ELECTIONS DÉPARTEMENTALES

IUT Marseille GEII 2013-14
Mise en œuvre des bascules
caractéristiques dynamiques
Les caractéristiques dynamiques représentent l'ensemble des paramètres temporels du circuit qu’il est
indispensable de respecter pour assurer le changement d’état (commutation) souhaité
2 types de paramètres pour caractériser la performance et le mode de fonctionnement correct
Les performances du circuit en
commutation
1/ Fréquence maximum
du signal horloge : fmax
Les conditions temporelles de fonctionnement
1- Durée minimum des impulsions de :
Horloge, /R, /S
2/ Temps de propagation : tPLH et tPHL
2- Temps de prépositionnement : setup time : t su
3- Temps de maintien : hold time t h
ces paramètres dépendent de la technologie : TTL , CMOS, ECL voir caractétistiques des composants
bascules D par exemple .
Définition des paramètres tsu, t hold et temps de propagation tp HL et tp LH
tsu
th
Donnée
synchrone
J K ou D
H
Vm
Q
tPLH
tPHL
Variation possible
pour un fonctionnement correct , la donnée doit rester stable durant un intervalle de
temps très supérieur à ts + th
Module SIN synthèse des systèmes séquentiels
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Synthèse des systèmes séquentiels synchrones
On ne s’intéresse qu’aux systèmes synchrones (rappel : systèmes synchronisés sur un front de signal
d’horloge )
Comment trouver l’architecture d’un tel système à partir de sa table de fonctionnement ?
1 Différence entre Analyse et synthèse
Etat présent
etat suivant ?
Analyse
Qn
entrées En
Q n+1?
En analyse, On observe le fonctionnement d’un système existant :
On affecte les entrées ; on regarde quel est le résultat sur les sorties
Synthèse
Etat présent
Qn
Etat suivant
Qn+1
Entrées En ?
En synthèse, il s’agit de concevoir le système ; on connaît son évolution ( Qn Qn+1 )
Que faut-il mettre sur les entrées pour obtenir les transitions souhaitées ?
Les outils de la synthèse :
2 Les tables de transition
Table de fonctionnement
Pour l’analyse
Table des transitions pour la synthèse
transitions
(Bascule RS à portes Nor )
Rn
Sn
0
0
0
1
1
0
1
1
Qn
Qn+1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
Interdit
Bascule RSH
Qn
Q n+1
0
0
0
1
1
0
1
1
R
Bascule D
S
D
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3 les graphes de transition
Bascule RS
0
Bascule D
0
1
0
1
1
0
1
4 Exemple de synthèse simple : réalisation d’une bascule type T à l’aide d’une bascule D
C’est un système séquentiel à 2 états dont le fonctionnement est le suivant :
T
Qn
Qn+1
Mode
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Mémoire
1
Basculement
Représentation en graphe de transition :
0
1
Architecture du système :
D
H
Q
Recherche de la fonction Dn ( Tn, Qn) : synthèse du circuit combinatoire C
Le graphe de transition de la bascule D (ou encore l’équation de fonctionnement : Qn+1 = Dn ) permettent
de remplir la colonne Dn dans la table suivante
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On met sur D à l’instant n (Dn) l’état permettant d’assurer la transition Qn Qn+1
Table des transitions
Table de fonctionnement
Tn
Qn
0
0
1
0
1
1
Qn+1
Dn
On en déduit l’expression algébrique Dn (Tn, Qn,) donc
5 Représentation normalisée des bascules :
On ne donne ici que quelques éléments de la norme IEC
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Horloge active sur front montant
Horloge active sur front
decendant
Q
Q
Horloge active sur front
decendant
6 Application fondamentales des bascules
Domaine
Le stockage de données
La synchronisation de
signaux asynchrones
Utilisation
Registres , mémoires
Un système synchrone fonctionne à la cadence de son horloge
L’intervention d’un opérateur (action brève sur un poussoir) est asynchrone
nécessité de la recaler (resynchroniser) sur l’horloge du système
Le traitement série des
informations
Le comptage et la division
de fréquence
Réalisation d’un opérateur à N variables :
Les séquenceurs et
machines d’état
Un séquenceur distribue les ordres nécessaires (impulsions de commande)
à la partie opérative : Voir machines de MOORE
Voir ci-dessous
Les opérations d’automatisation nécessitent de compter des évènements
traduit par des impulsions électriques (ex gestion des places d’un parking)
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7 Réalisation d ’un opérateur ‘ OU ’ à p variables en mode série :
F = E0 + E1 + E2 +.....+ EP-1
• Consiste à réaliser les opérations en présentant successivement (mode ‘en série’) les bits à traiter.
