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Brancher un afficheur 7 segments avec 3 fils sur une carte UNO d'Arduino; c'est simple, mais auparavant il est préférable de comprendre le fonctionnement d'un afficheur et surtout de définir les octets qui affichent un chiffre ou un autre chiffre.
Nous allons voir en un premier temps le matériel nécessaire pour débuter l'étude:
la Breadboard grand format (la plaque avec 300 trous pour placer et y emboiter les broches des composants ou les fils de liaison)
7 résistances de 220 Ohms
1 résistance de 470 Ohms
1 Bouton Poussoir 6X6 connecté en colonnes 31 et 33 (les contacts broches de ce BP font que l'ensemble est plus haut que large, il ne se positionne que dans un sens).
des fils rigides 3M verts et un jaune pour le Point de dépassement.
1 afficheurs 7 segments avec un Point de Dépassement (DP) ce segment est rond comme une mini-Led. D'autre part, il existe des afficheurs dont leurs segments sont de couleur soit rouge soit verte, soit jaune... le fonctionnement est le même.
Ci-dessous, l'afficheur : il a ses 10 broches de connexion sur son verso; 5 connexions au sommet et 5 connexions en bas. Cela correspond à son implantation sur notre Breadboard . Ses broches de connexion sont numérotées, voir le croquis. Ses 10 broches ou pinoches sont rigides, assez longues pour pouvoir entrer dans un support ou dans la plaque Breadboard. La face avant du modèle photographié fait 13mm en hauteur.
Ce modèle est un afficheur à Anode Commune, AC. e.g. les Anodes des Segments sont réunies entre-elles dans le composant et les broches 3 et 8 sont reliées à toutes les Anodes.Nous connectons alors ces broches à la polarité PLUS.
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afficheur_7segmentsLED_avec_un_POINT_DP_dépassement_SINEAD.jpg
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Au fil de l'étude, je complèterai la liste.
Voici ci-dessous, l'afficheur placé verticalement sur la Breadboard. Vous pouvez alimenter la Breadboard avec une pile de 4,5 Volts (fils rouge et noir) ou si vous avez une carte UNO avec son 5 Volts. chaque segment a une résistance et un fil vert numéroté de A à G;
ce module afficheur (dit également "tube") a 5 broches coté supérieur et 5 broches côté inférieur, elles entrent dans les trous de la Breadboard au pas de 2,54mm. Il y a donc des colonnes de la Breadboard qui sont réservées aux "pinoches" de cet afficheur, et il y a alors des fils complémentaires pour répartir les connexions.
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Photo A : ici l'afficheur est à Cathode commune, le fil bleu qui est la polarité MOINS rejoint dans l'afficheur toutes les cathodes des segments.
maBreadboard projet Registre decalageSINEAD.jpg
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Premières constatations:
Des LEDs dans le module Afficheur translucide sont rouges et grises car c'est une image.
Les LEDs longues et fines qui sont rouges forment une lettre: la lettre F alors que nous n'avons pas branché la Breadboard.
On peut déduire alors que l'afficheur est capable de montrer plusieurs combinaisons; au moins 16.
Quand vous allez connecter les fils vous passerez en revue ces combinaisons.
Pour le moment, le module 7 segments qui est implanté, contient de par sa photo, ces 4 segments en couleur rouge.
Nous parlons d'un afficheur 7 segments depuis le début, mais regardons les détails pour bien comprendre :
Au voisinage des segments, j'ai ajouté 7 lettres en minuscule faute d'espace: il s'agit de dénommer chaque segment et donc chaque diode.
Au sommet, le segment horizontal est nommé "a"
A droite, le premier segment vertical est nommé "b"
au-dessous a droite, le segment vertical est nommé "c"
les 4 autres segments sont nommés "d" "g" "e" "f"
Chaque fois que le courant traverse ces segments (électroluminescents) , ils sont allumés.
Il s'agit de brancher sous le 5 Volts, sans oublier les résistances obligatoires de 220 Ohms, le segment et il sera allumé.
