Les Portes Logiques

1.1.Descriptions

Les portes logiques s 'appuient sur les principes de la logique binaire ( 0 , 1 ).

Nous allons passer en revue les différentes portes et tout d' abord quelques rappels et analogies avec les circuits électriques .

Le 0 représente un interrupteur ou contacteur ouvert (le courant ne passe pas) Le 1 représente un contacteur fermé (le courant passe).

Un contacteur normal ( a ) laisse passer le courant quand on l'actionne, un contacteur inverse ( ) quand on le laisse au repos .

1.1.1.La fonction OUI

Si a = 0 alors s = 0 et si l' ont actionne a ; a = 1 alors s = 1 ( la led s' allume ).

a s 0 0 1 1

1.1.2.La fonction NON

Si = 0 alors s = 1 et si = 1 alors s = 0

a s 0 1 1 0

1.1.3.La fonction ET

On effectue une fonction ET par la liaison de 2 contacteur en série (il faut appuyer sur a ET b pour que le courant passe),

s = a . b

a b s 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

1.1.4.La fonction OU

On effectue la fonction OU par la liaison parallèle (il faut appuyer sur a OU b pour que le courant passe).

s = a + b

a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

1.1.5.La fonction OU EXCLUSIF

s = a+b

a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

1.2.Symboles

SYMBOLE (Norme MILSTD 086B)	NOM ET ÉQUATION	SYMBOLE (notation française)
	OUI ( non inverseur ) a = a
	INVERSEUR
	ET s = a.b
	OU s = a+b
	NON-ET
	NON-OU
	OU EXCLUSIF
	NON-OU EXCLUSIF

 1.3.Unités ; Formules

Pour bien comprendre le fonctionnement des portes logiques il faut connaître absolument quelques définitions rencontrées dans les DATA BOOKs .

Les portes logiques sont regroupées dans un circuits intégrés qui peuvent êtres de deux types de technologies différentes TTL ou CMOS .

1.3.1.Tension d' alimentation ( Supply voltage )

Le circuit contenant les portes doit être alimenté la plupart du temps sur ces broches 14 ,16 pour VCC ou VDD, alimentation + et sur la broche 7 , 8 pour GND ou VSS , alimentation - .

La technologie TTL ( tout à transistors ) demande une alimentation du circuit en + 5 Volts +/- 5 %
La technologie CMOS (transistors MOS ) peut fonctionner de +3 à +15 V

1.3.2.Tension d' entrée ( input voltage )

En logique ( positive ) , la valeur "1" est attribuée à la tension d' alimentation et la valeur "0" à la masse ou à l' alimentation zéro .En réalité , il ne s'agit pas de tension exactes mais bien de marges qui varient selon le type de technologie , le TTL ( le plus utilisé dans l' industrie ) et le CMOS ( le plus utilisé pour l' électronique de loisir à cause de sa plage d' alimentation ) .Ces marges varient qu' il s' agisse des niveaux moyens à l 'entrée ou à la sortie des portes .

la tension d' entrée V IHmin ( minimum High level Input Voltage ) correspond à la d.d.p minimale qu' il faut appliquer sur l' entrée d' un opérateur logique pour que cette entrée soit interprétée comme un état haut logique "1" .
Ex : V IHmin = 2V pour le 74LS21 ( TTL 5V )

V IHmin = 1,5 V pour le CD4081 ( CMOS à 5 V ) et V IHmin = 9 V à 15 V

La tension d' entrée V ILmax ( maximum Low level Input Voltage ) correspond à la d.d.p maximale qu' il est possible d' appliquer sur une entrée d' un opérateur logique pour que cette entrée soit interprétée comme un état bas logique "0" .
Ex : V ILmax = 0,8 V pour le 74LS21

V ILmax = 2V pour le CD4081 à 5 V

1.3.3.Tension de sortie ( output voltage )

la tension de sortie V OHmin ( minimum High level Output Voltage ) correspond à la valeur minimale de tension , garantie par le constructeur en sortie de l' opérateur logique , lorsque cette sortie est à l' état haut logique "1" .
Ex : V OHmin = 3,4V pour le 74LS21 ( TTL 5V )

