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Avertissement

Les montages de ce parcours se font en très basse tension, avec le 5 V d'une carte Arduino ou des piles. Les installations citées en exemple (pompe, chambre froide, gâche, feux, bus) sont aussi reliées au secteur ou à des batteries de puissance : toute intervention sur ces parties revient à un électricien habilité, et ce parcours ne qualifie pas pour la faire.

Parcours certifiant 141 · 2 modules offerts

Électronique numérique : de la porte logique à la machine à états

Numération, algèbre de Boole, circuits combinatoires et séquentiels, compteurs, mémoires et logique programmable, pour comprendre ce qui se passe dans chaque puce

Domaine : Physique et ingénierie Fondamentaux 30 h de travail 7 modules En français
  • 28leçons
  • 7labs
  • 7simulations
  • 7quiz
  • 1serious game
La promesse du parcours

En 30 heures, tu apprends à coder l'information en binaire, à concevoir des circuits combinatoires et séquentiels jusqu'à la machine à états, puis à les faire fonctionner pour de vrai, du simulateur gratuit à la plaque d'essai, en tenant compte des contraintes physiques de chaque puce.

Académie Elprofessor SibaEn ligne, à ton rythme, avec un certificat à la fin

Ce que tu sauras faire

  • Convertir entre décimal, binaire et hexadécimal, coder un nombre signé en complément à deux et choisir un code adapté (BCD, Gray, ASCII, UTF-8, parité)
  • Traduire un cahier des charges en table de vérité, puis en équation simplifiée par l'algèbre de Boole et par tableau de Karnaugh
  • Concevoir des circuits avec décodeurs, multiplexeurs, additionneurs et comparateurs
  • Utiliser les bascules D et JK pour construire des registres, des registres à décalage et des compteurs synchrones
  • Décrire un automatisme par un graphe d'états de Moore ou de Mealy et le réaliser en logique synchrone, avec un démarrage sûr
  • Comparer les mémoires et les circuits programmables, et choisir la bonne solution pour une application
  • Lire une fiche technique pour vérifier les niveaux logiques, les temps de propagation et la fréquence maximale d'un circuit
  • Réaliser un montage fiable : résistances de rappel, sorties à drain ouvert, anti-rebond et découplage

Pour qui, et avec quoi

Ce parcours est fait pour

  • Étudiants de première année du supérieur en électronique, en télécommunications, en systèmes embarqués ou en informatique industrielle
  • Étudiants en électrotechnique, en automatisme ou en mécatronique qui ont besoin des bases du numérique
  • Techniciens qui dépannent des cartes numériques et veulent comprendre ce qu'ils mesurent
  • Amateurs de cartes Arduino et de montages électroniques qui veulent comprendre ce qui se passe dans chaque puce
  • Enseignants de sciences et de technologie qui préparent des activités sur la logique numérique

Avant de commencer

  • Savoir calculer avec des puissances de 2
  • Connaître la loi d'Ohm et savoir ce que sont une tension, un courant et une résistance
  • Un ordinateur sous Windows, macOS ou Linux pour installer les simulateurs gratuits
  • Aucune connaissance préalable en électronique numérique

Ce qu'il te faut

Logisim-evolution, simulateur logique libre (licence GPL) pour Windows, macOS et Linux, qui fonctionne avec JavaDigital, simulateur logique libre (licence GPL) en Java, avec tests automatiques, éditeur de machines à états et export en VHDL ou en VerilogPlaque d'essai sans soudure, fils, boutons-poussoirs, LED, résistances, condensateurs et un afficheur à sept segments à cathode communeQuelques circuits intégrés de la famille 74HC (74HC00, 74HC14, 74HC74, 74HC595) et un CD4511B, ou leurs équivalents dans le simulateurAlimentation par le 5 V d'une carte Arduino Uno ou par trois piles AA, jamais par le secteurUne carte Arduino Uno ou équivalente, pour la mesure des rebonds et le pilotage du 74HC595 (facultative)Un multimètre ; un oscilloscope si tu y as accèsUne calculatrice en mode programmeur ou un tableur, pour vérifier les conversions

Comment tu apprends

01

Tu suis les leçons

28 leçons courtes, 4 h 15 au total, avec leurs diapositives et leurs points clés.

