Thèmes:
- Préface
- Des portes logiques
- Circuits combinatoires et applications automobiles
Préface:
Le traitement de l’information des véhicules automobiles modernes est en grande partie, voire pas entièrement, numérique. Les informations numériques sont constituées de tensions électriques, où un oui/non ou un marche/arrêt est formé en fonction du niveau de tension. Dans le électronique d'interface est situé sur un convertisseur A/D (Analogique/Numérique) où la tension d'un capteur est convertie en un message numérique composé de uns et de zéros.
En électronique numérique on parle d'un 1 logique ou d'un 0 logique. Les tensions sont au niveau TTL (Transistor Transistor Logic).
- Oui ou sur : logique 1: 5 volt
- Non ou éteint : logique 0: 0 volt
Les circuits électroniques de base des calculateurs contiennent de nombreux circuits intégrés qui créent des circuits logiques. Ces circuits logiques contiennent des portes logiques qui peuvent être contrôlées par le processeur soit matériellement, soit logiciellement.
Des portes logiques:
L'ALU (Arithmetic Logic Unit) est la partie centrale du microprocesseur d'un ECU. L'ALU effectue des opérations arithmétiques et logiques. L'ALU vérifie également où se trouve dans la mémoire la prochaine commande du programme à exécuter.
L'ALU contient des portes logiques souvent construites à partir de semi-conducteurs en silicium. Les portes logiques peuvent effectuer des opérations en quelques nanosecondes à l'aide d'un code binaire ; une combinaison de uns et de zéros. Cela donne une commande composée de deux options : marche ou arrêt, conductrice ou non conductrice. Plusieurs commandes sont traitées simultanément dans l'ALU et travaillent ensemble pour former un « mot » de 8, 16 ou 32 bits, selon l'architecture de l'ordinateur. Un mot représente la plus grande quantité de données stockées dans un seul registre de données. Il s’agit de la quantité de données pouvant être traitées simultanément par le processeur.
Les opérations de base suivantes ont lieu dans une ALU :
- déplacer une ou plusieurs positions de bits vers la gauche ou la droite (shift)
- effectuer des opérations arithmétiques sur deux mots, telles que l'addition ou l'addition (ajouter) ;
- effectuer des opérations logiques sur les données (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Les images ci-dessous montrent l'ALU sous forme de symbole (à gauche) et avec les symboles CEI qui traduisent l'opération de A et B (entrant) vers R (sortant).
Les portes NOT, OR et AND que nous voyons dans l’ALU de droite sont les portes les plus couramment utilisées pour effectuer des opérations logiques. Il existe des ports qui s'ajoutent à ces trois ports de base. Nous y reviendrons plus tard sur cette page. Avec les portes NON, OU et ET, les résultats des entrées peuvent être préprogrammés. Grâce à un circuit qui allume une réponse telle que oui/non ou vrai/faux, par exemple le témoin du frein à main, le feu peut être activé en fonction de deux entrées.
- le frein à main est-il serré ?
- le niveau du réservoir de liquide de frein est-il correct ?
Si l’une ou les deux réponses peuvent être répondues par « oui », le voyant s’allume. D’autres exemples suivent plus loin sur cette page.
Le tableau ci-dessous présente ces trois ports de base. Sur cette page, nous utilisons principalement les noms anglais (AND au lieu de EN) afin de ne créer aucune confusion pour vous en tant que lecteur, mais les deux sont bien sûr corrects. Il en va de même pour les symboles (IEC et ANSI). Nous appliquons les symboles CEI, mais dans la littérature américaine, nous voyons principalement les symboles ANSI. Ce qui suit s'applique également : ne les mélangez pas et utilisez un seul type de symbole.
Sous le tableau, une explication est donnée des propriétés de chaque porte et la table de vérité montre quelles entrées vous donnent une sortie de 0 ou 1.
Vous trouverez ci-dessous l'explication des trois portes avec le symbole et la table de vérité, montrant les sorties pour différentes combinaisons d'entrées.
ET portail :
La porte ET (néerlandais : porte ET) peut avoir plusieurs entrées, mais n'a toujours qu'une seule sortie. Dans l'image, nous voyons les entrées a et b. Il est possible de mettre un 1 ou un 0 sur les deux entrées, indépendamment l'une de l'autre. La sortie (Q) devient 1 si les deux entrées (a et b) sont 1. Dans tous les autres cas, la sortie Q est 0.
