GÉNIE ELECTRIQUE L4: ANNÉE UNIVERSITAIRE: 2015 – 2016. COUR D’ELECTRONIQUE NUMERIQUE. M. Mazoughou GOEPOGUI 18h CM ; 12h TD;40h TP. Tel: 655 34 42 38 /

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1 GÉNIE ELECTRIQUE L4: ANNÉE UNIVERSITAIRE: 2015 – 2016. COUR D’ELECTRONIQUE NUMERIQUE. M. Mazoughou GOEPOGUI 18h CM ; 12h TD;40h TP. Tel: 655 34 42 38 / 669 35 43 10 / 624 05 56 40 E-mail: massaleidamagoe@yahoo.fr Gmail: massaleidamagoe2014@gmail.com Site: massaleidamagoe2015.net Présenté par UNIVERSITE KOFFI ANNAN DE GUINEE

2 QUESTIONS DE DISCERNEMENT. 1.Faire G. Electrique: Choix ou Contrainte? Justifie 2.C’est quoi le G. Electrique? 3.Que comptez vous faire après les études? 4.Télécom: Quels sont les débouchés? 5.Pourquoi beaucoup de diplômé au chômage?

3 JUSTIFICATION DU TAUX DE CHÔMAGE.

4 Incompétence. Formation non adaptée au marché de l’emploi. Insuffisance de l’offre d’emploi. Absence de vision à long terme. Immobilisme. Excuses.

5 DIPLÔME EN G. Electrique: Responsabilités, compétence, métiers, secteurs d’activité.

6 RESPONSABILITES (liste non exhaustive) :  Il est responsable de la mise en place, la maintenance et la surveillance des équipements et des installations électriques d'une entreprise.  Il supervise parfois une équipe de techniciens.

7  Il anticipe les risques et prévoit des solutions.  Dans le cadre de son métier, il s'occupe également de l'organisation, de la relation client, du management, de la gestion d'un budget, des achats et des fournitures.

8 Les missions d'un Ingénieur en poste L' ingénieur en électricité est en charge de nombreuses missions : D'abord, il doit définir les différents travaux d'installation et de maintenance d'un système, il planifie et surveille ensuite les opérations à réaliser.

9 Une autre facette de son travail consiste à manager une équipe interne qui réalise les interventions et s'informe régulièrement des réglementations en vigueur. Enfin, il réalise les contrats de prestation et conseille les entreprises en qualité d'expert.

10 Quels débouchés offre la formation ? L' ingénieur en génie électrique peut travailler: dans de grandes entreprises publiques comme EDG. dans les secteurs d'activité de la conception de convertisseurs ou de composants électroniques.

11 dans les secteurs d'activité de la conception de machines électriques, pour les réseaux électriques locaux ou embarqués (avion, train, bateau). dans les secteurs de la sidérurgie, du BTP, de l'industrie pétrolière, le chauffage électrique à induction (micro-onde, plaques de cuisson), etc.

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13 A QUI REVIENT LA RESPONSABLITE DE LA REUSSITE D’UNE FORMATION?

14 1.Préparer le sol à recevoir la semence. a.L’école: créer un bon environnement (espace, l’infrastructure, laboratoires, bibliothèque, etc.); mettre en place une bonne administration; ENSEIGNEMENT AGRICULTURE

15 recruter le personnel de qualité avec une bonne rémunération; Élaborer un bon programme de formation. b.Etudiant. Avoir les prérequis. 2.Fertiliser le sol. a.Ecole. Bien orienter les étudiants.

16 Accompagner la formation (partenariats, stages, visites techniques, etc. b.Étudiant. Respecter les principes et règlements (assiduité, ponctualité, discipline, intégrité, etc.) c.Professeur. Respecter les principes et règlements (assiduité, ponctualité, discipline, intégrité, etc.)

17 Bien orienter les étudiants. 3.Semer la bonne graine. a.Professeur. Bien enseigner le cours (CM, TD, TP). 4.Faire la récolte. a.Étudiant. Appliquer ce que le cours recommande (TD, TP, activités extra-scolaires liées aux cours).

