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MPI n°14 : Les portes logiques – Applications

Objectif : Etudier quelques applications des portes logiques.

Les portes logiques sont fréquemment utilisées dans les montages électroniques. Elles permettent de réaliser de nombreuses fonctions comme par exemple la bascule que nous allons étudier dans les montages suivants.

I.       Alarme anti-intrusion

Dans le montage d’une alarme représenté ci-dessous, le bouton poussoir  représente le contacteur placé sur une porte ou une fenêtre. Le bouton poussoir ‚ est caché dans la maison.

è Réaliser ce montage à l’aide du logiciel Crocodile Physics

è Lorsqu’un intrus ouvre la porte ou la fenêtre, le bouton-poussoir  est actionné. Actionner le bouton-poussoir  autant de fois qu’on le souhaite, puis le bouton-poussoir ‚. Observer.

Rem : Les boutons-poussoirs sont au repos en position fermée. Lorsqu’on appuie sur un bouton-poussoir, on ouvre le circuit correspondant.

Important : On appelle potentiel d’un point du circuit la tension entre ce point et la masse du circuit (potentiel 0V). Dans Crocodile Physics, si on veut mesurer le potentiel du point E₁, soit on place un voltmètre entre le point E₁ et la ligne 0V, soit on place la souris sur le fil à proximité du point E₁ et la valeur s’affiche.

Questions :

1-      Quel est le potentiel de l’entrée E₁ en fonction de la position du bouton poussoir  ?

2-      Avant d’actionner les boutons poussoirs, quelle est la diode allumée ? L’alarme fonctionne-t-elle ? Préciser l’état des sorties S₁ et S₂. Donner l’état des entrées E₁, E’₁, E₂ et E’₂.

3-      Que se passe-t-il lorsqu’on appuie sur le bouton-poussoir  ? Donner les nouveaux états des entrées E₁, E’₁, E₂ et E’₂ et des sorties S₁ et S₂ lorsque le bouton-poussoir  est enfoncé.

4-      Observe-t-on un changement lorsqu’on relâche le bouton-poussoir ? Même question lorsqu’on actionne à nouveau le bouton-poussoir .

5-      Pourquoi dit-on qu’un signal mémorise l’intrusion ?

6-      Quel est le rôle du bouton-poussoir ‚ ? Donner les nouveaux états des entrées E₁, E’₁, E₂ et E’₂ et des sorties S₁ et S₂ lorsque le bouton poussoir ‚ est enfoncé, puis lorsqu’il est relâché.

7-      Pourquoi l’alarme est-elle de nouveau prête à fonctionner lorsque le bouton poussoir ‚ est actionné ?

8-      Justifier le nom de « bascule » donné à l’ensemble formé par les deux portes NON-ET.

II.   Alarme et photorésistances

1-      A l’aide du matériel posé sur la paillasse, déterminer à quoi sert une photo résistance.

On réalise une alarme à l’aide de deux photorésistances identiques. Lorsqu’une personne passe devant une photo résistance, l’alarme nous avertit. Le schéma du montage est représenté ci-dessous.

Avant de réaliser le montage, répondre aux deux questions suivantes :

2-      Calculer les potentiels du point A lorsque la photorésistance est éclairée normalement et que sa résistance est égale à 400 Ω.

3-      Que peut-on dire des potentiels des points A et B lorsque les deux photos résistances sont soumises au même éclairage ?

Réaliser le montage avec Crocodile Physics et répondre aux questions suivantes :

4-      Lorsqu’un intrus occulte la première photorésistance, sa résistance R devient très grande devant 1 kΩ. Comment évoluent les potentiels des points A et C ?

5-      Repérer les points A, B, C et D à l’aide de sorties logiques et établir une table de vérité à partir de ces quatre points.

6-      Comment détermine-t-on l’état du point E ?

7-      Sachant que l’ensemble formé par les deux dernières portes forme une bascule, compléter la table de vérité suivante :

8-      On met l’inverseur à l’état haut, l’alarme ne fonctionne pas. Donner l’état des points D, E, F et G.

9-      L’alarme se met-elle en marche lorsqu’un intrus passe devant une photo résistance ?

10-   Si l’intrus veut enlever la photorésistance, l’alarme s’arrête-t-elle ?

11-   Comment faire pour arrêter l’alarme ?

III.           Simulation d’un péage d’autoroute

1.      Introduction

2.      Des objectifs à atteindre

En réfléchissant de manière naturelle et logique, traduire le fonctionnement de la situation en langage binaire en respectant les consignes données ci-dessus.

Si l'on considère que les valeurs de Péage et Cellule constituent les entrées et Feu vert, Feu rouge et Alarme des sorties, retrouver quels opérateurs logiques sont capables de gérer la situation.

3.      Des questions à se poser et des problèmes à résoudre

·         Comment détecter électriquement si l'utilisateur a payé. Quel composant électrique choisir ?

·         Comment détecter le passage de la voiture et le traduire en langage binaire ?

·         Comment faire pour que les feux s'allument au bon moment ?

·         Comment avoir des tensions d’entrées correctes aux bornes des portes logiques ?

·         …

4.      La simulation sous Crocodile Physics

Pour résoudre tous ces problèmes utilisez Crocodile Physics et construisez pas à pas les différentes parties de votre circuit électrique. Reproduire ensuite le schéma final ci-dessous :