"Bascule D" Utilisé pour la Signalisation d'un Premier Evénement :
7. - QUATRIÈME EXPÉRIENCE : "BASCULE D
DANS UN CIRCUIT UTILISÉ POUR LA SIGNALISATION D'UN PREMIER ÉVÉNEMENT"
Avec les expériences menées jusqu'à
présent, vous avez eu l'occasion d'examiner le fonctionnement et les caractéristiques
de différents types de circuits intégrés. Il s'agissait des circuits logiques
combinatoires ET, NAND, NOR, OU, OU-EXCLUSIF, des
inverseurs et des bascules.
Ces expériences étaient nécessaires
afin de connaître les composants de base utilisés dans les circuits digitaux.
Cela vous a peut-être semblé monotone, de même que l'apprentissage, pourtant
nécessaires à la résolution des problèmes, des quatre opérations
fondamentales à l'école.
Lorsque vous aurez découvert les
possibilités d'applications concrètes, l'électronique numérique deviendra
alors captivante.
Avec vos connaissances sur les
circuits intégrés logiques de base, vous êtes en mesure de réaliser des
circuits pratiques, simples au début, plus complexes ensuite.
Avec une bascule D,
vous allez réaliser un circuit qui détectera le bouton-poussoir enfoncé le
premier.
Un circuit de ce type trouve une
application par exemple dans les jeux télévisés, pour indiquer lequel des
deux joueurs a appuyé le premier sur le bouton.
Dans le domaine industriel, il
s'agit de déterminer quel événement se produit avant un autre.
7. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Débranchez l'alimentation
et enlevez de la matrice et du groupe de connecteurs l'ensemble des liaisons et
le circuit intégré monté au cours de l'expérience précédente.
b) Prenez un circuit intégré
MM 74C74 (double bascule
D)
et le MM 74C08 (quadruple
ET)
et insérez-les sur la matrice dans la position indiquée à la figure 20-a.
c) Effectuez les liaisons également
indiquées à la figure 20-a.
d) Mettez l'interrupteur
SW0
sur la position 0.
En observant le schéma électrique
du circuit réalisé (figure 20-b) vous remarquez ceci :
les entrées DATA
des deux bascules sont câblées à la tension positive, ainsi une transition
positive sur l'entrée d'horloge CLOCK
transfère un niveau logique 1 sur la sortie
Q.
les entrées CLEAR
sont reliées ensemble à l'interrupteur SW0.
Il suffit de le mettre sur la position 0
pour avoir un niveau logique 0 sur les deux
sorties Q1 et
Q2.
les entrées PRESET
sont câblées à la tension positive et n'ont donc aucune influence sur le
fonctionnement des bascules.
Les entrées CLOCK
sont reliées à travers deux circuits ET
aux contacts P0
et P1.
les sorties Q1
et Q2 commandent respectivement les LED
L0 et L1.
7. 2. - CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT
a) Branchez l'alimentation.
Vous constatez que les deux LED L0 et
L1
sont éteintes. En effet, SW0
est sur la
position 0 et les deux entrées
CLEAR
sont actives ; les sorties
Q1
et Q2 sont donc au niveau
L.
b) Mettez SW0
sur la position 1: les entrées
CLEAR
deviennent inactives.
c) Actionnez le bouton
P0: la LED L0 s'allume.
d) Actionnez le bouton
P1
: la situation reste inchangée,
L0
allumée, L1 éteinte.
e) Remettez
SW0
sur la position 0 puis ramenez
SW0
sur la position 1. Vous retrouvez
l'état initial, c'est-à-dire les deux LED
éteintes.
f) Actionnez le bouton
P1: la LED L1 s'allume.
g) actionnez le bouton
P0: la situation ne change pas.
h) remettez
SW0
sur la position 0 puis à nouveau sur la
position 1.
i) Répétez plusieurs fois
cette même expérience. A chaque fois, vous constatez que c'est le premier
bouton enfoncé qui est pris en compte par le circuit. Le deuxième bouton que
vous enfoncez ne produit aucun effet sur les deux sorties Q1
et Q2.
Analysons le fonctionnement du
circuit. En mettant SW0 sur la position
0,
vous obtenez une condition initiale dans laquelle Q1
et Q2 sont au niveau
L,
1
et 2
sont au niveau H.
Dans cette situation, les deux
circuits ET sont validés, car une de leurs
deux entrées étant à un niveau H, ils
peuvent transférer en sortie la transition de L
à H fournie par les boutons P0
et P1.