Le courant arrive à chaque segment (Led) sur son anode, et sort sur sa cathode ; et dans ce module translucide toutes les cathodes sont reliées entre-elles puis le courant sort par la broche connectée au fil Bleu sur cette Breadboard. On dit que c'est un afficheur à cathode commune.
Une combinaison de segments allumés formera un chiffre de 0 à 9 ou une lettre de A à F.
Regardez bien les résistances implantées, chacune d'elles va vers un segment.
Quand vous allez appuyer sur le BP deux fils verts sont connectés au 5 Volts ( fils VERTS en colonne 33, marqués "c" et "b" ) l'afficheur allume deux segments. c et b.
Ces deux segments indiquent le chiffre 1.
Après ce descriptif qui est de la théorie, installez sur la Breadboard les composants tels qu'ils sont placés sur la photo A.
Branchez la Breadboard sur une pile de 4,5 Volts ( ou sur une carte UNO éventuellement) et appuyez sur le BP.
Le chiffre 1 s'est allumé ; lâchez le BP, le chiffre est éteint. L'action n'est pas mise en mémoire.
Nous allons allumer d'autres segments en les reliant avec des fils Dupont au BP.
Cela va permettre de constituer un tableau qui aura au final les 16 combinaisons.
Avant de vous présenter le tableau rempli, détaillons chaque action qui fera évoluer le chiffre.
Maintenant nous savons que C et B connectés au 4,5 V forment le chiffre 1 quand le BP est appuyé.
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Ci-dessous, les détails au coeur de l'afficheur (dans l'afficheur) : regardez bien les fils gris et très fins, entre chaque segment et sa broche de connexion, et aussi
un des fils qui rejoint deux broches centrales dans la rangée au-dessus comme dans la rangée du dessous, c'est le fil commun aux cathodes; la liaison bleue peut se connecter au sommet de l'afficheur comme au-dessous. Nous avons mis cette liaison, fil bleu (ground) à la Cathode sur la broche de dessous.
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PHOTO A1............ L"AFFICHEUR SUR LA BREADBOARD
mon afficheur avec fils.jpg
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Les broches 3 et 8 sont communes à tous les cathodes des segments, ici aux cathodes car c'est un modèle "afficheur à Cathode commune"; mais il faut savoir qu'il existe les afficheurs à Anode commune,
La broche 5 ne sera pas utilisée dans cet exercice, mais il est possible d'allumer le point rond DP dépassement.
PHOTO A2 ( à copier sur une feuille de papier )Les chiffres de 1 à 10 dans les colonnes à droite dans la photo, correspondent aux broches horizontales qui entrent dans la Breadboard (1 à 5 en bas) et (6 à 10 en haut) de l'afficheur.
BROCHAGE_et_SEGMENTSafficheur_7_SEGMENTS.jpg
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Quels segments doivent être connectés pour afficher le chiffre 2 ?
...il faudra allumer 5 segments,
a b g e d
... Comme tous les fils verts, rapprochés du Bouton Poussoir ont la lettre correspondant au segment, vous pouvez avec des fils volant DUPONT, les rejoindre au + 4,5Volts, (rangée rouge au sommet de la Breadboard, ainsi vous allez allumer les segments les uns après les autres.
C'est ce que vous allez faire dans les deux chapitres suivants.
Au final, quand tous les fils sont placés, c'est le chiffre 8 qui est allumé; si ce n'est pas le cas, si un des segment ne s'est pas allumé : un fil ou une résistance n'est pas bien connectée. Il faut alors contrôler les liaisons, les emplacements des fils enfoncés (jumpers et résistances).
Déplacez ces 6 fils DUPONT de la ligne Rouge +4,5 Volts et placez chacun de ces fils dans la colonne 33 (4 au-dessus du BP et 2 fils au-dessous du BP).
- Appuyez sur le BP, le chiffre 8 s'allume. Les 7 segments ont chacun un courant identique en milliAmpère.
