3. INTRODUCTION
Circuits Combinatoires
Les fonctions de sortie s’expriment
Circuits Séquentiels
Les fonctions de sortie dépendent
selon des expressions logiques des
non
seules variables d’entrée.
variables d’entrée mais également
de
Circuit
Combinatoire
seulement
de
l’état
des
l’état
antérieur
(passé)
certaines
variables
de
de
sortie
(propriétés de mémorisation).
Circuit
Séquentiel
3
4. NOTION D’HORLOGE
Une horloge, noté par H ou ck (clock), est une variable
logique qui passe successivement de 0 à 1 et de 1 à 0
d’une façon périodique.
Niveau Haut « 1 »
Niveau Bas « 0 »
Front Montant
Période T
Front Descendant
Fréquence = 1/T = nombre de changement par seconde en hertz (Hz)
Horloge
Période
1 Hz
1 seconde
1 Méga Hz
1 milliseconde
1 Giga Hz
1 nanoseconde
4
5. INTRODUCTION
Circuits Asynchrones
Les variables du système
évoluent
librement
cours du temps.
au
Circuits Synchrones
L’évolution des variables
dépend d’une impulsion
d’horloge comme un des
signaux d’entrée.
Circuit
Asynchrone
H
Circuit
Synchrone
5
7. BASCULES
Une bascule (flip flop):
est un circuit séquentiel élémentaire permettant de
mémoriser une information binaire (bit).
peut être synchrone ou asynchrone.
possède deux sorties complémentaires Q et Q.
Q- = Q (t)
Q+ = Q (t+1) = F (Ei, Q-)
Q
E0
....
En
Bascule
Q
7
8. BASCULE RS
Q
R (Reset)
Bascule RS
S (Set)
Q
R
S
Q+
0
0
Q-
État mémoire
0
1
1
Mise (Set) à 1
1
0
0
Remise (Reset) à 0
1
1
X
État interdit
8
13. BASCULE RSH
R
Q
H
Bascule RSH
S
Q
La bascule RSH est une bascule RS synchronisée par un
signal d’horloge H.
H
R
S
Q+
0
X
X
Q-
1
0
0
Q-
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
X
Mémorisation
Bascule RS
13
16. BASCULE D LATCH
C’est une bascule synchrone sur niveau Haut ou niveau
Bas.
D
Q
Bascule D
Latch
H
D
Q
Q
Bascule D
Latch
H
Sur niveau Haut « 1 »
Sur niveau Bas « 0 »
Si H = 1 alors Q+ = D
Q
Si H = 0 alors Q+ = D
H/H
D
Q+
H/H
Q+
0
0
Q-
0
Q-
0
1
Q-
1
D
1
0
0
1
1
1
16
18. BASCULE D LATCH
Exercice 3: Transformer une bascule RSH pour qu’elle
agisse comme une bascule D Latch (niveau haut).
D
Q+
0
0
Q-
0
1
Q-
1
0
0
1
1
1
H
R
S
Q+
0
X
X
Q-
1
0
0
Q-
1
0
1
1
1
1
0
0
1
H
1
1
X
HD = HRSH, R = D ; S = D
18
19. BASCULE D
C’est une bascule synchronisée sur front montant ou
descendant
D
D
Q
Bascule D
H
Q
Q
Bascule D
H
Q
Sur front descendant
Sur front montant
H
D
Q+
H
Q+
0/1/
0
Q-
0/1/
Q-
0/1/
1
Q-
D
0
0
1
1
19
21. BASCULE T
La bascule T (Toggle) bascule à chaque impulsion
d’horloge (front montant ou descendant) lorsque son
entrée T est active.
T
H
T
Q
Bascule T
Q
H
Q
Bascule T
Q
Sur front descendant
Sur front montant
T
H
Q+
0
X
Q-
1
0/1,
Q-
1
Q-
21
23. BASCULE T
Exercice 4: Transformer une bascule D pour qu’elle
agisse comme une bascule T (front montant).
H
0/1/
T
D
H
Q-
0/1,
Q-
1
D
X
1
Q-
Q+
0
Q+
H
Q-
Q
Bascule D
Q
23
24. BASCULE JK
ASYNCHRONE
C’est une bascule variante de RS où on prend en compte le
cas ou R=S=1
Q
J
Bascule JK
Asynchrone
K
J
K
Q+
0
0
Q-
État mémoire
0
1
0
Remise à 0
1
0
1
Q
Remise à 1
24
1
1
Q-
Basculement
25. BASCULE JK
Exercice 5: Réaliser une bascule JK asynchrone en
utilisant une bascule RS.