18 4.Gérer la récolte. a.Étudiant. Faire de sorte que les cours puissent avoir un impact positif sur sa vie. BILAN EcoleEtudiantEnseignant 25%50%25%

19 PRESENTATION DU COURS.

20 Electronique numérique. C’est quoi? Une matière qui étudie les circuits qui traitent des signaux discontinus ou numériques. Exemples d’appareils numériques? Compteurs à affichage numérique, compteurs prépayés, systèmes automatique de contrôle et de régulation liés aux machines électrique. systèmes automatique de contrôle et de régulation liés à la production, au transport et à la distribution de l’énergie électrique.

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22 Pourquoi ce cours? Par ce qu’on le rencontre partout, même chez moi en Géni électrique.

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30 Dans L’Aéronautique!

31 OBJECTIFS GÉNÉRAUX. 1. Devenir innovateur en suivant le progrès techniques. 2. Etre compétitif sur le marché de l’emploi 3. Etre à mesure d’assurer la santé économique des entreprises

32 ATTITUDES À DÉVELOPPER 1.La créativité 2.Une méthode de travail ordonnée 3.La capacité de planification et un sens de l’organisation

33 POSITION DU COURS 1.Le cours n’est que le minimum acquis. 2.Le bon ingénieur est celui qui regarde plus loin et par lui-même.

34 OBJECTIFS SPÉCIFIQUES.  Connaître les définitions et les concepts de base de la logique câblée et programmable.  Acquérir les méthodes d’analyse et de synthèse appliquées aux circuits logiques.  Acquérir les connaissances de base relatives aux différentes technologies des circuits logiques.

35  Être capable de concevoir des systèmes fonctionnels à base de circuits logiques.  Acquérir les connaissance de base relatives à la sélection critique des circuits logiques.  Être capable d’interpréter les spécifications des fabricants.

36 CONTENU I. Système de numération et arithmétique binaire. 1. Généralité. 2. Système de numération. 3. Représentation des nombres entiers signés. 4. Addition binaire et BCD. 5. Soustraction binaire et BCD.

37 II. Logiques Combinatoire. 1. Généralité. 2. Portes logiques. 3. Analyse et synthèse des circuits combinatoire. 4. Les fonction standards combinatoires usuels.

38 III. Logique séquentielle. 1.Généralité. 2.Bascule. 3.Registre. 4.Compteur.

39 IV. Technologie des circuits logiques. 1.Généralité. 2.Technologie TTL. 3.Technologie CMOS.

40 V. Les circuits logiques programmables. 1.PLD 2.CPLD 3.FPGA 4.ASIC

41 DatesV.HContenu 05/04/20164hGénéralité. 03/05/20164hArithmétique binaire. 04/05/20164hLogique combinatoire (suite). 10/05/20164hPremière évaluation. Logique combinatoire (suite). 11/05/20164hBascules, Registres et compteurs 17/05/20164hMémoires 18/05/20164hDeuxième évaluation. Circuits à architecteur programmable 02/06/20163hPrésentation et défense des projets de cours. CALENDRIER: Cours théorique.

42 DatesV.HContenu 03/05/20154hTP1: Edition de schéma électrique sous ISIS. 04/05/20154hTP2: Edition de circuit imprimé sous ARES. 10/05/20154hTP:3 Test de portes logiques. 11/05/20154hTP4: Décodeurs. 17/05/20154hTP6: Bascule (mise en œuvre et test). 18/05/20164hTP7: Bascule (application: remplissage automatique) 24/05/20164hTP8:Registre à décalage. 25/05/20164hTP10: Compteur (mise en œuvre et test). 01/06/20164hTP12: Circuit à architecture programmable. CALENDRIER: Cours pratiques.

43 PRE-REQUIS.  Arithmétique binaire..  Electronique de base (diodes, transistor bipolaire, JFET, MOSFET, AOP).  Electrotechnique, Info de base  Câblage sur banc d’essais

44 OUTILS.  Un ordinateur.  Un appareil de mesure.

45 LES REGLES DU JEU. Vos principes?  Être ponctuel (être assisté), éviter des frustrations  Répondre aux questions  Être claire dans l’explication  Finir bien le programme et à temps

46 LES REGLES DU JEU. Vos attentes?  Meilleur compréhension  Connaitre utilité  Suivre l’évolution de la technologie  TP

47 LES REGLES DU JEU. Mes attentes?  Atteindre mes objectifs.

48 LES REGLES DU JEU. Mes principes? 1.Travail, Honnêteté et Solidarité. 2.Evaluation et note non négociables. 3.A l’école, je ne gère pas le social: un absent = un absent ≠ non absent. 4.Je ne veux pas qu’on me parle de notes en dehors de l’école.

