NAND, NOR, XOR
NANDNORXORINCORPORER MSDraw \* fusionformatINCORPORER Equation INCORPORER Equation INCORPORER Equation aINCORPORER Equation b
Symboles
OUETNONNorme US INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 Norme CEE INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 NORNANDXORNorme US INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 Norme CEE INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 Pour les 5 exercices suivants, on vous demande de :
Donner l'équation logique du logigramme
Donner la table de vérité
Donner dans chaque cas la fonction réalisée.
A la fin des exercices, conclure sur l'utilisation des portes NAND et NOR.
Travaux pratiques : Fonctions de base de la logique combinatoire
Pour chacun de circuits énumérés ci dessous :
Indiquer de quelle fonction il sagit puis établir sa table de vérité
Référence circuits : C.M.O.S. série 4000
40494069400940734081 40824071407240754070403045074077401140124023400140024025
Établir Le plan de câblage, qui prendra en compte lalimentation du circuit. (Repérage des bornes)
Faire le plan de masse du circuit avant de le câbler.
Après vérification du professeur effectuer une vérification expérimentale du circuit en relevant la table de vérité
Soit l'équation de fonctionnement d'un récepteur :
INCORPORER Equation.3
Rechercher le logigramme en utilisant des fonctions à deux entrées :
Fonctions : NON, ET, OU.
Fonctions : NOR uniquement
Conclusion : Quel va être le logigramme le plus facile à mettre en uvre ? Pourquoi ?
Réaliser à partir du logigramme obtenu (portes NOR), un schéma de câblage en utilisant le brochage normalisé. Vous utiliserez une diode électroluminescente de protection en série pour visualiser X.
Effectuer le câblage et procéder aux essais après vérification du professeur.
Soit l'équation de fonctionnement d'un récepteur :
INCORPORER Equation.3
Rechercher le logigramme en utilisant des fonctions à deux entrées :
Fonctions : NAND.
Fonctions : NOR.
Conclusion ?
Réaliser à partir du logigramme obtenu (portes NAND), un schéma de câblage en utilisant le brochage normalisé. Vous utiliserez une diode électroluminescente de protection en série pour visualiser Y.
Effectuer le câblage et procéder aux essais après vérification du professeur.
Soit l'équation de fonctionnement d'un récepteur :
INCORPORER Equation.3
Rechercher le logigramme en utilisant des fonctions NAND à deux entrées :
Réaliser à partir du logigramme obtenu, un schéma de câblage en utilisant le brochage normalisé. Vous utiliserez une diode électroluminescente de protection en série pour visualiser Z.
Effectuer le câblage et procéder aux essais après vérification du professeur.
S.T.I. - G.E.T.B 1 AUTOMATIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLET.P. N° 1CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
DOSSIER PROFESSEUR
CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
Objectif :
Utiliser le traitement d'informations logiques
Valider les outils de descriptions
Valider le comportement réel d'un circuit intégré face à un problème logique posé
Matériel :
Documents :
Aucun document autorisé
Secteur : Salle de cours Durée : 2 heures
Nom, Prénom : Classe, Groupe :
PRÉPARATION
Rappel : Algèbre Binaire
Pour les 5 exercices suivants, on vous demande de :
Donner l'équation logique du logigramme
Donner la table de vérité
Donner dans chaque cas la fonction réalisée.
A la fin des exercices, conclure sur l'utilisation des portes NAND et NOR.
Fonction ET
a.ba01b000101
Fonction OU
a + ba01b001111
S1 : NON
S2 : NON
S3 : ET
S4 : OU
S5 : OU
S6 : ET
TRAVAIL DEMANDE
Travaux pratiques : Fonctions de base de la logique combinatoire
Pour chacun de circuits énumérés ci dessous :
Indiquer de quelle fonction il sagit puis établir sa table de vérité
Établir Le plan de câblage, qui prendra en compte lalimentation du circuit. (Repérage des bornes)
Faire le plan de masse du circuit avant de le câbler.
