Le Simulateur Logique, Comment effectuer un bon Câblage ? :
NOTA :
Du plus grand ordinateur à la plus
petite calculatrice de poche, la technique numérique est là. Elle se développe
chaque jour davantage et intervient dans chacun des domaines de votre vie
moderne dans lequel l'électronique est présente.
Le but des expériences pratiques de
technique numérique et de vous permettre, au moyen de manipulations, d'étudier
les principes fondamentaux de cette technique.
A travers une série d'exercices
pratiques programmés de façon progressive, vous pourrez assimiler facilement
les notions exposées dans la théorie ; vous apprendrez à connaître en
même temps la fonction et l'emploi des différents composants électroniques
couramment utilisés dans l'industrie, en effectuant les montages expérimentaux.
La connaissance que vous aurez
acquise des circuits de base, pourra être étendue ultérieurement, vous
offrant la possibilité de vous spécialiser dans cette technique ; dans
le but de construire, réparer et contrôler tout appareil faisant appel à la
technique numérique.
Vous trouverez tous
les composants électroniques, résistances, condensateurs, circuits intégrés,
transistors, etc... dans n'importe quel commerce électronique. Il suffira de
bien choisir les composants mais nous vous donnerons toutes les caractéristiques
à chaque pratique, c'est-à-dire les valeurs des résistances avec marquage
ainsi que les condensateurs et bien d'autres encore afin de vous faciliter pour
vos travaux pratiques.
Une partie seulement du matériel de
cette première pratique sera utilisé immédiatement pour les exercices ;
le reste sera employé par la suite, avec le matériel complémentaire de la série
suivante c'est-à-dire la 2ème pratique, la 3ème, etc. ...
Il est donc conseillé de séparer
les composants dont l'utilisation n'est pas immédiate et de les placer en lieu sûr.
Pour l'exécution des montages,
suivez scrupuleusement au fur et à mesure des indications fournies, même si
parfois certaines peuvent vous sembler superflues ; dans ce domaine, les
contrôles ne sont jamais trop nombreux et encore moins inutiles.
NOTE IMPORTANTE :
Ne pas enlever les circuits intégrés
de la mousse antistatique (ou de l'étui antistatique) avant leur utilisation
immédiate car ils pourraient s'endommager irrémédiablement.
Par commodité, nous tracerons les
schémas électroniques partiellement à chaque pratique afin de mieux
comprendre et nous vous expliquerons sur leur fonctionnement divers et enfin
pour simplifier vos travaux ainsi que les montages expérimentaux.
Toute similitude en rapport à notre
projet, nous serions tenu irresponsable. En revanche, le simulateur logique ne
doit pas être commercialisé sans notre accord sous peine de sanction car ce
site est totalement gratuit.
Pour celles ou pour ceux que vous eûtes l'attention de faire faire les circuits imprimés du Digilab, vous pouvez leur demander à cette adresse, en demandant un devis : Demande devis
Dans cette pratique, vous
commencerez le montage du pupitre du simulateur illustré dans la figure 1
intitulé "DIGILAB" qui permettra le déroulement du programme des expériences
pratiques prévues dans notre projet.
Vous aurez l'occasion d'apprécier
en fin de montage l'utilité et la commodité d'emploi du "Digilab" dans la vérification
du fonctionnement de différents types de circuits intégrés ou dans l'expérimentation
d'un circuit électronique. En effet, dans un but didactique ou simplement pour
le plaisir, il permet d'effectuer rapidement des montages expérimentaux
relativement compliqués, sans nécessiter l'emploi du fer à souder et en évitant
les difficultés généralement rencontrées lorsque l'on ne dispose pas d'un
support approprié pour le circuit que l'on désire réaliser.
Enfin, rendant possible la réalisation
de circuits d'essais de toutes sortes, le simulateur logique peut se transformer
en un appareil de contrôle et d'essai, utile pour la vérification individuelle
des circuits intégrés dont sont constitués les appareils basés sur la
technique numérique.
1. 1. - CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DU SIMULATEUR
Il se présente sous la forme d'un
coffret dont la face supérieure comprend 2 zones (figure 1).
Sur la zone de droite sont disposés
les éléments suivants :
Ensemble d'affichage hexadécimal
C'est ensemble est formé par deux
afficheurs hexadécimaux à matrice 4 x 7 points avec circuit décodeur et mémoire
incorporée permettant la visualisation de signaux numériques codés en hexadécimal
dont nous parlerons ultérieurement.
Ensemble indicateur à LED
Formé par 8 LED et leur circuit de
commande, cet ensemble permet d'obtenir une indication visuelle des niveaux
logiques présents en différents points des circuits étudiés.
