Bascules et logique séquentielle - lri.fr de/ISIC-  · Principe fondamental de la logique...

download Bascules et logique séquentielle - lri.fr de/ISIC-  · Principe fondamental de la logique synchrone

of 30

  • date post

    12-Sep-2018
  • Category

    Documents

  • view

    213
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Bascules et logique séquentielle - lri.fr de/ISIC-  · Principe fondamental de la logique...

  • 1

    Bascules et logique squentielle

    Daniel Etiemblede@lri.fr

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    2

    Logique squentielle

    Logique squentielle Le systme a des tats Dans un systme squentiel

    lments de mmorisation Les sorties dpendent des tats et des entres Le nouvel tat est fonction des entres et de ltat prcdent

    Systmes synchrones Une horloge indique le moment o les lments de mmorisation

    acceptent les nouvelles valeurs et changent dtat

    Systmes asynchrones Aucun indication sur le moment des changements dtat

  • 2

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    3

    Elments de mmorisation : bascules et registres

    Mmorisation dun bit Bistable Bascule RS Bascules transparentes : latch Bascules opaques : D

    Registres Un registre est un ensemble de bascules la mme

    commande dhorloge Le registre a les mmes proprits que les bascules qui le

    composent Transparence versus opacit

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    4

    Le bistable

    Deux inverseurs en srie Deux tats possibles : mmorise un bit Ne peut changer dtat

    "0""1"

    1"0"

    Q

    Q

    Pour crire , il faut modifier le bistable-Point mmoire SRAM-Bascule RS-Bascule Latch CMOS

  • 3

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    5

    Bascule RS

    1x x

    0x 1

    10

    0 1

    Q1

    1 Q

    Q

    Q

    Deux types NAND NOR

    Fonctionnement RS NAND Etat interdit Mmorisation INTERDIT

    Mmorisation

    Q

    Q

    S

    R

    Q

    QS

    R

    Nand Nor

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    6

    Bascule RS

    Deux types NAND NOR

    Fonctionnement RS NAND Ecriture dune valeur

    Q

    Q

    S

    R

    Q

    QS

    R

    0

    1

    10

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    a) b)

    0

    1

    1

    0

    0

    c)d)

    1

    1 1

    Nand Nor

  • 4

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    7

    Rsum sur la bascule RS

    Fonctionnement NAND

    Si R=S =1 , Etat mmoire Si RS, alors criture Q=R R=S=0 INTERDIT

    NOR Si R=S =0 , Etat mmoire Si RS, alors criture Q=S R=S=1 INTERDIT

    Remarque Les entres R et S sont la fois des entres de type tat et de type

    temps On spare tat et temps avec des bascules latch

    Entre dtat : D Entre dhorloge : C

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    8

    Utilise les interrupteurs (portes de transmission) pour

    Raliser la contre raction (mmorisation)

    Couper la contre raction pour charger une nouvelle valeur

    Fonctionnement LD = 1 alors Z = A LD = 0 alors Z = Z Transparence lorsque LD=1

    Le latch CMOS

    Z A

    LD

    \LD

    LD

    \LD

    mmorisation

    criture""donne" valeur mmorise"

    "0""1"

  • 5

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    9

    Bascule latch NAND ou NOR

    D

    C

    Q

    Q(Etat)

    (commande)

    Bascule latch

    Q

    Q

    S

    RC

    D

    Mmorisation

    Q

    Q

    S

    RC=0

    D 1

    1

    0

    0

    Q

    Q

    S

    RC=1

    D D

    D

    1

    1

    Ecriture

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    10

    Registres

    Dn-1Di D0

    C

    Qn-1 Qi Q0

    ......... .........

    C

    D

    Q

    n

    n

    Registre

  • 6

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    11

    Bascules, registres latch et transparence

    D0 D1 D2

    C

    Q0 Q1 Q2

    Registre dcalageDi+1 = Qi

    Lorsque C = 1, Qi=Di

    Lorsque C = 1 alors Qi+1 = Qi pour tout i

    D

    C

    Q

    Q

    Bascule latch

    LiaisonD = Q

    Lorsque C = 1, Q=D

    Lorsque C = 1 alors Q = Q !Ncessit de bascules NON transparentes

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    12

    Bascule D matre-esclave

    Bascules opaques Matre esclave D

    C1

    QmBascule latch

    C2

    QsBascule latch

    D QmBasculelatch

    QsBasculelatch

    C

    C

    C

    C = C C = C

    C1 C2

    Qm

    QmC

    D Qs

    Qs

    NAND NOR

    C

  • 7

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    13

    Bascules D commande par flanc

    Bascules opaques Bascule D commande par

    flanc 6 portes NAND (sensible au

    front montant de lhorloge) 6 portes NOR (sensible au

    front descendant de lhorloge)