En amont du BP, retirez le fil Rouge (en H31 et ligne Rouge + et remplacez-le par un ampèremètre, il va indiquer l'intensité totale qui traverse les 7 segments quand vous allez appuyer sur le BP. La borne COM de l'Ampèremètre doit être reliée à la ligne MOINS (rappel si besoin voir le SUJET Ampèremètre dans liste des matériels).
- Appuyez sur le BP, le chiffre 8 est allumé et l'Ampèremètre indique environ 70mA.
Une fois le mesurage effectué:
- Retirez l'appareil de mesure, ne replacez pas le fil Rouge en amont du BP,
- Retirez l'afficheur à Cathode commune,
- Retirez le fil bleu et le fil rouge de l'alimentation,
- Retirez les 6 fils volant DUPONT placés à proximité du bouton-poussoir, comme dans le chapitre précédent
CHANGEMENT D AFFICHEUR :
Vous placez maintenant, un afficheur à Anode commune, et vous allez recâbler l'alimentation 5 Volts; le schématique ci-dessous vous présente les changements concernant la polarité, le + va à la broche 3 et 8 de l'afficheur (anode)
le MOINS va au Bouton-Poussoir entre H31 et la ligne Bleue:
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PHOTO B : ici l'afficheur est à ANODE Commune:
AFFICHEUR ANODE COMMUNE SINEAD.jpg
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Connectez l'alimentation 5 Volts (ou la pile de 4,5V NEUVE)
Appuyez sur le Bouton Poussoir, le chiffre 1 doit s'allumer.
Placez les 6 fils volant DUPONT sur la colonne 33, les segments de l'afficheur vont tous s'allumer en appuyant sur le BP.
Si tout fonctionne, vous remplacerez le BP par un bouton commutateur: 16 départs.
Puis dans un deuxième temps,
vous remplacerez ce commutateur par un ensemble Commutateur BCD et décodeur décimal.
il s'agira d'un commutateur dénommé BCD. Mais en réalité il devrait s'appeler ABCD, et comme cette abréviation n'est pas anglo-saxonne, seul BCD a été mis dans leur dictionnaire technique.
Ces deux prochaines expériences vont vous expliquer comment on allume l'afficheur selon le chiffre souhaité et tout cela par un codage,
le code BCD. (il existe d'autres codages entre-autres l'ASCII, l'hexadécimal...).
Matériels complémentaires...commutateurs décodeur ...
Regardons en un premier temps, le Tableau et les codes BCD : ils sont dans la colonne Inputs et un H ( HIGHT ) = le chiffre 1 et
un L ( LOW ) = le chiffre ZERO
Le tableau ci-dessous comporte le codage pour les 16 premiers chiffres de zéro à quinze. Pour le chiffre 1, dans la colonne "Outputs", cherchez les deux H qui allument les deux segmentsLED. Vous les avez dans les colonnes "b" et "c".
Au-dessous du tableau, la méthode pour le lire et le comprendre.
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codeBCDvers AFFICHEUR_7_segmentsLED.jpg
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Ce tableau, permet d'afficher les chiffres de 0 à 9 et les lettres A B C D E F sur un afficheur qui a 7 segmentsLED à anode commune.
Mais il faut savoir que les segments éclairés sont issus du circuit-intégré IC1 qui est Driver. Et selon les constructeurs de ce type de circuit-intégré les caractères au-delà du chiffre 9 peuvent être différents; les 6 lettres correspondent alors à des symboles utilisés dans des pays.
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segments_chiffres_caractères_spéciaux_Sinead.jpg
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Au-delà du chiffre 9, pour lire la deuxième dizaine, il faudra installer un deuxième afficheur à la gauche du premier ; et pour afficher le chiffre 10 il faudra afficher un zéro sur l'afficheur de droite et afficher un chiffre 1 sur l'afficheur installé à gauche.