Le premier bouton actionné génère
une impulsion qui est appliquée sur l'entrée CLOCK
à travers le circuit ET
correspondant.
La sortie de la bascule
correspondante passe au niveau 1 puisque les
deux entrées DATA sont à
1.
La sortie de cette bascule passe à 0.
Si vous appuyez sur
P0,
Q1 passe au niveau H
et 1
au niveau L.
Ainsi, le circuit
ET
sur lequel arrive l'impulsion du deuxième bouton P1
est
bloqué. L'entrée CLOCK de la deuxième
bascule n'est pas activée.
Il en est de même si vous appuyez
sur P1 et ensuite sur
P0.
C'est la sortie 2
au niveau 0 qui bloque le circuit
ET situé sur l'entrée
CLOCK
1 de la première bascule.
L'interrupteur SW0
vous permet à chaque fois de vous retrouver dans les conditions initiales.
8. - CINQUIÈME EXPÉRIENCE : "RÉALISATION
D'UN CIRCUIT A COMBINAISONS"
Le circuit suivant vous permet de
savoir si quatre interrupteurs ont été actionnés l'un après l'autre dans un
ordre défini. En cas d'erreur, le circuit se bloque.
Ce type de circuit est utilisé pour
l'ouverture des portes équipées d'une serrure à combinaison. En appuyant sur
les boutons dans l'ordre exact, la serrure s'ouvre.
8. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Débranchez l'alimentation
et démontez complètement le circuit réalisé précédemment.
b) Prenez deux circuits intégrés
MM 74C74 (double bascule
D),
un circuit MM 74C00 (quadruple
NAND)
et un circuit MM 74C08 (quadruple
ET)
et introduisez ces circuits sur la matrice comme indiqué à la figure 21-a.
c) Effectuez les liaisons
indiquées à la figure 21-a en omettant pour l'instant celles tracées en
pointillé.
d) Mettez les interrupteurs
sur la position 0.
Le circuit réalisé est schématisé
par la figure 21-b. Il peut vous apparaître complexe mais en fait, il est assez
simple. Les deux circuits MM 74C74 sont différenciés
; l'un est noté MM 74C74-1, l'autre
MM
74C74-2.
Les entrées PRESET
des quatre bascules sont câblées à la tension positive, donc inactives.
Les entrées DATA
sont câblées de la même façon à la tension positive ; les entrées CLOCK
sont reliées aux interrupteurs de la manière suivante :
première bascule du circuit MM
74C74-1 à SW1
première bascule du circuit MM
74C74-2 à SW3
deuxième bascule du circuit MM
74C74-1 à SW0
deuxième bascule du circuit MM
74C74-2 à SW2
En mettant un interrupteur sur la
position 1, une transition positive est
appliquée sur l'entrée CLOCK de la bascule
et l'entrée DATA
est transférée en sortie
Q.
Q
passe au niveau H,au niveau L.
Un réseau constitué de trois
circuits NAND et de trois circuits
ET
est relié aux trois interrupteurs SW3, SW0, SW2
et
aux trois sorties des trois premières bascules. Le signal de sortie du réseau
commande les entrées CLEAR
des quatre bascules.
Au cours de la manipulation, vous étudierez
la fonction de ce réseau.
Le signal de sortie du circuit est
la sortie Q de la quatrième bascule et
commande la LED L7.
8. 2. - CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT
a) Branchez l'alimentation :
la LED L7 est éteinte. Sinon, appuyez sur
P0
pour éteindre L7. Vous obtenez ainsi les
conditions initiales désirées.
b) Mettez les interrupteurs
sur la position 1 dans l'ordre suivant :SW0, SW1, SW2, SW3: la situation est
inchangée, la LED L7 reste éteinte.
c) Remettez les interrupteurs
sur la position 0, puis repositionnez-les au
niveau 1 dans l'ordre suivant :SW1,
SW3, SW0, SW2. La
LED L7
s'allume.
d) Remettez les interrupteurs
sur la position 0:
L7
reste allumée.
e) Appuyez sur
P0
:L7 s'éteint, vous êtes dans les
conditions initiales souhaitées.
f) Faites plusieurs essais en
positionnant successivement les quatre interrupteurs sur 1
dans un ordre quelconque. Seule la séquence SW1, SW3,
SW0, SW2 permet d'allumer
L7.
En conclusion, ce
circuit logique reconnaît une seule combinaison parmi les 24 combinaisons
possibles avec quatre interrupteurs.
g) Débranchez
l'alimentation.