02

Tu pratiques dans les labs

7 labs : une consigne concrète, un livrable à rendre et des critères pour vérifier ton travail.

03

Tu t'entraînes

7 simulations de situations réelles et 7 quiz. La correction arrive tout de suite, avec son explication.

04

Tu prouves ce que tu sais

Un serious game pour décider en situation, puis un projet final à rendre. Ce sont les deux épreuves qui mènent au certificat Elprofessor.

Le programme, module par module

7 modules, dont 2 modules offerts28 leçons4 h 15 de leçons30 h de travail au total

Les leçons des modules offerts se lisent aussi sans compte : touche le titre d'une leçon.

Module 01OffertCoder l'information en binaire4 leçons · 34 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Convertir entre décimal, binaire et hexadécimal, représenter des nombres signés et des caractères, et calculer en binaire.

  1. Leçon 01Pourquoi le numérique parle en 0 et en 1Lire la leçon sans compte8 min
  2. Leçon 02Convertir entre décimal, binaire et hexadécimalLire la leçon sans compte8 min
  3. Leçon 03Nombres signés et calcul en binaireLire la leçon sans compte9 min
  4. Leçon 04Coder des chiffres, des positions et des caractèresLire la leçon sans compte9 min
  5. LabLa trame d'une station de mesureÀ rendre
  6. SimulationLa chambre froide qui affiche 238 °C4 choix
  7. QuizQuiz du module 0180 % de bonnes réponses pour le valider5 questions
Module 02OffertAlgèbre de Boole et simplification4 leçons · 36 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Écrire une fonction logique à partir d'un cahier des charges, la simplifier par l'algèbre et par tableau de Karnaugh, puis la câbler avec des portes.

  1. Leçon 01Les portes logiques et leurs tables de véritéLire la leçon sans compte8 min
  2. Leçon 02Du cahier des charges à l'équationLire la leçon sans compte9 min
  3. Leçon 03Simplifier avec l'algèbre de BooleLire la leçon sans compte9 min
  4. Leçon 04Le tableau de KarnaughLire la leçon sans compte10 min
  5. LabL'alarme d'un local techniqueÀ rendre
  6. SimulationLa pompe du château d'eau4 choix
  7. QuizQuiz du module 0280 % de bonnes réponses pour le valider5 questions
Module 03Circuits combinatoires4 leçons · 35 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Concevoir et utiliser multiplexeurs, décodeurs, comparateurs et additionneurs dans un circuit qui prend une décision.

  1. Leçon 01Décodeurs, encodeurs et afficheurs9 min
  2. Leçon 02Multiplexeurs et démultiplexeurs8 min
  3. Leçon 03Additionner et soustraire9 min
  4. Leçon 04Comparer, contrôler et décider9 min
  5. LabLa calculette de quatre bitsÀ rendre
  6. SimulationLe tableau de score du tournoi4 choix
  7. QuizQuiz du module 0380 % de bonnes réponses pour le valider5 questions
Module 04Bascules, registres et compteurs4 leçons · 37 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Expliquer le rôle de l'horloge, utiliser les bascules D et JK et concevoir compteurs et registres à décalage.

  1. Leçon 01De la logique combinatoire à la mémoire9 min
  2. Leçon 02Les bascules D et JK9 min
  3. Leçon 03Les compteurs10 min
  4. Leçon 04Registres et registres à décalage9 min
  5. LabLe compteur de passages d'une porte de tramwayÀ rendre
  6. SimulationL'horloge du tableau des départs4 choix
  7. QuizQuiz du module 0480 % de bonnes réponses pour le valider5 questions
Module 05Machines à états4 leçons · 38 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Décrire un automatisme séquentiel par un graphe d'états, le coder et le réaliser en logique synchrone.