49 5.Respect de l’heur, 5mn après l’heure, pas d’entrée ni de sortie. (Pause de 15mn à chaque 1h de cours + la pause de l’emploi du temps). 6.Taux d’absence supérieur 25% je ne suis pas responsable de la compréhension. 7.La discipline et le respect, aucun acte d’impolitesse ne sera toléré. Tout étudiant qui se sent vexé par le professeur, a le droit, dans le respect, de réclamer.

50 8.Chaque étudiant à droit à poser n’importe quelle question liée au cours et d’insister sur la question tant qu’il n’est pas satisfait. Il n’y a pas de questions bête, mais des bêtes qui ne posent pas de questions. 9.Je ne répond pas aux questions têtues (question déjà posées et répondue en classe). 10.Quand je dis, je fais, inutile de plaider.

51 I. SYSTEMES DE NUMERATION ET ARITHMETIQUE BINAIRE.

52 Objectifs.  Maitriser les termes liés aux circuits logiques.  Maitriser les méthodes de conversion d’un système à un autre.  Maitrise les opérations arithmétiques en rapport avec les circuits logiques.

53 Objectifs.  Maitriser les termes liés aux circuits logiques.  Maitriser les méthodes de conversion d’un système à un autre.  Maitrise les opérations arithmétiques en rapport avec les circuits logiques.

54 1.1. Système de numération. Définition. Le système de numération est la représentation d’une grandeur numérique par des symboles. Le nombre de symboles utilisés caractérise le numéro de la base. Celui que nous connaissons le mieux est le système décimal mais nous allons aussi définir les systèmes binaire, octal, hexadécimal.

55 Quelques systèmes de numération. Le système de numération que nous connaissons le mieux est le système décimal. Les symboles (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Le système de numération binaire est le plus important pour les circuits numériques ; car il est le seul que ces circuits soit capable d’utiliser. Les symboles (0, 1). Le système de numération hexadécimal (base 16) est un outil efficace pour représenter de gros nombres binaires. Les symboles (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

56 Pourquoi faire la conversion d’un système à un autre? Dans un système numérique, il peut arriver que trois ou quatre de ces systèmes de numération cohabitent, d'où l'importance de pouvoir convertir un système dans un autre.

57 Conversion décimal =  autre système. Partie entière

58 Conversion décimal =  autre système. Partie décimale

59 Conversion autre système =  décimal. Partie entière

60 Conversion autre système =  décimal. Partie décimale

61 Conversion Binaire =  Hexadécimal.

62 Conversion Hexadécimal =  Binaire.

63 Le code BCD. BCD est la contraction de Binary Coded Decimal se traduisant par décimal codé en binaire. L'homme étant habitué au système décimal, il a été nécessaire de créer un code permettant de conserver les avantages du système décimal sans sacrifier la simplicité de conversion directe en binaire. Le BCD n'utilise que les 10 premières combinaisons. Pour chaque chiffre décimal, nous avons besoin de 4 bits.

64 Le code Gray ou Binaire refléchi. C'est un code à distance minimale car on passe d'une ligne à la suivante en ne changeant qu'un seul bit. On ne peut affecter aucun poids aux bits dans les groupes codés : ce code est non pondéré.

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66 Conversion Gray =  Binaire. Le bit de gauche du nombre binaire est le même que le bit de gauche du code Gray. Ajouter le MSB du nombre binaire obtenu au voisin de droite immédiat du code Gray. Continuer les additions jusqu’à atteindre le LSB.

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68 Conversion Binaire =  Gray. Le bit de gauche du code Gray est le même que le bit de gauche du nombre binaire. Ajouter le MSB du nombre binaire à son voisin immédiat et reporter la somme en négligeant une retenue éventuelle sur la ligne inférieure correspondante au code Gray.

69 Continuer l’addition des bits à leur voisin de droite et reporter les sommes ainsi obtenues jusqu’à atteindre le LSB. Le nombre en code Gray comportera toujours le même nombre de bits que le binaire original.

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71 Codes Alpha numérique. Le code alphanumérique le plus répandu est le code ASCII ( American Standard Code for Information Interchange ); on le retrouve dans la majorité des micro-ordinateurs et des miniordinateurs et dans beaucoup de gros ordinateurs. Le code ASCII (prononcé "aski") standard est un code sur 7 bits, on peut donc représenter grâce à lui 27 = 128 éléments codés.

