Examen d'un Commutateur Numérique à 2 voiesExamen d'un Circuit Sommateur de type Parallèle et d'un Commutateur Numérique à 2 voies :
7. - SIXIÈME EXPÉRIENCE : EXAMEN D'UN CIRCUIT SOMMATEUR DE TYPE PARALLÈLE
Le sommateur série de l'expérience précédente a nécessité huit impulsions d'horloge pour effectuer la somme de deux nombres de huit bits (si on ne tient pas compte des impulsions d'horloge nécessaire pour charger les deux registres). Ce sommateur est relativement lent.
Dans cette expérience, vous allez voir une méthode beaucoup plus rapide qui permet d'additionner tous les bits en parallèle.
Pour cela, vous allez utiliser le circuit intégré MM 74C83 qui est un sommateur complet (full adder) permettant d'additionner deux nombres binaires de quatre bits.
La figure 18-a montre le schéma logique du sommateur, tandis que la figure 18-b donne son brochage.
Le premier nombre à additionner est appelé A. Il est formé par les bits A1 (bit de poids faible = LSB), A2, A3 et A4 (bit de poids fort = MSB).
Le deuxième nombre à additionner, appelé B, est formé par les bits B1, B2, B3 et B4. A la broche 13, on applique la retenue C0 provenant d'une éventuelle somme précédente.
Le résultat de la somme des nombres A et B est formé par les bits S1, S2, S3 et S4.
La sortie C4 de la broche 14 est la retenue de la somme effectuée. Elle peut être reliée à l'entrée C0 d'un éventuel sommateur suivant pour additionner des nombres de plus de quatre bits.
La figure 19 montre comment on doit relier les deux sommateurs de quatre bits pour obtenir l'addition de deux nombres A et B de huit bits.
7. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Enlevez de la matrice et du support ICX tous les circuits intégrés et les liaisons relatifs à l'expérience précédente.
b) Insérez sur la matrice le circuit intégré MM 74C83 (sommateur complet) et le circuit intégré MM 74C164 (registre à décalage possédant huit sorties parallèles) dans les positions indiquées à la figure 20, puis effectuez les liaisons correspondantes.
Le schéma électrique du circuit que vous venez de réaliser est donné à la figure 21-a, tandis que la figure 21-b représente le schéma synoptique correspondant.
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Le circuit est constitué d'un registre où l'on charge les deux nombres à additionner A et B et d'un sommateur parallèle. Le registre peut être mis à zéro au moyen de l'interrupteur SW1 en commutant ce dernier sur la position 0. Le signal d'horloge est fourni par P0. On entre les données en actionnant SW0.
Le résultat de la somme est visualisé par l'afficheur DIS1, tandis que le terme A est visualisé par l'afficheur DIS0 ; la retenue est visualisée par la LED L0.
7. 2. - ESSAIS DE FONCTIONNEMENT
Il s'agit d'additionner deux nombres de quatre bits. A titre d'exemple, nous additionnerons 1001 et 0011, c'est-à-dire en code décimal 9 et 3.
Pour cela, nous allons charger le registre avec ces deux nombres.
Dès que le chargement est effectué, le résultat de la somme est indiqué par l'afficheur DIS1. Le temps mis par le sommateur pour effectuer l'addition est de l'ordre de 125 ns.
a) Mettez SW1 et SW2 sur la position 0.
b) Mettez le Digilab sous tension : les deux afficheurs indiquent 00 et la LED L0 est éteinte. En effet, avec SW1 sur 0, le registre est mis à zéro au moyen de l'entrée CLEAR.
c) Mettez SW1 sur la position 1 : l'entrée CLEAR est rendue inactive.
d) En suivant la même procédure que celle de l'expérience précédente, vous allez charger à présent le registre au moyen de SW0 et de P0 jouant le rôle d'horloge.
Les différentes étapes de la procédure sont énumérées ci-après.
On passe d'un état à l'autre à l'aide d'une impulsion d'horloge générée par le bouton-poussoir P0.
Vous observez qu'à cet instant la LED L0 s'est allumée, ce qui signifie qu'il y a une retenue.
En effet, au fur et à mesure que le registre se charge, le sommateur effectue l'addition des nombres présents sur ses entrées.
A la cinquième étape, A vaut 8 et B vaut 9 ; la somme 8 + 9 = 17 donne en hexadécimal 1116. Il y a donc une retenue qui est signalée par L0.
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Il y a encore une retenue : en effet, A + B = C + 4 = 1016.
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On aboutit ainsi au résultat : C, qui apparaît sur DIS 1 équivalent à 12 en code décimal.
