Circuit logique séquentiel
Les circuits logiques séquentiels sont les circuits logiques combinatoires avec des unités de mémoire. Ces circuits ne dépendent pas entièrement des états d’entrée pour fournir la sortie. Ce sont des circuits logiques à deux états, ce qui signifie que ces circuits peuvent maintenir la sortie constamment à un niveau haut « 1 » ou bas « 0 » même si les entrées changent avec le temps. L'état de sortie ne peut être modifié que par l'application d'une impulsion de déclenchement dans des circuits séquentiels.
La représentation de base du circuit séquentiel est présentée ci-dessous :
Classifications des circuits séquentiels
Les circuits séquentiels sont divisés en fonction de leurs états de déclenchement, comme mentionné ci-dessous :
- Circuits séquentiels pilotés par événements
Ils appartiennent à une famille de circuits logiques séquentiels asynchrones. Ils sont sans horloge et peuvent fonctionner immédiatement dès réception d’une entrée. La sortie change immédiatement avec la combinaison d'entrée. - Circuits séquentiels pilotés par horloge
Ils appartiennent à une famille de circuits logiques séquentiels synchrones. Ces circuits séquentiels sont pilotés par une horloge. Cela signifie qu'ils ont besoin d'un signal d'horloge pour fonctionner avec des combinaisons d'entrées et produire une sortie. - Circuit séquentiel piloté par impulsions
Ces circuits séquentiels peuvent être pilotés par horloge ou sans horloge. En fait, ils combinent les propriétés des circuits séquentiels pilotés par des événements et par une horloge.
Le terme « synchrone » signifie qu'un signal d'horloge peut modifier les états du circuit séquentiel sans appliquer aucun signal externe. Dans les circuits asynchrones, un signal d’entrée externe est nécessaire pour réinitialiser le circuit.
Le terme « cyclique » signifie qu’une partie de la sortie est renvoyée à l’entrée sous forme de chemin de rétroaction. Cependant, « non cyclique » est à l’opposé de cyclique, ce qui signifie qu’il n’y a pas de chemin de rétroaction dans les circuits séquentiels.
Exemples de circuits séquentiels – Loquets et bascules
Les verrous et les bascules sont des circuits séquentiels, avec certaines différences dans leurs principes de fonctionnement. Un verrou n'inclut pas de signaux d'horloge pour déclencher les états, tandis que les bascules nécessitent un déclenchement d'horloge comme le montre la figure ci-dessous :
La figure ci-dessus représente le verrou SR et la bascule SR. Une impulsion d'horloge est affichée dans le cas de la bascule ci-dessus.
Tongs SR
Une bascule SR est comme un verrou SR, avec une fonction d'horloge supplémentaire. Le déclencheur d'horloge fonctionne pour mettre la bascule en condition, et la bascule se comporte morte en l'absence d'impulsion d'horloge.
Le schéma fonctionnel de SR Flip Flop est présenté ci-dessous :
Schéma
Les bascules SR sont essentiellement composées de portes NAND, tout comme le verrou SR. Cependant, une entrée d'horloge est indiquée entre les deux premières portes NAND pour indiquer le déclenchement de l'horloge comme indiqué ci-dessous :
Table de vérité
La table de vérité comprenant les quatre combinaisons d'entrée possibles aux bornes S & R ainsi que deux états de sortie, Q & est présenté ci-dessous :
L'entrée d'horloge est toujours maintenue à E=1 pour permettre le fonctionnement de la bascule SR. Les quatre combinaisons d’entrées et de sorties sont décrites ci-dessous :
1 : Lorsque S=0, R=1 (Définir) :
La sortie Q atteint l'état haut lorsque S=0 et R=1
2 : Lorsque S=1, R=0 (Réinitialisation) :
La sortie Q devient nulle tandis que la sortie Q'=1 lorsque S=1 & R=0.
3 : Lorsque S=1, R=1 (Aucun changement) :
La sortie reste dans son état précédent tel que rappelé par la bascule SR.
4 : Lorsque S=0, R=0 (Indéterminé) :
Les sorties sont indéterminées car les deux entrées sont faibles.
