Logique Séquentielle - fonction « mémoire »1. Introduction Logique combinatoire : Un système logique est dit combinatoire si à tout instant, le résultat logique en sortie ne dépend que de l’état de ses entrées. L’élément de base d’un système combinatoire est la porte logique. Logique séquentielle : Un système est dit séquentiel si à une même combinaison des variables d’entrée peut correspondre plusieurs combinaisons différentes des variables de sortie. La combinaison des variables de sortie dépend des entrées mais également de l’état antérieur des variables de sortie ou d’un signal de synchronisation. Autrement dit dans un système séquentiel, la sortie à un instant donné N dépend des entrées à l’instant N mais aussi des entrées et sorties aux instants précédents (instant N-1). C’est ce que l’on appelle « l’effet MEMOIRE » L’élément de base d’un système séquentiel est la bascule (bistable) Fonction mémoire - la bascule : Q Entrées Bascule Q Les sorties : La sortie Q est la sortie « normale » de la bascule, tandis que la sortie Q est la sortie complémentaire. Remarque : lorsqu’on fait référence à l’état d’une bascule, on considère l’état de la sortie « normale » Q. Changement d’état : Les entrées sont utilisées pour commuter (« faire basculer ») les sorties. Une entrée a seulement besoin de l’excitation d’une impulsion pour changer l’état des sorties de la bascule. Après la disparition de cette impulsion, les sorties conserve leur valeur. C’est cela qui fait de la bascule un dispositif de mémorisation. 2. Les bascules 2.1 La bascule R S SYMBOLE R 0 S 0 Q(n+1) Q(n+1) Table de vérité Remarque Bascule RS réalisée à l’aide d’opérateur OU-NON R ≥1 Q R S R S Q Q 0 1 1 0 1 1 ≥1 S Q Equations des sorties : Logique Séquentielle - La fonction mémoire - page 1 LYCEE LACHENAL - M. BERNARD - édité le 25/11/2008 Exercice : Compléter les chronogrammes suivants (appliqués à une bascule RS) : R t S Q Q t t t 2.M. BERNARD .2 La bascule R S Nb : La bascule R S est la sœur jumelle de la bascule RS.La fonction mémoire .page 2 LYCEE LACHENAL . SYMBOLE R 0 S 0 Q(n+1) Q(n+1) Table de vérité Remarque Bascule RS réalisée à l’aide d’opérateur ET-NON R & Q R S R S Q Q 0 1 1 0 1 1 & S Q Equations des sorties : Exercice : Compléter les chronogrammes suivants (appliqués à une bascule RS) : R t S Q Q t t t Logique Séquentielle .édité le 25/11/2008 . 2. Dans une table de vérité le front montant est symbolisé par le signe suivant : On appelle front descendant l’instant t ou le signal d’horloge (H) passe de l’état haut à l’état bas. Dans une table de vérité le front descendant est symbolisé par le signe suivant : SYMBOLE bascule RSH Q 1R C1 1S R 0 0 1 1 X X X S 0 1 0 1 X X X 0 1 Table de vérité (bascule active sur front montant) H Q(n+1) Q(n+1) Remarque R H S 1R C1 1S Q ou Q R H S Q Bascule RSH active sur Bascule RSH active sur Exercice : Compléter les chronogrammes suivants (appliqués à une bascule RSH active sur front montant) : R t S H Q Q t t t t Logique Séquentielle .page 3 LYCEE LACHENAL .mode synchrone : le moment exact. ses sorties ne changent d’état qu’aux instants de transitions du signal d’horloge.M. où la sortie change d’état est commandé par un signal de synchronisation temporelle que l’on appelle couramment signal d’horloge (H ou C [clock]) Lorsque qu’un circuit fonctionne en mode synchrone.La fonction mémoire . les sorties de ces fonctions changent d’état toutes en même temps lorsque le signal d’horloge effectue une transition. Ces transitions sont appelés des fronts montant ou front descendant. Intérêt : En distribuant ce signal d’horloge à l’ensemble des fonctions logiques réalisant un système. . Exemple de signal d’horloge : H t On appelle front montant l’instant t ou le signal d’horloge (H) passe de l’état bas à l’état haut.3 La bascule R S synchrone (bascule RSH ou RST) Un circuit numérique peut fonctionner de 2 façons : .