Groupe de connecteurs
Cet ensemble de connecteurs est
constitué de 42 contacts permettant l'accès à toutes les fonctions du
simulateur par simple insertion (sans soudure) des fils rigides constituant les
liaisons.
Double oscillateur d'horloge
Il s'agit de deux circuits
oscillateurs à résistance et capacité (RC), indépendant l'un de l'autre, en
mesure de fournir des signaux rectangulaires ayant les fréquences suivantes :
premier oscillateur : 1
Hz, 10 Hz, 100 Hz
second oscillateur : 1
kHz, 10 kHz, 100 kHz.
Comme les deux oscillateurs sont indépendants,
deux signaux de fréquences différentes : l'un fourni par le premier
oscillateur et l'autre par le second seront simultanément disponibles sur le
groupe de connecteurs.
La commutation des fréquences de
chaque oscillateur se fait par la sélection de résistances de valeurs appropriées.
Détecteur de changement d'état
Ce circuit permet d'effectuer des
contrôles sur les signaux numériques, il permet, plus précisément, de vérifier
l'instant où un signal passe d'un état à l'autre.
Ensemble d'inverseurs mécaniques
L'ensemble d'inverseurs est constitué
de quatre interrupteurs à 2 positions permettant de disposer d'autant de
variables de commande logique ; en les actionnant, on peut en effet faire
changer l'état logique de chaque variable en commutant un état haut (1) ou un
état bas (0).
Ensemble de boutons-poussoirs
Cet ensemble est équipé d'un système
anti-rebond, permettant de disposer sur le groupe de connecteurs, de fronts de
montée ou de descente exempts du phénomène de rebondissement dû à l'élasticité
mécanique des contacts dont nous parlerons ultérieurement.
Support pour circuits intégrés
Ce support, à 14 broches pour
circuit intégré, raccordé aux connecteurs, permettra de réaliser les premières
expériences sur circuits logiques par lesquelles vous pourrez concrétiser les
explications théoriques.
Sur la zone de gauche sont placées
les commandes relatives au circuit d'alimentation dont le simulateur est muni,
ainsi que la matrice à contacts pour montages expérimentaux.
Matrice à contacts
Sur cette platine, on peut effectuer
le montage et les essais de circuits électroniques sans avoir à effectuer de
soudure. Il est ainsi possible de modifier le circuit ou de récupérer les
composants après l'expérience. Si l'on avait employé un fer à souder, la
fiabilité des composants aurait pu être compromise.
Prise haut-parleur
Cette prise donne accès à un
haut-parleur placé à l'intérieur du coffret.
Interrupteur de marche / arrêt
Cet interrupteur permet d'appliquer
la tension secteur sur le circuit d'alimentation du simulateur placé à l'intérieur
du coffret.
Les caractéristiques électriques
de l'alimentation sont les suivantes :
Tension d'entrée : 220 V
Tension de sortie : 5 V
Intensité du courant maximum de
sortie : 1,5 A
Protection de la sortie contre
les court-circuits
Protection interne contre les
surcharges thermiques.
Nomenclature pour la construction
du simulateur logique est la suivante :
1 circuit imprimé 17 x 18 cm et
bandes adhésives de 1,5 mm (environ)
1 pile de 4,5 V
10 résistances 220 W
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (rouge - rouge - marron - or)
9 résistances 15 kW
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (Marron - vert - orange - or)
2 résistances 150 kW
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (marron - vert - jaune - or)
2 résistances 1,5 MW
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (marron - vert - vert - or)
1 condensateur électrolytique
au tantale de 0,33 µF - 10 V
1 condensateur céramique disque
de 330 pF
8 LED de 6 mm
10 transistors BC 238B
3 supports type standard pour
circuits intégrés (14 broches)
3 supports type
professionnel pour circuits intégrés (14 broches) 2 pour l'afficheurs + 1
pour ICX
1 circuit intégré MM 74C74
1 circuit intégré MM 74C14
1 circuit intégré MM 74C00
2 afficheurs hexadécimaux à
matrice 4 x 7 points du type TIL 311 ou son équivalent
2 connecteurs à 32 contacts en
ligne
2 pinces crocodiles avec
capuchon (1 noir et 1 rouge)
1 tresse de fils souples rouge -
noir (environ 30 cm chacun)
8 vis f
3 x 6 mm
4 entretoises hexagonales filetées
1 rouleau de soudure
4 interrupteurs à deux positions
(inverseurs)
2 boutons-poussoirs (inverseurs)
Les composants sus-évoqué sont réservés
uniquement pour le montage du circuit imprimé, en ce qui concerne pour
l'alimentation, transformateur, fusible, régulateur, coffret, etc... vous
seront donné dans les pratiques suivantes y compris certains circuits intégrés
pour les expériences numériques.