R
S
Q-
Q+
J
K
Q-
Q+
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
X
1
1
0
1
1
1
1
X
1
1
1
0
25
26. BASCULE JK
Exercice 5: Réaliser une bascule JK asynchrone en
utilisant une bascule RS.
J
K
R
Q
S
Q
26
27. BASCULE JK
SYNCHRONE
C’est une bascule avec deux entrées J et K et une horloge
(front montant ou descendant)
J
H
K
J
Q
Bascule JK
Synchrone
Sur front montant
H
Q
K
H
J
K
Q+
0/1,
X
X
0
0
0
1
1
0
1
1
1
Q-
Sur front descendant
0
Q
Q-
Bascule JK
Synchrone
Q-
Q
27
29. BASCULE JK
Exercice 6: Transformer une bascule JK synchrone en
une bascule D.
D
Q+
0/1
0
Q-
0/1
1
Q-
0
0
1
1
H
J
K
Q+
0/1
X
X
Q-
0
0
Q-
0
1
0
1
0
1
H
1
1
Q29
HJK = HD, J = D ; K = D
30. BASCULE JK
Exercice 7: Transformer une bascule JK pour qu’elle
agisse comme une bascule T (front descendant).
T
H
Q+
H
J
K
Q+
0
X
Q-
0/1, X
X
Q-
1
0/1,
Q-
0
0
Q-
1
Q-
0
1
0
1
0
1
1
1
Q30
HT = HJK, J = K = T
31. INITIALISATION DES BASCULES
Les bascules RSH, D, T, et JK ont un fonctionnement
synchrone par rapport à un signal d’horloge (H).
Pour le fonctionnement d’un système, il est souvent
nécessaire que ces bascules soient initialisées, c’est à
dire que leur sortie Q soit à 1 ou à 0 et ce
indépendamment du signal d’horloge.
C’est le rôle de ces deux entrées supplémentaires :
Preset : mise à 1 de la sortie Q
C
„ lear : mise à 0 de la sortie Q.
31
32. INITIALISATION DES BASCULES
Clear (Cl) et Preset (Pr) sont deux entrées asynchrones
qui :
fonctionnent avec la logique négative
sont plus prioritaire que l’horloge
Clear
0
Preset
0
H
X
Q
État interdit
0
1
X
1
1
0
X
0
1
1
Bascule
32
33. INITIALISATION DES BASCULES
BASCULE JK
Exercice 8: Donner la table de vérité de la bascule JK
avec les entrées Clear et Preset.
Pr
J
H
K
Q
Bascule JK
Q
Cl
Sur front descendant
33
36. REGISTRES
DÉFINITION
On appelle registre un ensemble de bascules avec une
même commande d'horloge.
Les registres permettent de réaliser certaines opérations:
la mémorisation, le décalage et le transfert d’une
suite de bits.
36
37. REGISTRES
TYPE
Il existe plusieurs types de registres :
Registre à Entrées Parallèles et Sorties Parallèles
(EP-SP).
Registre à Entrée Série et Sortie Série (ES-SS).
Registre à Entrée Série et Sortie Parallèle (ES-SP).
Registre à Entrée Parallèle et Sortie Série (EP-SS).
37
38. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIES PARALLÈLES
(EP-SP)
En
E1 E0
................
H
Registre EP-SP
................
Sn
S1 S 0
Les registres EP-SP sont des registres de mémorisation:
Si H = : Lecture des bits d’entrée.
Sinon: État mémoire.
38
39. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIES PARALLÈLES
(EP-SP)
Quelle est la bascule approprié pour construire les
registres EP-SP?
Bascule D car c’est une bascule synchronisé (sur
front
montant)
permettant
la
lecture
et
la
mémorisation d’un bit.
39
40. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIES PARALLÈLES
(EP-SP)
Exemple: Un registre EP-SP (à 4 bits) en utilisant des
bascule D.
40
41. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIES PARALLÈLES
(EP-SP)
Exercice 9: Registre Élémentaire
L’entrée W ordonne l’écriture des entrées dans le registre,
l’entrée R ordonne la lecture des valeurs mémorisées (Si R = 0
alors les sorties sont à 0). Réaliser un tel registre.
