Apprendre › Chapitre 13

Du schéma logique à la plaque d'essai avec des puces 74HC

8 min de lecture · Équipe bitGateLab

Un circuit qui fonctionne sur le schéma peut échouer sur la plaque d'essai (breadboard) à cause de détails que le schéma ne montre pas : un rail d'alimentation coupé, une puce montée à l'envers, une entrée en l'air ou une LED sans résistance. Vous verrez ici comment une plaque d'essai est reliée à l'intérieur, comment lire le brochage d'une puce 74HC en boîtier DIP à 14 broches, comment calculer la résistance d'une LED et comment dépanner avec méthode.

Comment une plaque d'essai est reliée

Sous les trous se trouvent des lamelles métalliques qui relient des groupes de trous entre eux. La disposition habituelle est la suivante :

Zone de câblage : rangées numérotées (1, 2, 3…) et colonnes repérées par des lettres (a à j). Dans chaque rangée, les cinq trous a, b, c, d, e sont reliés entre eux, et les cinq trous f, g, h, i, j le sont aussi, mais les deux groupes sont séparés.
Rainure centrale : la fente située entre les colonnes e et f. Les puces DIP se placent à cheval dessus, de sorte que chaque broche se trouve dans une rangée distincte, avec quatre trous libres pour brancher des fils.
Rails d'alimentation : les longues lignes sur les côtés, marquées + et −. Elles parcourent la plaque dans le sens de la longueur. Sur beaucoup de plaques longues, elles sont interrompues au milieu ; si vous voyez un vide dans la ligne peinte, reliez les deux moitiés par un fil.

Règle rapide : deux points sont reliés uniquement s'ils sont dans la même rangée et du même côté de la rainure, ou sur le même rail (et dans la même moitié, si le rail est coupé). Tout le reste nécessite un fil.

Brochage d'une puce DIP à 14 broches

Regardez la puce de dessus, avec l'encoche (ou le point) vers le haut ou vers la gauche. La broche 1 se trouve à côté de l'encoche, et la numérotation se poursuit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre : de 1 à 7 en descendant d'un côté, puis de 8 à 14 en remontant de l'autre. La broche 14 fait face à la broche 1.

74HC00 (quatre NAND à 2 entrées) vu de dessus. Chaque porte n a pour entrées nA et nB et pour sortie nY.

Sur la plupart des puces logiques à 14 broches, l'alimentation se trouve sur des coins opposés : broche 14 = VCC et broche 7 = GND. Les puces à quatre portes à 2 entrées partagent le même brochage :

Puce	Fonction	Porte 1	Porte 2	Porte 3	Porte 4
74HC00	NAND	A=1, B=2, Y=3	A=4, B=5, Y=6	A=9, B=10, Y=8	A=12, B=13, Y=11
74HC08	AND
74HC32	OR
74HC86	XOR

Attention aux exceptions. Le 74HC02 (quatre NOR) a ses sorties sur les broches 1, 4, 10 et 13, et le 74HC04 (six inverseurs) utilise les paires entrée/sortie 1→2, 3→4, 5→6, 9→8, 11→10 et 13→12. Avant de câbler une puce, quelle qu'elle soit, vérifiez son brochage dans la fiche technique.

Résistances de limitation pour les LED

Une LED branchée directement sur une sortie absorberait tout le courant que la sortie peut fournir, ce qui endommage la LED ou la puce. La résistance en série fixe le courant :

R = (V_sortie − V_f) / I

où V_f est la chute de tension de la LED (environ 2 V pour les LED rouges, jaunes et vertes courantes ; environ 3 V pour les bleues et les blanches). Les sorties 74HC sont spécifiées pour fournir environ 4 mA tout en conservant des niveaux logiques valides ; en demander davantage éloigne la tension de sortie de VCC ou de GND.

Exemple : LED rouge (V_f = 2 V) sur une sortie 74HC alimentée en 5 V, avec un objectif de 4 mA.

R = (5 − 2) / 0.004 = 750 Ω.
On choisit la valeur normalisée immédiatement supérieure, 820 Ω.
Courant réel : I = 3 / 820 ≈ 3.7 mA, dans la limite et suffisant pour bien voir la LED.

Avec 330 Ω, le courant serait de 3 / 330 ≈ 9.1 mA, plus du double de ce qui est spécifié pour conserver des niveaux valides.

Pour une LED qui s'allume sur un 1 logique : sortie → résistance → anode (patte longue) → cathode (patte courte, côté plat) → GND.

Entrées non connectées

Une entrée CMOS a une impédance très élevée. Si vous la laissez en l'air, elle ne lit ni « 0 » ni « 1 » : elle prend une tension quelconque sous l'effet du bruit ou de charges accumulées, peut rester à mi-chemin et faire osciller la porte ou lui faire consommer plus de courant que la normale. C'est pourquoi :

Pour un interrupteur, utilisez une résistance de 10 kΩ vers GND (pull-down) avec l'interrupteur vers VCC, ou bien une résistance vers VCC (pull-up) avec l'interrupteur vers GND. Sans la résistance, l'interrupteur ouvert laisse l'entrée en l'air.
Les portes que vous n'utilisez pas gardent leurs entrées à GND ou à VCC ; leurs sorties restent libres et ne se relient jamais à GND ni à VCC.

