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Application du Circuit OU Exclusif ainsi que les Circuits NAND, NOR ... :
5. - TROISIÈME EXPÉRIENCE : EXAMEN D'UN CIRCUIT OU EXCLUSIF
Vous utiliserez à présent le circuit intégré MM 74C86 comprenant 4 circuits OU Exclusif comme vous pouvez le constater dans le schéma électrique de la figure 12.
Étant donné que les deux entrées et la sortie du premier circuit OU Exclusif à essayer ne correspondent pas aux bornes du circuit NOR examiné précédemment, vous devez effectuer de nouvelles liaisons de la manière suivante :
a) Débranchez l'alimentation et enlevez les liaisons relatives à l'expérience précédente.
b) Enlevez le circuit intégré MM 74C02 du support ICX et introduisez dans celui-ci le circuit intégré MM 74C86.
c) Reliez les points indiqués ci-dessous :
broche 1 du circuit intégré MM 74C86 et le contact SW0,
broche 2 du circuit intégré MM 74C86 et le contact SW1,
broche 3 du circuit intégré MM 74C86 et le contact L0.
d) Mettez les deux interrupteurs SW0 et SW1 sur la position correspondant au symbole 0, ainsi les deux entrées du circuit OU Exclusif sont toutes deux au niveau L.
e) Alimentez à nouveau le circuit,
Maintenant vous pouvez vérifier le fonctionnement du circuit en question, en procédant comme pour les expériences précédentes. Vérifiez pour chacune des quatre combinaisons possibles des niveaux des deux entrées, le niveau de sortie correspondant. Rédigez ainsi la table de fonctionnement puis la table de vérité en logique positive du circuit OU Exclusif. Comparez ensuite les résultats obtenus avec ceux indiqués dans les deux tables de la figure 13.
En examinant la table de fonctionnement de la figure 13-a, vous constaterez que la caractéristique principale du circuit OU Exclusif est de donner une sortie au niveau H quand les deux entrées se trouvent à des niveaux différents. Quand les entrées sont toutes les deux au même niveau L ou au niveau H, la sortie se trouve au niveau L.
En raison de cette caractéristique de fonctionnement, le circuit OU Exclusif est parfois utilisé comme détecteur de différence.
5. 1. - UNE APPLICATION
DU CIRCUIT OU EXCLUSIF
Vous allez effectuer maintenant un exercice comment un circuit OU Exclusif peut trouver des applications en tant qu'inverseur commandé.
En d'autres termes, vous allez vérifier comment en pratique, en utilisant une des deux entrées comme entrée de commande, en sortie du circuit OU Exclusif vous obtenez le signal présent sur l'autre entrée, inversé ou non selon le niveau qui se trouve sur l'entrée de commande.
Supposons que vous utilisez l'entrée reliée à la broche 1 comme entrée de commande :
Laissez inchangées les liaisons faites lors de
l'expérience précédente et mettez les deux interrupteurs
SW0
et SW1 sur la position correspondant au
symbole 0 ; ainsi, l'entrée 1
aussi bien que l'entrée 2 sont au niveau L.
En observant la LED L0, vous constatez qu'elle est éteinte ce qui veut dire que la sortie du circuit est au niveau de tension L.
Mettez à présent l'entrée 2
du circuit au niveau H en commutant SW1
sur la position 1.
Vous constatez cette fois que la LED L0 s'allume ce qui indique que la sortie se trouve au niveau H. Vous pouvez ainsi observer qu'avec l'entrée de commande au niveau L, la sortie est au même niveau que l'entrée 2.
Mettez ensuite l'entrée 1
de commande au niveau H, en commutant SW0
sur la position repérée par le symbole 1.
Mettez le commutateur SW1 alternativement
sur la position 1 et sur la position 0,
appliquant ainsi successivement à l'entrée 2
un niveau H ou un niveau L.
En observant l'indicateur de la LED L0, vous constatez que lorsque l'entrée 2 se trouve au niveau H, la sortie se trouve au niveau L et vice versa. La démonstration est ainsi faite que dans cette condition, c'est-à-dire avec l'entrée de commande au niveau H, le circuit OU Exclusif fournit en sortie un signal inversé par rapport à celui présent à l'entrée 2.
En résumé le circuit OU Exclusif peut fonctionner en inverseur commandé en utilisant une de ses deux entrées comme entrée de commande. Si l'entrée 1 est utilisée comme entrée de commande, celle-ci se trouve au niveau L, le circuit OU Exclusif n'inverse pas le signal appliqué à l'entrée 2 ; alors qu'avec l'entrée 1 au niveau H, le circuit fournit en sortie un signal inversé par rapport à celui appliqué sur l'entrée 2.
Un fonctionnement analogue est obtenu en utilisant l'entrée 2 comme entrée de commande. Dans ce cas, si l'entrée de commande 2 est à l'état L, la sortie est au même niveau que celui présent sur l'entrée 1 ; tandis que si l'entrée de commande 2 est à l'état H, la sortie se trouve toujours à un niveau contraire de celui de l'entrée 1.
