Réalisation d'un circuit à combinaisons"Bascule D" Utilisé pour la Signalisation d'un Premier Événement :
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.
Pour comprendre le fonctionnement du circuit réalisé, effectuez les liaisons indiquées en pointillé sur la figure 21-a. Vous pouvez ainsi visualiser les tensions en certains points du circuit grâce aux LED L0, L1, L2, L4.
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.
L'examen du circuit étant terminé, débranchez l'alimentation et enlevez les liaisons indiquées en pointillé à la figure 21-a ou 21-b.
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.
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