NOTE IMPORTANTE :
Si le circuit ne fonctionne pas
comme prévu, vérifiez attentivement les liaisons effectuées et assurez-vous
que les conducteurs soient bien enfoncés dans les différents contacts de la
matrice et du groupe de connecteurs. Vérifiez également l'insertion des
circuits intégrés dans la matrice, au niveau de leur orientation et de leurs
broches.
En cas de non fonctionnement, vous
pouvez soupçonner un circuit intégré défectueux. Dans ce cas, vérifiez le
fonctionnement individuel de chaque circuit intégré à l'aide des différents
montages d'étude réalisés antérieurement pour chaque type de circuit intégré.
a) Branchez l'alimentation,
mettez les quatre interrupteurs sur la position 0
et appuyez sur P0; vous observez
ceci :
L0
est allumée, donc la sortie de la première bascule est au niveau H
L1
est allumée, la sortie de la deuxième bascule est au niveau H
L2
est allumée, la sortie de la troisième bascule est au niveau H
L4
est allumée, l'entrée CLEAR des quatre
bascules est au niveau H.
Dans ces conditions initiales, les
quatre bascules sont à l'état 0, prêtes
à recevoir la séquence correcte des quatre interrupteurs.
b) Mettez maintenant
SW1
sur la position 1. La
LED
L0 s'éteint, la première bascule a transféré un niveau
H
en sortie Q et est donc au niveau L.
c) Mettez les trois autres
interrupteurs sur la position 1 dans l'ordre
SW3, SW0, SW2. Les
LED
L1, L2 s'éteignent et finalement
L7
s'allume. En positionnant
SW3 et
SW0,
les deuxième et troisième bascule sont passées au niveau H
et les sorties sont passées au niveau L.
L'action sur SW2 transfère un niveau
H
en sortie Q, L7
s'allume.
La séquence exacte est donc confirmée
par l'extinction successive de L0, L1, L2 et
l'allumage de L7 et L4.
d) Remettez les quatre
interrupteurs sur la position 0
et appuyez
sur P0.
Vous constatez que
L4
s'éteint, un niveau L appliqué sur les
entrées CLEAR remet à zéro les quatre
bascules (LED L0, L1, L2 allumées,
L7
éteinte).
Voici maintenant ce qui se passe
quand l'ordre n'est pas respecté.
e) Mettez SW1
sur la position 1: la
LED
L0 s'éteint.
f) Mettez maintenant
SW0
sur la position 1 au lieu de
SW3.
La LED L4
s'éteint, les quatre bascules sont remises à zéro par les entrées CLEAR.
Le circuit est bloqué et en actionnant les autres interrupteurs, SW3
et SW2, il n'y a aucune possibilité de déblocage
du circuit. Ce résultat est obtenu avec le réseau de NAND
et de ET qui présente un niveau
L
en sortie et force les bascules à l'état 0.
En conclusion, le fonctionnement du
circuit peut être résumé ainsi :
en mettant les quatre interrupteurs sur la position
0
et en appuyant sur P0, le circuit est prédisposé
pour le fonctionnement.
en actionnant les quatre interrupteurs dans la séquence
déterminée (SW1, SW3, SW0, SW2), le
circuit permet l'allumage de la LED L7.
toute autre séquence n'est pas reconnue par le
circuit et la
LED témoin L7 reste éteinte.
Par ailleurs, en changeant les désignations
des quatre interrupteurs, vous pouvez modifier la combinaison. Il est possible
aussi d'augmenter le nombre d'interrupteurs en ajoutant une bascule pour un
nouvel interrupteur. Il est nécessaire de rajouter des circuits NAND
et ET
et le circuit global devient plus
complexe.
Ce circuit illustre de la manière
la plus complète le concept de circuit à mémoire. Un circuit constitué
uniquement de portes logiques ne peut pas reconnaître une séquence, par
contre, un circuit constitué de bascules est capable de se souvenir des événements
passés.
Le cas examiné est particulièrement
clair : chaque bascule mémorise un événement, constitué par la
fermeture de l'interrupteur correspondant.
Notez que les liaisons figurées en
pointillé servent à visualiser les tensions en certains points du circuit et
ne jouent aucun rôle sur le fonctionnement du circuit.
Vous aurez toujours la faculté d'établir
ce type de liaisons pour vous aider à la compréhension d'un circuit.
Dans la prochaine
pratique, vous aborderez l'examen du monostable.
Réalisation d'un circuit à combinaisons
les entrées DATA
des deux bascules sont câblées à la tension positive, ainsi une transition
positive sur l'entrée d'horloge CLOCK
transfère un niveau logique 1 sur la sortie
Q.
et P1
1
et 
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