6. - QUATRIÈME EXPÉRIENCE
: UTILISATION
D'UN CIRCUIT INTÉGRÉ NAND
POUR REMPLACER D'AUTRES TYPES DE CIRCUITS
Souvent dans un même montage se trouvent des circuits de type différent : OU, NAND, Inverseurs, etc...
Dans certains cas, il serait coûteux d'utiliser un circuit intégré différent pour chaque type de fonction à réaliser.
Si par exemple, un montage prévoit l'emploi d'un inverseur unique et d'une seule porte NAND, il serait anti-économique d'utiliser un MM 74C04 comme inverseur et un MM 74C00 pour le circuit NAND.
En effet, un sixième du circuit intégré MM 74C04 (qui contient 6 inverseurs et un quart du circuit intégré MM 74C00 contenant 4 NAND) seraient utilisés. Il est donc utile de pouvoir substituer certains circuits par d'autres assurant la même fonction.
Les équivalences entre les différents circuits ont déjà été étudiées dans la théorie Électronique Digitale de la 3ème leçon. Dans l'expérience qui va suivre, vous allez vérifier comment il est possible, en pratique de réaliser quelques fonctions logiques en vous servant de circuits de type NAND à la place des circuits intégrés spécifiques.
a) Débranchez l'alimentation et enlevez toutes les liaisons relatives à l'expérience précédente.
b) Enlevez le circuit intégré MM 74C86 du support ICX et introduisez dans ce dernier le circuit intégré MM 74C00.
Comme vous l'avez déjà appris dans la pratique précédente, le circuit intégré MM 74C00 comprend 4 circuits NAND, chacun d'eux ayant deux entrées et une sortie.
c) En vous servant des morceaux de fil déjà préparés dont vous disposez, effectuez les liaisons indiquées figure 14-a.
De cette façon, l'entrée 1 est reliée à SW0 tandis que l'entrée 2 est reliée à la tension positive (niveau H). La sortie du circuit NAND est comme d'habitude reliée à l'indicateur L0.
Premier essai
a) Placez SW0 sur la position 0, vous réalisez ainsi le circuit représenté figure 14-b.
b) Branchez l'alimentation, observez la LED L0 : vous constatez qu'elle est allumée.
c) Mettez ensuite SW0 sur la position 1. Notez que la LED L0 s'éteint.
Vous pouvez donc en conclure que : si l'entrée 1 est au niveau L, la sortie du circuit NAND est au niveau H (LED allumée) tandis que si l'entrée 1 est au niveau H, la sortie est au niveau L (LED éteinte). Le circuit NAND relié comme indiqué dans la figure 14-b se comporte donc comme un inverseur.
Puisque les deux entrées du circuit NAND sont interchangeables, le même résultat est obtenu en maintenant l'entrée 1 en permanence au niveau H. Dans ce cas, le circuit se comporte comme un inverseur, c'est-à-dire que la sortie est à un niveau inverse de celui appliqué à l'entrée 2.
Le fonctionnement d'un circuit NAND en inverseur peut aussi être obtenu en reliant les deux entrées comme indiqué figure 15.
En pratique, cette solution n'a pas été adoptée uniquement par commodité de raccordement, mais vous pourrez la garder en mémoire et y recourir en cas de besoins.
Deuxième essai (Pour le câblage, voir les figures 16-a et 16-b).
Par cet essai, vous allez vérifier qu'il est possible de réaliser la fonction OU en utilisant uniquement des portes NAND.
a) Débranchez l'alimentation du circuit,
b) Enlevez la liaison entre la broche 3 du circuit intégré MM 74C00 et le contact L0, laissez les liaisons des broches 1 et 2 correspondantes aux deux entrées du premier circuit NAND.
c) Reliez avec un morceau de fil de 5 cm environ, une entrée du deuxième circuit NAND (broche 4) au contact SW1 et avec un morceau de fil de 15 cm environ, l'autre entrée (broche 5) du même circuit au deuxième contact +. Par ces liaisons, le premier et le deuxième circuit NAND assurent la fonction d'inverseurs.
d) A l'aide de deux morceaux de fils de 5 cm environ, reliez la sortie du premier circuit NAND (broche 3) à l'une des entrées du troisième circuit NAND (broche 10) puis la sortie du deuxième circuit (broche 6) à l'autre entrée du troisième circuit (broche 9).
e) Avec un morceau de fil de 10 cm environ, reliez la sortie du troisième circuit (broche 8) à la LED L0.
f) Mettez SW0 et SW1 sur la position correspondant au symbole 0.
Avec les liaisons effectuées, vous venez de réaliser le circuit représenté figure 16-b.
Remarquez dans ce circuit l'absence du symbole de la pile d'alimentation représenté jusqu'ici dans les schémas. Le raccordement au niveau H est désigné par le signe "+" afin de simplifier le dessin. Cette simplification est couramment pratiquée pour l'élaboration des schémas électriques des circuits logiques.
Maintenant vous pouvez rebrancher l'alimentation et vérifier vous-même le fonctionnement du circuit réalisé en procédant exactement comme pour les expériences précédentes.