Après vérification du professeur effectuer une vérification expérimentale du circuit en relevant la table de vérité
Référence circuits : C.M.O.S. série 4000
40496 NON40696 NON40096 NON40733 x 3 ET4081 4 x 2 ET40822 x 4 ET40714 x 2 OU40722 x 4 OU40753 x 3 OU40704 XOR40304 XOR45074 XOR40774 x NON-XOR40114 x 2 NAND40122 x 4 NAND40233 x 3 NAND40014 x 2 NOR40022 x 4 NOR40253 x 3 NOR
Soit l'équation de fonctionnement d'un récepteur :
INCORPORER Equation.3
Rechercher le logigramme en utilisant des fonctions à deux entrées :
Fonctions : NON, ET, OU.
Fonctions : NOR uniquement
Conclusion : Quel va être le logigramme le plus facile à mettre en uvre ? Pourquoi ?
C'est celle avec les portes NOR car elle utilise moins de portes mais surtout, mois de circuits.
Réaliser à partir du logigramme obtenu (portes NOR), un schéma de câblage en utilisant le brochage normalisé. Vous utiliserez une diode électroluminescente de protection en série pour visualiser X.
Effectuer le câblage et procéder aux essais après vérification du professeur.
Soit l'équation de fonctionnement d'un récepteur :
INCORPORER Equation.3
Rechercher le logigramme en utilisant des fonctions à deux entrées :
Fonctions : NAND.
Fonctions : NOR.
Conclusion ?
On utilise le même nombre de porte.
Réaliser à partir du logigramme obtenu (portes NAND), un schéma de câblage en utilisant le brochage normalisé. Vous utiliserez une diode électroluminescente de protection en série pour visualiser Y.
Effectuer le câblage et procéder aux essais après vérification du professeur.
Soit l'équation de fonctionnement d'un récepteur :
INCORPORER Equation.3
Rechercher le logigramme en utilisant des fonctions NAND à deux entrées :
Réaliser à partir du logigramme obtenu, un schéma de câblage en utilisant le brochage normalisé. Vous utiliserez une diode électroluminescente de protection en série pour visualiser Z.
Effectuer le câblage et procéder aux essais après vérification du professeur.
S.T.I. - G.E.T.B 1 AUTOMATIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLET.P. N° 1CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
DOSSIER RESSOURCE
CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
Objectif :
Utiliser le traitement d'informations logiques
Valider les outils de descriptions
Valider le comportement réel d'un circuit intégré face à un problème logique posé
Matériel :
Documents :
Aucun document autorisé
Secteur : Salle de cours Durée : 3 heures
Nom, Prénom : Classe, Groupe :
CIRCUIT INTÉGRÉ LOGIQUE
Présentation
Comme son nom d'indique, le circuit intégré permet d'intégrer, c'est à dire de miniaturiser, des opérations logiques, tel que les fonctions NON, ET, OU, NON-ET
Suivant l'évolution permanente des technologies, on arrive à intégrer de plus en plus d'opérateurs en un minimum de place.
Les circuits proposés ici sont des circuits simples, mais d'autres circuits, de taille similaire, sont courants dans des applications informatiques (microprocesseurs). Ils se caractérisent alors par une grande complexité interne, et une densité d'intégration (nombre de transistors au cm²) très importante voir remarquable.
Remarque : L'INTÉGRATION
La technologie des circuits intégrés à fait des bonds spectaculaires depuis la technique de l'intégration à petite échelle (SSI) qui permettait de mettre moins de 13 portes logiques par puce ; maintenant grâce à la technique de l'intégration à très grande échelle (VLSI) ce sont plusieurs milliers de composant que l'on intègre dans une puce. Entre ces deux pôles, il y a la technique de l'intégration à moyenne échelle (MSI) grâce à laquelle on met entre 13 et 99 portes logiques par puce et l'intégration à grande échelle (LSI).
Familles Logiques
L'utilisation presque universelle des CI rend maintenant nécessaire la connaissance des caractéristiques des familles logiques les plus courantes.
Il est possible de classer toutes les familles logiques en deux catégories générales selon le dispositif utilisé dans la fabrication du circuit.