Condensateurs de découplage

En commutant, une porte absorbe une brève impulsion de courant que l'inductance des fils empêche d'arriver à temps depuis l'alimentation, et la tension sur la puce chute un instant. Le remède est un condensateur céramique de 100 nF entre VCC et GND, le plus près possible des broches 14 et 7 de chaque puce, qui fournit ce courant localement. Il est en outre conseillé de placer un condensateur électrolytique de 10 à 100 µF à l'arrivée de l'alimentation sur la plaque, en respectant sa polarité.

Du schéma au câblage

Exemple : F = A·B + C avec un 74HC08 et un 74HC32.

Placez le 74HC08 à cheval sur la rainure, l'encoche tournée vers les rangées de plus petit numéro. Si la broche 1 se trouve dans la rangée 10, la broche 7 se trouve dans la rangée 16 et la broche 14 dans la rangée 10, de l'autre côté de la rainure.
Reliez la broche 14 au rail + et la broche 7 au rail −. Faites de même avec le 74HC32. Placez un condensateur de 100 nF à côté de chaque puce.
A sur la broche 1 et B sur la broche 2 du 74HC08. Sa broche 3 (A·B) va à la broche 1 du 74HC32.
C sur la broche 2 du 74HC32. La broche 3 du 74HC32 est F : reliez-la à une résistance de 820 Ω suivie d'une LED vers GND.
Sur les deux puces, reliez à GND les entrées des portes inutilisées : broches 4, 5, 9, 10, 12 et 13.

Dépannage pas à pas

Alimentation : avec le multimètre, mesurez la tension directement entre les broches 14 et 7 de chaque puce, et non sur les rails. Vous détecterez ainsi un rail coupé ou une puce mal enfichée.
Orientation : vérifiez l'encoche de chaque puce. Une puce montée à l'envers reçoit l'alimentation sur les mauvaises broches et chauffe ; si vous remarquez une puce chaude, coupez immédiatement l'alimentation.
Entrées : vérifiez que chaque entrée est au niveau attendu, y compris celles des portes inutilisées.
Porte par porte : partez des entrées et avancez vers la sortie en comparant chaque nœud à la table de vérité. Le premier nœud qui ne concorde pas vous indique où se situe le problème.
Mécanique : cherchez les pattes pliées sous la puce, les fils enfoncés dans la rangée voisine ou les straps mal enfichés.

Erreurs fréquentes

Supposer que les rails d'alimentation parcourent toute la plaque alors qu'ils sont coupés au milieu.
Placer une puce sans enjamber la rainure centrale, de sorte que des broches opposées se retrouvent reliées dans la même rangée.
Laisser en l'air les entrées d'un interrupteur ouvert ou celles des portes inutilisées.

Essayez dans le simulateur

La plaque d'essai virtuelle permet de s'exercer au placement et au câblage avant de toucher à de vrais composants.

Réalisez F = A·B + C dans l'éditeur de circuits et vérifiez sa table de vérité.
Passez à la plaque d'essai virtuelle et placez un 74HC08 et un 74HC32 à cheval sur la rainure centrale.
Reliez VCC à la broche 14 et GND à la broche 7 de chaque puce.
Câblez les entrées, la liaison entre les puces et la sortie vers une LED en suivant la liste de l'exemple.
Changez A, B et C et observez que la LED suit la table de vérité.

Exercices

Sur un 74HC86, quelles broches utiliseriez-vous pour la porte 3, et quelle fonction réalise-t-elle ?
Réponse
Entrées sur les broches 9 et 10, sortie sur la broche 8. C'est une XOR.
Calculez la résistance pour une LED verte (V_f = 2.1 V) sous 5 V avec un courant de 3 mA, et choisissez une valeur normalisée.
Réponse
R = (5 − 2.1) / 0.003 ≈ 967 Ω. On utilise 1 kΩ, avec I = 2.9 / 1000 = 2.9 mA.
Un circuit comportant trois puces 74HC fonctionne par intermittence et tombe en défaut lorsque plusieurs portes commutent en même temps. Que vérifieriez-vous en premier ?
Réponse
Les condensateurs de découplage : un condensateur de 100 nF entre les broches 14 et 7 de chaque puce, tout près d'elle. Et aussi la tension d'alimentation mesurée sur les broches de chaque puce.
Une puce est placée avec la broche 1 dans la rangée 20, côté e. Dans quelle rangée et de quel côté se trouve la broche 8 ?
Réponse
La broche 7 se trouve dans la rangée 26, côté e, et la broche 8 lui fait face : rangée 26, côté f.