F.CAIGNET
Électronique Numérique – Licence Physique et Application
Introduction à l’électronique
Numérique
Licence Physique et Applications
Électronique séquentiel
Introduction à l’électronique
Numérique
Licence Physique et Applications
Électronique séquentiel
Fabrice CAIGNETLAAS - [email protected]://www.laas.fr/~fcaignet
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Électronique Numérique – Licence Physique et Application
I. Introduction
II. Les basculesA. Bascules RSB. Bascules JKC. Bascules D
III. Les compteursA. AsynchronesB. Synchrones
Plan du CoursPlan du Cours
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Électronique Numérique – Licence Physique et Application
I. Introduction – notion de système séquentielI. Introduction – notion de système séquentiel
Le système combinatoire est un système dont l’état des sorties ne dépend que de l’état des entrées
L’évolution des sorties est définie par une fonction booléenne des variables d’entrée, La notion temporelle ne fait pas partie de cette représentation.
Que se passerait-t-il si on prenait en compte l’aspect temporel, et si
on rebouclait un système sur lui-même???
Que se passerait-t-il si on prenait en compte l’aspect temporel, et si
on rebouclait un système sur lui-même???
DéfinitionDéfinition
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I. Introduction – notion de système séquentielI. Introduction – notion de système séquentiel
DéfinitionDéfinition
E1
E2
En
y1
y2
ym
S1
S2
Sr
Y1
Y2
Ym
y1
y2
ym
E1
E2
En
S1
S2
Sr
Le système séquentiel est un système dont l’état des sorties dépend :
- De l’état des entrées- De l’état des sorties à
l’instant précédent
Le système séquentiel est un système dont l’état des sorties dépend :
- De l’état des entrées- De l’état des sorties à
l’instant précédent
S(t+1) = f(E,S(t))S(t+1) = f(E,S(t))
Variables d’entrée
Variables internes
Variables de sortie
L’aspect temps de réponse du système est primordial
L’aspect temps de réponse du système est primordial
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Exemple de l’importance temporelle:
I. Introduction – notion de système séquentielI. Introduction – notion de système séquentiel
DéfinitionDéfinition
Déterminer la fréquence d’oscillation
A B C0
1 01 0 1
A
B
C
Ici c’est le temps de réponse de l’inverseur qui est
primordial
Ici c’est le temps de réponse de l’inverseur qui est
primordial
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Exemple simple :
I. Introduction – notion de système séquentielI. Introduction – notion de système séquentiel
DéfinitionDéfinition
On donne le schéma électrique
S(t)
A
B
Donner l’équation du système
Donner la table de vérité
Importance de définir S(t) à l’instant t et à l’instant t+1Importance de définir S(t) à l’instant t et à l’instant t+1
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II. Les basculesII. Les bascules
La bascule RSLa bascule RS
On considère le schéma électrique suivant
R
S
Q
Q
O
O
0
1
1
0
Qt+1QtSR
Supposition!!
0 0 0 0
0 0 1 1
O
1
0 1
0
0
0 1
1
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La bascule RSLa bascule RS
R
S
Q
Q
Interdit11
001
110
Qt00
Qt+1SR
État mémoire
Mise à 1
Mise à 0
État interdit
S
R
Q
t
t
t
Équation :
Qt+1=
Équation :
Qt+1=
II. Les basculesII. Les bascules
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Autre forme de la bascule RS :
La bascule RSLa bascule RS
S
R
Q
Q
1
1
&
&
(1)
(2)
Ici la table de vérité reste la même, mais on utilise des NANDs
II. Les basculesII. Les bascules
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La bascule RSLa bascule RS
Application : circuit anti-rebond
Q
Q
&
&
+5V 10kΩ
10kΩ
II. Les basculesII. Les bascules
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La bascule RSHLa bascule RSH
Même bascule que précédemment, mais active sur le niveau haut d’une horloge
S
R
Q
Q
&
&
(1)
(2)
&
&
H
En électronique numérique, on appelle horloge un dispositif délivrant un signal périodique carré dont l'amplitude évolue entre 0V et +VAl représentant respectivement le 0 et le 1 logiques
S
R
Q
t
t
t
t
H
II. Les basculesII. Les bascules
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La bascule RS et ses déclinaisonsLa bascule RS et ses déclinaisons
R
S
Q
QH
R
S
Q
QH
R
S
Q
QH
Bascule RSActive sur front
montant
Bascule RSActive sur front
descendant
Bascule RSActive sur niveau
QtXX0
1
1
1
1
H
Inter11
001
110
Qt00
Qt+1SR
QtXX0-1
H
Inter11
001
110
Qt00
Qt+1SR
QtXX0-1