D'une part, il y a les familles bipolaires, telles que TTL et ECL, qui utilisent des transistors bipolaires (NPN, PNP) comme principal élément de circuit.
D'autre part, il y a les familles MOS qui gravitent autour des transistors à effet de champ (PMOS, NMOS et CMOS)
Actuellement les familles logiques TTL et CMOS dominent les secteurs d'applications.
Caractéristiques communes des circuits intégrés :
D'un point de vue électrique, un circuit intégré est caractérisé par :
Sa tension d'alimentation
Sa puissance consommée
Sa vitesse de commutation
Sa protection interne contre les parasites externes
Ses paramètres relatifs aux règles d'association avec d'autres circuits, du même type ou non.
Les niveaux logiques
Étant entendu que ces opérations logiques traitent des informations binaires (Tout Ou Rien), chaque état logique correspondra à une valeur de tension très précise. On distinguera :
L'état Haut (High), symbolisé par H
L'état Bas (Low), symbolisé par L
Ces états H et L sont donc des niveaux de tension
On définit, en réalité 4 niveaux de tensions : 2 pour l'entrée de l'opérateur, 2 pour sa sortie.
Tensions d'entrées (Input)
VIL : Voltage Input Low. C'est la tension d'entrée, niveau bas, correspondante au niveau de tension nécessaire pour avoir un 0 logique en entrée. Toute tension supérieure à ce niveau ne sera pas considérée comme un état Bas par le circuit logique.
VIH : Voltage Input High. C'est la tension d'entrée, niveau Haut, correspondante au niveau de tension nécessaire pour avoir un 1 logique en entrée. Toute tension inférieure à ce niveau ne sera pas considérée comme un état Haut par le circuit logique.
Tensions de sortie (Output)
VOL : Voltage Output Low. C'est la tension de sortie, niveau Bas, correspondante au 0 logique, en sortie d'un circuit logique. La valeur maxi de VOL est généralement spécifiée.
VOH : Voltage Output High. C'est la tension de sortie, niveau Haut, correspondante au 1 logique, en sortie d'un circuit logique. La valeur mini de VOH est généralement spécifiée.
Remarques : Alimentation des circuits
Technologie TTL : 5 V
Technologie CMOS : de 3 à 15 V
Les états, ou niveaux, sont caractérisés par des valeurs de tensions dont les limites sont précisées.
ÉTAT 1 : Niveau Haut (High), présence de tension : H
ÉTAT 0 : Niveau Bas (Low), absence de tension : L
Exemple pour un circuit TTL porte NAND
IH et IL sont les courants circulant entre 1 entrée en 1 sortie, compté positif lorsqu'il sort d'une porte. A partir de ces valeurs de courant, on peut déterminer la sortance d'un composant. La sortance est le nombre d'entrée de circuit logique qui peut être alimenté sur une seule sortie logique.
Exemple :
de TTL vers TTL, la sortance est de 10
De TTL vers HCTMOS, la sortance est théoriquement illimité, la limite est fixée par la vitesse de propagation.
de CMOS vers TTL, la sortance est nulle, on ne peut pas connecter un circuit CMOS vers un circuit TTL
De TTL vers CMOS, il n'y a pas de sortance, les portes sont incompatibles. Pour éviter une incompatibilité de portes, il faut un circuit intermédiaire pour pourvoir rendre ces portes compatibles.
Vitesse de commutation
C'est le temps que met une information pour franchir un opérateur logique. On l'appelle aussi temps de propagation.
Pour ces éléments logiques à circuits intégrés, ce temps est situé entre 2 et 100 ns
Immunité aux bruits
On l'appelle aussi immunité aux parasites. Lorsqu'une tension parasite (indésirable) se superpose à un signal logique, elle peut perturber le fonctionnement des opérateurs logiques. A la conception, les circuits intégrés doivent donc être prévus pour résister à ces parasites, dans une certaine limite.