E3 E2 E1 E0
W
R
Registre
élémentaire
41
S 3 S2 S1 S 0
42. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIES PARALLÈLES
(EP-SP)
Exercice 9: Registre Élémentaire
42
43. REGISTRES À ENTRÉE SÉRIE ET SORTIE SÉRIE
(ES-SS)
E
H
Registre ES-SS
S
Les registres ES-SS sont des registres à décalage (gauche,
droite ou circulaire)
43
46. REGISTRES À ENTRÉE SÉRIE ET SORTIES PARALLÈLES
(ES-SP)
E
H
Registre ES-SP
Sn ................ S1 S0
Les registres ES-SP sont des registres de décalage :
à gauche: la séquence de sortie est Qn-1 .... Q1 Q0 E
à droite: la séquence de sortie est E Qn .... Q2 Q1
46
47. REGISTRES À ENTRÉE SÉRIE ET SORTIES PARALLÈLES
(ES-SP)
Exemple: Un registre ES-SP (à 4 bits) permettant un
décalage à droite.
47
48. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIE SÉRIE
(EP-SS)
En ................ E1 E0
H
X
Registre EP-SS
ES
S
X
Fonctionnement
Sortie
0
Décalage avec l’entrée série (ES)
E0 ou En selon
1
Chargement avec les entrées parallèle (E0, ...,
le type de
En)
décalage
48
49. REGISTRES À ENTRÉES PARALLÈLES ET SORTIE SÉRIE
(EP-SS)
Exemple: Un registre EP-SS avec un décalage à droite.
49
50. REGISTRES À ENTRÉE SÉRIE ET SORTIE SÉRIE
(ES-SS)
Exercice 10: Registre Universel
Le registre universel est une association de bascules permettant
quatre modes de fonctionnement commandés par deux variables C1 et
C2. Réaliser un tel registres avec des bascules et des multiplexeurs.
E3 E2 E1 E0 ES
C2
C1
Fonctionnement
0
0
Mémoire
0
1
Décalage à droit
1
0
Décalage à gauche
1
1
Chargement parallèle
H
C2
Registre
Universel
C1
50
S3 S2 S1 S0
51. REGISTRES À ENTRÉE SÉRIE ET SORTIE SÉRIE
(ES-SS)
Exercice 10: Registre Universel
C1
S3
S2
S1
S0
0
0
Q3
Q2
Q1
Q0
Mémoire
0
1
ES
Q3
Q2
Q1
Décalage à droite
1
0
Q2
Q1
Q0
ES
Décalage à gauche
1
C0
1
E3
E2
E1
E0
Chargement parallèle
Pour permettre ces quatre modes de fonctionnement, chacune des
bascule est précédée d’un multiplexeur. L’entrée D de chaque bascule
est ainsi en fonction du mode C1C0.
51
52. REGISTRES À ENTRÉE SÉRIE ET SORTIE SÉRIE
(ES-SS)
Exercice 10: Registre Universel
52
53. REGISTRES
Exercice 11: Faire l’étude du registre décrit par le
fonctionnement suivant
Entrées
parallèles
E3 E2 E1 E0
Commandes
asynchrones
ES
Raz
Chg
Registre Universel
H
Dg
Dd
Commandes
synchrones
53
S3 S2 S1 S0
54. REGISTRES
Exercice 11: Faire l’étude du registre décrit par le
fonctionnement suivant
Raz Chg Dg
H
Fonctionnement
1
X
X
X
X
Remise à 0 les sorties
0
1
X
X
X
Chargement des entrées parallèles
0
0
1
X
Décalage à gauche avec l’entrée série ES
0
0
0
1
Décalage à droite avec l’entrée série ES
0
Dd
0
0
0
X
Lecture des états mémoires
Raz et Chg sont des commandes asynchrones
54
55. REGISTRES
Exercice 11: Faire l’étude du registre décrit par le
fonctionnement suivant
Raz
Dg
Dd
H
Q3
Q2
Q1
Q0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
1
X
X
X
E3
E2
E1
E0
0
0
1
X
Q2
Q1
Q0
ES
0
0
0
1
ES
Q3
Q2
Q1
0
Chg
0
0
0
X
Q3
Q2
Q1
Q0
Raz et Chg sont des commandes asynchrones
55
56. REGISTRES
Exercice 11:
Utilisation de bascule D avec les entrées d’initialisation
(Clear et Preset)
Cl
0
Pr
0
H
X
Pr
Q+
X
0
1
X
1
1
0
X
0
1
1
0/1/
Q-
1
1
D
D
H
Q
Bascule D
Q
Cl
56
58. COMPTEURS
DÉFINITION
H
Compteur
Qn-1 ................ Q1 Q0
Un compteur est une association de n bascules permettant
de décrire, au rythme d’une horloge, une séquence
déterminée:
S0 S1 S2......Sm-1
58
Cette séquence est appelée cycle du compteur
59. COMPTEURS
DÉFINITION
H
Compteur
S0 S1 S2......Sm-1
Qn-1 ................ Q1 Q0
Une combinaison de sortie d’un compteur (Qn-1 ....... Q1Q0)
est appelée état.
