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EOL le blog de l'éolien



Quelques composants d'électronique Numérique



Nous allons aborder quelques composants pouvant servir et présents au sein de structures telles que les microcontroleurs.

- Les Compteurs.
- Les Multiplexeurs.
- Les Mémoires.
- Les convertisseurs Analogique-Numérique.
- L'Unité Arithmétique et Logique (UAL).





Les compteurs.

Les compteurs sont des composants qui comme leur nom l'indique permettent d'incrémenter ou de décrémenter un nombre binaire. L'entrée notée Clk (Clock = horloge) permet d'opérer sur le nombre présent en sortie du compteur d'une unité. Cette entrée peut être active soit sur front montant, soit sur front descendant. Lorsque cette entrée "passe" de 0 à 1 c'est le front montant, à l'inverse c'est un front descendant. Il existe toujours une entrée Reset qui permet de remettre à zéro le compteur. Il existe souvent une entrée permettant de choisir le monde incrémental ou décrémental. D'autres compteurs ont la particularité de pouvoir "charger" un nombre binaire présent sur des entrées spéciales et validé par une entrée appelée "Load".



Avec ce genre de compteur nous auront sur les sorties A3-A0 le chiffre zéro au départ.
Par exemple : Après 10 tops d'horloge (10 front montants sur l'entrée Clk), nous aurons sur les sorties A3-A2-A1-A0 = 1-0-1-0 = 10.

Les Multiplexeurs. (mux)

Les multiplexeurs sont des composants qui servent à "eguiller" les signaux numériques.



Sur ce dessin vous pouvez comprendre que l'adresse détermine quelle ligne va être en contact avec la sortie S. Par exemple, si l'adresse était 000 ce serait la ligne d'entrée D0 qui serait recopiée sur la sortie S. D'ailleurs il faut savoir que le composant qui permet d'envoyer un ligne vers plusieurs s'appelle à l'inverse : un démultiplexeurs (demux).
Vous pouvez voir qu'il est écrait 8->1, ce qui signifit 8 lignes d'entrées vers une ligne de sorties, donc 8 adresses différentes possibles.

Les Mémoires.

Il existe 2 types principaux de mémoires : RAM (random access memory) ou ROM (Read only memory).

La RAM est une mémoire vive, c'est à dire une mémoire volatile. Elle permet de stocker des octets en vue d'une utilisation assez rapide ou bien des octets qui cours d'utilisations. Je vous donne un exmeple bien concret : lorsque ce qu'un microprocesseur exécute des calculs, il est nécessaire de stocker les valeurs qui étaient présentes avant la "demande" de ce calcul dans une mémoire afin de pouvoir reprendre le programme là ou il en était, avec les valeurs correspondantes aux varaibles. C'est d'ailleurs le principe de la pile (STACK) que vous pourrez étudiez dans le cours de M.Bigonoff.
C'est assez souvent, pour ne pas dire toujours, que ce genre de mémoire se voir effacer lorsque l'alimentation est coupée.

EPROM


Les ROMs représente une famille de mémoire dites "Mortes", mémoires qui ont la capacité de "garder" en mémoire les données. Il existe des Mémoires mortes effaçable par Ultra Violet (EPROM), d'autres électriquement (EEPROM), certaines ne sont mêmes pas effaçables (PROM).
Il existe plusieurs modes d'écritures pour enregistrer les données à l'intérieur des mémoires mortes : Mode Parallèle (l'octet est écrit en une passe), Mode Série (l'octet est enregistré bit par bits), Semi-parallèle, etc..... (à savoir que c'est pareil pour la lecture)

Le fonctionnement des mémoires est assez simples. Il suffit presque toujours de renseigner l'adresse d'écriture et la donnée à écriture (1 ou 2 octets). Pour la lecture c'est à peu près la même chose, il suffit de renseigner l'adresse que l'on veut lire sur les entrées d'adresses. Pour renseigner la mémoire sur l'action à effectuer, l'entrée R/W sélectionnera celle-ci (Read/Write).

Les Convertisseurs Analogique/Numérique.