    Sur transition dhorloge, lentre D est recopi vers Q et mmorise

    D

    Q

    Q

    C

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    14

    Bascule D 6 portes NAND

    D=0

    Q = 0

    Q=1

    C=1

    11

    1

    11

    01

    1

    0D varie

    Q = 0

    Q=1

    C=1

    11

    1

    11

    01

    1

    0

    Verrouillage

    D=1

    Q=1

    Q=0

    C=1

    01

    0

    00

    11

    0

    1 D varie

    Q=1

    Q=0

    C=1

    10

    00

    11

    0

    1

    D varie

    D

    Ecriture dun 0

    Ecriture dun 1 Verrouillage aprs criture dun 1

    Verrouillage aprs criture dun 0

  • 8

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    15

    Entre

    Horloge

    Temps dtablissement- temps de maintien

    Temps dtablissement (Tsu)Temps minimum avant larrive de lhorloge pendant lequel lentre doit tre stable

    Horloge

    Il y a une fentretemporellede part et dautre de la transition dhorlogependant laquellelentre doit resterstable

    Il y a une fentretemporellede part et dautre de la transition dhorlogependant laquellelentre doit resterstable

    Temps de maintien (Th)Temps minimum aprs larrive de lhorloge pendant lequel lentre doit rester stable

    tsu th

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    16

    Registre dcalage avec bascules D

    D0=1

    C

    Q0Bascule D

    C

    Q1

    Bascule D

    D1

    C

    Q0 = D1 tpd

    tpd

    Tctsutsu

    Q1

    th th

  • 9

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    17

    Entres parallles

    Sorties parallles

    Transmission srie

    Application des registres dcalage

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    18

    Principe fondamental de la logique synchrone

    D0

    C

    Q0Bascule D

    C

    Q1

    Bascule D

    D1Logique combinatoire

    tpdcombtpdbasc

    tsu

    Tc

    maxF =

    1

    cminT=

    1

    pd ( bascule)t + supd ( combinatoire)t + t

  • 10

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    19

    Utilisation de la bascule D

    Automate Etat futur = fonction (Etat prsent, Entres) Etat futur = entres des bascules D (du registre D) Etat prsent = sorties des bascules D Transition dhorloge = passage dun tat ltat suivant

    D

    C

    Q

    ETAT FUTUR

    Bascule D ETAT PRESENT

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    20

    Autres bascules : bascule T

    T

    C

    Q

    Q(Etat)

    (commande)

    Bascule T

    011101110000QfQpT

    011101110000TQfQp

    C(bascule D)

    Q

    QBascule D

    C

    T

    Q

    Q

    Bascule D

    C

    T

    Asynchrone Synchrone

  • 11

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    21

    Autres bascules : bascule JK

    Qp11101010

    Qp00QfKJ

    C

    Q

    QBascule JK

    J

    K

    011101110000KJQfQp

    J-K avec bascule D

    J

    K

    C

    D Q

    Q

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    22

    Automates synchrones

    PARTIE COMBINATOIRE

    PARTIE COMBINATOIRE

    REGISTRE D

    C

    ENTREES EF EPSORTIES

    MOORE

    EF = f (EP, Entres)Sorties = g (EP)

  • 12

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    23

    Automates synchrones

    PARTIE COMBINATOIRE

    PARTIE COMBINATOIRE

    REGISTRE D

    C

    ENTREES

    EF EP SORTIES

    MEALY

    EF = k (EP, Entres)Sorties = h (EP, Entres)

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    24

    Mthode de synthse dautomates synchrones

    Mthode gnrale Graphe de transition Table de transition Codage des tats et table de transition code Implantation avec registre D et logique combinatoire

    Mthodes plus spcifiques Certaines implmentation sont plus efficaces en utilisant

    des oprateurs particuliers Registres dcalages Compteurs etc

  • 13

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    25

    Les compteurs

    Un compteur est un automate sans entres.

    3203

    2110

    EFEP0

    1

    2

    31

    0101113

    1011012

    1110101

    0000000

    Q0Q1Q0Q1Q0Q1N

    Naturel Gray Pire

    Q0

    Q0

    XOR

    D1

    Q1

    Q1Bascule D Bascule D

    C

    Q0

    Q0

    XOR

    D1

    Q1

    Q1Bascule D Bascule D

    Q0

    Q0

    XOR

    D1

    Q1

    Q1Bascule D Bascule D

    C

    Bascule D Bascule D

    C

    D0Q0 D1 Q1

    Q1

    M2 ISIC2006-2007

    Fondements des systmes numriquesD. Etiemble

    26

    Compteurs modulo 2n

    000111