  1. Leçon 01Penser en états9 min
  2. Leçon 02Machines de Moore et de Mealy9 min
  3. Leçon 03Du graphe au circuit synchrone10 min
  4. Leçon 04Le digicode d'un immeuble10 min
  5. LabLe distributeur de boissons en logique synchroneÀ rendre
  6. SimulationLa porte qui s'ouvre après la coupure4 choix
  7. QuizQuiz du module 0580 % de bonnes réponses pour le valider5 questions
Module 06Mémoires et logique programmable4 leçons · 36 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Comparer les familles de mémoires et de circuits programmables et choisir la bonne pour une application.

  1. Leçon 01Les familles de mémoires9 min
  2. Leçon 02Brancher et utiliser une mémoire9 min
  3. Leçon 03La logique programmable9 min
  4. Leçon 04Choisir la bonne solution9 min
  5. LabLe décodeur en mémoire et la note de choixÀ rendre
  6. SimulationL'enregistreur qui tombe en panne au bout d'un jour4 choix
  7. QuizQuiz du module 0680 % de bonnes réponses pour le valider5 questions
Module 07Les contraintes physiques des circuits numériques4 leçons · 39 min · 1 lab · 1 simulation · 1 quiz

Objectif : Tenir compte des temps de propagation, des niveaux logiques, des sorties à collecteur ouvert et des rebonds de bouton dans un montage réel.

  1. Leçon 01Niveaux logiques et familles de circuits10 min
  2. Leçon 02Temps de propagation, aléas et métastabilité10 min
  3. Leçon 03Collecteur ouvert, drain ouvert et trois états9 min
  4. Leçon 04Boutons, rebonds et montage fiable10 min
  5. LabMesurer et fiabiliser un boutonÀ rendre
  6. SimulationLe tourniquet qui compte trop4 choix
  7. QuizQuiz du module 0780 % de bonnes réponses pour le valider5 questions

Le serious game

Serious game · 6 étapesChrono indicatif

$ mission

La billetterie du bus de nuit

Une mission en 6 étapes qui reprend tout le parcours. Le scénario complet s'ouvre dans ton espace quand tu as débloqué la suite du parcours.

  1. 01étape
  2. 02étape
  3. 03étape
  4. 04étape
  5. 05étape
  6. 06étape

À chaque étape, tu choisis parmi 4 options numérotées. Ton score et la correction, étape par étape, s'affichent à la fin.

Le projet final

Dossier de conception d'un système numérique complet

C'est l'épreuve qui réunit tout le parcours : tu le réalises, puis tu le rends dans ton espace. Il est relu avec une grille de 7 critères. Le sujet complet s'ouvre quand tu as débloqué la suite du parcours.

Ton certificat

Chaque certificat porte un code unique : n'importe qui peut le vérifier en ligne. Il se règle à part, à la fin du parcours : 399 000 GNF. Il t'est délivré quand tu as débloqué la suite du parcours, rempli ces conditions et réglé ton certificat.

  • Avoir terminé les 28 leçons vidéo des sept modules
  • Obtenir au moins 80 % à chacun des sept quiz (tu peux recommencer, ton meilleur score est gardé)
  • Rendre les sept labs avec leur livrable
  • Jouer le serious game jusqu'à la dernière étape
  • Rendre le projet final complet, avec ses sept pièces
  • Le certificat porte un code unique vérifiable en ligne ; il atteste une formation suivie et ne remplace ni un diplôme ni une qualification professionnelle

Indépendance. Ce parcours est indépendant des fabricants de circuits intégrés et de cartes cités (Texas Instruments, Microchip, NXP, Arduino) et des auteurs des simulateurs utilisés (Logisim-evolution et Digital, logiciels libres) : il n'est affilié à aucun d'eux et le Certificat Elprofessor n'est délivré au nom d'aucun d'eux.

Tes questions

Combien coûte ce parcours ?

Rien pour commencer : les deux premiers modules sont offerts avec ton compte membre, le même que pour la Communauté. Leçons, labs, simulations, quiz et tuteur : tu avances sans payer. Ensuite, débloque la suite du parcours pour 100 000 GNF, en un seul paiement : tous les modules suivants et les épreuves finales. Le certificat vérifiable, délivré à la fin, se règle à part : 399 000 GNF.

Comment je paie, et quand mon accès est-il ouvert ?