OU parallèle
OU mode série
E0
Source délivrant
E0 puis E1 , E2 …. EP-1
a
S Ei
Source de
donnéesVal
b
≥1
D
Q
H
R
Q
Init
≥1
Fonctionnement d’un OU mode série
• Initialisation : par mise à 0 de la bascule
• Présentation de E0 : Dn = E0 + 0 ◊ Qn+1 = E0
• Présentation de E1 : Dn = E0 + E1 ◊ Qn+1 = E0 + E1
• Présentation de E2 : Dn = (E0 + E1) + E2 ◊ Qn+1 = (E0 + E1) + E2
• La séquence continue jusqu’à présenter Ep-1◊ résultat final
obtenu après p impulsions d’horloge
E1023
Comparaison des 2 modes de réalisation
Mode parallèle
Mode série
Architecture
Complexe : nombreuses portes
Simple ; le système logique est le
même quel le soit le nombre de
variables
Durée de réalisation de
l’opération
plus faible mais dépend de la
conception //
Proportionnelle au nombre de variables
: p.TH où TH est la période de l’horloge
Remarque : on peut réaliser des fonctions quelconques mode SERIE en remplaçant l’opérateur OU par une
unité logique qui peut réaliser plusieurs opérateurs.
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8 Généralisation à la synthèse de systèmes séquentiels à plus de 2 états
Un système séquentiel comportant une bascule ne peut avoir que 2 états
p
Un système séquentiel à p Bascules peut avoir au maximum 2 états
On n’utilise que des bascules type D
8.1 Méthode de synthèse:
On traite séparément les 2 aspects :
1 la synchronisation (aspect opérationnel ): adaptation de l’horloge des bascules D ;
Système Synchrone L’ horloge est appliquée à toutes les bascules D
2 le fonctionnement (aspect fonctionnel ) : concerne la synthèse du circuit combinatoire dont les sorties
sont les fonctions appliquées aux entrées D des bascules D.
Rappel :
- Les entrées des bascules D sont positionnées à l’état n pour autoriser la transition souhaitée de l’état
présent (n) à l’état futur (n+1).
- on établit la table des transitions du système en utilisant la table (ou de préférence) le graphe de
transition des bascules choisies
8.2 Schéma de principe d’un système séquentiel synchrone à 4 bascules
D
Q
H
D
Q
H
D
Q
H
D
Q
H
Le nombre d’entrées E0, E1, …EP est indépendant du nombre de bascules
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A comparer au schéma de principe d’un système séquentiel voir cours précédent
4 bascules D
E0
E1
E2
Bloc
combinatoire
Etat
présent
n
n
n
Mémoire
Etat
suivant
horloge
Exemples de systèmes classiques à synthétiser
Exemple 1 : réalisation d’un registre à décalage avec des bascules D
Ce système séquentiel synchrone déroule la séquence d’états incomplète Q3 Q2 Q1 représentée par le
graphe de transition :
100
010
001
Ce graphe se décline en table de transition :
marche à suivre pour remplir la table :
quand on est dans l’état présent (etat n) ; Q2n Q1n Q0n = 1 0 0 , on veut passer à l’état suivant
Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 = 0 1 0 , il faut alors mettre D2n D1n D0n = 0 1 0 compte tenu du graphe de
transition de la bascule D ou encore de son équation de fonctionnement : Qn+1= Dn
Valeurs à mettre sur les entrées avant
action horloge (etat n)
Q2n Q1n Q0n Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 D2n
D1n
D0n
1
0
0
0
1
0
0
0
1
Autres
Blocage sur l’etat
Traitement vu + tard
combinaisons ????
Etat n
Etat n+1
On recherche alors les fonctions D0n, D1n, D2n des variables Q2n, Q1n, Q0n :
D0(Q2n, Q1n, Q0n ) ; D1(Q2n, Q1n, Q0n ) ; D2(Q2n, Q1n, Q0n )
Résultats ….. directement visible sur la table : D2=
; D1 =
; D0 =
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Exercice ; dessiner le schéma logique de ce registre
Exemple 2 : Réalisation d’une Séquence de comptage complète sur 3 bits
ce système nécessite 3 bascules
graphe de transition de cette séquence :
000
001
010
011
111
110
101
100
Compte tenu de l’exemple précédent, compléter la table de transition suivante
Etat n
Q2n
0
Q1n
0
Valeurs à mettre sur les entrées avant
action horloge (etat n)
Q0n Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 D2n
D1n
D0n
0
0
0
1
0
0
1
Etat n+1
- En déduire les expressions logiques de D0(Q2n, Q1n, Q0n ) ; D1(Q2n, Q1n, Q0n ) ; D2(Q2n, Q1n, Q0n )
- Etablir le schéma logique du système qui réalise cette séquence :
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