Il existe une immunité aux bruits par état logique, noté (VH pour l'état Haut et (VL pour l'état Bas et sont donné par :
(VH = VOH VIH et (VL = VIL - VOL
Température de fonctionnement
C'est la plage de température ambiante, donc externe au boîtier, dans laquelle un circuit intégré fonctionne normalement. Au niveau du transistor composant la portes, on peut atteindre des températures beaucoup plus élevé (> 180 °C). Ces températures sont indiquées selon 2 séries :
Série militaire : - 55 °C à + 125 °C
Série commerciale : 0 °C à + 70 °C
Consommation
La consommation est différente, suivant que l'opérateur logique délivre un niveau Haut ou un niveau Bas. On prend la valeur moyenne.
Exemple : en technologie TTL : 1 mW à 100 mW par porte.
Précautions d'emploi
Des circuits logiques, surtout les CMOS, peuvent être détruits par des tensions statiques, si on les manipule sans précaution. Il faut éviter, par exemple, les vêtements en nylon, le plastiques, ou toute autre source de charges statiques.
Toutes les entrées d'un opérateur logique doivent être connectées à un niveau de tension, afin d'éviter les défauts dus aux parasites. Si une entrée reste non connectée (patte en l'air), il faut la relier à une autre entrée de la même porte
En revanche, il ne faut jamais relier 2 sorties entre elle, puisque des différences d'état logique, et donc de tension, pourraient créer un court-circuit au niveau de ces sorties.
Opérateurs logiques CMOS
Précautions d'emploi
Les circuits CMOS sont beaucoup plus sensibles à l'électricité statique et elles peuvent être détruites si on les manipule sans précaution. On doit relier les équipements à la terre ainsi que toutes les masses métalliques avec lesquelles ils peuvent être en contact.
Ne jamais laisser une patte an l'air. Il faut relier les entrées inutilisées aux entrées employées ou à l'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance élevée (> 10 k()
Avantages
Les CMOS permettent une forte densité d'intégration, une très faible consommation, une bonne tenue au parasite. Ils sont pour la plupart compatible avec la logique TTL, et tout ce qui est de la logique TTL est transposable aux circuits CMOS.
Repérage et brochage des circuits intégrés logiques
Le sens dans lequel il faut utiliser le circuit intégré est repéré par une encoche, un point ou un biseau dans le coin. Ces repères sont toujours placés à une extrémité du circuit, généralement à gauche. Ainsi, en respectant ces règles, on doit, du même coup, pouvoir lire sur le dessus du circuit, sa référence.
Sur un plan technologique, les circuits intégrés les plus courant ont :
6 (2 x 3)
8 (2 x 4)
14 (2 x 7)
16 (2 x 8)
24 (2 x 12)
28 (2 x 14)
40 (2 x 20) broches.
Les dimensions du circuit sont normalisées, en fonction du nombre des broches. Quant à ces broches, elles sont distantes entre elles d'un écartement normalisé de 2.54 mm soi 1/10e de pouce. On appelle aussi cet écartement le pas.
Exemple d'une porte NAND en TTL
DésignationTable de véritéSymbolisation simplifiéeBrochage7400
4 x 2 ET-NON
INCORPORER Equation.3
INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 7402
4 x 2 OU-NON
INCORPORER Equation.3
INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 7408
4 x 2 ET
INCORPORER Equation.3
INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 7432
4 x 2 OU
INCORPORER Equation.3
INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 7404
6 NON
INCORPORER Equation.3
INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 7451
2 x 2 ET-OU-NON
INCORPORER Equation.3
INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8 INCORPORER Word.Picture.8
S.T.I. - G.E.T.B 1 AUTOMATIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLET.P. N° 1CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
DOSSIER TRANSPARENT
CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS
Objectif :
Utiliser le traitement d'informations logiques
Valider les outils de descriptions
Valider le comportement réel d'un circuit intégré face à un problème logique posé
Matériel :
Documents :
Aucun document autorisé
Secteur : Salle de cours Durée : 3 heures
Nom, Prénom : Classe, Groupe :
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INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER MSGraph.Chart.8 \s
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
