CHAPITRE 7: Les bascules (latch et flip-flop)

Transcription

1 Circuits Numériques CHAPITE 7: Les bascules (latch et flip-flop) B - N3/U3 - Jan Bascules 1/17

2 Objectifs A la fin de ce chapitre, vous devez être capable: expliquer et de retrouver la table de vérité des principales bascules synchrones et asynchrones (,, JK..) expliquer le principe du maître-esclave e définir et d utiliser les spécifications dynamiques des bascules (temps de propagation, de setup, de hold, fmax...) B - N3/U3 - Jan Bascules 2/17

3 ommaire 1. éfinitions 2. Les bascules asynchrones 3. Les bascules synchrones actives sur état 4. Les bascules synchrones actives sur front 5. Caractéristiques dynamiques des bascules 6. ynthèse B - N3/U3 - Jan Bascules 3/17

4 1. éfinitions Logique séquentielle La combinaison des sorties ne dépend pas seulement de celle des entrées mais aussi de l état précédent des sorties. Types de circuits Astable: le circuit ne possède pas d état stable (oscillateur) Monostable: le circuit possède un état stable et un état fugitif de durée déterminée déclenché par un évènement particulier (trigger) Bistable: le circuit possède deux états stables (mémoire) Circuits synchrones et asynchrones X(t) Y(t) Bloc combinatoire y(t) Z(t) X(t) Y(t) Bloc combinatoire y(t) Z(t) Asynchrone t Horloge () ynchrone B - N3/U3 - Jan Bascules 4/17

5 2. Les bascules asynchrones Circuit minimal Bascule: circuit bistable ! il faut un moyen de fixer l état désiré La bascule n n (ET): mise à 1 (EET): mise à n-1 n ! état mémoire combinaison indésirable B - N3/U3 - Jan Bascules 5/17

6 2. Les bascules asynchrones =1 forçage =0 =0 =inverseur =1 =0 =inverseur =1 =1 forçage =0 =0 n=1 =0 n=0 =0 n=0 =0 n=1 =1 forçage =0 =1 forçage =0! B - N3/U3 - Jan Bascules 6/17

7 2. Les bascules asynchrones La bascule n n n-1 n Application de la bascule : circuit anti-rebonds! état mémoire combinaison indésirable V 0 V 0 1 V 1 0 B - N3/U3 - Jan Bascules 7/17

8 2. Les bascules asynchrones La bascule JK J K J K n n n-1 n n-1 n-1! toutes les combinaisons sont valides état mémoire état mémoire n+1 = J n + K n Limitations des bascules asynchrones Fonctionnement asynchrone: la sortie réagit "immédiatement" à l entrée Les entrées doivent donc rester stables B - N3/U3 - Jan Bascules 8/17

9 3. Les bascules synchrones actives sur état Principe Bascule élémentaire inactif: la bascule est isolée (il faut s assurer qu elle se trouve en configuration mémoire) actif: la bascule fonctionne normalement! mq: "actif" ne signifie pas nécessairement au niveau haut (1) Bloc de base: la bascule synchrone NA1 NA2 = 0, et indifférents car NA1 et NA2 imposent un état = = 1 et par conséquent: n = n-1 (état mémoire) = 1: fonctionnement classique de la bascule car NA1 et NA2 se comportent en inverseurs! la bascule est transparente: la sortie réagit "immédiatement" à l entrée lorsque =1 B - N3/U3 - Jan Bascules 9/17

10 3. Les bascules synchrones actives sur état La bascule JK synchrone J K = 0, J et K indifférents : n = n-1 (état mémoire) = 1: fonctionnement classique de la bascule! = 1: la bascule est transparente La bascule synchrone () n X 0 n () (ata) = donnée actif à l état bas B - N3/U3 - Jan Bascules 10/17

11 3. Les bascules synchrones actives sur état Inconvénient des bascules synchrones actives sur état (exemple de la bascule )! La transition en sortie semble déclenchée par un front d horloge La sortie peut évoluer pendant le temps où = 1! les entrées doivent rester stables lorsque = 1 B - N3/U3 - Jan Bascules 11/17

12 3. Les bascules synchrones actives sur état Entrées d initialisation PEET = 0, CLEA = 1 = 1 PEET PEET = 1, CLEA = 0 = 0 PEET = 1, CLEA = 1 bascule normale Les entrées d initialisation sont asynchrones CLEA exemple de la bascule P C B - N3/U3 - Jan Bascules 12/17

13 4. Les bascules synchrones actives sur front Bascules maître-esclave (exemple de la bascule ) Principe: maître et esclave travaillent en alternance maître esclave (M) (E) M M M Elimine la nécessité d avoir des entrées stables lorsque est actif ans cet exemple, la donnée apparaît en (et ) lors du front montant de B - N3/U3 - Jan Bascules 13/17

14 5. Caractéristiques temporelles des bascules Temps de propagation 50% Transition active de l horloge ou ou Temps écoulé entre la transition ACTIVE sur l horloge () et un changement d état sur une sortie ( ou ) t PLH t PHL urée d impulsion (pulse duration) 50% t CKH t CKL t CKL et t CKH doivent permettre aux bascules maître et esclave de se positionner correctement 1 t ckw = f max t CKW B - N3/U3 - Jan Bascules 14/17

15 5. Caractéristiques temporelles des bascules Temps de prépositionnement (setup time, t su ) et de maintien (hold time, t h ) Transition active de l horloge donnée stabilisée donnée non stabilisée t su t h t su et t h permettent à la bascule maître d effectuer sa transition vers un état mémoire avec des données d entrée stables t su et t h ne sont pas nécessairement égaux, t h peut être nul La transition active de l horloge n est pas obligatoirement un front montant B - N3/U3 - Jan Bascules 15/17

16 5. Caractéristiques temporelles des bascules Fréquence maximale d horloge dans un circuit comportant des bascules ATA B1 1 Fonction logique combinatoire 2 B2 M délai = t comb M Au minimum: t 1 = t su ATA (n) (n+1) T min = t P + t comb + t su 1 (n) (n+1) f max = (T min ) -1 2 (n) t su t P t comb t 1 (n+1) T B - N3/U3 - Jan Bascules 16/17

17 6. ynthèse entrée active à l état bas P P P C C C sortie complémentée horloge active sur état horloge active sur front (descendant) horloge active sur front (montant) Bascule avec horloge active sur état = latch (verrou) Bascule avec horloge active sur front = Flip-Flop ans une bascule, il n y a pas de relation temporelle directe entre les entrées (,, J, K ou ) et la sortie. Les temps caractéristiques sont définis par rapport à l horloge : t su, t h entre et les entrées de données (, J, K ou ) t P entre et les sorties et B - N3/U3 - Jan Bascules 17/17