Logique Séquentielle - fonction «mémoire»

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1 Logique équenielle - foncion «mémoire» 1. Inroducion Logique combinaoire : Un sysème logique es di combinaoire si à ou insan, le résula logique en sorie ne dépend que de l éa de ses enrées. L élémen de base d un sysème combinaoire es la pore logique. Logique séquenielle : Un sysème es di séqueniel si à une même combinaison des variables d enrée peu correspondre plusieurs combinaisons différenes des variables de sorie. La combinaison des variables de sorie dépend des enrées mais égalemen de l éa anérieur des variables de sorie ou d un signal de synchronisaion. Auremen di dans un sysème séqueniel, la sorie à un insan donné N dépend des enrées à l insan N mais aussi des enrées e sories aux insans précédens (insan N-1). C es ce que l on appelle «l effe MEMOIE» L élémen de base d un sysème séqueniel es la bascule (bisable) Foncion mémoire - la bascule : Enrées Bascule Les sories : La sorie es la sorie «normale» de la bascule, andis que la sorie es la sorie complémenaire. emarque : lorsqu on fai référence à l éa d une bascule, on considère l éa de la sorie «normale». Changemen d éa : Les enrées son uilisées pour commuer («faire basculer») les sories. Une enrée a seulemen besoin de l exciaion d une impulsion pour changer l éa des sories de la bascule. Après la dispariion de cee impulsion, les sories conserve leur valeur. C es cela qui fai de la bascule un disposiif de mémorisaion. 2. Les bascules 2.1 La bascule YMBOLE Table de vérié Bascule réalisée à l aide d opéraeur OU-NON (n+1) (n+1) emarque Equaions des sories : Logique équenielle - La foncion mémoire - page 1 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

2 Exercice : Compléer les chronogrammes suivans (appliqués à une bascule ) : 2.2 La bascule Nb : La bascule es la sœur jumelle de la bascule. YMBOLE Table de vérié Bascule réalisée à l aide d opéraeur ET-NON (n+1) (n+1) emarque 0 0 & & Equaions des sories : Exercice : Compléer les chronogrammes suivans (appliqués à une bascule ) : Logique équenielle - La foncion mémoire - page 2 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

3 2.3 La bascule synchrone (bascule ou T) Un circui numérique peu foncionner de 2 façons : - mode asynchrone : sa (ou ses) sorie(s) change(n) d éa à ou momen quand une (ou plusieurs) enrées changen d éa. - mode synchrone : le momen exac, où la sorie change d éa es commandé par un signal de synchronisaion emporelle que l on appelle courammen signal d horloge ( ou C [clock]) Lorsque qu un circui foncionne en mode synchrone, ses sories ne changen d éa qu aux insans de ransiions du signal d horloge. Ces ransiions son appelés des frons monan ou fron descendan. Inérê : En disribuan ce signal d horloge à l ensemble des foncions logiques réalisan un sysème, les sories de ces foncions changen d éa oues en même emps lorsque le signal d horloge effecue une ransiion. Exemple de signal d horloge : On appelle fron monan l insan ou le signal d horloge () passe de l éa bas à l éa hau. Dans une able de vérié le fron monan es symbolisé par le signe suivan : On appelle fron descendan l insan ou le signal d horloge () passe de l éa hau à l éa bas. Dans une able de vérié le fron descendan es symbolisé par le signe suivan : YMBOLE bascule Table de vérié (bascule acive sur fron monan) 1 1 ou 1 1 (n+1) emarque (n+1) Bascule acive sur Bascule acive sur X X X X 0 X X 1 Exercice : Compléer les chronogrammes suivans (appliqués à une bascule acive sur fron monan) : Logique équenielle - La foncion mémoire - page 3 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

4 2.4 La bascule à verrouillage (LATC) YMBOLE bascule à verrouillage Table de vérié (enrée C acive à 1) C 1 1 ou C 1 1 C (n+1) (n+1) emarque Bascule à verrouillage Bascule à verrouillage (Enrée C acive à 1) (Enrée C acive à 0) X X 0 Exercice : Compléer les chronogrammes suivans (appliqués à une bascule C acive sur niveau 1) : C 2.5 Exemple d applicaion des bascules ysème Ani-ebond (voir TD). 2.6 La bascule JK (synchrone) YMBOLE bascule JK Table de vérié (bascule acive sur fron monan) J K 1J 1K ou J K 1J 1K J K (n+1) emarque 0 0 (n) (n+1) (n) 1 Bascule JK acive sur Bascule JK acive sur (n) (n) X X X X 0 X X 1 Exercice : Compléer les chronogrammes ci-conre (appliqués à une bascule JK acive sur fron monan) : J K Logique équenielle - La foncion mémoire - page 4 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

5 2.7 La bascule D synchrone YMBOLE bascule D synchrone Table de vérié (bascule acive sur fron monan) D 1D ou D 1D D (n+1) (n+1) emarques 0 1 Bascule D acive sur Bascule D acive sur X X 0 X 1 Exercice : Compléer les chronogrammes suivans (appliqués à une bascule D acive sur fron monan) : D 2.7 La bascule D à verrouillage (LATC) YMBOLE bascule D à verrouillage Table de vérié (bascule acive pour C=1) D C 1D ou D C 1D D C (n+1) (n+1) emarque Bascule D à verrouillage X 0 Exercice : Compléer les chronogrammes suivans (appliqués à une bascule D, C acif à 1) : D C Logique équenielle - La foncion mémoire - page 5 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