Le nombre d’états différents (Si) pour un compteur est
appelé le modulo (m) de ce compteur: m<2n
59
62. COMPTEURS
TYPE
Selon le cycle des compteurs, nous distinguons entre:
Les compteurs modulo 2n ( cycle complet):
n=3 : 0,1,2,3,4,5,6,7,0 modulo 8
n=2
: 0 ,1,2,3,0
modulo 4
n=4
: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,0 modulo 16
Les compteurs modulo N ( cycle incomplet )
Pour N=5 :
0,1,2,3,4,0
n=3
Pour N= 10 : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0
n=4
Les compteurs à cycle quelconque :
0,2,3,6,0
0,2,5,6,7,8,10,0
n=3
62
n=4
63. COMPTEURS
TYPE
H
Compteur
Qn-1 ................ Q1 Q0
Selon l’horloge des bascules, nous distinguons entre :
Les Compteurs Asynchrones: les bascules possèdent des
horloges différentes.
Les Compteurs Synchrones: les bascules possèdent63la
même horloge.
67. COMPTEURS ASYNCHRONE MODULO 2N
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
De manière générale, seule la première bascule reçoit le
signal d'horloge. Toutes les bascules qui suivent celle-ci
sont commandées par la bascule précédente.
Bascule
n-1
Qn-1
Hn-1
Qn-2
Bascule
n-2
Hn-2
Bascule
1
......
Q1
H1
Bascule
0
H =H0
Q0
67
69. COMPTEURS ASYNCHRONES
BASCULES APPROPRIÉES
Quelles sont les bascules appropriées pour construire les
compteurs?
Les bascules synchrones sur front qui permettent de
réaliser l’état de basculement Q+ = Q1
D Pr
H
Cl
1
1
Q
Q
1
H
T Pr
Cl
1
1
Q
Q
1
H
Q
J Pr
K
Cl
1
Q
69
73. COMPTEURS ASYNCHRONES MODULO N
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Qn-1
Pour réaliser un compteur asynchrone modulo N, il faut
agir sur les entrées d’initialisation (Clear et Preset)
lorsque la combinaison correspondant au modulo N se
produit sur les sorties du compteur.
Prn-1
Bascule
n-1
Cln-1
Prn-2
Hn-1
Qn-2
Bascule
n-2
Pr1
Hn-2
Bascule
1
......
Cln-2
Pr0
H1
Cl1
Q1
Bascule
0
Cl0
Q0
H =H0
73
79. COMPTEURS ASYNCHRONES A CYCLE QUELCONQUE
EXEMPLE
Soit le compteur ayant le cycle suivant
0
0
6
Détecter le 7
et forcer à 0
2
Détecter le 1
et forcer à 2
7
1
6
3
Détecter le 4
et forcer à 6
2
4
3
Pour forcer le compteur d’un état à un autre, il faut
79
agir sur les entrées asynchrone Cli et Pri des bascules
81. COMPTEURS ASYNCHRONES A CYCLE QUELCONQUE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Qn-1
Pour réaliser un compteur asynchrone à cycle quelconque,
il faut agir sur les entrées d’initialisation (Clear et Preset)
lorsque une combinaison interdite (n’appartient pas au
cycle) se produit sur les sorties du compteur.
Prn-1
Bascule
n-1
Cln-1
Prn-2
Hn-1
Qn-2
Bascule
n-2
Pr1
Hn-2
Bascule
1
......
Cln-2
Pr0
H1
Cl1
Q1
Bascule
0
Cl0
Q0
H =H0
81
83. COMPTEURS SYNCHRONES
STRUCTURE GÉNÉRALE
Un compteur synchrone est une structure où toutes les
bascules reçoivent le même signal d’horloge. La fonction
comptage est réalisée par l’intermédiaire des fonctions
appliquées sur les entrées synchrones des bascules.
?
?
Bascule
n-1
Bascule
n-2
Qn-1
Qn-2
H
?
?
......
Bascule
1
Bascule
0
Q1
Q0
83
84. COMPTEURS SYNCHRONES
ÉTAPES DE RÉALISATION
1.