Les convertisseurs analogique/numérique permettent comme leur nom l'indique de "transformer" une valeur analogique en valeur Numérique proportionnelle à celle-ci. L'étape de convertion prends évidemment un certain temps, ou nous parlerons de temps d'acquisition qui déterminera le taux d'échantillonnage maximum du système.

En effet, selon le théorême de Shannon, le taux d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieur à la fréquence maximale à échantillonner (entendre numériser).

La valeur numérique sera exprimée par un mot de n bits, celui-ci nous donnera la résolution du convertisseur.La plus plus petite variation de l'entrée qui fera augmenter de "1" la sortie numérique s'appellera : pas de quantification ou bien quantum du convertisseur. Celui-ci se choisit très facilement puisque le convertisseur connaît sa limite haute (lh) et sa limite basse (lb) en tension (analogique), ceci grâce à deux entrées qui permettent de fixer ces seuils. Ensuite le pas de quantification est égale à la différence entre les limites divisée par 2 à la puissance de la résolution du CAN(convertisseur analogique-numérique) moins 1 puisque le zéro ne compte pas.

2N-1 représente la valeur maximale que pourra atteindre la sortie numérique du CAN, ex : 8 bits -> 2p8 - 1 = 255, c'est bien la valeur maximale que nous pourrons atteindre avec une résolution de 8 bits.

Par exemple :



Dans cet exemple la limite haute est 5 volts, la basse est 0 volts (la masse). La fréquence d'échantillonnage F est en fait choisit à l'aide composants périphériques à un CAN; ici elle est schématisée simplement par une horloge.

Comme la fréquence du signal analogique est égale à 2 kHz, la fréquence d'échantillonnage doit être au moins de 4 khz (Shannon).

La résolution est ici de 8 bits (1 octet), lh= 5, lb =0 donc le pas de quantification sera égale à :
(5-0)/(2p8 - 1) = 5 / 255 = 19,6 mV

Si par exemple le signal analogique est égale à 2,3 volts au moment T, la sortie numérique sera égale à cette valeur divisée par le pas de quantification :
2,3 / 0,0196 = 117,34

En binaire il ne restera que 117 -> b'01110101'

Après, c'est à vous de préparer votre programme en sachant que 117 représentera 2,3 volts à l'entrée analogique.
Sachez que les convertisseur Numériques-analogique fonctionne quasiment de la même manière mais à l'inverse, il existe aussi un temps de convertion qui limite la montée en fréquence, un pas de quantification (le résultat analogique d'une différence de 1 bits à l'entrée), etc....

L'unité Arithmétique et Logique

On pourrait dire que ce composant est presque dèjà ce qu'on peut appeller un calculateur. En effet il permet de calculer plusieurs sortes d'opérations mathématiques entres plusieurs termes. Il en existe à 2 entrées de 4 bits, 2 entrées de 8 bits, etc.... en fait, une multitude. Nous allons prendre un exemple pour essayer de comprendre son fonctionnement.

Exemple :



Sur la sortie S nous trouverons le résultat de l'opération sélectionnée sur les entrées C2..C0. En fait il faut savoir que le tout est gérer par une horloge car l'UAL doit savoir quand faire ses opérations, à quels moments précis l'on va prendre A, prendre B, calculer puis donner le résultat sur S. Cette horloge est bien sûr commandé par un système extérieur à l'UAL car celle-ci ne sait pas si les données A et B sont bien présentes sur ses entrées.

Ce sont les entrées C2..C0 qui selectionnent le type d'opération à effectuer. Ci-dessous vous trouverez un tableau, attention son contenu n'est qu'un exemple, il ne correspond pas à une table de vérité d'une UAL mais il permet néanmoins de bien appréhender la philosophie de celle-ci.

UAL opérations


C2 C1 C0 Type d'opération
0 0 0 Addition A+B
0 0 1 Sustraction A-B
0 1 0 Sustraction B-A
0 1 1 Multiplication AxB
1 0 0 Division A/B
1 0 1 Division B/A
1 1 0 Inverse A
1 1 1 Etc...


Bon, pour l'instant c'est tout mais prochainement une suite qui pourrait bien plaire aux passionnés de numérique, surtout l'automatisme !!!