Quand tu as fini les modules offerts, touche « Débloquer la suite » : WhatsApp s'ouvre avec ton message prêt. Siba te dit comment payer, par Orange Money, Wave ou carte, où que tu sois. Dès que ton paiement est vérifié, il ouvre la suite sur ton compte : tu retrouves tout dans ton espace, là où tu t'es arrêté(e).

Je peux avancer à mon rythme ?

Oui. Tout se passe en ligne : tu suis les leçons quand tu veux, ta progression est gardée sur ton compte et tu reprends là où tu t'es arrêté(e).

Comment mes réponses sont-elles corrigées ?

Les quiz, les simulations et le serious game sont corrigés tout de suite, avec l'explication de chaque réponse. Il faut au moins 80 % à chaque quiz pour le valider ; tu peux recommencer, ton meilleur score est gardé.

Les sources du parcours29 sources consultées pour écrire ce parcours
  1. Logisim-evolution, simulateur éducatif de circuits logiques, logiciel libre sous licence GPL v3, Java 21 ou plus, chronogrammes et sous-circuits : github.com
  2. Digital (H. Neemann), simulateur logique éducatif sous licence GPL-3.0 : tests automatiques, éditeur de machines à états, synthèse à partir de tables de vérité avec minimisation de Quine-McCluskey, export VHDL et Verilog : github.com
  3. Texas Instruments, fiche technique SN74HC00 (révision d'août 2021) : alimentation de 2 à 6 V ; sous 4,5 V, VIH = 3,15 V, VIL = 1,35 V, VOH ≥ 3,98 V et VOL ≤ 0,26 V à 4 mA et 25 °C, tpd de 9 ns typique, 18 ns maximum à 25 °C et 23 ns de -40 à 85 °C ; courant de repos de 2 µA au plus à 25 °C ; Cpd de 20 pF par porte ; entrées CMOS jamais en l'air, rappel de 10 kΩ conseillé, découplage de 0,1 µF : ti.com
  4. Texas Instruments, fiche technique SN74HC74 (révision de juin 2021) : deux bascules D sur front montant avec PRE et CLR ; sous 4,5 V à 25 °C, établissement 20 ns, maintien 0 ns, retard horloge-sortie 35 ns au plus ; de -40 à 85 °C, établissement 25 ns et retard 44 ns au plus ; applications : bouton en interrupteur, division par 2 ou 4 : ti.com
  5. Texas Instruments, fiche technique SN74HC138, décodeur et démultiplexeur 3 vers 8, conçu pour le décodage de mémoires : ti.com
  6. Texas Instruments, fiche technique SN74HC151, multiplexeur 8 vers 1 avec sortie normale, sortie inversée et validation : ti.com
  7. Texas Instruments, fiche technique SN74HC161, compteur synchrone de 4 bits : effacement asynchrone, chargement synchrone, retenue RCO pour la mise en cascade, absence des impulsions parasites des compteurs à propagation : ti.com
  8. Texas Instruments, fiche technique SN74HC595, registre à décalage de 8 bits suivi d'un registre de stockage, sorties à trois états validées par OE (actif au niveau bas), effacement par SRCLR (actif au niveau bas), 35 mA au plus par sortie et 70 mA par les broches d'alimentation, sortie série de mise en cascade : ti.com
  9. Texas Instruments, fiche technique SN74HC14, inverseurs à trigger de Schmitt : sous 4,5 V, seuils typiques de 2,5 V et 1,6 V, hystérésis typique de 0,9 V ; application à l'anti-rebond d'un interrupteur : ti.com
  10. Texas Instruments, fiche technique CD4060B : oscillateur à quartz ou RC et 14 étages de compteur binaire à propagation : ti.com
  11. Texas Instruments, fiche technique CD4511B : décodeur BCD vers 7 segments avec verrou, test des segments et extinction ; segments éteints pour les codes BCD supérieurs à 1001 : ti.com
  12. NXP, UM10204, I2C-bus specification and user manual (révision 7.0, 1er octobre 2021) : lignes SDA et SCL, sorties à drain ou collecteur ouvert pour le ET câblé, résistances de rappel, 100 kbit/s en mode standard et 400 kbit/s en mode rapide : nxp.com