Schéma de commutation
Le diagramme de commutation de la bascule SR peut être tracé ci-dessous pour les états haut et bas des entrées « S » et « R » avec sorties. Le diagramme de commutation semble correct jusqu'à ce que les deux états d'entrée passent à « 0 » et que les sorties deviennent invalides. Après l'état invalide, la bascule SR devient instable tandis qu'une sortie peut commuter plus rapidement que l'autre, entraînant un comportement indéterminé.
Types de bascules SR :
Les bascules SR peuvent être construites à l'aide des portes AND, NAND et NOR. Les détails de configuration ainsi que les tables de vérité de chaque type sont discutés ci-dessous.
1- Bascule positive NAND Gate SR
La bascule à porte NAND positive ajoute deux portes NAND supplémentaires dans la bascule SR de base. La porte NAND positive passe aux états d'activation et de réinitialisation en appliquant une entrée haute au lieu d'entrées basses dans la bascule SR de base. En d’autres termes, une entrée de « 1 » sur la borne « S » fournira un état défini, tandis qu’une entrée de « 1 » sur la borne « R » fournira un état de réinitialisation.
De plus, le cas d'un état invalide apparaît désormais lorsque les deux entrées sont hautes alors que les deux entrées nulles n'ont aucun changement dans les sorties.
Bascule SR Gate 2-NOR
Les bascules SR peuvent également être construites en utilisant deux portes NOR. Cette configuration fonctionne de manière similaire à la configuration des portes NAND positives. Les états d'activation et de réinitialisation sont déclenchés par une impulsion haute ou « 1 » au lieu d'une impulsion faible ou « 0 » dans la configuration de base de la bascule SR. La table de vérité montre les mêmes états de sortie que ceux de la bascule SR à porte NAND positive.
Tong SR à 3 cadences
Les bascules SR cadencées prennent leurs entrées à partir de deux portes ET. L'une des entrées de la porte ET est le signal d'entrée pour les bornes de la bascule SR tandis que la deuxième entrée est l'horloge ou l'activation. L'impulsion d'horloge joue un rôle important dans cette configuration. L'impulsion d'horloge peut activer ou désactiver deux portes NAND supplémentaires selon les besoins pour fournir un meilleur contrôle de l'état de sortie. Lorsque l'entrée d'activation « EN » est élevée, toutes les fonctions de la porte NAND fournissent une sortie. Lorsque l'entrée d'activation « EN » est faible, les deux portes NAND supplémentaires sont déconnectées et les états précédents sont rappelés par la bascule SR.
Application – Circuit anti-rebond de commutation
Les bascules SR sont déclenchées par les fronts et changent d'état assez facilement. Ils peuvent éliminer le rebond des interrupteurs mécaniques. Le phénomène de rebond se produit lorsque l'interrupteur mécanique externe n'actionne pas complètement les contacts internes et que les contacts rebondissent avant d'être fermés ou ouverts. Ce processus crée un ensemble de signaux indésirables qui peuvent déclencher des portes logiques de manière inattendue avant que les entrées réelles ne soient appliquées.
Dans la configuration anti-rebond du commutateur, les contacts du commutateur mécanique sont connectés aux bornes de réglage et de réinitialisation d'une bascule SR de base, comme indiqué ci-dessous :
Comme les bascules SR sont déclenchées par front, l'état d'entrée de départ sera pris en compte dans la génération de la sortie, quelles que soient les fluctuations ultérieures de l'entrée. Même si une série d'états de fermeture-ouverture se produit en raison du rebond du commutateur comme indiqué ci-dessous, la sortie doit toujours être une impulsion douce.
Conclusion
Les circuits logiques séquentiels diffèrent des circuits combinatoires sur la base des unités de mémoire. Ces circuits logiques dépendent également des états d'entrée passés ainsi que des états d'entrée présents. Ces circuits peuvent maintenir leurs états de sortie à des niveaux élevés ou faibles même si les entrées changent avec le temps. L'exemple le plus courant de circuits logiques séquentiels sont les bascules SR. Ils sont comme le verrou SR avec des unités de mémoire supplémentaires.