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.

Les bascules

Les bascules, appelées aussi flip-flops, sont des circuits électroniques capables de mémoriser une information. Contrairement aux circuits combinatoires, dont les sorties dépendent uniquement des entrées présentes à un instant donné, les bascules conservent leur état jusqu'à ce qu'un nouveau signal vienne le modifier. Elles constituent donc les éléments de mémoire les plus simples de l'électronique numérique.

Une bascule peut mémoriser un seul bit. Elle possède donc deux états stables :

• 0 : le bit mémorisé vaut 0.
• 1 : le bit mémorisé vaut 1.

Lorsqu'un ordre lui demande de changer d'état, elle passe de 0 à 1 ou de 1 à 0, puis conserve cette nouvelle valeur aussi longtemps qu'elle reste alimentée. On peut ainsi considérer une bascule comme un très petit interrupteur électronique capable de se souvenir de sa position.

La bascule la plus simple est la bascule SR (Set-Reset). Elle possède deux entrées :

• Set (S) : place la sortie à 1.
• Reset (R) : remet la sortie à 0.

Son fonctionnement peut être résumé par la table suivante.

Dans la plupart des circuits modernes, on utilise surtout des bascules D. Elles possèdent une entrée de données (D) et une entrée d'horloge (Clock). La valeur présente sur l'entrée D est copiée dans la bascule uniquement lorsqu'arrive une impulsion d'horloge. Entre deux impulsions, la valeur reste mémorisée.

L'horloge joue un rôle essentiel. Il s'agit d'un signal périodique qui synchronise le fonctionnement de tous les composants numériques. Chaque impulsion représente un nouveau « moment de calcul » où les bascules peuvent mettre à jour les informations qu'elles contiennent.

Exemple : imaginons un bouton qui allume une lampe. Une simple porte logique ne pourrait maintenir la lampe allumée que tant que le bouton reste appuyé. En utilisant une bascule, un simple appui peut changer l'état mémorisé : un appui allume la lampe, un autre l'éteint. Le circuit conserve son état entre les deux appuis.

Les bascules sont les briques élémentaires des registres, des compteurs, des mémoires et des microprocesseurs. Des millions, voire des milliards de bascules travaillent simultanément dans les appareils électroniques modernes pour stocker temporairement les données nécessaires à leur fonctionnement.