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74 I. SYSTEMES LOGIQUES COMBINATOIRES.

75 1.1. Classification des circuits logiques. Le diagramme ci-après tente une classification possible des circuits numérique.

76 Porte logique, décodeur, multiplexeur, etc. Bascule, compteur, registre Microproc esseur, microcont rôleur PLD, CPLD, FPGA ASIC

77 Utilisation des circuits numériques.  Les fonctions standard sont utilisées pour les applications moins complexes.  Les microprocesseurs, désormais d’usage courant, sont omniprésents dans les applications industrielles.

78  Dans des applications trop complexes pour être raisonnablement traitées en logique câblée traditionnelle, et trop rapides pour avoir une solution à base de microprocesseurs, on utilise des séquenceurs micro programmés ( PLD, CPLD, FPGA ).  Quand les volumes de production importants le justifient, les circuits intégrés spécifiques ( ASIC ) offrent une alternative aux cartes câblées classiques.

79 OPÉRATEURS LOGIQUES DE BASE.

80 NON (NO).

81 NON (NO). Exemple 7404.

82 ET (AND).

83 ET (AND). Exemple: 7408.

84 OU (OR).

85 OU (OR). Exemple: 7432.

86 OU Exclusif (XOR).

87 OU Exclusif (XOR). Exemple: 7486.

88 NON ET (NAND).

89 NON ET (NAND). Exemple: 4011.

90 NON OU (NOR).

91 NON OU (NOR). Exemple: 4001

92 NON OU Exclusif (XNOR).

93 NON OU Exclusif (XNOR). Exemple: 74266.

94 MISE SOUS FORME ALGEBRIQUE DES CIRCUITS LOGIQUES.

95 Objectifs.  Maitriser les méthodes de synthèse d’un circuit combinatoire.  Pouvoir passer d’une équation logique au logigramme et vice versa.  Pouvoir élaborer une équation logique et un logigramme à partir d’un cahier des charges.

96 Tout circuit logique, quelle que soit sa complexité, peut être décrit au moyen des opérations booléennes déjà décrites. A titre d'exemple, considérons le circuit de la figure ci dessous comprenant trois entrées A, B et C et une seule sortie X. En recourant à l'expression booléenne de chacune des portes, on peut facilement trouver l'équation correspondant à la sortie.

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100 III.4. CONSTRUCTION DE CIRCUITS À PARTIR D’EXPRESSIONS BOOLÉENNES.

101 Il est possible de tracer directement un diagramme logique à partir d’une expression booléenne. Si l'opération d'un circuit est définie par une expression booléenne, il est possible de tracer directement un diagramme logique à partir de cette expression. Par exemple, si on a besoin d'un circuit tel que X = ABC, on sait immédiatement qu'il nous faut une porte ET à trois entrées. Le raisonnement qui nous a servi pour ces cas simples peut être étendu à des circuits plus complexes.

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103 III.5. ÉVALUATION DES SORTIES DE CIRCUITS LOGIQUES

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105 III.6. THÉORÈMES DE BOOLE

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112 III.8. CONCEPTION DE SYSTÈMES LOGIQUES COMBINATOIRES.

113 Les étapes de conception d’un système logique combinatoire à partir d’un cahier de charge sont les suivantes : Construire la table de vérité selon le cahier de charge. Ecrire l’expression Booléenne relative à la table de vérité. Simplifier l’équation. Réaliser le schéma de l’équation simplifiée.

114 Exemple: On souhaite concevoir un système d’alarme d’une automobile qui détecte diverses situations non souhaitables. Les trois contacts donnent respectivement l’état de la porte du conducteur, de l’allumage et des phares. Concevoir un circuit logique ayant ces trois contacts comme entrées et comme sortie une alarme à un si: Les phares sont allumés et l’allumage est coupé. La porte est ouverte et le contact d’allumage est mis.

115 Table de vérité. La table de vérité permet de spécifier le fonctionnement du circuit. Construire une table de vérité c’est donc traduire une donnée de problème en un tableau attribuant des 1 ou des 0 comme valeur des variables d’entrée et de sortie.