Il y aura alors un codage pour l'afficheur de droite, et un codage pour l'afficheur de gauche; nous présenterons ces codes par lot de 4 :
0001 0000 Ces deux lots de 4 afficheront 10 avec les deux afficheurs placés l'un près de l'autre comme nous venons de le décrire.
Nous dirons aussi que chaque lot de 4 chiffres est un Bloc; 0001 est un Bloc, 0000 est un autre Bloc.
Mais pour le moment, regardons le premier afficheur, l'afficheur unique installé sur la Breadboard comme sur la photo B.
Voici le code BCD pour cet afficheur, code qui est aussi dans le tableau sous une autre forme, et que nous allons comparer et expliquer;
Le code:
chiffre / code
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
................Pour les chiffres de 1 à 2, vous voyez que dans le code, le chiffre 1 s'est décalé d'une colonne (pour chaque ligne).
.................ce décalage va se poursuivre pour les autres chiffres, ajoutons le 5
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
.................A ce stade, vous avez le codage BCD pour les 10 premiers chiffres. On dit que c'est le code binaire.
C'est le code BCD DÉCIMAL .
Mais, j'ai écrit dans un chapitre précédent qu'il existait d'autres codages; regardons le tableau au delà du chiffre 9.
Il y a les lignes A B C D E F
A 1010
B 1011
C 1100
D 1101
E 1110
F 1111
F (étant la seizième ligne)
Dans le tableau, l'ensemble des 16 lignes comprenant le Zéro, forme
le code HEXADÉCIMAL.
En comptant de Zéro à F nous utilisons
le code dit HEXADÉCIMAL . ( il permet de compter du 0 à 16 ).
Dans la colonne "Outputs" le codage pour les 7 segments est affiché.
Vous verrez ultérieurement des multiples de ce code comme 32, 64, 128, 254, 512 etc...
Dans ce chapitre nous n'utiliserons pas les puissances 1 2 4 8 bien que inscrites dans un tableau Page HE0001 du Sujet suivant.
Explications des colonnes et des rangées du tableau : Il est préférable d'imprimer ce tableau car vous en aurez souvent besoin.
LES RANGÉES :
Pour faciliter leurs lectures, j'ai zoné par des pointillés colorés des lignes ( rangées ).
Il y a 16 Lignes qui correspondent aux chiffres de 0 à 9 et aux lettres de A à F
Les autres lignes ou rangées:
La ligne du sommet est divisée et donne les titres:
en entrées " Inputs " , les codes BCD répartis sur un bloc de 4 : A0 A1 A2 A3 mais attention à l'ordre, c'est A3 A2 A1 A0 qui est inscrit; mais vous débuterez la lecture du code en lisant de la Droite vers la Gauche. Soit A0 A1 A2 A3.
En effet, quand vous avez lu ci-dessus pour le chiffre UN 0001 et pour le chiffre DEUX 0010, vous avez vu progresser le chiffre 1 de la droite vers la gauche et c'est le même principe pour les 9 chiffres et aussi pour les lettres de "a" à "f".
Avant l'explication détaillée ci-dessous, sur une feuille de papier, dessinez la photo A2, en écrivant les segments qui ont chacun un repère, de "a" à "f". Ainsi vous pourrez mettre l'afficheur avec ses détails auprès du tableau comportant le codage, pendant la lecture de l'explication.
Explication pour la ligne du Zéro :
Pour le chiffre Zéro, A0 A1 A2 A3 sont tous à L ( LOW ) et sur la même ligne en colonnes Outputs, vous avez, a b c d e f qui sont tous
les 6 à H ( HIGHT ) cela correspond aux 6 segments allumés comme dans la colonne de droite : Allumage.
Vous voyez que ces 6 Segments forment le chiffre Zéro, le courant ne passant pas dans le segment g qui lui est à L ( LOW ).
En comprenant bien cette première ligne, vous avez la connaissance pour lire les 15 lignes suivantes, alors ligne après ligne utilisez dans la colonne "Outputs " les H et les L qui allument des segments et forment un chiffre ou une lettre.