édité le 25/11/2008 . BERNARD .mode asynchrone : sa (ou ses) sortie(s) change(nt) d’état à tout moment quand une (ou plusieurs) entrées changent d’état. 4 La bascule R S à verrouillage (LATCH) SYMBOLE bascule RS à verrouillage Q Q R 0 0 1 1 X S 0 1 0 1 X C 1 1 1 1 0 Table de vérité (entrée C active à 1) Q(n+1) Q(n+1) Remarque R C S 1R C1 1S Q Q ou R C S 1R C1 1S Bascule RS à verrouillage (Entrée C active à 1) Bascule RS à verrouillage (Entrée C active à 0) Exercice : Compléter les chronogrammes suivants (appliqués à une bascule RSC active sur niveau 1) : R t S C Q Q t t t t 2.M.édité le 25/11/2008 t t t t .La fonction mémoire .6 La bascule JK (synchrone) SYMBOLE bascule JK Q 1J C1 1K J K 0 0 0 1 1 0 1 1 X X X X X X 0 1 Table de vérité (bascule active sur front montant) H Q(n+1) Q(n) 0 1 Q(n) Q(n+1) Q(n) 1 0 Q(n) Remarque J H K 1J C1 1K Q Q ou J H K Q Bascule JK active sur Bascule JK active sur Exercice : Compléter les chronogrammes ci-contre (appliqués à une bascule JK active sur front montant) : J t K H Q Q Logique Séquentielle .2.page 4 LYCEE LACHENAL . BERNARD . 2.5 Exemple d’application des bascules RS Système Anti-Rebond (voir TD). page 5 LYCEE LACHENAL . BERNARD .2.La fonction mémoire .7 La bascule D synchrone SYMBOLE bascule D synchrone Q 1D C1 D 0 1 Table de vérité (bascule active sur front montant) H Q(n+1) Q(n+1) Remarques D H 1D C1 Q Q ou D H Q Bascule D active sur Bascule D active sur X X X 0 1 Exercice : Compléter les chronogrammes suivants (appliqués à une bascule D active sur front montant) : D H Q Q t t t t 2.7 La bascule D à verrouillage (LATCH) SYMBOLE bascule D à verrouillage Q 1D C1 D 0 1 X C 1 1 0 Table de vérité (bascule active pour C=1) Q(n+1) Q(n+1) Remarque D C 1D C1 Q Q ou D C Q Bascule D à verrouillage Exercice : Compléter les chronogrammes suivants (appliqués à une bascule D .édité le 25/11/2008 . C actif à 1) : D C Q Q t t t t Logique Séquentielle .M. elles sont inutiles : on les maintient alors en permanence au niveau logique inactif.La fonction mémoire . Caractéristiques communes aux bascules 3. (broche appelée aussi RAZ ou CLR) Ces deux entrées asynchrones sont désignées entrées d’initialisation ou de forçage. Remarque : La plupart des bascules ont au moins une entrée de type asynchrone (pour fixer la valeur des sorties à la mise sous tension). deux entrées supplémentaires asynchrones. il est souvent nécessaire que les bascules soient initialisées.page 6 LYCEE LACHENAL . c’est à dire que leur sortie Q soit mise à « 1 » ou à « 0 » et ce indépendamment du signal d’horloge. . Dans certains montages.3.mode asynchrone : les entrées asynchrone (ou dites prioritaires) ont un effet immédiat sur l’état de la bascule.mode synchrone : les entrées synchrone ne sont prises en compte que sur le front montant du signal d’horloge. Initialisation d’une bascule : Pour le fonctionnement d’un système. D’où.M. Exercice 1 : établir les tables de vérité des fonctions logiques 7474 et 7476 SYMBOLE du circuit référence 7474 Table de vérité du circuit 7474 SYMBOLE du circuit référence 7476 Table de vérité du circuit 7476 Logique Séquentielle .1 mode de fonctionnement des entrées Comme nous l’avons vu précédemment les entrées peuvent fonctionner dans un des deux modes de fonctionnement : . présentes sur pratiquement tous les circuits intégrés : Preset : mise à 1 de la sortie Q (broche appelée aussi RAU ou SET) Clear : mise à 0 de la sortie Q. Elles ont un fonctionnement synchrone par rapport au signal d’horloge.édité le 25/11/2008 . BERNARD . Ces entrées sont actives à l’état bas.Exercice 2 : Tracer les chronogrammes de fonctionnement correspondants aux fonctions logiques 7474 et 7476 (voir exercice 1) t t t t t t t t t t t t Circuit 7474 3. on définit Tp typ PRE/CLR -> Q/Q = 20 ns 3. entrée asynchrone).2 Temps de propagation Circuit 7476 Comme tout circuit logique. il faut que l’impulsion sur l’entrée asynchrone dure suffisamment longtemps dans son état actif.M.La fonction mémoire . on est sur que la sortie passera à 1 (sans ambiguïté). . Ils peuvent varier entre quelques ns et quelques ms. fonction SET et RESET. Il est mesuré aux points à mi-hauteur du signaux (50 %). Exemple : tW Preset Low = 25 ns . BERNARD . NB : .