L'électronique numérique est une branche de l'électronique qui traite les informations sous forme de valeurs discrètes. Contrairement à l'électronique analogique, où une tension peut prendre une infinité de valeurs, l'électronique numérique utilise presque toujours seulement deux états : un état bas et un état haut. Ces deux états représentent les chiffres 0 et 1, appelés bits.

Ces deux valeurs sont faciles à distinguer par les composants électroniques. Dans de nombreux circuits, une tension proche de 0 volt représente le 0 logique, tandis qu'une tension plus élevée, par exemple 5 volts ou 3,3 volts, représente le 1 logique. Les valeurs exactes dépendent de la technologie utilisée, mais le principe reste toujours le même : chaque information est codée par une succession de 0 et de 1.

Toutes les informations numériques peuvent être représentées avec des bits. Les nombres, les textes, les images, les sons ou les vidéos sont finalement transformés en longues suites de 0 et de 1. Huit bits forment un octet, qui permet par exemple de représenter 256 valeurs différentes, de 0 à 255.

Les circuits numériques utilisent des portes logiques, des bascules, des compteurs, des registres, des mémoires, des microcontrôleurs ou des microprocesseurs. Ensemble, ces composants permettent de réaliser des calculs, de mémoriser des informations et de prendre des décisions très rapidement.

Exemple : lorsqu'on appuie sur une touche d'un clavier d'ordinateur, le circuit détecte le changement d'état électrique provoqué par la touche. Cette information est transformée en une suite de bits qui est ensuite interprétée par le microprocesseur afin d'afficher le caractère correspondant à l'écran.

L'électronique numérique présente de nombreux avantages. Les signaux sont moins sensibles aux parasites que les signaux analogiques, les calculs peuvent être réalisés très rapidement et les informations peuvent être copiées ou transmises sans perdre de qualité. C'est pourquoi presque tous les appareils modernes utilisent aujourd'hui cette technologie.

Cependant, le monde qui nous entoure est essentiellement analogique. La lumière, le son, la température ou la pression varient de façon continue. Les appareils numériques utilisent donc des convertisseurs analogique-numérique (CAN) pour transformer les mesures des capteurs en données numériques, puis des convertisseurs numérique-analogique (CNA) lorsqu'ils doivent produire un son, une image ou commander certains équipements.

Aujourd'hui, l'électronique numérique est présente dans les ordinateurs, les smartphones, les téléviseurs, les consoles de jeux, les automobiles, les robots, les satellites, les appareils médicaux et la plupart des objets connectés. Elle constitue l'une des technologies les plus importantes du monde moderne.

Le système binaire

Le système binaire est un système de numération qui n'utilise que deux chiffres : 0 et 1. Il constitue le langage de base des ordinateurs, des smartphones, des consoles de jeux et de tous les appareils électroniques numériques. Alors que nous utilisons chaque jour le système décimal, basé sur dix chiffres (de 0 à 9), les circuits électroniques utilisent le système binaire car ils distinguent très facilement deux états électriques.

Dans un circuit numérique, ces deux états sont généralement représentés par deux niveaux de tension. Une tension proche de 0 V représente le 0 logique, tandis qu'une tension plus élevée, par exemple 3,3 V ou 5 V, représente le 1 logique. Les composants électroniques n'ont donc qu'à reconnaître si la tension est basse ou haute.

Chaque chiffre binaire est appelé un bit (binary digit). Un bit peut donc prendre seulement deux valeurs : 0 ou 1. Plusieurs bits réunis permettent de représenter un très grand nombre d'informations. Par exemple, 8 bits forment un octet, capable de représenter 256 valeurs différentes, de 0 à 255.

En binaire, chaque position possède une valeur qui est une puissance de 2 :

• 2⁰ = 1
• 2¹ = 2
• 2² = 4
• 2³ = 8
• 2⁴ = 16
• 2⁵ = 32
• 2⁶ = 64
• 2⁷ = 128

Pour convertir un nombre binaire en nombre décimal, il suffit d'additionner les puissances de 2 correspondant aux bits qui valent 1.

Exemple : le nombre binaire 101101 vaut :

1×32 + 0×16 + 1×8 + 1×4 + 0×2 + 1×1 = 45

Inversement, le nombre décimal 13 s'écrit en binaire :

13 = 8 + 4 + 1 = 1101₂

Le système binaire permet de représenter bien plus que des nombres. Chaque lettre, chaque image, chaque morceau de musique ou chaque vidéo est finalement transformé en longues suites de bits. Les processeurs effectuent des milliards d'opérations chaque seconde en manipulant uniquement des 0 et des 1.

Même si les utilisateurs ne voient jamais directement ces suites de bits, elles constituent le langage fondamental de toute l'informatique et de toute l'électronique numérique moderne.