116 Les variables d’entrée ne sont autres que les conditions liées au fonctionnement du système. Les variables de sorties sont les résultats attendus. Un système qui a n variables d’entrées présentera un maximum de 2 n éventualités (ou combinaisons).

117 Ecriture de l’expression booléenne. La procédure est la suivante : 1.Pour chaque cas de la table qui donne 1 en sortie, on écrit le produit logique (terme ET) qui lui correspond. On doit retrouver toutes les variables d'entrée dans chaque terme ET soit sous forme directe soit sous forme complémentée. Si la variable est 0, alors son symbole est complémenté dans le terme ET correspondant.

118 2.On somme logiquement (opérateur OU) ensuite tous les produits logiques constitués, ce qui donne l'expression définitive de la sortie.

119 Simplification de l’expression booléenne. L’objectif de la simplification est de réaliser le circuit le plus simple possible. Il sera moins cher, moins encombrant, moins gourment en énergie et souvent plus rapide! Il existe deux méthodes: 1.La méthode algébrique; 2.La méthode de Karnaugh.

120 Table de Karnaugh. La table de Karnaugh est, tout comme la table de vérité, un instrument qui met en évidence la correspondance entre les entrées logiques et la sortie recherchée. A chaque ligne de la table de vérité correspond une cellule de la table de Karnaugh. Mais les cellules dans la table de Karnaugh ne sont pas dans le même ordre.

121 La construction de la table de Karnaugh s’effectue sur deux axes, en plus elle garanti qu’il n’y a qu’une seule variable qui change entre deux cases voisines. Voici donc les étapes à suivre pour simplifier une expression booléenne en recourant à la méthode des tables de Karnaugh:

122 1.Dessiner la table de Karnaugh et placez des 1 dans les cases correspondant aux lignes de la table de vérité dont la sortie est 1. Mettre ensuite des 0 dans les autres cases. 2.Etudiez la table de Karnaugh et faire des boucles de groupes adjacents de 2, 4, 8, 2 X " 1 " sur la table de Karnaugh. Repérez tous les groupes possibles de 1. Prendre les plus grands groupes. Si vous vous intéressez aux 1, tous les 1 de la table de Karnaugh doivent être pris,

123 même ceux qui sont isolés. Les 1 occupant les extrémités adjacentes du tableau peuvent constituer un groupement. Il est possible d'utiliser plusieurs fois le même 1 ; autrement dit, l’intersection entre les groupements est permis mais pas l’inclusion d’un groupement dans un autre. On peut aussi s’intéresser aux 0 comme le cas d’une équation à partir de la table de vérité.

124 2.Eliminer la ou les variables qui apparaissent avec leur complément à l’intérieur d’une boucle et garder les variables restantes. 3.Additionner logiquement les groupes qui restent pour former le minterme simplifié.

125 TP: Test de portes logiques.

126 Exemple 2 : Elaboration de l’équation simplifiée à partir de la table de Karnaugh.

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128 III.9. Les fonctions standards combinatoires.

129 Voici une liste non exhaustive des principales fonctions standards combinatoires : 1.Le décodeur (X/Y) ; 2.L'encodage de priorité ; 3.le transcodage de nombres (BIN→BCD, BCD→BIN, BCD→7SEG, etc.) ; 4.Le multiplexeur (MUX) ; 5.Le démultiplexeur (DMUX) ;

130 1.Le comparateur (COMP) ; 2.les opérateurs arithmétiques (additionneur, soustracteur,...).

131 III.9.1. Décodeur (X/Y). Un décodeur est un circuit logique combinatoire qui permet d'identifier la combinaison qui est active. Nous parlerons du décodage de la combinaison d’entrée X. Il comporte:  une entrée de X bits à décoder (sélection),  une entrée de validation (enable), et  2 X (=Y) sorties.

132 La sortie, dont le numéro correspond à la valeur codée donnée en entrée, sera activée si l'enable est actif. Toutes les autres sorties sont inactives. Le décodeur n’a qu’ une seule sortie active à la fois. Dans le cas où l’entrée de validation est inactive toutes les sorties sont alors inactives.

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135 III.9.2. Multiplexeur (MUX). Un multiplexeur est un système combinatoire qui met sur sa sortie unique la valeur d'une de ses 2 n entrées de données, le numéro de l'entrée sélectionnée étant fourni sur les n entrées de commande.

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139 III.9.3. Comparateur.

140 4. Unité arithmétique et logique (alu).