édité le 25/11/2008 .5 Durée minimum pendant laquelle une entrée asynchrone doit être active : Si on veut effectivement forcer la bascule à 0 ou 1. tW Clear Low = 25 ns. Ces temps de propagation affecte toutes les entrées des bascules (horloge. entrées asynchrones…) Rappel : Le temps de propagation est le retard entre le moment où le signal est appliqué et le moment où ce dernier provoque un changement en sortie.4 Largeur minimum de l’impulsion d’horloge On définit : tW clock : durée minimale pendant laquelle l’horloge doit demeurer à 1 avant de repasser à 0. Les retards de propagation affectent la réponse à toutes les entrées (horloge. exemple : tW Clock High = 20 ns 3.Si on laisse PRESET plus de 25 ns à 0. Logique Séquentielle . on peut définir deux temps de propagation TPHL et TPLH (c. Exemple sur doc TI : Pour la bascule 74HC74.f TP sur la technologie des fonctions logiques).page 7 LYCEE LACHENAL . Il s’agit de l’intervalle qui précède immédiatement le front déclencheur du signal d’horloge.(Norme Européenne NF-C 03-212 et CEI 617-12) Une norme Européenne (et Française) définit la façon de représenter la symbolique associée aux opérateurs logiques. 3.7 Temps de maintien : noté tM ou TH (Hold). Symbolisation des opérateurs logiques .1C2 : horloge sur front montant.8 Fréquence maximale du signal d’horloge : Fréquence la plus élevée que peut avoir le signal d’horloge et qui assure un déclenchement fiable de la bascule. Si on ne respecte pas ce temps.page 8 LYCEE LACHENAL . il n’est pas garanti que la bascule répondra correctement à l’arrivée du front.G1 : entrée qui lorsqu’elle est valide (ici état bas) va permettre la validation de toutes les entrées précédées de 1.édité le 25/11/2008 . Elle influence toutes les entrées précédées de 2 (toutes les bascules D). BERNARD . pendant une durée égale à : TS + TH. Il s’agit de l’intervalle qui suit immédiatement le front déclencheur du signal d’horloge pendant lequel l’entrée de donnée doit être gardée au niveau approprié.Cadre des communs d’entrée : il est utilisé chaque fois qu’un circuit intégré a des entrées communes avec plus d’un élément de la puce. La sortie d’une bascule passe donc dans l’état imposé par les niveaux logiques actifs sur ses entrées de commande synchrones juste avant la transition du signal d’horloge. C. la bascule ne sera pas déclenchée correctement. Logique Séquentielle . . Si on ne respecte pas ce temps. En résumé.6 Temps de stabilisation (ou temps d’établissement min) : noté tSU (Setup).M. pendant lequel l’entrée de donnée doit être gardée au niveau approprié. .2D : entrée de bascule D (influencée par horloge 1C2). Exemple : Circuit 74379 . Les fabricants spécifient généralement la durée de stabilisation minimale admissible. Les fabricants spécifient généralement la durée minimale acceptable. 4.Deux exigences de synchronisation doivent être respectées pour qu’une bascule synchrone réponde correctement à ses entrées de commande lorsque arrive un front déclencheur sur l’horloge.La fonction mémoire . . D H Q t t t 3.F annexe 1 à ce cours. Elle est fonction du temps de transition. l’entrée de commande doit être stable. 3. Généralement le temps de maintien est suffisamment court. La fréquence Fmax varie d’une bascule à l’autre et même entre bascules avec le même numéro de série. c’est à dire inchangée. édité le 25/11/2008 .ANNEXE 1 Logique Séquentielle . BERNARD .page 9 LYCEE LACHENAL .M.La fonction mémoire . La fonction mémoire .M. BERNARD .ANNEXE 1 Logique Séquentielle .page 10 LYCEE LACHENAL .édité le 25/11/2008 . La fonction mémoire .édité le 25/11/2008 . BERNARD .ANNEXE 1 Logique Séquentielle .page 11 LYCEE LACHENAL .M. page 12 LYCEE LACHENAL .ANNEXE 1 Logique Séquentielle . BERNARD .édité le 25/11/2008 .La fonction mémoire .M. ANNEXE 1 Logique Séquentielle .page 13 LYCEE LACHENAL . BERNARD .M.La fonction mémoire .édité le 25/11/2008 . édité le 25/11/2008 . BERNARD .La fonction mémoire .page 14 LYCEE LACHENAL .M.ANNEXE 1 Logique Séquentielle .
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