Des circuits qui font des choix

Mes premiers pas en Électronique

La section Comment les circuits comprennent les uns et les zéros était consacré aux uns et aux zéros, et vous avez joué avec les bits et les octets dans quelques projets.

Dans cette section, vous allez créer des circuits qui utilisent des uns et des zéros pour prendre des décisions.

Les portes logiques sont des composants qui vérifient les tensions qui représentent ces uns et ces zéros et produisent une tension correspondante.

Je vais vous montrer quelques types de portes logiques et comment les utiliser pour créer un détecteur de code secret.

C'est seulement logique

La logique est un moyen de tirer une conclusion à partir d'informations que l'on sait vraies ou fausses.

Par exemple, imaginez que vous sachiez que l'affirmation suivante est vraie, sans l'ombre d'un doute :

Affirmation 1 :

S'il y a des oranges dans votre réfrigérateur et que vous avez un presse-agrumes, vous pouvez faire du jus d'orange.

Si vous croyez à l'affirmation précédente, deux conditions doivent être vérifiées avant de pouvoir faire du jus d'orange :

Condition 1 : Il y a des oranges dans votre réfrigérateur.

Condition 2 : Vous avez un presse-agrumes.

Si vous examinez votre cuisine et constatez que ces conditions sont vraies, vous pouvez alors conclure logiquement que vous pouvez faire du jus d'orange.

Les ordinateurs utilisent la logique booléenne, un système logique qui fonctionne uniquement avec les valeurs « vrai » et « faux » pour convertir les uns et les zéros en actions.

Pour qu'un ordinateur sache si vous pouvez faire du jus d'orange ou non, il devrait parvenir à cette conclusion grâce à la logique booléenne.

Essayons de penser comme un ordinateur !

Tout d'abord, recherchez les conditions de l'énoncé 1 qui déterminent si vous pouvez faire du jus d'orange ou non.

Dans ce cas, les conditions sont les deux phrases entre « si » et « alors », reliées par « et ».

Attribuez-leur des lettres comme suit :

Il y a des oranges dans votre réfrigérateur = A

Vous avez un presse-agrumes = B

La conclusion est l'énoncé qui suit « alors ». Donnez-lui également une lettre :

Vous pouvez faire du jus d'orange = Q

Avec ces lettres, vous pourriez réécrire l'énoncé 1 comme suit :

« Si A et B, alors Q ».

En abrégé booléen, cela donne :

A ET B = Q

Il s'agit d'une équation logique, où ET est un opérateur comme l'addition ou la soustraction. Lorsque les deux énoncés de chaque côté de ET sont vrais, la conclusion Q est vraie.

Étant donné les conditions 1 et 2, A et B sont tous deux vrais.

En substituant les deux dans l'équation, on obtient :

Vrai ET Vrai = Q

Q = Vrai

Puisque A et B sont tous deux vrais, alors Q doit être vrai.

Il est temps de faire du jus d'orange !

Comment un ordinateur décide quand il peut faire du jus d'orange

Découvrez les portes logiques

De nombreux circuits de votre ordinateur sont des versions physiques d'équations logiques, complétées par des circuits plus petits appelés portes logiques, qui sont des opérateurs logiques physiques.

Une porte logique prend des uns et des zéros (représentant respectivement vrai et faux) en entrée, puis renvoie un 1 ou un 0 en fonction du résultat de l'équation qu'elle contient.

Vous aussi, vous pouvez réaliser des projets vraiment géniaux avec des portes logiques !

Je me souviens de la première fois où mon père m'a parlé des portes logiques : je suis allé directement dans ma chambre et j'ai passé des heures à essayer de les combiner sur papier de différentes manières pour additionner des nombres binaires.

J'espère que vous vous amuserez autant que moi avec elles !

Voyons maintenant comment fonctionnent quelques portes logiques différentes.

Les portes AND (ET) vérifient la présence de deux entrées vraies.

La porte AND est la forme physique de l'opérateur ET que vous avez utilisé pour déterminer si vous pouviez faire du jus d'orange.

Une porte AND possède deux entrées ou plus (A et B, par exemple) et une sortie (Q, par exemple).

Elle vérifie si A et B sont toutes les deux à 1.

Si c'est le cas, alors Q est à 1 ; sinon, la sortie est à 0.

Q est à 1 uniquement si A et B sont toutes les deux à 1 ; si une ou les deux entrées sont à 0, la sortie est à 0.

Je trouve utile d'écrire les valeurs de Q résultant de différentes combinaisons d'entrées dans une table de vérité.

Cette table de vérité présente toutes les combinaisons d'entrée possibles pour la porte AND et leur sortie. Dans une table de vérité, 0 signifie faux et 1 signifie vrai.

Les portes OR (OU) vérifient la présence d'une seule entrée vraie

La porte OR vérifie si l'entrée A ou B est à 1.

Si l'une ou les deux sont à 1, la sortie Q est également à 1.

En revanche, si les deux entrées sont à 0, la sortie est à 0.

Portes NOT (NON) inverseuses

La porte NOT , aussi appelée inverseur, ne possède qu'une entrée et une sortie, et son fonctionnement est très simple :

la sortie est l'inverse de l'entrée.

Si l'entrée est à 1, la sortie est à 0.

Si l'entrée est à 0, la sortie est à 1.

Une porte AND plus grande

Les portes AND et OR peuvent avoir plus de deux entrées.

Par exemple, voici un symbole de porte AND à 4 entrées :

Comme il s'agit d'une porte AND , le résultat sera 1 seulement si les quatre entrées sont à 1 ; sinon, il sera 0.

Autrement dit, la sortie Q est vraie (1) si les quatre entrées (A, B, C et D) sont vraies (1) :

Q = A AND B AND C AND D

Nous pouvons également réaliser une porte AND à 4 entrées à partir de trois portes AND à 2 entrées, comme ceci :

Comment dessiner des schémas de circuits logiques

Vous pouvez utiliser des portes logiques pour construire un circuit qui vérifie des conditions et décide de l'action à entreprendre en fonction de celles-ci.

Par exemple, imaginez que vous puissiez désactiver votre système d'alarme de la section Qu'est-ce que l'électricité ? en saisissant un code secret.

Vous pourriez ensuite laisser l'alarme activée pendant votre absence ; si quelqu'un ouvrait la porte, il devrait connaître le bon code pour désactiver l'alarme. Grâce aux portes logiques, un circuit peut facilement vérifier si le bon code a été saisi.

Voir Aussi : Les portes Logiques

Dans la section Les portes Logiques on retrouve

Les tables de vérité des Portes Logiques : Portes Logiques Table de Vérité

Faire des portes logiques avec des résistances et des diodes : Logique diode-résistance (DRL)

Faire des portes logiques avec des résistances et des transistor:  Logique Résistance-transistor (RTL)

Équation logique pour un code secret

Supposons que le code secret soit 1001, et que lorsqu'il est détecté, une LED s'allume pour indiquer la réussite.

Lors de la construction de circuits logiques, il est utile d'écrire l'équation logique de votre circuit avant de le construire ; alors, entraînons-nous.