V OHmin = VCC pour le CD4081 ( CMOS )

La tension de sortie V OLmax ( maximum Low level Output Voltage ) correspond à la valeur maximale de tension , garantie par le constructeur en sortie de l' opérateur logique , lorsque cette sortie est à l' état bas logique "0" .
Ex : V OLmax = 0,25 V pour le 74LS21

V OLmax = 0,05V pour le CD4081 à 5 V

1.3.4.Courant d' entrée ( input Current )

le courant I IHmax ( maximum High level Input Current ) correspond à la valeur maximale du courant pouvant être absorbé par l' entrée d' un opérateur logique lorsque cette entrée est à l état haut "1" .
Ex : I IHmax = 20 µA pour le 74LS21

I IHmax = 0,3 µA pour le CD4081 à 15 V

le courant I ILmax ( maximum Low level Input Current ) correspond à la valeur maximale du courant pouvant être fourni par l' entrée d' un opérateur logique lorsque cette entrée est à l état bas "0" .
Ex : I ILmax = - 400 µA pour le 74LS21

I ILmax = - 0,3 µA pour le CD4081 à 15 V

1.3.5.Courant de sortie ( output Current )

le courant I OHmax ( maximum High level Output Current ) correspond à la valeur maximale du courant pouvant être fourni par la sortie d' un opérateur logique lorsque cette entrée est à l état haut "1" .
Ex : I OHmax = - 400 µA pour le 74LS21

I OHmax = - 800 µA pour le CD4081 à 15 V

le courant I OLmax ( maximum Low level Output Current ) correspond à la valeur maximale du courant absorbé par la sortie d' un opérateur logique lorsque cette entrée est à l état bas "0" .
Ex : I OHmax = 8 mA pour le 74LS21

I OHmax = 8 mA pour le CD4081 à 15 V

1.3.6.Temps de Propagation ( Propagation Delays )

Le passage de l' état logique "0" à l' état logique "1" , et inversement ne sont pas instantanés mais prennent un temps :

tPLH = temps de propagation LOW to HIGH en ns ( nano secondes )
tPHL = temps de propagation HIGH to LOW .

Ex : tPLH = 8 ns pour le 74LS21

1.3.7. Puissance consommée

La puissance consommée " p " en mW ( milli watts ) par un boitier dépend de sa fréquence d' utilisation et du nombre d' opérateurs utilisés .
Ex : 2mW par opérateur pour le 74LS21

1.3.8.Sortance ( fan out )

La sortance est le nonbre maximal d' entrées que l' on peut connecter à une sortie .

Ex : pour le CD4081 : Fan out of 2 driving 74L or 1 driving 74LS

1.4.Valeurs

Les opérateurs logiques ET , OU , etc se présentent sous la forme de circuits intégrés , chaque circuits comportent plusieurs opérateurs ( portes ) du même type .Exemple un circuit CD 4081 ( porte ET ) comporte 4 portes identiques à 2 entrées ; un circuit 74LS21 ( porte ET ) comporte 2 portes identiques mais avec 4 entrées .

Voici quelques circuits logiques :

Les portes existent aussi à l' unité :

1.5.Variantes

Les PLD ( Programmable Logic Devices ) sont des circuits logiques programmables .Ils regroupent différentes familles tels que les PAL ( Programmable Array Logic ) c'est à dire réseau logique programmable , aujourd'hui ont peut distinguer les PAL bipolaires ou PAL ( tout court ) à fusibles et les PAL CMOS ou E2PAL programmables et effaçables électriquement qui s'apparentent en fait aux GAL .Les GAL ( Generic Array Logic ) c' est à dire réseau logique générique sont en effet programmables et effaçables électriquement ; l'appellation GAL est une marque déposée .

1.6. Utilisations

2.1.Composition

2.2.Formules +

3.1.Exercices

4.1.Programmes

5.1.Liens

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