Les portes logiques (Logic Gates)

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La base de l’électronique numérique est fondée sur l’algèbre de Boole. Les fonctions logiques directement issues de l’algèbre de Boole sont les outils de base de l'électronique numérique. Elles sont mises en oeuvre en électronique sous forme de portes logiques. Lorsqu'on parle de circuits logiques, les deux grandes familles sont les TTL (Transistor-Transistor Logic) et les CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). La famille TTL (la série 74xx) est à première à avoir été sortie sur le marché et ils sont composés de transistors bipolaires. Ensuite, afin d'avoir des circuits qui donnent plus de puissance, la famille CMOS (la série 4000) a été créé.

Que ce soit des portes logiques TTL ou CMOS, ces portes logiques reçoivent en entrée des « 0 » ou des « 1 » que l'on appelle aussi niveau haut et niveau bas. En donnant des noms génériques comme ceux-là, les niveaux peuvent avoir différentes tensions. Par exemple, sur des circuits TTL, le niveau haut correspond à 5V (en fait, 2V et plus) alors que sur un microcontrôleur 32-bit, il y a de bonnes chances que le niveau haut soit plutôt de 3.3V. En sortie, il y a aussi des niveaux haut et bas. La tension de ces niveaux de sorties dépendent du type de sortie. La plupart du temps la tension d'un niveau haut correspond à la tension d'alimentation du circuit. Sinon, il existe des circuits à sorties "open collector" ou "open drain". Ces circuits à collecteur ouvert désigne que la sortie peut avoir une tension différente de celle dur circuit. Ainsi, le circuit peut fournir un niveau bas, mais pour avoir un niveau haut, il faudra mettre une résistance de pull-up sur la tension désirée. Par exemple, il est possible de mettre un relais 24V sur un circuit logique TTL si sa sortie est à collecteur ouvert.

Le concept des portes logiques va toujours perdurer puisque c'est à la base même des ordinateurs. Par contre, de plus en plus, les circuits contenant uniquement des portes logiques comme la famille TTL et CMOS sont amenés à disparaître. Ils sont remplacés par des circuits beaucoup plus avancés qu'on appelle des circuits logiques programmables complexes (CPLD : Complex Programmable Logic Device) ou des FPGA (Field-Programmable Gate Array). Ce sont des circuits que l'on peut programmer la logique interne avec des langages comme le Verilog ou le VHDL. Ainsi, on peut reproduire des dizaines et des dizaines de circuits logiques de la série 74xx dans un seul circuit FPGA. En plus, comme les microcontrôleur, ils sont reprogrammables ce qui les rend très versatiles et de plus en plus utilisés.