Cours 6 Logique sأ©quentielle (2)les- Deux catأ©gories de compteurs • compteurs...

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  • Cours 6 Logique séquentielle (2)

    ELP 304 : Electronique Numérique

  • 2 Département Electronique

    R

    Q*

    Q

    S

    Bascule RS asynchrone

    D

    Q*

    Q

    E

    Bascule D latch ou à verrouillage synchronisation

    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

    bascule 1

    D

    CK

    Q

    bascule 2

    D

    CK

    Q

    bascule n-1

    D

    CK

    Q

    bascule n

    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

    bascule 1

    bascule i-1

    bascule i

    bascule i+1

    D

    CK

    Q

    bascule n

    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

    bascule i-1

    D

    CK

    Q

    bascule i

    D

    CK

    Q

    bascule i+1

    E

    H

    D

    CK

    Q

    bascule n

    D

    CK

    Q

    bascule 1

    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

    bascule 4

    D

    CK

    Q

    bascule 3

    LOAD LOAD LOADLOAD

    ES D

    CK

    Q

    bascule 1

    D

    CK

    Q

    bascule 2

    1 0

    1 0

    1 0

    1 0

    • 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

    bascule 1

    bascule 2

    D

    CK

    Q D

    CK

    Q

    bascule 3

    D

    CK

    Q

    bascule 4

    1 1

    1 1

    INIT

    CL*

    PR* PR* PR* PR*

    CL* CL* CL*

    registre initialisé à

    0101 si INIT = 0

    • Rappel : entrées prioritaires asynchrones des bascules CLEAR ou RESET : Q est forcé à 0 SET 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

    SSG sortie série gauche

    SSD sortie série droite

    ESG entrée série gauche

    ESD entrée série droite

    REGISTRE UNIVERSEL

    INIT

    MODE SENS

    } 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

    bascule i

    1 1

    0 0Qi+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 droite SENS = 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

    H E

    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

    H E 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 Q h2 h3 hn-1 hnh1

    ck

    Polynôme générateur

    { }P X h X h X h X h X hn n n n i( ) , ;= + + + + + ∈− −1 0 11 2 2 1 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 1000 0111 1101 0100 1100 1011 0110 0010 1110 0101 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

    f f / 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

    Q3 001000 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 01 0 10000 0

    H

    Q1

    Q3

    Q2

    Passage de l'état 011 à 100 du 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 Q p basc p basc

    p basc

    ( ) ( )

    ( )

    → + →

    + →

    ∗ ∗ 1 2

    3

    t nptotalα les compteurs de grande taille sont lents états transitoires parasites

    Analyse temporelle des sorties d'un compteur / décompteur asynchrone

  • 22 Département Electronique

    Intérêt principal • leur simplicité

    Leurs (nombreux) inconvé