H
Inter11
001
110
Qt00
Qt+1SR
II. Les basculesII. Les bascules
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La bascule JKLa bascule JK
On désire à partir d’un bascule RS réaliser une bascule dont le tableau de vérité est donné :
Qt11
101
O10
Qt00
Qt+1KJ
Équation :
Qt+1=
Équation :
Qt+1=
II. Les basculesII. Les bascules
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J
H
K
Q
Q
J
H
K
Q
Q
J
H
K
Q
Q
J
H
K
Q
Q
H
0
0
0
0
0
1
1
11
12
2
22
23
3
33
3
1
1
1
1
1
1
1
1
La bascule JKLa bascule JK
Application : réalisation d’un diviseur de fréquence par 2n
H
t
t
t
t
Q0
Q1
Q2
Q3
II. Les basculesII. Les bascules
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La bascule DLa bascule D
Q
Q
&
&&
&
1
D
H
D
H
Q
Q
Qt010
X01
011
Qt+1DH
Équation :
Qt+1=
Équation :
Qt+1=
Sa fonction principale est de synchroniser les données (les transférer uniquement sur la commande de H)
II. Les basculesII. Les bascules
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Généralités sur les bascules : fonctionnement synchrone et asynchroneGénéralités sur les bascules : fonctionnement synchrone et asynchrone
II. Les basculesII. Les bascules
état stablemise à 1mise à 0commutation
Qn10
Qn
0011
0101
1111
1111
SYNC
Mise à 1Mise à 0
état imprévisible
10*
xxx
xxx
xxx
100
010
ASYNC
RemarquesQn+1KJHClearPreset
SortieEntrées
les entrées asynchrones agissent au niveau bas; il faut les porter au 0 logique pour qu’elles agissent
R
S
Q
QH
Clear
Preset
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Les compteurs se présentent généralement sous la forme de circuits intégrés.Ces derniers contiennent principalement des bascules.
Ils comptent, suivant le système de numération binaire,le nombre d’impulsions appliquées à leur entrée.
Suivant qu’une nouvelle impulsion incrémente ou décrémentela valeur du mot binaire de sortie, le circuit fonctionne respectivement en compteur ou en décompteur.
III. Les compteursIII. Les compteurs
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COMPTEURHorloge
Entréede mise à 0
RAZ
Sorties
Q2
Q1
Q0
III. Les compteursIII. Les compteurs
Compteur 3 bitsCompteur 3 bits
poids faible
poids fort
Il existe deux types de compteurs :- les compteurs Asynchrones- les compteurs Synchrones
Il existe deux types de compteurs :- les compteurs Asynchrones- les compteurs Synchrones
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J
H
K
Q
Q
J
H
K
Q
Q
J
H
K
Q
Q
H
0
0
0
0
0
1
1
11
1 2
2
22
2
1
1
1
1
1
1
RAZ
R0 R1 R2
III. Les compteursIII. Les compteurs
Schéma d’un compteur 3 bits – AsynchroneSchéma d’un compteur 3 bits – Asynchrone
Schéma réalisé avec des bascules JK
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Horloge active sur front descendant
Q2
Q0
Q1
H
01
0
0
0
01
0101
0
1
1
0
0
1 1
1
1
1
0
0 1
0
0 1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
III. Les compteursIII. Les compteurs
Chronogrammes d’un compteur 3 bits - Asynchrone :Chronogrammes d’un compteur 3 bits - Asynchrone :
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Le compteur précédent compte de 0 à 7.
On dit que c’est un compteur modulo 8.
F0 = F/2
F1 = F/4
F2 = F/8
F : fréquence du signal HF0 : fréquence du signal Q0
F1 : fréquence du signal Q1
F2 : fréquence du signal Q2
En observant les signaux on remarque que :
Un compteur peut servir de diviseur de fréquences.Un compteur peut servir de diviseur de fréquences.
III. Les compteursIII. Les compteurs
Résumé d’un compteur 3 bits - Asynchrone :Résumé d’un compteur 3 bits - Asynchrone :
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Dans la structure synchrone, l’horloge est la même pour tous les étages. Le basculement de toutes les sorties se fait en même temps.
Dans la structure synchrone, l’horloge est la même pour tous les étages. Le basculement de toutes les sorties se fait en même temps.
Dans la structure asynchrone, l’impulsion de progressiondu compteur est appliquée sur l’entrée d’horloge du premier étage, les entrées d’horloge des autres bascules reçoivent le signal de sortie de l’étage précédent.
Dans la structure asynchrone, l’impulsion de progressiondu compteur est appliquée sur l’entrée d’horloge du premier étage, les entrées d’horloge des autres bascules reçoivent le signal de sortie de l’étage précédent.
III. Les compteursIII. Les compteurs
Compteur 3 bits - Synchrone :Compteur 3 bits - Synchrone :
Mise en œuvre d’un compteur synchrone 3 bits…Mise en œuvre d’un compteur synchrone 3 bits…