Cours 7 Logique séquentielle (3) ELP 304 : Electronique Numérique

Cours 7 Logique séquentielle (3) ELP 304 : Electronique Numérique

Les compteurs synchrones : caractéristiques générales - Complexité supérieure à celle des compteurs asynchrones Toutes les bascules sont commandées par la même horloge Pas de problème de cumul des temps de propagation Etats transitoires parasites limités Une méthode unique pour réaliser tous les types de compteurs Tous les types d'énumérations peuvent être réalisés de manière fiable 2 épartement Electronique

Synthèse des compteurs synchrones à partir de bascules flip-flops Construction d'un compteur modulo N : - Nombre de bascules nécessaires : n, où 2 - Etablir la table de transition du compteur état suivant (i ) en fonction de l'état présent (i) n- 2 < N 2 n n... n... 3 - Calculer l'expression des entrées des bascules i = i = F(j) 3 épartement Electronique

Exemple : compteur modulo 8 A vous de jouer! 4 épartement Electronique

Exemple : compteur modulo 8 - Nombre de bascules nécessaires? 3 2 - Table de transition 3 2 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 épartement Electronique

Exemple : compteur modulo 8 3 - Calcul de =, 2 = 2, et 3 = 3 3 2 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 2 3 3 3 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 2 0 0 0 0 = 2 = 2 2 2 = 2 3 = 3 32 32 3 = 32 32 = ( ) 3 2 3 6 épartement Electronique

Compteur modulo 8 : résultat = 2 = 2 H 3 CK * CK * CK * 2 = ( ) = ( ) 3 2 3 2 3 3 2 Compteur modulo 2 n = = ( L ), i > i i i H 2 3 (3 2 ) 000 00 00 0 00 0 0 000 00 7 épartement Electronique

Exemple 2 : compteur modulo 5 Table de transition 3 2 3 8 épartement Electronique 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Calcul des entrées des bascules 3 2 2 2 3 3 2 = = = = = =

Compteur modulo 5 : résultat H CK * CK * CK * 3 2 H f 2 3 (3 2 ) 000 00 00 0 00 000 00 00 0 00 f/5 9 épartement Electronique

Autres cycles de comptage La méthode étudiée permet également de synthétiser des décompteurs des circuits décrivant des cycles autre que l'énumération binaire naturelle - compteurs de Gray - cycles quelconques : 5 -> -> 3 -> 6 -> 0 -> 2 -> 5... => Champ d'application plus large que les compteurs asynchrones 0 épartement Electronique

Les compteurs programmables Compteurs proposés dans les catalogues de circuits standard chargement parallèle du compteur commande de validation / inhibition du comptage programmation du sens du comptage entrées de chargement E4 E3 E2 E LOA ENABLE UP / OWN COMPTEUR PROGRAMMABLE H INIT épartement Electronique 4 3 2 sorties

Un compteur programmable : structure Exemple de réalisation d'une cellule de base LOA =, chargement parallèle LOA = 0, mode comptage - ENABLE = 0, comptage inhibé - ENABLE =, comptage validé UP/OWN = => comptage UP/OWN = 0 => décomptage (décomptage) i (comptage) 0 0 i Ei 0 LOA i CK bascule i i ENABLE UP / OWN H INIT 2 épartement Electronique

Initialisation des compteurs Entrée d'initialisation nécessaire Circuits à fonctionnement autonome (pas d'entrée de données externe) S'assurer que la commande d'initialisation force le compteur dans un état appartenant au cycle de comptage (pour les cycles incomplets) 3 épartement Electronique

Applications des compteurs Comptage d'évènements (ex : timers) ivision de fréquence Adressage de mémoires (ex: FIFO, cf. cours 8) 4 épartement Electronique

Fréquence maximale de fonctionnement d un circuit synchrone Chemin critique EA fonction de mémorisation A SA logique combinatoire EB fonction de mémorisation B SB Horloge Le chemin critique est le chemin de propagation qui limite la fréquence maximale de fonctionnement 5 épartement Electronique

Analyse d'un chemin de propagation T Horloge Entrée A EA Sortie A SA thold ( A) t ( basc) > t ( basc) p hold Entrée B EB t p ( A) t p (log. comb.) t B setup ( ) T > t ( A) t ( logique combinatoire) t ( B) = T pmax pmax setup min 6 épartement Electronique

Exemples de calcul de fréquences maximales de fonctionnement Registre à décalage CK CK f max = / T = min t pmax ( basc ) t ( basc ) setup H 7 épartement Electronique

Exemples de calcul de fréquences maximales de fonctionnement H 3 CK 2 * CK * CK * Compteur modulo 8 3 Six chemins de propagation -> 3 est le chemin le plus long 2 f max = / T = min t ( basc) t ( NON OU) t ( OUEX) t ( basc3) pmax pmax pmax setup 8 épartement Electronique

uelques règles d'assemblage séquentiel Initialisation Prévoir une entrée d'initialisation permettant de forcer l'état des bascules Signal d'horloge Pas d'états parasites sur le signal d'horloge Ne pas insérer de retard sur les signaux d'horloges Entrées statiques / dynamiques N'utiliser les entrées dynamiques autres que H que pour l'initialisation Toutes les autres entrées doivent être statiques 9 épartement Electronique

Aléa de fonctionnement dû à un décalage d'horloge Bascule Bascule 2 2 H CK H2 CK H H2 20 épartement Electronique

Aléa dû à une commande asynchrone 2 3 H CK * CK * CK * CL* CL* CL* H 2 Comportement escompté Comportement réel possible 3 CL* 2 épartement Electronique