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La logique binaire
-1- En logique, il n'existe que 2 états possibles, représentés par deux nombres entiers, le 0 et le 1.
-2- Le nombre entier 0 représente une lampe éteinte et le 1 représente une lampe allumée.
Il existe de la logique binaire programmée et de la logique binaire câblée.
Nous allons voir la logique binaire câblée.
---- Les portes logiques
En général, un 0 logique = +0 v, et un 1 logique = +5 v.
Elle peut travailler jusqu'à une fréquence de 2 Mhz minimum.
-1- La porte non inverseuse ou porte amplificatrice (buffer).
Pour chacune des portes logiques, on lui donne sa table de vérité.
Dans celle-ci, à gauche on y place les entrées et à droite, on y met les sorties.
-2- La porte inverseuse ou porte inverseuse amplificatrice S = non-A.
-3- La porte logique ET.
La sortie de cette porte logique ET sera à 1, uniquement, si ces 2 entrées A et B seront à 1.
-4- La porte logique OU.
La sortie de cette porte logique OU sera à 1, dès que l'une de ces 2 entrées A ou B sera à 1.
-5- La porte logique OU exclusive
-6- La porte logique non-ET. C'est une porte ET inversée. Une inversion est représentée à la sortie
par un petit cercle.
-7- La porte logique non-OU. C'est une porte OU inversée. Une inversion est représentée à la sortie par un petit cercle.
Voici un circuit intégré logique avec 4 portes logiques non-ET.
Les portes logiques peuvent donner un certain courant électrique pour allumer une diode LED au travers d'une résistance en série avec cette LED.
Le courant est souvent fourni au niveau 0 logique.
-- Un grand principe en logique ne jamais laisser une entrée logique non connectée (nc).
-- Tout circuit intégré logique doit avoir au plus près de lui un condensateur de 100 nF sur ses 2 bornes d'alimentation.
-- Et 2 sorties de porte ne peuvent pas être connectées ensemble.
-- La fréquence maximale qu'une porte logique peut supporter dépend de la température de celle-ci, du fabricant de cette porte, des résistances de sortie, de la capacité de sortie, du courant de sortie ainsi que du temps de réponse de la porte et du nombre de transistors de celle-ci.
La fréquence maximale d'une porte logique n'est pratiquement jamais donnée dans les datasheets de cette porte.
Un peu d'histoires
Au début, on fait des portes logiques avec des diodes, c'est la DL, cours.
Il y a beaucoup de technologie différente pour réaliser une porte logique câblée.
En 1959, il sort la RTL (vidéo) et ce fut un échec, puis, en 1960 arriva la DTL.
La TTL arriva en 1961.
La plus connue est la technologie TTL qui fonctionne à +5 V à 5% près pour un 1 logique et 0 v pour un 0 logique et entre +10°C et +60°C.
Par exemple, la série 74xx et 74xxx des années 1961 peut travailler à 25 Mhz.
Et en 1963, arriva alors une TTL encore plus rapide la 74Hxx, à 36 Mhz.
Puis arriva la technologie Cmos, en 1964, qui fonctionne de +5 à 15 V pour un 1 logique et 0 v pour un 0 logique et entre -10°C et +60°C, elle peut travailler à 5 Mhz.
Une porte Cmos qui travail avec une tension de +15 v résiste mieux au parasites.
Par exemple, la série 4xxx et 45xx des années 1965, elles consomment beaucoup moins que la précédente. Les versions militaires travail entre -50°C et +100°C.
En électronique dite commerciale (pour les amateurs), on restera entre +10°C à +60°C.
Il ne faut pas rigoler avec cela, certain PC ne démarre pas à +5°C, pour les PC industriels, c'est entre -35°C et +70°C.
Et pour l'espace qui est très froid, c'est parfois un vrai casse-tête.
On aura parfois besoin de boîte régulée thermiquement et aussi très blindé aux divers rayonnements et aux parasites.
Aujourd'hui, il est très facile d'envoyer dans l'espace un petit satellite de 5 cm³, sauf que c'est un vrai casse-tête juridique, il ne faut en aucun cas nuire à personne.
Le microcontrôleur 16F84A est de la logique programmable qui fonctionne correctement de +10°C à +35°C. Il y a des détecteurs de présence qui à +2°C ne fonctionnent pas ou fonctionnent très mal. La meilleure température pour l'électronique est entre +18°C et +25°C.
Avec le réchauffement de la planète, il faut prévoir pour une température de +50°C.
Oh, combien avons-nous jeté de congélateurs qui s'arrêtaient à cause de la canicule.
La norme des congélateurs est passée de +38°C à +43°C, il faudrait qu'elle passe à +50°C.
C'est quand même, quand il fait très chaud que le congélateur doit fonctionner au plus fort, et s'il s'arrête à ce moment-là, c'est la grosse catastrophe, même si au soir il se remet à fonctionner à cause d'un régulateur de tension de +5 v nommé LM7805, qui possède une protection thermique.
