ISSLg - Cours d'électronique
Les états logiques
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Pour la théorie détaillée, voir : Systèmes numériques - Floyd 9ème édition
p2 : Concepts numériques
p784 : chap 14 - Technologies de circuits intégrés
Le bit
Les signaux logiques ne peuvent avoir que deux états logiques :
| État inactif | État actif |
faux
bouton relâché
interrupteur OFF
lampe éteinte
relais déclenché
moteur à l'arrêt
... | vrai
bouton poussé
interrupteur ON
lampe allumée
relais enclenché
moteur tourne
... |
| 0 | 1 |
Ces deux états peuvent être représentés en binaire par un bit qui peut valoir 0 ou 1.
La
mathématique qui en découle s'appelle "Algèbre logique" ou "Algèbre de
Boole" du nom du mathématicien anglais Georges BOOLE qui l'a développée
en 1847.
En
électronique, un bit est physiquement représenté par un conducteur
(fil, piste sur un PCB...) qui est à une certaine tension par rapport à
une masse de référence (0V) :
¤ si ce conducteur est à une tension proche de 0V, alors par convention c'est un 0 logique ;
¤ si ce conducteur est à une tension proche de la tension d'alimentation Vcc, alors par convention c'est un 1 logique ;
Les
tensions intermédiaires sont interdites (état indéterminé) et les
passages de 0 à 1 ou de 1 à 0 doivent se faire rapidement (de l'ordre
d'1µs).
Si tel est le cas, on parle de signal logique, sinon c'est un signal analogique.
La
tension d'alimentation et les plages admissibles pour les tensions 0
& 1 dépendent de la technologie des circuits logiques :
| Technologie | Famille de circuits | Alimentation | In à 0 | In à 1 | Out à 0 | Out à 1 |
TTL (transistors bipolaires)
vieille technologie obsolète | SN54XX, SN54LSXX, SN54SXX
SN74XX, SN74LSXX, SN74SXX | Vcc = 4.75V à 5.25V | si < 0.8V | si > 2.0V | < 0.4V | > 2.4V |
| CMOS | CD4XXX
MC14XXX | Vdd = 3.0V à 15V | si < 0.45*Vdd | si > 0.55*Vdd | < 0.1*Vdd | > 0.9*Vdd |
| CMOS haute vitesse | 74HCXX | Vcc = 2.0V à 6.0V | si < 0.30*Vcc | si > 0.70*Vcc | < 0.1*Vcc | > 0.9*Vcc |
| CMOS compatible TTL | 74HCTXX | Vcc = 4.5V à 5.5V | si < 0.8V | si > 2.0V | < 0.4V | > 4.0V |
La conversion d'entrées simples en signaux logiques
Les entrées simples se résument à des contacts, voir Entrées électriques simples.
Pour un contact normalement ouvert (N.O.), une résistance de pull-down et un condensateur de déparasitage sont nécessaires :
Pour un contact normalement fermé (N.C.), une résistance de pull-up et un condensateur de déparasitage sont nécessaires :
NB
: Si vous utiliser une pull-up avec un N.O. ou une pull-down avec un
N.C. alors votre signal d'entrée est inversé et il faut tenir compte de
cette inversion dans le circuit logique qui suit.
La commande de sorties simples par des signaux logiques
Les
sorties des circuits logiques ne peuvent généralement fournir qu'un
faible courant (de 3mA à 25mA). Mis à part pour les LED, ce courant est
généralement insuffisant pour commander une sortie.
Pilotage directe d'une LED par un signal de sortie logique, via une résistance de limitation du courant :
Pour les autres sorties, il faudra passer par une amplification du courant. Ces sorties simples (voir Sorties électriques simples) peuvent être considérées comme une charge à 2 fils. Ce type de charge peut être commandée par un transistor :
La
borne 2 du moteur est à la masse via la jonction CE du transistor Q1
lorsqu'un courant entre par sa base B via la résistance R1 de
limitation de courant. Le moteur est alors en rotation. S'il n'y a pas
de tension appliquée à R1, alors Q1 n'a pas de courant dans sa base B
et son collecteur C bloque le courant du moteur, le moteur est alors à
l'arrêt. La diode de protection D1 est indispensable si la charge
comporte des bobines (moteur, relais, transformateur, électroaimant)
pour éviter des surtensions à la coupure qui détruiraient rapidement le
transistor.
Pour la théorie, voir : Fondements d'électronique - Floyd 6ème édition
p819 : Transistor bipolaire comme interrupteur
Autre
avantage de la commande par transistor, la tension de l'alimentation du
moteur Vcc peut être différente de celle de la logique de commande Vdd.
NB
: Il existe des circuits intégrés (C.I.) qui regroupent 8 transistors
de commandes avec leurs résistances et diodes de protection (ex :
ULN2803).
Auteur : Philippot Marc - 04/10/2014