  13. Jack Ganssle, A Guide to Debouncing : mesures de rebonds sur 18 interrupteurs (environ 1,6 ms en moyenne et 6,2 ms au plus pour 16 d'entre eux, jusqu'à 157 ms pour un cas extrême) : ganssle.com
  14. Arduino, fiche technique de la carte UNO R3 : microcontrôleur ATmega328P avec 32 ko de flash, 2 ko de SRAM et 1 ko d'EEPROM : docs.arduino.cc
  15. Arduino, page de la carte UNO Rev3 : ATmega328P cadencé à 16 MHz : docs.arduino.cc
  16. Microchip, fiche technique ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P, DS40002061B : 10 000 cycles d'écriture et d'effacement pour la flash, 100 000 pour l'EEPROM : ww1.microchip.com
  17. IETF, RFC 3629, UTF-8 : codage des caractères Unicode sur 1 à 4 octets, caractères US-ASCII inchangés sur un octet : rfc-editor.org
  18. Wikipédia, algèbre de Boole (logique) : George Boole, application par Claude Shannon aux circuits de commutation, lois de De Morgan, somme de produits : fr.wikipedia.org
  19. Wikipédia, table de Karnaugh : Maurice Karnaugh (1953) après Edward Veitch (1952), ordre de Gray, regroupements par puissances de 2, bords adjacents, cas indifférents : fr.wikipedia.org
  20. Wikipédia, complément à deux : plage de -128 à 127 sur 8 bits, opposé par inversion des bits et ajout de 1 : fr.wikipedia.org
  21. Wikipédia, code de Gray : un seul bit change entre deux valeurs voisines, conversion par OU exclusif, usage dans les codeurs de position et les tables de Karnaugh : fr.wikipedia.org
  22. Wikipédia, somme de contrôle (partie sur le bit de parité) : parité paire, détection d'un nombre impair d'erreurs, exemple d'une liaison série de type RS-232 : fr.wikipedia.org
  23. Wikipédia, bascule (circuit logique) : bascules RS, D, JK et T, différence entre verrou et bascule sur front : fr.wikipedia.org
  24. Wikipédia, machine de Moore (Edward F. Moore, 1956) : fr.wikipedia.org
  25. Wikipédia, machine de Mealy (George H. Mealy, 1955) et équivalence avec la machine de Moore : fr.wikipedia.org
  26. Wikipédia, circuit logique programmable : PAL, GAL, CPLD, FPGA (tables de correspondance, bascules, routage, configuration en SRAM), langages VHDL et Verilog : fr.wikipedia.org
  27. Wikipédia, mémoire flash : Fujio Masuoka (Toshiba), architectures NOR et NAND, endurance limitée, répartition de l'usure : fr.wikipedia.org
  28. Wikipedia (en anglais), Dynamic random-access memory : cellule à un transistor et un condensateur, rafraîchissement de chaque rangée au moins toutes les 64 ms selon JEDEC, SRAM à 4 à 6 transistors par bit : en.wikipedia.org
  29. Wikipedia (en anglais), Metastability (electronics) : métastabilité des bascules, synchroniseurs à bascules en cascade, risque réduit mais jamais nul : en.wikipedia.org

Prêt(e) à commencer ?

Gratuit pour commencer : les deux premiers modules sont offerts avec ton compte. Débloque la suite du parcours pour 100 000 GNF.

Commencer gratuitement Débloquer la suite du parcours Électronique numérique : de la porte logique à la machine à états, 100 000 GNF, sur WhatsApp (nouvel onglet)
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Suite du parcours : 100 000 GNF

Certificat : 399 000 GNF

28 leçons 7 labs 7 simulations 1 serious game

Durée : 28 hCommencer gratuitement
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Suite du parcours : 100 000 GNF

Certificat : 399 000 GNF

28 leçons 7 labs 7 simulations 1 serious game

Durée : 26 hCommencer gratuitement
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Suite du parcours : 100 000 GNF

Certificat : 399 000 GNF

24 leçons 6 labs 6 simulations 1 serious game

Durée : 26 hCommencer gratuitement
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