Le 7805 sera donc très utilisé pour la logique TTL 74xx à +5 v. 'Avec un radiateur pour 1A schéma '
Le 7812 sera donc très utilisé pour la logique cmos 4xxx à +12 v. 'Avec un radiateur pour 1A '
Il existe un logiciel Batronix pour les datasheets des 7400 et 4000.
1 porte TTL type 74xx peut commander 10 autres portes TTL de même type en 0 logique pour 0 v et un 1 logique pour +5v.
1 porte Cmos type 4xxx peut commander 50 autre portes Cmos de même type peut travailler avec une tension de +5 v à +15 v pour un 1 logique et pour un 0 logique on aura 0 v.
Une porte TTL famille 74xxx consomme 1000 fois plus qu'une porte cmos type 4xxx.
Ce qui consomme le plus avec la famille Cmos type 4xxx, ce sont les commutations de 0 à 1 logique, ou de 1 à 0 logique, c'est pour cette raison que la tension d'alimentation des portes logiques va devoir diminuer de plus en plus au fil du temps. En 2022, la tension est inférieure à 0,8 v.
Une porte TTL de la famille 74xxx peut fournir plus de courant qu'une porte Cmos de la famille 4xxx.
La sortie d'une porte logique aura toujours un peu de retard par rapport à la commande de son entrée.
Depuis 1966, une porte TTL du type 74xxx peut fournir au 1 logique un courant de 6 mA et au 0 logique de 16 mA.
Cela dépend aussi de la durée de l'impulsion. Pour une très courte durée, elle peut fournir un peu plus. La température jouent aussi un rôle.
La fréquence maximale de ce type de porte logique est au maximum de 25 Mhz.
Elles conviennent bien pour commander une diode LED, un buzzer, ou un petit relais.
Depuis 1960, une porte cmos du type 4xxx et 4500 peuvent fournir au 1 logique 0,4 mA et au 0 logique 0,4 mA.
Cela dépend aussi de la durée de l'impulsion. Pour une très courte durée, elle peut fournir un peu plus. La tension d'alimentation utilisée et la température jouent aussi un rôle, ex +5 v ou +15 v.
La fréquence maximale de ce type de porte logique est au maximum de 10 Mhz.
Elles ont une faible consommation. Le cmos à +15v est beaucoup moins sensible aux parasites.
On voit que dans l'idéal, un circuit cmos peut commander une porte TTL, mais l'entrée d'une porte TTL prend plus de courant que l'entrée d'une porte Cmos, c'est pourquoi on va utiliser à sa sortie un ampli buffer comme 4050 ou le 4049.
Mais pas n'importe comment.
1 Les tensions d'alimentation +5 v pour la porte TTL et la porte cmos doivent être la même +5 v.
Il faut respecter les niveaux d'entrée de la porte TTL.
2 Si la tension cmos est plus grande que +5 v, il faut intercaler un cmos 4049 ou 4050 (buffer) alimenté en +5 v.
Il faut que les niveaux d'une sortie de la porte logique zone rouge et bleue entre (inclus) dans les niveaux d'entrées zone rose et bleue ciel d'une autre porte de même type logique.
Si l'on reste toujours dans un même type de portes logiques, ce sera toujours vrai.
Chaque type de portes logiques possède ses propres niveaux logiques.
Il ne faut pas essayer de faire des portes logiques vous-même avec des transistors, elles ne seront jamais aussi rapides que les séries de portes logiques industrielles.
En logique pour choisir le type de portes logiques telles que le cmos ou la TTL, c'est suivant la vitesse et la consommation.
La TTL est plus rapide mais, consomme plus de courant à 25 Mhz.
Le cmos consomme beaucoup moins, mais elle est plus lente de 14 Mhz pour un vcc de +16v et de 5 Mhz pour un vcc de +5 v.
Arrive en 1971, toujours la plus rapide la TTL 74Sxx Schottky à 32 MHz,
Arrive en 1972, toujours la plus rapide la TTL 74LSxx à 40 MHz, elle est de loin la plus utilisée.
Un 74xx peut commander une porte 74LSxx. Une porte lente peut commander une porte plus rapide mais nécessairement pas l'inverse. Un 74xx peut fournir un certain courant au niveau logique 0 de 16 mA alors que le 74LSxx ne peut fournir au niveau logique 0 que 8 mA.
Il existe des portes TTL dont la sortie est à collecteur ouvert.
Le 7403 avec Ic Low 16mA et le 74LS03 avec Ic Low de 8 mA.
Il existe aussi en TTL des triggers de schmitt. (pour la mise en forme des signaux logiques)
Une Porte logique avec une sortie haute impédance
La plus grande majorité des portes logiques peuvent donner plus de courant pour un niveau bas à la sortie de cette porte.
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