Réalisez donc toutes les combinaisons possibles des niveaux d'entrée du circuit en agissant sur SW0 et SW1 et vérifiez pour chacune d'elles l'indication de l'état de la sortie concrétisée par la LED L0.
Vous constatez que le fonctionnement du circuit correspond aux tables de la figure 17.
.gif)
En comparant ces deux tables avec celles établies au cours des expériences précédentes réalisées sur différents types de circuits, vous remarquez qu'elles sont tout à fait identiques à celles du circuit OU.
Chaque fois que vous aurez à réaliser un circuit assurant la fonction OU, c'est-à-dire la somme logique de signaux numériques, souvenez-vous du circuit que vous venez d'expérimenter.
Ce circuit peut être réalisé avec 3 circuits NAND comme vous venez de le voir, mais il peut l'être également avec deux véritables inverseurs reliés aux entrées d'un circuit NAND comme représenté figure 18.
En désignant par les lettres a et b les deux variables logiques appliquées à l'entrée et par S la variable de sortie, la fonction logique effectuée par le circuit peut s'écrire sous la forme :
S = a + b
7. - CINQUIÈME EXPÉRIENCE : UTILISATION DE TROIS CIRCUITS NOR
POUR REMPLACER UN CIRCUIT ET
Dans l'expérience précédente, vous avez constaté comment un circuit OU peut être réalisé avec trois circuits NAND ou encore avec deux inverseurs et un circuit NAND. Vous allez à présent vérifier expérimentalement comment un circuit ET peut être remplacé par trois circuits NOR ou encore par deux inverseurs suivi d'un circuit NOR.
a) Débranchez l'alimentation, enlevez le circuit intégré MM 74C00 du support ICX et supprimez les liaisons relatives à l'expérience précédente.
b) Prenez le circuit intégré MM 74C02 et introduisez-le dans le support ICX. Comme vous avez pu le constater précédemment, ce circuit intégré contient intérieurement 4 circuits NOR.
c) Effectuez les nouvelles liaisons indiquées figure 19-a.
d) Placez SW0 et SW1 sur la position 0. Vous venez ainsi de réaliser le circuit représenté figure 19-b.
.gif)
e) Alimentez le circuit et observez la LED L0.
Sachant que la LED L0 éteinte indique en sortie du circuit un niveau bas (L) et la LED allumée un niveau haut (H), constituez vous-même la table de fonctionnement du circuit en question en réalisant au moyen de SW0 et SW1 les quatre combinaisons possibles des niveaux de tension H et L appliquées aux entrées.
A partir de la table de fonctionnement, déterminez ensuite la table de vérité en logique positive (souvenez-vous que le niveau H est associé au niveau logique 1 et le niveau L au niveau logique 0).
Enfin, comparez les tables obtenues avec celles des circuits ET, vous constaterez qu'elles sont identiques. Dans le cas contraire, revoyez depuis le début les liaisons effectuées et refaites l'expérience avec une plus grande attention.
La possibilité de réaliser un circuit ET en utilisant trois circuits NOR peut s'avérer utile dans le cas ou disposant de circuits NOR, vous n'auriez pas l'intention d'ajouter spécialement un circuit intégré pour réaliser un seul circuit ET.
A l'aide de trois circuits NOR, il est donc possible de réaliser un circuit ET en remplacement d'un circuit intégré MM 74C08.
Notez que dans le circuit réalisé (figure 19-b), les deux circuits NOR ayant une de leurs deux entrées reliées en permanence à la masse (niveau L) assurent la fonction d'inverseur.
En effet, si vous observez la table de fonctionnement d'un circuit NOR, vous constatez que lorsqu'une des deux entrées est au niveau L, la sortie est toujours au niveau inverse de celui de l'autre entrée.
En définitive, comme un circuit ET peut remplir la fonction d'inverseur lorsqu'une des deux entrées se trouve en permanence au niveau H (premier essai de la quatrième expérience) de la même façon un circuit NOR peut remplir la fonction d'inverseur dans le cas ou une de ses entrées se trouve en permanence au niveau L comme indiqué figure 20-a. Le même résultat est obtenu en reliant les deux entrées entre elles comme vous pouvez le voir dans la figure 20-b.
En tenant compte de ce qui précède, le résultat de la cinquième expérience peut être obtenu non seulement avec le circuit représenté figure 19-b, mais aussi avec le circuit de la figure 21-a ou encore en remplaçant les deux premiers circuits NOR fonctionnant en inverseurs par deux vrais inverseurs comme représenté figure 21-b.
Avec cette pratique, nous avons terminé l'examen des circuits intégrés logiques fondamentaux.
Vous avez pu relever leurs caractéristiques en pratique et réaliser d'intéressantes expériences démontrant comment il est possible d'obtenir des fonctions logiques équivalentes en utilisant des circuits intégrés de types différents.
Dans la prochaine pratique, vous élargirez vos connaissances sur ces circuits ainsi que les bascules R.S. par exemple et bien d'autres.
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