GELE2442 Chapitre 6 : Circuits sأ© ... Contenu 1 Circuits s equentiels 2 Verrous 3 Bascules 4 Analyse

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  • GELE2442 Chapitre 6 : Circuits séquentiels

    Gabriel Cormier, Ph.D., ing.

    Université de Moncton

    Hiver 2015

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 1 / 39

  • Contenu

    1 Circuits séquentiels

    2 Verrous

    3 Bascules

    4 Analyse de circuits séquentiels

    5 Machines Mealy et Moore

    6 Conception de machines d’état synchrones

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 2 / 39

  • Circuits séquentiels

    Circuits séquentiels

    Plusieurs circuits courants ont besoin de mémoire

    Les circuits séquentiels sont des mémoire de base

    Circuit séquentiel: la sortie dépend des entrées et de la sortie précédente

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  • Circuits séquentiels

    Circuits séquentiels

    Circuit combinatoire

    Éléments mémoire

    Entrées Sorties

    Figure 1 : Schéma-bloc d’un circuit séquentiel

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 4 / 39

  • Circuits séquentiels

    Circuit séquentiel

    Reçoit l’information des entrées externes qui, avec l’état actuel des éléments de stockage, détermine les sorties

    Les entrées externes vont aussi déterminer l’état du système à l’étape suivante

    Deux types:

    Synchrone:le comportement est déterminé par les signaux à des instants discrets de temps Asynchrone: le comportement est déterminé par les signaux à n’importe quel instant, et l’ordre avec lequel les entrées varient

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  • Circuits séquentiels

    Circuit synchrone

    La synchronisation est obtenue à l’aide d’une horloge

    Horloge: signal périodique (habituellement avec un rapport cyclique de 50%)

    L’horloge est distribuée à l’ensemble du système: les éléments de stockage sont seulement affectés avec l’arrivée d’un pulse d’horloge

    L’horloge détermine quand il y a activité dans le circuit, et les autres signaux déterminent quoi

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  • Circuits séquentiels

    Bascule

    Bascule: éléments de stockage (mémoire) dans des circuits séquentiels (flip-flop)

    Peut seulement stocker 1 bit

    Dans un état stable, la sortie est un 0 ou 1

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  • Verrous

    Verrous

    Élément de stockage qui fonctionne avec le niveau des signaux

    Bascule: contrôlé par de la transition de l’horloge

    On utilise des verrous pour créer des bascules

    Typiquement, on utilise des bascules, plutôt que des verrous, pour stocker des données

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  • Verrous Verrou SR

    Verrou SR

    R (reset)

    S (set)

    Q

    Q’

    S R Q Q’ 1 0 1 0 0 0 1 0 (après S = 1, R = 0) 0 1 0 1 0 0 0 1 (après S = 0, R = 1) 1 1 0 0 (interdit)

    Figure 2 : Verrou SR

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  • Verrous Verrou SR

    Verrou SR avec activation

    R

    S

    Q

    Q’

    EN

    EN S R Prochain état Q 0 X X Aucun changement 1 0 0 Aucun changement 1 0 1 Q = 0 1 1 0 Q = 1 1 1 1 Indéterminé

    Figure 3 : Verrou SR avec activation

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 10 / 39

  • Verrous Verrou D

    Verrou D

    Permet d’éliminer l’état interdit 1-1

    A une seule entrée D (pour données)

    Aura une entrée d’activation

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 11 / 39

  • Verrous Verrou D

    Verrou D

    D Q

    Q’

    EN EN D Prochain état Q 0 X Aucun changement 1 0 Q = 0 1 1 Q = 1

    Figure 4 : Verrou D avec activation

    Quand EN = 1, Q = D: le verrou est en mode transparent Quand EN = 0, Q = Q: le verrou est en mode mémoire

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 12 / 39

  • Bascules

    Bascules

    Avec des verrous: problèmes possibles de synchronisation

    Si l’entrée du verrou varie (ou n’est pas stable) pendant que EN = 1, la sortie variera elle aussi, ce qui peut générer des erreurs

