Logiciels libres et enseignement

Favoriser l’usage de logiciels libres et de formats ouverts

- Auteur : Jeffrey P. Hansen

  • Licence : GPL
  • Langue : Anglais
  • Environnement requis : Linux
  • Site web : http://www.tkgate.org/
  • Version testée : TKGate 1.6

Avant de commencer

Tkgate est un logiciel de simulation d’électronique numérique. Il n’utilise pas de composants analogiques (ampli-op, résistors, condensateurs etc...) et ne calcule pas les équations logiques, mais propose espace créatif important et souplesse d’utilisation.

Il s’adresse aussi bien aux chevronnés qu’aux débutants et a toute sa place dans un contexte pédagogique, par exemple dans les sections technologiques de lycée.

La présente documentation traitera quelques exemples destinés à des élèves débutants avec des clés pour continuer. Comme tout logiciel dessinant des circuits il y a un apprentissage de la souris. Celui-ci sera supposé acquis car il fait l’objet d’un excellent tutoriel accessible dans l’aide du logiciel, mais aussi disponible au lancement de celui-ci si l’option Fichier - options - général - mode débutant a été cochée. On pourra également laisser ouvert dans un navigateur la doc qui se trouve dans /usr/share/doc/tkgate/doc/index.html. On y trouvera des compléments très intéressants avec des images d’illustration. Cette doc est également disponible sur le site officiel de Tkgate.

Avec une porte logique

C’est la base de tout alors il est normal de commencer par là. On demande l’ouverture d’un nouveau circuit puis avec : clic droit - A - clic droit - s - clic droit - s - clic droit - l - nous avons les composants. Ensuite, les fonctions d’édition permettent de les relier. On obtient le circuit suivant :

La diode est en noir quand elle est éteinte, c’est un choix que l’on peut faire dans les options vues précédemment. Pour faire fonctionner ce circuit, il suffit de lancer la simulation par un clic sur la flèche noire de la barre d’outils.

Une fenêtre apparait, et l’icône en bas à droite de la fenêtre principale, passe de l’état de grille fermée à celui de « porte à patte » ! Cliquer dans la fenêtre principale puis encore une fois sur la flèche noire, la simulation est en mode automatique, et la « porte à patte » se met à bouger...j’adore !

Nous allons pouvoir trouver la table de vérité de cette porte, en cliquant sur les interrupteurs (I1 et I2). Si l’un de ceux-ci est sur on, on aura une entrée au niveau logique 1, de même, si la led est allumée, une sortie (S) à 1. Le niveau logique 0 concerne les autres cas, interrupteur off et led éteinte. En cliquant on obtient la table de vérité suivante :

I1I2S
001
011
101
110

Les experts auront reconnu une fonction NON ET ou porte NAND.

Stopper la simulation en cliquant sur le carré noir. Puis, la relancer en mode pas à pas ( 1 seul clic sur la flèche) et installer des capteurs sur les 2 entrées et la sortie par un double-clic sur les fils de connection. On obtient ceci :

On appuie une fois sur la barre d’espace puis on change l’état des interrupteurs et l’on appuie à nouveau sur la barre etc... autant de fois que l’on veut. On peut même appuyer plusieurs fois entre chaque changement d’état. Le résultat de tout cela se trouve dans la fenêtre de simulation, sous la fenêtre principale, c’est le chronogramme :

On y retrouve le résultat précédent, en niveaux de tension au cours du temps. On peut remarquer que Tkgate tient compte des délais de franchissement des portes, la technologie prise en compte par défaut étant la CMOS. On voit également le nom des capteurs, on peut avoir, en simulation, l’état d’un capteur en maintenant un clic gauche sur le fil correspondant.

Avec plusieurs portes

La simulation permet les erreurs. Il n’y a pas de risques électriques comme en TP. Les élèves peuvent donc chercher par eux-mêmes, Tkgate signale les erreurs au moment du lancement de la simulation. Par exemple le circuit suivant, où une sortie de porte est reliée à son entrée, fait apparaître la fenêtre d’erreur :

Erreur

Correct

On peut donc tenter de réaliser une porte OU exclusif ou EXOR avec 4 NON ET car dans la pratique, on n’a pas toujours tous les types de portes sous la main...

Après quelques essais plus ou moins nombreux...voici la réponse avec sa table de vérité :

I1I2S
000
011
101
110

Les liaisons entre portes se font aisément puisque Tkgate guide le trait. Il ne faut pas hésiter à utiliser l’outil de coupure (pince) pour recommencer.

Apprentissage de la conversion Binaire-Décimal

Sur ce thème, on peut essayer de rentrer dans la modification des paramètres d’un élément de Tkgate. Le principe de cette simulation est simple et permet aux élèves un apprentissage ludique.

Il faut réaliser le montage suivant :

Les interrupteurs sont tournés vers le haut. On réalise ceci en demandant dans la barre d’outils, ou avec un clic droit, l’outil rotation de 90 degré avant leur création. Les leds sont placées par un clic droit sur la liaison électrique Ajouter une dérivation. L’afficheur est obtenu par clic droit - L - d ou par le menu du clic droit. C’est un afficheur décimal.

Le point le plus intéressant est l’outil de fusion des connexions :clic droit - w. Une fois créé, on lui ajoute des entrées par clic droit - Ajouter entrée, ici il y en a 6.

Ensuite par un clic droit- propriétés - port, on peut éditer les différentes connexions et changer les données comme ci-dessous :

Il faut faire la même chose sur l’afficheur pour avoir 6 bits et la liaison électrique sera possible. En simulation automatique, on clique sur les interrupteurs et le résultat s’affiche. Sur la photo précédente on a :

101111 en binaire

1x20+1x21+1x22+1x23+0x24+1x25 donc 47 en décimal.

Mais il n’y a pas de suspens, la réponse apparait tout de suite. Alors ajoutons un registre clic droit - r . En répétant les opérations de réglage ci-dessus, on aboutit au circuit suivant :

Cette fois-ci, on laisse l’interrupteur EN sur off et CLR sur off puis on clique sur les autres pour avoir un nombre binaire, on réfléchit, et en mettant CLR sur on, le résultat s’affiche !

Conclusion

Voilà quelques utilisations simples de Tkgate. Pour continuer, on peut essayer les 3 premiers exemples proposés dans l’aide de la barre de menu de Tkgate. Et puis après, attaquer la simulation par script puis les mémoires... bon... il y a de quoi faire !

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