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 compteurs numériques

Les compteurs numériques sont des circuits électroniques capables de compter automatiquement des impulsions. Chaque fois qu'ils reçoivent un signal d'horloge ou une impulsion électrique, leur valeur change selon une règle bien définie. Ils sont utilisés dans d'innombrables appareils électroniques pour compter des événements, mesurer le temps ou suivre une position.

Un compteur est constitué de plusieurs bascules reliées entre elles. Chaque bascule mémorise un bit. Ensemble, elles forment un nombre binaire qui augmente ou diminue au fil des impulsions.

Le compteur le plus simple est un compteur binaire. À chaque impulsion d'horloge, il ajoute 1 à la valeur qu'il contient.

Lorsqu'un compteur atteint sa valeur maximale, il recommence généralement à zéro. Par exemple, un compteur de 4 bits peut compter de 0000₂ (0) jusqu'à 1111₂ (15). À l'impulsion suivante, il revient à 0000₂. On dit qu'il fonctionne en modulo 16, car il possède 16 états possibles.

Il existe plusieurs types de compteurs. Les compteurs ascendants comptent de 0 vers les valeurs les plus grandes, tandis que les compteurs descendants effectuent le chemin inverse. Certains modèles peuvent compter dans les deux sens selon un signal de commande.

Les compteurs servent également à diviser une fréquence. Par exemple, si un compteur change d'état une fois toutes les deux impulsions, il produit un signal deux fois plus lent que celui reçu en entrée. En utilisant plusieurs bascules, il est possible de diviser une fréquence par 2, 4, 8, 16, 32 et bien davantage. Cette propriété est très utilisée pour fabriquer des horloges électroniques.

Les compteurs numériques sont présents dans les montres, les réveils, les chronomètres, les fours à micro-ondes, les machines à laver, les ascenseurs, les robots, les systèmes industriels et les ordinateurs. Ils permettent de compter des secondes, des tours de moteur, des objets sur une chaîne de production ou encore les impulsions provenant d'un capteur.

Dans un microprocesseur, les compteurs sont indispensables. Le compteur ordinal indique l'adresse de la prochaine instruction à exécuter, tandis que d'autres compteurs internes servent à mesurer le temps, à gérer les communications ou à synchroniser les différents composants du système.