Bascules

I : Introduction au séquentiel *

II : Elément de mémoire de base : " verrou " SR *

III : Bascules synchrones : RSH *

IV : bascules de données : D *

V : Bascules Maître/Esclave *

VI : Bascules JK *

VII : Bascules T (transition) *

I : Introduction au séquentiel

La logique séquentielle, contrairement à la logique combinatoire, tient compte d’un paramètre supplémentaire : le temps. L’état des sorties du système dépend bien entendu de l’état des entrées, mais également de l’état de la sortie à l’instant précédent.

Les systèmes séquentiels apportent un aspect mémoire à la logique.

II : Elément de mémoire de base : " verrou " SR

Soit le problème suivant : on désire activer une fonction par l’appui sur un bouton Start, et l’arrêter par l’appui sur un bouton Stop. Bien sûr, entre les deux instants, le fait de relâcher le bouton ne doit pas conduire à un arrêt de cette fonction. On observe bien les fonctions de Set (mise à 1) et de Reset (mise à 0). Il faut également mémoriser l’état obtenu jusqu’à la prochaine action (Set ou Reset).

Le problème est résolu par le montage suivant :

Ce montage est appelé Verrou RS ou encore bascule RS.

II.1 : Table de vérité

On remarque que les deux sorties sont complémentaires, sauf pour la combinaison %SR=%11. En fait, suivant la sortie (Q ou /Q), la bascule est dite à Set ou à Reset prioritaire.

Cette combinaison est interdite pour une SR, car elle entraîne Q=/Q !

II.2 : Table de transition

La table de transition est un concept propre à la logique séquentielle. En effet, une table de vérité ne donne pas assez d’informations sur le passé de la bascule. Une table de transition ne s’intéresse pas à la sortie en fonction d’un état particulier de l’entrée, mais à l’état d’entrée nécessaire à une transition particulière de la sortie.

II.3 : Chronogramme

Un chronogramme est un graphique représentant l’évolution d’une ou plusieurs sorties d’un montage séquentiel, en fonction de l’ évolution temporelle des entrées.

S R Q /Q

III : Bascules synchrones : RSH

Une amélioration de la bascule RS (verrou) consiste à ajouter un signal interdisant ou autorisant la modification de la sortie. Si ce signal est à 1, l’état de la sortie peut être modifié, sinon il ne change pas quel que soit l’état des entrées S et R.

Dans ce fonctionnement, si le signal H est a zéro, quelles que soient les entrées S et R, les sorties restent à leur état d’origine.

Si par contre H est égal à 1, le fonctionnement est celui d’une bascule RS : S=1 met Q à 1, R=1 met Q à 0 (inversement pour /Q).

Cette bascule est dite synchrone car toute modification est synchronisée par l’état de H. 

H est appelée signal d’horloge (C ‘clock’ en anglais).

La table de transition d’une telle bascule est la suivante :

IV : bascules de données : D

Une bascule D (" Données " ou " Data ") est en fait une bascule RSH particulière, pour laquelle on a en permanence D=S=/R.

IV.1 : Généralités

Le schéma de la bascule D se déduit de celui d’une RSH.

La sortie Q (et son complément /Q) prend la valeur de l’entrée de données D ou la mémorise suivant l’état de l’entrée de contrôle (horloge) C.

Il existe deux types principaux de bascules D : à contrôle par niveau, ou à contrôle par front.

IV.2 : Bascule D à contrôle par niveau (Latch-D)

Son fonctionnement est simple : si C est égal à 0, les sorties Q et /Q gardent leur état précédent (qu’il soit 0 ou 1). Si C est égal à 1, on a : Q=D et /Q=/D.

Cette bascule réalise une fonction mémoire de la valeur D. (C=1, écriture dans la mémoire).

IV.3 : bascule D à contrôle par front (Edge-triggered)

Sa représentation est la suivante :

Contrôle par front montant Contrôle par front descendant

Cette fois, la valeur de Q ne peut être modifié qu’à l’instant d’un front montant (ou descendant) de C, c’est à dire lors de la transition 0à 1 (1à 0). La bascule prend la " photo " de l’entrée D à cet instant précis.

Voici le chronogramme d’une bascule D à contrôle par front montant :

Et celui d’une bascule D à contrôle par front descendant :

C D Q

IV.4 : Bascules D à Set et Reset

Il existe des bascules ‘D’ avec deux entrées supplémentaires : un ‘Set’ et un ‘Reset’. Elle permettent de forcer la bascule à 1 ou 0 sans tenir compte du signal C.

V : Bascules Maître/Esclave

Les bascules maître/esclave sont constituées de deux bascules aux entrées d’horloge complémentaires :

L’état est pris en compte par le maître durant le niveau ‘ 1’ de l’horloge, et il est transmis à l’esclave durant le niveau ‘0’ de l’horloge.

Si l’on avait des RSH à contrôle par front, le maître mémorise l’état au front montant de H, et le transmet à l’esclave au front descendant de H.

Le chronogramme de fonctionnement d’une telle bascule est le suivant :

H S R Q1 /Q1 Q2 /Q2

VI : Bascules JK

JK : Joker/King (valet-roi) .

Les bascules JK sont des bascules RSH pour lesquelles la combinaison %SR=%11 n’est pas interdite.

VI.1 : Construction à partir de RSH

On construit une JK à partir d’une RSH en reliant " en croix " les sorties aux entrées :

VI.2 : Tables de vérité et transition

VI.3 : Diverses bascules JK

Comme pour les bascules D, il existe des JK à contrôle par niveau, et des JK à contrôle par front.

VI.3.a : Contrôle par niveau (obsolètes)

V.3I.b : Contrôle par front (edge-triggered)

Il existe la même distinction sur le sens du front de C que pour les bascules D.

Le chronogramme de fonctionnement d’une JK à front montant est le suivant :

Comme pour les bascules D, les JK peuvent avoir des entrées R et S, prioritaires sur l’horloge et les signaux J et K. Il existe aussi des JK dites " Data Lock Out " dont le fonctionnement est similaire aux bascules maître/esclave.

VII : Bascules T (transition)

De la même manière qu’on construit une bascule D à partir d’une RSH en faisant S=/R, on peut également, à partir d’une bascule JK, en faisant J=K=T, réaliser une bascule dite bascule T.

Son fonctionnement est simple : Si C=1 (ou sur un front montant/descendant de C), alors les sorties restent à leur valeur pour T=0, et changent d’état (elles s’inversent) pour T=1.