    On utilise plutôt des bascules, au lieu des verrous, pour avoir une mémoire

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  • Bascules Bascule D

    Bascule D

    Construit avec 2 verrous D

    Le premier verrou est le primaire, et l’autre est le secondaire

    La bascule fonctionne avec une horloge

    Le circuit échantillonne l’entrée D et change seulement la sortie lorsque l’horloge fait la transition de 1→ 0

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 14 / 39

  • Bascules Bascule D

    Bascule D

    Verrou D primaire

    QD

    EN

    Verrou D secondaire

    QD

    EN

    D Y

    CLK

    Q

    Bascule D

    QD

    CLK

    Figure 5 : Bascule D négative et symbole

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 15 / 39

  • Bascules Bascule D

    Bascule D

    Exemple de chronogramme:

    CLK

    D

    Y

    Q

    Figure 6 : Chronogramme pour une bascule D

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 16 / 39

  • Bascules Bascule D

    Bascule D

    Équation caractéristique: équation qui permet de calculer la sortie à la prochaine transition de l’horloge, en fonction des entrées

    Pour une bascule D: Q(t+ 1) = D

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 17 / 39

  • Bascules Bascule JK

    Bascule JK

    Possède 2 entrées (plus l’horloge)

    Effectue trois opérations: placer la sortie à 0, placer la sortie à 1, ou faire le complément de la sortie actuelle

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 18 / 39

  • Bascules Bascule JK

    Bascule JK

    Q

    Q’

    J

    CLK

    K

    J K Q(t+1) 0 0 Q(t) Aucun changement 0 1 0 Reset 1 0 1 Set 1 1 Q′(t) Complément

    Figure 7 : Bascule JK et symbole

    Q(t+ 1) = JQ′ +K ′Q

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  • Bascules Bascule JK

    Bascule JK: Design

    À partir de l’équation caractéristique, on peut créer un tableau de design

    Q(t+ 1) = JQ′ +K ′Q

    Q Q∗ J K 0 0 0 X 0 1 1 X 1 0 X 1 1 1 X 0

    Figure 8 : Tableau de design d’une bascule JK

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 20 / 39

  • Bascules Bascule T

    Bascule T

    Q

    Q’

    T

    CLK

    T Q(t+1) 0 Q(t) Aucun changement 1 Q′(t) Complément

    Figure 9 : Bascule T et symbole

    Q(t+ 1) = T ⊕Q = TQ′ + T ′Q

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 21 / 39

  • Bascules Bascule T

    Bascule T: Design

    À partir de l’équation caractéristique, on peut créer un tableau de design

    Q(t+ 1) = TQ′ + T ′Q

    Q Q∗ T 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

    Figure 10 : Tableau de design d’une bascule T

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 22 / 39

  • Analyse de circuits séquentiels

    Analyse de circuits séquentiels

    L’analyse est un peu différente de l’analyse de circuits combinatoires

    Le comportement du circuit dépend des entrées, des sorties, et de l’état des bascules

    If faut obtenir une table ou un diagramme pour la séquence d’entrées, de sorties et d’états internes

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 23 / 39

  • Analyse de circuits séquentiels Équations d’état

    Exemple

    QD

    CLK Q’

    QD

    CLK Q’

    A’

    B

    A x

    CLK

    y

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 24 / 39

  • Analyse de circuits séquentiels Équations d’état

    Équations:

    Pour le prochain état:

    A(t+ 1) = A(t)x(t) +B(t)x(t)

    B(t+ 1) = A′(t)x(t)

    ou

    A(t+ 1) = Ax+Bx

    B(t+ 1) = A′x

    Pour la sortie: y(t) = (A+B)x′

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 25 / 39

  • Analyse de circuits séquentiels Tableau d’état

    Tableau d’état

    Tableau qui montre toutes les transitions selon la séquence d’entrées, de sorties et d’états

    Normalement quatre sections: état présent, entrée, prochain état et sortie

    Le prochain état est basé sur les équations d’état

    Gabriel Cormier (UdeM) GELE2442 Chapitre 6 Hiver 2015 26 / 39

  • Analyse de circuits séquentiels Tableau d’état

    Exemple: tableau d’état

    État Prochain

    Présent Entrée État Sortie A B x A B y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0

    Figure 11 : Tableau d’état pour le circuit de l’exemple précédent

    G