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.CAIGNET Électronique Numérique – Licence Physique et Application Introduction à l’électronique Numérique Licence Physique et Applications Électronique séquentiel Fabrice CAIGNET LAAS - CNRS [email protected] http://www.laas.fr/~fcaignet

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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

F.CAIGNET

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

F.CAIGNET

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

La bascule RSLa bascule RS

Application : circuit anti-rebond

Q

Q

&

&

+5V 10kΩ

10kΩ

II. Les basculesII. Les bascules

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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 :

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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 :

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

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…

F.CAIGNET

Électronique Numérique – Licence Physique et Application

III. Les compteursIII. Les compteurs

Exemple d’un compteur Synchrone : le 74XX193Exemple d’un compteur Synchrone : le 74XX193