Si maintenant, on désire ajouter une unité au résultat, le nouveau résultat doit être D. En effet :
C + 1 = D en code hexadécimal
La méthode est très simple : il suffit de fournir 1 à l'entrée de retenue du sommateur, c'est-à-dire C0.
e) Mettez SW2 sur la position 1 : vous lisez D sur l'afficheur DIS 1.
f) Les essais étant terminés, mettez hors tension le Digilab.
En résumé, cette expérience vous a permis de constater qu'un sommateur de type parallèle effectue immédiatement la somme des nombres qui se présentent sur les entrées.
Au cours de l'expérience, vous avez pu voir de nombreux exemples de sommes avant d'atteindre le résultat final.
Par exemple, à la première étape vous avez vu : 0 + 8 = 8
à la seconde : 0 + C = C
et ainsi de suite jusqu'à la septième étape : 6 + 2 = 8
et à la huitième : 3 + 9 = C
Vous avez vu en outre des exemples de dépassement de capacité comme à la sixième étape avec : C + 4 = 1016
La procédure a nécessité le chargement en série du registre et donc il a fallu attendre que les deux nombres soient chargés avant de lire la somme définitive.
Si les termes avaient déjà été présents dans le registre, la somme aurait requis seulement le temps de propagation du sommateur (de l'ordre de 125 ns).
8. - SEPTIÈME EXPÉRIENCE : EXAMEN
D'UN COMMUTATEUR
NUMÉRIQUE À DEUX VOIES
(Retour
à la 8ème expérience)
Dans la cinquième expérience, quatre portes NOR ont été utilisées pour former un circuit assurant la fonction de commutateur. Ainsi, on pouvait envoyer à l'entrée du registre MM 74C164 l'un ou l'autre des deux signaux appliqués aux entrées du commutateur selon l'état de SW2.
Une représentation schématique de ce circuit est donné à la figure 22.
Celui-ci est équivalent à un commutateur mécanique qui aiguille vers l'entrée du registre les données relatives à SW3 quand SW2 est sur la position 1 ou les données provenant du sommateur quand SW2 est sur la position 0.
Dans l'expérience qui va suivre, vous allez examiner en détail un circuit équivalent en tout point réalisé avec des portes NAND au lieu de portes NOR.
8. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Enlevez de la matrice les circuits intégrés dans l'expérience précédente ainsi que les liaisons s'y rapportant.
b) Insérez sur la matrice les circuits intégrés MM 74C163 (compteur modulo 16) et MM 74C00 (quadruple NAND) dans les positions indiquées à la figure 23-a et effectuez les liaisons correspondantes.
c) Disposez le premier générateur d'horloge du Digilab sur la fréquence de 10 Hz.
Le schéma électrique du circuit réalisé est donné à la figure 23-b.
Le compteur MM 74C163 fonctionne ici comme diviseur.
Le signal rectangulaire de 10 Hz provenant de CP1 est divisé quatre fois de suite par deux. Ainsi, on obtient un signal de 5 Hz à la sortie Q1, un signal de 2,5 Hz à la sortie Q2, un signal de 1,25 Hz à la sortie Q3 et un signal de 0,625 Hz à la sortie Q4.
Le signal de 10 Hz et celui de 1,25 Hz sont envoyés au réseau de quatre portes NAND.
8. 2. - ESSAIS DE FONCTIONNEMENT
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a) Mettez SW0 sur la position 0.
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b) Mettez sous tension le Digilab.
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c) Observez L0 : elle doit clignoter à la fréquence de 10 Hz.
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d) Commutez SW0 sur la position 1.
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e) Observez L0 : elle doit clignoter à la fréquence de 1,25 Hz.
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f) Commutez SW0 alternativement sur 0 et sur 1 : vous remarquez que SW0 commande le commutateur de manière à envoyer à la LED L0 soit le signal de 10 Hz, soit le signal de 1,25 Hz.
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g) Mettez hors tension le Digilab.
Le circuit que vous venez d'expérimenter est le type le plus simple de commutateur numérique. Il est très utilisé pour envoyer sur un seul conducteur un signal parmi deux selon le niveau d'une entrée de commande. Ici, c'est l'interrupteur SW0 qui joue le rôle de l'entrée de commande.
Le fonctionnement du commutateur est simple : lorsque SW0 est au niveau H, la porte A est validée et le signal de 1,25 Hz se retrouve donc à la sortie S ; la porte B est invalidée.
Par contre, lorsque SW0 est au niveau L, la porte B est validée et la porte A est invalidée ; c'est donc le signal de 10 Hz qui se retrouve à la sortie S.
La table de vérité du circuit est reportée à la figure 24. Les deux entrées du commutateur sont appelées IA et IB.
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