A suivre, nous allons faire un 7 puis un E
...............puis dans un deuxième temps, nous allons ajouter un afficheur similaire, les deux permettront d' indiquer 10 11 12 13 14, etc...
Déjà, comment faire un autre caractère ? un 7 un E ?
Ci-dessous, le schéma théorique de l'afficheur 7 segments, ce schéma a permis de réaliser le montage de la photo B.
Grâce à ce schéma vous allez ajouter un fil volant DUPONT pour afficher le chiffre 7.
Puis vous allez ajouter d'autres fils pour afficher un E.
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schema7SEGMENTSafficheurANODE_COMMUNEetBornesY1Y5.jpg
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Les explications qui concernent le trait en pointillés entre "y1" et la borne "a" sur ce schéma; faire le 7, puis faire le E.
Comme vous aviez regardé la photo B, vous aviez vu qu'il y a des fils en attente au voisinage du Bouton-Poussoir BP.
En effet 4 fils VERTS sont en attente en colonne 35, et 1 fil en colonne 37.
il y a un fil VERT en attente pour chaque segment ; d'ailleurs sur ces colonnes j'ai recopié pour repérage, la lettre de chaque segment.
Prenez un fil volant DUPONT MALE-MALE et placez un embout du fil dans le trou 35H ( rappelez-vous que la plaque Breadboard a des repères colonnes rangées de A à J ) et l'autre extrémité de son fil, placez l'autre embout dans la ligne MOINS bleue (ce qui correspond sur le schéma théorique à rejoindre la borne "a" à "y1" , donc le trait en pointillé équivaut au fil DUPONT). LE SEGMENT "A" s'est allumé sur l'afficheur.
APPUYEZ sur le BP, deux autres segments s'allument; l'ensemble des 3 segments allumés forme le chiffre 7.
N'APPUYEZ PLUS sur le BP, seul le segment "a" reste allumé.
Prenez 4 autres fils DUPONT MALE-MALE et placez-les dans les trous de la colonne 35 qui ont les noms des segments et raccordez l'autres extrémité dans la rangée MOINS bleue. La lettre E est allumée.
Cette fois-ci, vous n'avez pas appuyé sur le BP. En effet quand vous regardez le Tableau, les segments "a" et "b" doivent être à L (LOW) ; c'est le cas, tant que vous n'appuyez pas que le BP, ils demeurent à LOW.
MAINTENANT, appuyez sur le BP, "a" et "b" passent à H HIGHT.
Tous les segments sont allumés, c'est le chiffre 8 qui est affiché.
Comparez avec le tableau, dans la ligne du 8, tous les segments de "a" à "f" sont à HIGHT;
CONCLUSION
Vous avez compris : c'est en fonction de certains fils reliés à la polarité MOINS que des caractères sont allumés dans l'afficheur,(à anode commune).
Vous avez compris qu'il est possible d'afficher 6 lettres et 10 chiffres, soit un total de 16.
Vous avez compris que le code BCD sur 4 chiffres permet de définir une des 16 possibilités.
Vous avez compris qu'il y a deux types d'afficheur, l'un à anode commune, l'autre à cathode commune; la différence dans le branchement réside dans l'inversion du PLUS par le MOINS.
Débranchez la Breadboard de la pile ou du 5 Volts de la carte UNO Arduino.
à suivre... Vous allez ajouter au BP (Bouton-Poussoir) un commutateur DIP 4 voies, et ainsi plus besoin de manipuler les fils VERTS; avec ce commutateur vous ferez le code BCD pour les 16 lignes du tableau.
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SELECTEUR BCD 4 VOIES.jpg
C'est avec ses 4 lamelles pivotantes, ( 1-2) (3-4) (5-6) (7-8) que le code BCD est réalisé, tel qu'il est dessiné les lamelles inclinées ne laissent pas passer le courant des fils A B C D vers le fil commun qui comporte les Boulets. Les fils A B C D sont alors au niveau LOW et c'est le chiffre ZÉRO qui est codé.
