Cours 6 Logique séquentielle (2)les-electroniciens.com/sites/default/files/cours/cours6.pdf · Deux catégories de compteurs • compteurs asynchrones • compteurs synchrones Un
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Cours 6Logique séquentielle (2)
ELP 304 : Electronique Numérique
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
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 ?
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
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)
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)
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)
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)
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"
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
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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
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
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
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
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
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
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