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Cours 6 Logique séquentielle (2) ELP 304 : Electronique Numérique

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Cours 6Logique séquentielle (2)

ELP 304 : Electronique Numérique

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2 Département Electronique

R

Q*

Q

S

Bascule RSasynchrone

D

Q*

Q

E

Bascule D latchou à verrouillagesynchronisation

sur niveau

D

Q*

Q

CK

Bascule D flip-flop ou à

déclenchement sur fronts

synchronisation sur fronts

Bascules étudiées au cours 5

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3 Département Electronique

Ensemble de bascules permettant• de stocker une information sous forme de mots

binaires de n bits• et, pour certains types de registres, d'effectuer des

translations ou décalages sur ces mots,

Les registres de mémorisation• stockage

Les registres à décalage• stockage et décalage

Qu'est-ce qu'un registre ?

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4 Département Electronique

En-1

H

EnE2E1

Qn-1 QnQ2Q1

D

CK

Q

bascule1

D

CK

Q

bascule2

D

CK

Q

bascule n-1

D

CK

Q

basculen

Réalisation avec des bascules D latches ou D flip-flops

Le registre de mémorisation ou registre tampon

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5 Département Electronique

Les bascules sont interconnectées=> Utilisation exclusive de flip-flops (cf. PC 6-7)

Fonction décalage à droite

D

CK

Q D

CK

Q D

CK

QE

H

D

CK

Q

bascule1

basculei-1

basculei

bascule i+1

D

CK

Q

basculen

D Qi i= −1

=> E sur Qn après n fronts actifs de H

Les registres à décalage (I)

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6 Département Electronique

Fonction décalage à gauche

D

CK

Q

basculei-1

D

CK

Q

basculei

D

CK

Q

bascule i+1

E

H

D

CK

Q

basculen

D

CK

Q

bascule1

1Q

D Qi i= +1

=> E sur Q1 après n fronts actifs de H

Les registres à décalage (II)

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7 Département Electronique

Fonction de chargement parallèle

EP3

H

EP4EP2EP1

D

CK

Q

bascule4

D

CK

Q

bascule 3

LOAD LOAD LOADLOAD

ES D

CK

Q

bascule1

D

CK

Q

bascule2

10

10

10

10

• LOAD = 1 , (EP1, ... , EPn) est chargé dans le registre• LOAD = 0, mode décalage

Les registres à décalage (III)

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8 Département Electronique

Initialisation du registre

E

H

D

CK

Q

bascule1

bascule2

D

CK

Q D

CK

Q

bascule3

D

CK

Q

bascule4

1 1

11

INIT

CL*

PR* PR* PR* PR*

CL* CL* CL*

registreinitialisé à

0101si INIT = 0

• Rappel : entrées prioritaires asynchrones des basculesCLEAR ou RESET : Q est forcé à 0SET ou PRESET : Q est forcé à 1

• La commande d'initialisation ne doit pas être activée pendant le fonctionnement normal (synchrone) du circuit

Les registres à décalage (IV)

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9 Département Electronique

Dans les catalogues de circuits standard : registres multi-fonctions

H

En-1 EnE2E1

Qn-1 QnQ2Q1

SSGsortie série gauche

SSDsortie série droite

ESGentrée série gauche

ESDentrée série droite

REGISTRE UNIVERSEL

INIT

MODESENS

} entrées parallèles

} sorties parallèles

• chargement série ou parallèle (MODE, ESD, ESG, Ei)• décalage à droite et à gauche (SENS)• lecture série ou parallèle (SSD, SSG, ou Qi)• initialisation (INIT)

Le registre "universel"

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10 Département Electronique

Exemple de réalisation de la cellule de base d'un registre universel

D

CK

Q

basculei

11

00Qi+1

Qi-1

Qi

(Q ESG)n+1 =

(Q ESD)0 =

INIT

MODESENS

H

Ei

• MODE = 0, chargement parallèle• MODE = 1, décalage

SENS = 1, décalage droiteSENS = 0, décalage gauche

Le registre "universel" : structure

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11 Département Electronique

Mémorisation temporaire d'une information

Conversion parallèle-série de mots binaires• chargement parallèle puis décalage

En-1 EnE2E1

H S

n = 4

YiXi ZiEi(i =1, 2, 3, 4)

S X2 Y4 Y3 Y2X1 Z4Y1

H

MODE

f

f / 4

f

Les registres : applications (I)

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12 Département Electronique

Conversion série-parallèle d'un train binaire• mode décalage et récupération des mots binaires sur Q1 ... Qn