2. - COMPOSANTS UTILISÉS DANS LA PRÉSENTE PRATIQUE
1 circuit imprimé 17 x 18 cm et
bandes adhésives de 1,5 mm de largeur (approximatif)
1 pile de 4,5 V
8 résistances 220 W
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (rouge - rouge - marron - or)
6 supports pour circuits intégrés
14 broches (3 standards + 3 du type professionnel)
2 connecteurs à 32 contacts en
ligne
2 pinces crocodiles avec
capuchons (1 noir et 1 rouge)
8 LED (diodes électroluminescentes)
1 tresse de fils souples rouge -
noir (environ 30 cm)
4 vis f
3 x 6 mm
4 entretoises hexagonales filetées
1 rouleau de soudure
Vous devez
disposer d'un tournevis, pince brucelle, pince coupante, fer à souder et d'un
contrôleur universel.
Nous avons mesuré le pour et le
contre de concevoir le projet du simulateur logique sur plusieurs pratiques ainsi que
les montages expérimentaux ; car nous sommes conscient que certaines
personnes ne pourront pas ce permettre de tracer les pistes avec bandes adhésives
sur le circuit imprimé ou d'acheter pratiquement tous les composants. Mais
cependant, nous avons tout fait pour en faciliter les tâches.
Vous pouvez également visiter les
sites qui sont spécialisés dans le domaine de fabrication de circuits imprimés
en simple ou en double face (pistes avec bandes adhésives), en leur demandant un
devis par l'intermédiaire des moteurs de recherche en tapant dans la zone
"Circuit imprimé".
En fait, ce circuit imprimé n'est
pas bien compliqué car en regardant de plus près comme vous pouvez le voir
dans les figures 2 et 3, ce même circuit porte sur la face supérieure (ou côté
sérigraphie) des indications sur l'emplacement des composants (figure 2) tandis
que la figure 3 représente les tracés des bandes adhésives ou cuivré à
laquelle nous avons volontairement espacé les pastilles et bandes adhésives
afin de mieux distinguer de façon à pouvoir les tracer correctement sur un
circuit imprimé de dimension 17 x 18 cm. C'est bien évident, entre deux bandes
adhésives a une séparation de 2 à 3 mm et ceci, pour éviter tout
court-circuit.
Pour celles ou pour ceux que vous eûtes l'attention de faire faire les circuits imprimés du Digilab,
vous pouvez leur demander à cette adresse, en demandant un devis : Demande devis
La figure 2 représente l'emplacement des
composants et l'aspect dimensionnel.
La figure 3, quant à elle, illustre
les tracées des bandes adhésives ou cuivrés sur un circuit imprimé, il
suffit de retracer ces derniers pour usage à des fins personnels.
La figure 3-bis, représente le schéma électronique général du Digilab, afin que vous puissiez faire votre typon qui est déjà tracé, "figures 2 et 3".
L'utilisation des supports pour les
circuits intégrés offre l'avantage de pouvoir utiliser ces derniers sans avoir
à les souder, ainsi, le cas échéant leur remplacement sera facile et rapide.
Il faut savoir qu'il existe deux
types de supports. Ils diffèrent entre eux par la technique de réalisation des
broches, représentée dans la figure 4.
Trois des supports que vous allez
utiliser dans cette pratique sont de type professionnel (figure 4-a) à contacts
tulipe obtenus par tournage. Ils sont particulièrement adaptés aux circuits
intégrés ayant des broches assez fines et fragiles. Ce type de contact est en
mesure d'assurer une meilleure liaison du point de vue électrique, même après
de nombreuses insertions du composant.
Les trois autres supports sont de
type standard (figure 4-b) adaptés à un usage courant.
Pour un montage correct de ces
supports, consultez attentivement les remarques concernant leur orientation, car
selon les constructeurs, le système de repère de la broche 1 diffère quelque
peu (figure 4).
Les diodes LED sont pourvues de deux
électrodes (anode et cathode) devant être correctement identifiées au moment
des montages : dans le cas contraire, les LED peuvent être endommagées.
La figure 5 vous montre comment
distinguer la cathode de l'anode d'une LED.
Avant de commencer le travail du
montage, il est bon d'attirer votre attention sur quelques remarques qui vous
permettront de réaliser de bonnes soudures.
Comme vous avez pu le noter en
observant la face inférieure du circuit imprimé (côté piste de cuivre,
figure 3), les pastilles sur lesquelles vous devez effectuer les soudures sont
dans la plupart des cas très rapprochées. Il est donc nécessaire d'utiliser
un fer à souder avec une panne très fine ; de plus, la puissance du fer
à souder doit être comprise entre 15 et 25 Watts afin de ne pas endommager les
pastilles ou les composants à souder. Le fer sera muni
d'un transformateur d'isolement ou sera débranché pendant la soudure.