Déterminer le nombre de bascules nécessaires « n »
2.
Établir la table de transition du compteur [état suivant
(Qi+) en fonction de l'état présent (Qi)]
3.
Déterminer l'expression des entrées des bascules
84
85. COMPTEURS SYNCHRONES
EXEMPLE: COMPTEUR MODULO 23 (BASCULE JK)
Q2 Q1 Q0 Q2+ Q1+ Q0+ J2 K2 J1 K1 J0
K0
0
0
0
0
0
1
0
X
0
X
1
X
0
0
1
0
1
0
0
X
1
X
X
1
0
1
0
0
1
1
0
X
X
0
1
X
0
1
1
1
0
0
1
X
X
1
X
1
1
0
0
1
0
1
X
0
0
X
1
X
1
0
1
1
1
0
X
0
1
X
X
1
1
1
0
1
1
1
X
0
X
0
1
X
1
1
1
0
0
0
X
1
X
1
X
1
J0=K0=1, J1= K1= Q0, J2=K2=Q0.Q1
85
88. COMPTEURS SYNCHRONES
EXEMPLE: COMPTEUR MODULO 6 (BASCULE JK)
Q2 Q1 Q0 Q2+ Q1+ Q0+ J2 K2 J1 K1 J0
K0
0
0
0
0
0
1
0
X
0
X
1
X
0
0
1
0
1
0
0
X
1
X
X
1
0
1
0
0
1
1
0
X
X
0
1
X
0
1
1
1
0
0
1
X
X
1
X
1
1
0
0
1
0
1
X
0
0
X
1
X
1
0
1
0
0
0
X
1
0
X
X
1
1
1
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
88
90. COMPTEURS SYNCHRONES MODULO N
EXERCICE
Exercice 13:
A. Réaliser un compteur synchrone modulo 10 qui possède
une entrée de validation V. tel que si V=0 alors le
compteur est dans un état mémoire , si V=1 alors
validation du comptage.
90
91. COMPTEURS SYNCHRONES MODULO N
EXERCICE
Exercice 13:
B. Utiliser ce compteur et des portes logiques pour réaliser
un compteur modulo 100 ( 0,1,2,…………….,98,99,0) ?
C. Généraliser la solution pour réaliser un compteur modulo
1000 ( 0,1,………….,998,999) ?
91
92. COMPTEURS SYNCHRONES A CYCLE QUELCONQUE
EXEMPLE
Soit le compteur ayant le cycle suivant
0
6
2
3
1. Pour forcer le compteur d’un état à un autre, il
faut agir sur les entrées synchrones (Di, Ji et Ki ou
Ti).
2. Pour les états qui n’appartiennent pas au cycle du
92
compteur, il faut les considérer comme étant des
états indéterminés.
93. COMPTEURS SYNCHRONES A CYCLE QUELCONQUE
AVEC DES BASCULES JK
Q2
Q1
Q0
Q2+
Q1+
Q0+
J2
K2
J1
K1
J0
K0
0
0
0
0
1
0
0
X
1
X
0
X
0
1
0
0
1
1
0
X
X
0
1
X
0
1
1
1
1
0
1
X
X
0
X
1
1
1
0
0
0
0
X
1
X
1
0
X
0
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
0
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
93
94. COMPTEURS SYNCHRONES A CYCLE QUELCONQUE
AVEC DES BASCULES T
Q2
Q1
Q0
Q2+
Q1+
Q0+
T2
T1
T0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
X
X
X
X
X
X
1
0
0
X
X
X
X
X
X
1
0
1
X
X
X
X
X
X
1
1
1
X
X
X
X
X
X
94
95. DÉCOMPTEURS
L’études des décompteurs se fait exactement de la même
manière que l’étude des compteurs.
Exemple d’un décompteur modulo 8:
Q2
Q1
Q0
Q2+
Q1+
Q0+
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
95
97. COMPTEURS/DÉCOMPTEURS
Le circuit Compteur/Décompteur peut offrir à la fois
l’opération de comptage et décomptage. Pour ce faire, il
faut rajouter une entrée de commande C qui indique le
type de l’opération (par exemple: si C=0 alors comptage,
sinon décomptage)
H
C
Compteur/Décompteur
Q2
Q1
Q0
97
101. SOURCES DE CE COURS
Amrouche Hakim, Cours d’Architecture des ordinateurs, École
nationale
Supérieure
d’Informatique
(ESI),
Alger,
Année
universitaire 2011/2012. Disponible sur http://amrouche.esi.dz/
101