6 3. Caracérisiques communes aux bascules 3.1 mode de foncionnemen des enrées Comme nous l avons vu précédemmen les enrées peuven foncionner dans un des deux modes de foncionnemen : - mode synchrone : les enrées synchrone ne son prises en compe que sur le fron monan du signal d horloge. Elles on un foncionnemen synchrone par rappor au signal d horloge. - mode asynchrone : les enrées asynchrone (ou dies prioriaires) on un effe immédia sur l éa de la bascule. Iniialisaion d une bascule : Pour le foncionnemen d un sysème, il es souven nécessaire que les bascules soien iniialisées, c es à dire que leur sorie soi mise à «1» ou à «0» e ce indépendammen du signal d horloge. D où, deux enrées supplémenaires asynchrones, présenes sur praiquemen ous les circuis inégrés : Prese : mise à 1 de la sorie (broche appelée aussi AU ou ET) Clear : mise à 0 de la sorie. (broche appelée aussi AZ ou CL) Ces deux enrées asynchrones son désignées enrées d iniialisaion ou de forçage. emarque : La plupar des bascules on au moins une enrée de ype asynchrone (pour fixer la valeur des sories à la mise sous ension). Dans cerains monages, elles son inuiles : on les mainien alors en permanence au niveau logique inacif. Exercice 1 : éablir les ables de vérié des foncions logiques 7474 e 7476 YMBOLE du circui référence 7474 Table de vérié du circui 7474 YMBOLE du circui référence 7476 Table de vérié du circui 7476 Logique équenielle - La foncion mémoire - page 6 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

7 Exercice 2 : Tracer les chronogrammes de foncionnemen correspondans aux foncions logiques 7474 e 7476 (voir exercice 1) Circui 7474 Circui Temps de propagaion Comme ou circui logique, on peu définir deux emps de propagaion T PL e T PL (c.f TP sur la echnologie des foncions logiques). Ces emps de propagaion affece oues les enrées des bascules (horloge, foncion ET e EET, enrées asynchrones ) appel : Le emps de propagaion es le reard enre le momen où le signal es appliqué e le momen où ce dernier provoque un changemen en sorie. Il es mesuré aux poins à mi-haueur du signaux (50 %). Les reards de propagaion affecen la réponse à oues les enrées (horloge, enrée asynchrone). Ils peuven varier enre quelques ns e quelques ms. Exemple sur doc TI : Pour la bascule 74C74, on défini Tp yp PE/CL -> / = 20 ns 3.4 Largeur minimum de l impulsion d horloge On défini : W clock : durée minimale pendan laquelle l horloge doi demeurer à 1 avan de repasser à 0. exemple : W Clock igh = 20 ns 3.5 Durée minimum pendan laquelle une enrée asynchrone doi êre acive : i on veu effecivemen forcer la bascule à 0 ou 1, il fau que l impulsion sur l enrée asynchrone dure suffisammen longemps dans son éa acif. Exemple : W Prese Low = 25 ns ; W Clear Low = 25 ns. NB : - Ces enrées son acives à l éa bas. - i on laisse PEET plus de 25 ns à 0, on es sur que la sorie passera à 1 (sans ambiguïé). Logique équenielle - La foncion mémoire - page 7 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

8 Deux exigences de synchronisaion doiven êre respecées pour qu une bascule synchrone réponde correcemen à ses enrées de commande lorsque arrive un fron déclencheur sur l horloge. 3.6 Temps de sabilisaion (ou emps d éablissemen min) : noé U (eup). Il s agi de l inervalle qui précède immédiaemen le fron déclencheur du signal d horloge, pendan lequel l enrée de donnée doi êre gardée au niveau approprié. i on ne respece pas ce emps, il n es pas garani que la bascule répondra correcemen à l arrivée du fron. Les fabricans spécifien généralemen la durée de sabilisaion minimale admissible. 3.7 Temps de mainien : noé M ou T (old). Il s agi de l inervalle qui sui immédiaemen le fron déclencheur du signal d horloge pendan lequel l enrée de donnée doi êre gardée au niveau approprié. i on ne respece pas ce emps, la bascule ne sera pas déclenchée correcemen. Les fabricans spécifien généralemen la durée minimale accepable. Généralemen le emps de mainien es suffisammen cour. La sorie d une bascule passe donc dans l éa imposé par les niveaux logiques acifs sur ses enrées de commande synchrones juse avan la ransiion du signal d horloge. En résumé, l enrée de commande doi êre sable, c es à dire inchangée, pendan une durée égale à : T + T. D 3.8 Fréquence maximale du signal d horloge : Fréquence la plus élevée que peu avoir le signal d horloge e qui assure un déclenchemen fiable de la bascule. La fréquence Fmax varie d une bascule à l aure e même enre bascules avec le même numéro de série. Elle es foncion du emps de ransiion. 4. ymbolisaion des opéraeurs logiques - (Norme Européenne NF-C e CEI ) Une norme Européenne (e Française) défini la façon de représener la symbolique associée aux opéraeurs logiques. C.F annexe 1 à ce cours. Exemple : Circui Cadre des communs d enrée : il es uilisé chaque fois qu un circui inégré a des enrées communes avec plus d un élémen de la puce. - G1 : enrée qui lorsqu elle es valide (ici éa bas) va permere la validaion de oues les enrées précédées de C2 : horloge sur fron monan. Elle influence oues les enrées précédées de 2 (oues les bascules D). - 2D : enrée de bascule D (influencée par horloge 1C2). Logique équenielle - La foncion mémoire - page 8 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

9 ANNEXE 1 Logique équenielle - La foncion mémoire - page 9 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

10 ANNEXE 1 Logique équenielle - La foncion mémoire - page 10 LYCEE LACENAL - M. BENAD - édié le 25/11/2008

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