Il est également indispensable
d'utiliser de la soudure à l'étain de bonne qualité et dont le diamètre ne dépasse
pas 0,75 mm.
Le matériel que vous avez à votre
disposition ou acheter récemment doit répondre parfaitement à ces exigences ;
en aucun cas, vous ne devez utiliser de la soudure ou un fer à souder ne répondant
pas aux exigences indiquées ci-dessus.
Après chaque point de soudure
(figure 6), ayez soin de nettoyer la pointe de la panne du fer à souder avec
une éponge (ou avec un chiffon de coton) maintenue constamment humide.
Pour effectuer une bonne soudure,
pratiquez comme suit :
appuyez la panne du fer à souder de manière à ce que la pointe touche
simultanément la borne du composant et la pastille de cuivre à souder.
mettez l'extrémité de l'étain au point précis où la borne à souder est en
contact avec la pointe de la panne et maintenez-la dans cette position jusqu'à
ce qu'une quantité suffisante d'étain ait fondu pour former une goutte de la
dimension de la pastille.
maintenez le fer à souder en contact avec la pastille et la borne le temps nécessaire
pour que l'étain se répande bien sur la pastille et enrobe la borne à souder ;
ce temps peut varier de 3 à 5 secondes.
Évitez de garder trop longtemps le
fer à souder en contact avec le point de soudure car autrement vous risquez
d'endommager la piste de cuivre ou le composant.
Pendant ces opérations, il est bon
de déplacer légèrement la panne autour du point à souder pour favoriser le dépôt
d'étain fondu et pour recouvrir la totalité de la pastille de cuivre de manière
uniforme.
Dès que la soudure ne sera
refroidie (ne soufflez jamais dessus pour la refroidir), vous pourrez couper, si
nécessaire, la partie excédentaire de la borne soudée au moyen de la pince
coupante.
Une bonne soudure doit paraître
brillante, lisse et la couleur argentée. La pastille de cuivre du circuit
imprimé et la borne du composant doivent former un seul bloc comme illustré
dans la figure 7-a).
Si par contre, la soudure a un aspect irrégulier
et granuleux, ou se présente comme une boule de mercure (figure 7-b), il s'agit
d'une soudure froide due à la fusion incomplète de l'étain sur les parties à
assembler. Ceci est causé soit par une température trop faible de la panne du
fer, soit par une mauvaise application de la panne sur les éléments à souder
ne permettant pas la diffusion de la chaleur. Il est possible de remédier à
une soudure froide, en chauffant de nouveau et en apportant, si besoin est, un
peu de soudure et en s'assurant qu'elle diffuse bien.
Dans tous les cas, rappelez-vous que pour
chaque soudure, il convient d'utiliser une quantité correcte d'étain en
prenant le maximum de précautions pour qu'elle ne déborde pas sur une pastille
ou une piste voisine non reliée créant ainsi un court-circuit comme illustré
dans la figure 7-d.
Le vernis protecteur recouvrant les pistes de
cuivre n'ayant pas à être soudées devrait empêcher cette éventualité qui
n'est cependant pas exclue et peut se produire en raison des inévitables tolérances
de fabrication.
Dans la figure 7-c, on peut voir comment se
présente une bonne soudure dont l'exécution nécessite une attention particulière
en raison de la présence de deux pistes de cuivre côtoyant le point à souder
et qui doivent en rester isolées.
Si, par excès d'étain, vous vous trouviez
dans l'un des cas représentés figure 7-d, il serait nécessaire d'éliminer
cet excès de soudure qui déborde de la pastille en vous servant de la tresse
à dessouder.
Dans la figure 8, on peut voir comment cette
opération est effectuée : la tresse est posée sur l'étain à enlever,
et en appuyant la pointe de la panne du fer à souder sur la tresse, celle-ci s'échauffe,
fait fondre l'étain qu'elle absorbe. Il est souvent nécessaire de reprendre la
soudure en question en évitant cette fois de déborder.
Avant de commencer les travaux, rappelez-vous
de la nécessité de procéder avec le maximum de précautions et de soin au
cours des phases de travaux prévus, en raison de la complexité (bien que
progressive) des circuits à réaliser et de l'emploi de composants miniaturisés.
Il vous faudra donc, avant de commencer un
montage, toujours lire avec attention toutes les phases du travail sans négliger
aucune, vous pourrez ensuite passer à l'exécution de chacune des opérations
indiquées en respectant scrupuleusement les instructions données.
Dans chaque cas, évitez de passer à l'expérience
suivante avant d'avoir mené à bien la précédente jusqu'à son terme.
En suivant ces conseils,
vous vous assurerez d'un maximum de succès dans la réalisation de vos travaux
pratiques et vous tirerez le maximum de profit de ces expériences.
Le simulateur logique
Ensemble d'affichage hexadécimal
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