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Électronique numérique PDF
Contenu du livre :
1 Concepts fondamentaux
2 SYSTÈME DE NUMÉROTATION ET CODES
3 CONCEPTION DE LA LOGIQUE COMBINATIONNELLE
4 TONGS
5 REGISTRES
6 COMPTEURS
7 INTRODUCTION DE LA FAMILLE LOGIQUE NUMÉRIQUE
1.1 SIGNAUX ANALOGIQUES
Nous connaissons très bien les signaux analogiques. La lecture d'une bobine mobile ou d'un voltmètre et d'un ampèremètre à fer mobile, d'un wattmètre à dynamomètre, etc., sont toutes des quantités analogiques. La trace sur un écran CRO est également analogique. Les méthodes analogiques pour les systèmes de communication sont utilisées depuis longtemps. Le multiplexage par répartition en fréquence est le moyen de communication analogique. Un amplificateur électronique est un circuit analogique. Le signal analogique de bas niveau (audio, vidéo, etc.) est amplifié pour renforcer le signal. Les systèmes de circuits analogiques (contrôle de position, contrôle de processus) sont utilisés depuis de nombreuses décennies. Les ordinateurs analogiques utilisent des tensions, des résistances et des rotations potentiométriques pour représenter les nombres et effectuer des opérations arithmétiques. La différenciation analogique, l'intégration, etc., est également effectuée. L'amplificateur opérationnel est un circuit électronique analogique très polyvalent utilisé pour effectuer diverses opérations (addition, soustraction, multiplication, division, exponentiation, différenciation, intégration, etc.). Les circuits intégrés analogiques sont largement utilisés dans l'industrie électronique.
1.2 SIGNAUX NUMÉRIQUES
Le terme numérique est dérivé de chiffres. Tout appareil ou système qui fonctionne avec des chiffres est un appareil ou un système numérique. Un voltmètre numérique indique la valeur de la tension sous forme de chiffres, par exemple 230,25. La lecture d'un instrument analogique introduit une erreur humaine et nécessite également plus de temps. La lecture numérique est plus précise, élimine les erreurs humaines et peut être lue rapidement. Les systèmes de communication sont également passés au numérique. La forme d'onde du signal initial est toujours analogique. Pour utiliser la transmission numérique, la forme d'onde du signal est échantillonnée et la représentation numérique est transmise. Le processus de conversion d'un signal analogique sous forme numérique est également appelé numérisation. Pour plusieurs canaux de transmission, le multiplexage par répartition dans le temps est utilisé. Les systèmes de contrôle numérique remplacent rapidement les systèmes de contrôle analogiques. Dans les systèmes de contrôle numérique, l'erreur se présente sous la forme d'impulsions numériques. Les ordinateurs numériques ont révolutionné le concept d'ordinateurs. Leur capacité va des calculs simples aux calculs complexes utilisant des techniques numériques. De nombreuses tâches informatiques qui nécessitaient des heures et des jours ne prennent que quelques minutes sur des ordinateurs numériques. Le traitement numérique du signal concerne la représentation de signaux en temps continu (analogiques) sous forme numérique. Il est basé sur le théorème d'échantillonnage de Claude Shannon∗ qui stipule que "Un signal à temps continu à bande limitée peut être reconstruit dans son intégralité à partir d'une séquence d'échantillons pris à des intervalles inférieurs à 2fN 1 où fN est la fréquence la plus élevée présente dans le signal .” Le signal analogique doit être limité en bande, ce qui limite sa variation entre les échantillons. Le taux d'échantillonnage est trop élevé pour garantir la précision. Étant donné que le signal initial est toujours analogique et que le signal final requis est également principalement analogique, un système numérique nécessite trois aspects essentiels (1) la conversion du signal analogique en forme numérique (2) la transmission du signal numérique (3) la reconstruction du signal analogique à partir de le signal numérique reçu tel qu'illustré à la Fig. 1.1 Une fonction de temps continu x(t) est convertie en un signal numérique x(n) par un convertisseur analogique-numérique (A/N). La sortie du système à temps discret est y(n) et est convertie en une fonction de temps continu par un convertisseur numérique-analogique (D/A). Le système à temps discret, dans les communications numériques, est un canal de communication numérique. Pour obtenir une haute fidélité, le taux d'échantillonnage peut devoir être très élevé, disons 50 000 échantillons par seconde. Chaque échantillon peut être codé par (disons) 18 bits. La fréquence fs (sur la Fig. 1. 1) doit être supérieure à deux fois fN la fréquence la plus élevée du signal analogique. Les circuits numériques à intégration à très grande échelle (VLSI) peuvent échantillonner à une vitesse très rapide, ce qui permet d'obtenir une haute fidélité.
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