HE

Qn-1 QnQ2Q1n = 4

E Y4Y3Y2 Z1Y1

H

Q1 X2 Y4Y3Y2

Y1Q2 Y3Y2

Q3

X3

W3

Y2

X1

Q4

X2

X4

X3 X4 Y1

X3 X4

Y1

Y1

X4

X4

X3

X3X2

X2

X1

X1W4

W4

f

f / 4

X Y

f

Les registres : applications (II)

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13 Département Electronique

Ligne à retard numérique• permet de retarder un train binaire de n périodes

d'horloge

HE S

Division et multiplication par 2n

• décalage à droite de n bits : division par 2n

0 1 0 1 1 0 → 22 : état initial

0 → 0 0 1 0 1 1 → 11 : après 1 front actif de H

0 → 0 0 0 1 0 1 → 5 : après 2 fronts actifs de H

Les registres : applications (III)

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14 Département Electronique

• décalage à gauche de n bits : multiplication par 2n

0 0 0 1 1 1 → 7 : état initial

0 0 1 1 1 0 ← 0 → 14 : après 1 front actif de H

0 1 1 1 0 0 ← 0 → 28 : après 2 fronts actifs de H

Les registres : applications (IV)

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15 Département Electronique

Réalisation de générateurs de séquences pseudo-aléatoires• registre à décalage + OU exclusifs

D D D D D

CK CK CK CK CK

Q Q Q Q Qh2 h3 hn-1 hnh1

ck

Polynôme générateur

{ }P X h X h X h X h X hnn

nn

i( ) , ;= + + + + + ∈−−1 0 11 2

21

1L

Les registres : applications (V)

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16 Département Electronique

• Exemple de générateur pseudo-aléatoire

D D D D

CK CK CK CK

Q Q Q Q

ck

Q1 Q2 Q3 Q4

P X X X( ) = + +1 4

1111 1010 1001 10000111 1101 0100 11001011 0110 0010 11100101 0011 0001 1111 ...

Les registres : applications (VI)

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17 Département Electronique

Définition• Un compteur est un circuit dont la valeur des sorties est

directement liée au nombre d'impulsions appliquées sur son entrée d'horloge

• Le plus souvent, énumération du code binaire naturel

Deux catégories de compteurs• compteurs asynchrones• compteurs synchrones

Un système séquentiel est synchrone (sur fronts) <=> les changements d'état du système (hors initialisation) sont conditionnés par les fronts actifs du signal d'horloge• Exemple : les registres sont des circuits synchrones

Sinon, il est asynchrone

Les compteurs

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18 Département Electronique

C'est le compteur le plus simple : comptage binaire modulo 2

H

D

CK

Q

H

Q

D = Q

Q*

Q

ff / 2

f / 2

contrainte : t CK Q tp hold( )→ >∗ (toujours vérifié)

Le diviseur (de fréquence) par 2

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19 Département Electronique

Compteur asynchrone modulo 8

H

Q1 Q2

D

CK

Q D

CK

Q D

CK

Q

Q3

H

Q1

Q2

Q3

001000 010 011 101100 110 111(Q3 Q2 Q1) 000 001

Q* Q* Q*

MSB

LSB

Compteurs asynchrones modulo 2n

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20 Département Electronique

Décompteur asynchrone modulo 8

H

Q1 Q2

D

CK

Q D

CK

Q D

CK

Q

Q3

H

Q1

Q2

Q3001000 010011101 100110111(Q3 Q2 Q1) 000 111

Q* Q* Q*

MSB

LSB

Décompteurs asynchrones modulo 2n

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21 Département Electronique

Cumul des temps de propagation des bascules

011 010 100000

H

Q1

Q3

Q2

Passage de l'état 011 à 100du compteur modulo 8t CK Qp basc( )→ 1

t CK Q t CK Qp basc p basc( ) ( )→ + →∗1 2

t CK Q t CK Q

t CK Qp basc p basc

p basc

( ) ( )

( )

→ + →

+ →

∗ ∗1 2

3

t nptotalαles compteurs de grande taille sont lentsétats transitoires parasites

Analyse temporelle des sorties d'un compteur / décompteur asynchrone

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22 Département Electronique

Intérêt principal• leur simplicité

Leurs (nombreux) inconvénients• vitesse de fonctionnement limitée pour les compteurs de

grande taille• présence d'états transitoires indésirables sur les sorties

après chaque front de l'horloge• pas de méthode fiable pour réaliser des cycles incomplets

( ) ou d’autres énumérations que le code binaire naturel≠ 2n

Bilan sur l'utilisation des compteurs asynchrones