حوليات الباكالوريا لدورة 2009

اقدم لكم مواضيع البكالوريا 2009 مع الحلول بالتفصيل 
تخصص علوم التجريبية للسنة الثالثة ثانوي.

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بالتوفيق

Logique séquentielle, bascules

Logique séquentielle, bascules

Généralités

Dans les opérateurs booléens examinés précédemment l'état de sortie ne dépend que de l'état présent des entrées, c'est à dire que pour chaque état d'une combinaison d'entrée correspond une valeur toujours la même à la sortie.

Nous allons maintenant examiner des systèmes dans lesquels une fonction mémoire va être ajoutée, et alors l'état des sorties dépendra à la fois de l'état actuel des entrées et des états passés.

Nous aurons deux grands types de fonctionnement, soit la valeur des entrées est significative à tout instant, on parle alors de circuits asynchrones, soit elle n'est prise en compte qu'à des instants précis synchronisés par une fréquence d'horloge, on parle alors de circuits synchrones.

Les types des bascules

Elément mémoire RS

Considérons le circuit de base constitué dans son principe de deux portes NOR à deux entrées interconnectées comme sur le schéma ci-dessous. Rappelons que dans une porte NOR la sortie vaut 1 si aucune des entrées n'est à 1. On peut en déduire ce qu'on va appeler une table de vérité.

On constate deux cas particuliers (en jaune dans la table) correspondant à une fonction mémoire, c'est à dire au maintien à l'instant t+1 de la situation à l'instant t, dans tous les cas les deux sorties sont complémentaires, sauf dans le cas ou R=S=1 qui est un cas litigieux que l'on doit absolument éviter. En pratique on imposera toujours R.S = 0. En effet, pour des raisons technologiques, il n'est pas possible de passer directement de R=S=1 à R=S=0 et selon la rapidité de changement de R par rapport à S on obtiendrait des résultats différents selon le cas transitoire effectif (R=1 et S=0 ou R=0 et S=1). Rappelons qu'il est strictement impossible de réaliser deux portes NOR (ou tout système même le plus simple) strictement identiques, puisque le dopage d'un semi-conducteur est statistique, en conséquence il est exclus de pouvoir garantir que R soit plus rapide que S ou l'inverse.

On donne ci-dessous un exemple de chronogramme du fonctionnement d'une telle bascule RS 

bascule JK/ME

C'est une RST dont les sorties sont ramenées aux entrées via deux ET et qui dispose d'entrées asynchrones de mise à 1 ou à 0.

tableau de fonctionnement

Une bascule peut posséder plusieurs entrées J et K, le fonctionnement reste le même (si tous les J sont à 1 alors J=1, etc.).

De plus si l'entrée S (SET) est à 0 et R (RAZ ou CLEAR ou PRESET) à 1 on a forçage à 1, tandis que S=1 et R=0 forçage à 0 et la combinaison R=S=0 est inemployée.

Les circuits intégrés typiques sont le 74107 double JK/ME, le 7472 simple JK/ME mais à triples entrées.

Avantages et inconvénients

• possibilité de mémoriser J=K=0 

• de mise à 1 ou 0 J différent de K 

• de commuter J=K=1 

• les deux sorties sont toujours complémentaires 

• mais il ya toujours le risque de mémoriser une mauvaise information (c'est à dire un parasite présent lorsque T=1 et générant un 1 alors qu'on voulait mémoriser un 0) 

JK à front montant

Elle est conçue sur le même principe. C'est une RST à front montant à laquelle on a rajouté les 2 portes ET supplémentaires

Qn+1 = JQn + K Qn

Bien sûr les entrées de forçage asynchrones sont possibles ainsi que les JK à front descendant.

Bascule D à verrouillage

C'est une RST où R et S sont complémentaires par construction.

D T Q Q

0 1 0 1

1 1 1 0

x 0 Q-1 Q-1

Cette bascule recopie l'entrée. Notons que s'il y a des parasites en entrée pendant T=1 ceux-ci seront "recopiés". Le circuit 7475 est une quadruple bascule D à verrouillage.

bascules de comptage/mode maître-esclave

Pour éviter que les parasites puissent modifier l'état de la sortie, il faudrait lorsque T=1 que la sortie soit verrouillée, mais l'entrée ouverte et, pour T=0, que l'entrée soit verrouillée. Cela implique une conception en deux parties selon le principe suivant.

Les commandes seront interconnectées via un inverseur, ainsi quand l'une sera à 1 l'autre sera à 0 et inversement. Une telle structure est dite maître - esclave, dans laquelle le maître est l'élément mémoire d'entrée, l'esclave celui de sortie. Dans une telle structure une RST devient :

On peut évidemment rajouter des entrées asynchrones de forçage à 0 et à 1.

On peut de la même façon réaliser une bascule D/ME

LE BISTABLE 

La double bascule type D 4013

Le 4013 est une double bascule type D: il contient deux bascules indépendantes. Voici son brochage:

Une bascule type D (D-type flip-flop) est une bascule bistable. Ses deux sorties complémentaires sont notées Q et Q barre: elles sont complémentaires en ce sens que si Q est égal à 1, Q barre sera égal à 0, et vice versa. Suivant le cas, on dira que la bascule est à l'état SET ou à l'état RESET:

Une bascule type D possède quatre entrées et, on vient de le dire, deux sorties (Q et Q barre).

Les entrées sont:

• DATA: cette entrée peut être à l'état bas (LOW) ou haut (HIGH) 

• CLOCK: l'entrée d'horloge doit recevoir des signaux à pentes bien raides. Le 4013 réagit au front montant du signal (on dit en anglais qu'il est rising-edge triggered). Ce signal d'horloge peut être fourni, par exemple, par un multivibrateur. 

• SET: lorsque cette entrée est portée à l'état haut, la bascule est forcée à l'état SET (Q = 1). 

• RESET: lorsque cette entrée est portée à l'état haut, la bascule est forcée à l'état RESET (Q = 0). 

La bascule type D fonctionne comme suit: le niveau logique (0 ou 1) de l'entrée DATA est transféré à la sortie Q sur front montant du signal d'horloge CLOCK.

Voici une application très classique, qui est un diviseur par 2, ou encore, ce qui revient au même, un compteur binaire 1 bit. Il suffit de relier l'entrée DATA à la sortie Q barre:

Que se passera-t-il? SET et RESET sont à l'état 0 et le resteront. CLOCK est au niveau 0 et donc Q est aussi au niveau 0. Q barre est par conséquent au niveau 1 et on peut en dire autant de DATA, puisque DATA est relié à Q barre. Arrive le premier front montant du signal d'horloge: le niveau 1 de DATA est transféré à Q, qui passe donc à 1. Q barre bascule à 0, et il en va de même pour DATA. Arrive le deuxième front montant du signal: DATA est toujours à 0 et ce niveau est transféré à Q. Q barre bascule à 1, idem pour DATA, et ainsi de suite...

Conclusion: le nombre d'impulsions en entrée (CLOCK) est bien divisé par deux en sortie (Q).

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