Sur ce commutateur, basculez la lamelle (1-2), elle se trouve en position passante, le contact est établi entre 1 et 2 (l'inter est fermé).
De ce fait, le code a changé, il y a 3 lamelles ouvertes et une qui est fermée: c'est le code 0001 qui correspond au chiffre 1.
Ce commutateur est dit Sélecteur 4 voies, parce qu'il permet de changer les niveaux LOW et HIGHT en A0 A1 A2 A3 des seize lignes du tableau.
Les positions des lamelles, certaines ouvertes et d'autres fermées, font le code BCD Hexadécimal. C'est donc un Codeur BCD.
Une fois que l'un des seize codes est réalisé avec le sélecteur, rebranchez la Breadboard sous le 5 Volt, le chiffre 1 s'est allumé en ayant appuyé sur le BP.
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Ci-dessous, le brochage du circuit-intégré 74LS47N, nous utilisons les mots "Broche","Pinoche","pin" pour une des jonctions métalliques du composant et dans le cas ce ce 74LS47N il y a deux rangées de 8 "pins".
Utilisez dans cette photo le dessin de Droite "connection diagram" où ce composant est vertical et affiche bien chaque numéro de "Pin" pour sa fonction, exemple :
Pin 7 = A0
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Ci74LS47_BROCHAGEopenCOLLECTORS.jpg
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Ci-dessous le schematic complet sur la Breadboard : vous constatez qu'entre le Codeur BCD ( bleu ) et l'Afficheur, j'ai placé un décodeur IC1
ce décodeur est un " Integred-Circuit " de 2 fois huit broches, il occupe 8 colonnes (de la 27 à la 34) sur la Breadboard.
( Les fils Verts, a b c d e f g sont décalés vers la droite pour libérer de l'espace, leurs repères sont aussi déplacés ).
Le rôle de ce Circuit-Intégré IC1 est de convertir le code BCD sélectionné en 7 sorties HIGHT ou LOW vers l'Afficheur.
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BREADBOARDavecDIPvoiesBCDsegmentsVER2178.jpg
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-en entête, résumez votre question, car ce texte sera apparent comme titre du Sujet et sollicitera des réponses,
-en début de page, écrivez le numéro de notre présente page " page AF0002 " ( numéro inscrit en début de Sujet ).
Ci-dessous un Sélecteur à glissière 4 Voies :
-les 4 inverseurs sont en position OFF (en bas) donc en LOW soit 0000, c'est la sélection pour le chiffre Zéro
-il s'agit d'un modèle CetK, ses 4 inverseurs à glissière sont numérotés de 1 à 4, mais en lisant de 4 à 1 on peut dire que
4 = A0
3 = A1
2 = A2
1 = A3
CODEUR_BCD_4voies_Dip_SINEAD.jpg
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Ce deuxième Sélecteur à glissière, d'une autre marque, a ses 4 inters à glissière numérotés de 1 à 4.
Le 1 étant à gauche correspond à A3, le 2 c'est A2, etc. Les numéros et les branchements sont identiques au modèle CetK Rouge.
INTER_DIP_4_WAY_A3_A2_A1_A0.jpg
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il existe aussi des roues codeuses, mais pour comprendre le code BCD, rien ne vaut le sélecteur à glissière 4 Voies décrit ci-dessus. Avec lui, vous pouvez mettre A0 à droite; vous retrouvez ainsi l'ordre de lecture des codes A3 A2 A1 A0 qui se lit donc de la droite vers la gauche soit A0 A1 A2 A3.
Sur la Photo de la Breadboard avec le sélecteur à glissière Bleu, A0 est mis à droite...A3 est mis à gauche.
C'est aussi dans cet ordre que l'on trouve la plupart des tableaux (table hexa). Exemple pour le chiffre 1 : le code est 0001 le 1 à droite = A0.
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ROUE_CODEUSE_BCD_APEM_USA_Sinead_v860.jpg