- Avec deux entrées de la porte ET (dans ce cas les entrées A et B), il existe quatre circuits possibles pour générer une sortie. Ceux-ci sont affichés dans la table de vérité, à droite de l’image de la porte ET.
- Avec quatre entrées, il y a 16 possibilités ;
- Avec huit entrées, il y a même 256 possibilités.
OU porte :
La porte OU (néerlandais : OF gate) peut également avoir plusieurs entrées, avec une sortie. Avec une porte OU, la sortie est 1 si l'une des deux entrées est un 1, ou si les deux entrées sont un 1.
PAS de porte :
La porte NOT (néerlandais : NOT gate) fonctionne comme un inverseur et n'a qu'une seule entrée et sortie. Le signal d'entrée est inversé : lorsque le signal d'entrée est à 1, le signal de sortie devient 0 et vice versa.
Outre les circuits mentionnés (ET, OU et NON), on connaît également un certain nombre de circuits logiques dérivés. Avec ces circuits, nous pouvons combiner deux des circuits évoqués précédemment en un seul circuit.
Porte NAND :
La porte Non-ET est une porte ET suivie d'une porte NON. La sortie est 1 si plusieurs entrées ont un 1. Ce n'est que lorsque toutes les entrées ont un 1 que la sortie est un 0. C'est exactement le contraire de la porte ET discutée précédemment.
Porte NI :
La porte Non-OU (Non-OR gate) est une porte OU suivie d'une porte NON. Il peut avoir plusieurs entrées et n’a qu’une seule sortie. Dans ce circuit, la sortie ne sera que 1 lorsque les deux entrées seront 0.
Porte XOR :
La porte OU exclusif est une porte dont la sortie est 1 lorsqu'une seule entrée est 1. Lorsque les deux entrées ont le même état logique, la sortie devient 0. La porte XOR n'a jamais plus de deux entrées.
Port XNOR :
La porte OU exclusif est équipée d'une porte NON, ce qui en fait une porte NON-OU exclusif. La sortie est inversée au niveau de la porte XOR.
Pour chaque circuit intégré, il est important qu'une alimentation et une masse soient connectées pour obtenir un circuit fermé. Les deux ports doivent également recevoir une tension pour empêcher une mesure flottante. Des résistances pull-up et pull-down sont nécessaires pour commuter correctement les entrées et sorties. Sans ces résistances, les ports peuvent rester « actifs » tout en n’étant pas contrôlés. Les ports ne sont alors pas fiables.
Circuits combinatoires et applications automobiles :
Les circuits intégrés numériques peuvent être connectés entre eux en connectant la sortie d'un circuit intégré à l'entrée de l'autre circuit intégré. Avec ces combinaisons, des circuits peuvent être créés qui produisent une combinaison de sortie souhaitée pour n'importe quelle combinaison d'entrée souhaitée. Lorsque plusieurs CI sont connectés ensemble, on parle de circuit combinatoire. Pour avoir une idée des circuits combinatoires, des exemples techniques automobiles sont donnés ci-dessous.
Circuit d'avertissement lumineux:
Un exemple pratique de circuit combinatoire est celui de l’avertissement lumineux. Lorsque le contact est coupé et que la porte est ouverte alors que les feux extérieurs sont allumés, le conducteur doit être averti par un signal sonore. La porte ET est utilisée pour les trois signaux d'entrée. Comme décrit dans la section précédente, toutes les entrées de la porte ET doivent être à 1 pour obtenir un 1 sur la sortie et activer le buzzer. Si l'une des trois entrées de la porte ET est à 0, la sortie reste à 0 et le buzzer reste éteint.
- Interrupteur d'éclairage : lorsque l'interrupteur est éteint, l'entrée a affichera un 0. Lorsque les feux de stationnement ou de croisement sont allumés, cela devient un 1 ;
- Serrure de contact : lorsque la serrure de contact est activée, un 1 apparaît sur l'entrée b. A la coupure du contact, un 0. Dans ce cas, la porte NON inverse le 0 en 1 pour obtenir le signal correct pour la porte ET.
- Interrupteur de porte : lorsqu'une porte est ouverte, le signal est mis à la masse. Tout comme pour le contacteur d'allumage, le 0 doit être inversé en 1 pour que la porte ET fonctionne correctement.
