Les circuits logiques séquentiels
Vous avez étudié dans le cours précédent différents circuits combinatoires. Vous avez pu les utiliser pour ajouter, multiplier ou décaler des nombres binaires.
Dans ce type de circuits, le fait de changer les informations d'entrée modifie immédiatement les données de sortie. Les sorties sont donc totalement dépendantes des valeurs binaires des entrées.
Dans cette partie, vous allez découvrir les circuits logiques séquentiels, qui viennent compléter les fonctionnalités précédentes pour manipuler l'information et créer des fonctions de plus en plus complexes, utilisées dans les circuits programmables par exemple. Les circuits séquentiels permettent, notamment, de stocker ou de conserver des données, ce que ne peuvent pas faire les circuits combinatoires .
Un circuit logique séquentiel est un circuit dont la sortie dépend non seulement de l'état de ses entrées, mais également des séquences des entrées passées, c'est-à-dire de la sortie à l'état précédent. Ils ont souvent, pour fonction primaire, une fonction de mémorisation d'une donnée ou d'un état logique.
Brique élémentaire des circuits séquentiels : la bascule RS
La bascule "RS" (Reset/Set Flip-Flop) est l'un des circuits de base pour stocker en sortie une valeur binaire élémentaire, c'est-à-dire soit un "0", soit un "1" .
Dans l'exemple suivant, vous trouverez l'implémentation d'une bascule RS à base de portes NAND. On peut remarquer le rebouclage des sorties Q et nQ sur une des entrées des deux portes NAND. Les entrées de commandes sont alors l'entrée R et l'entrée S.
La caractéristique la plus importante de ce circuit est de transformer des impulsions (appliquées à R ou à S) en états stables, qui apparaîtront sur Q et nQ.
Schéma d'une bascule RS
La table de vérité de la bascule RS
La table de vérité ci-dessous donne l'état des sorties Q et nQ en fonction de la combinaison des entrées R et S pour une bascule RS à base de portes NAND.
Remarquez que les entrées R et S sont actives à l'état bas.
L'état Mémoire correspond à la combinaison R = 1 et S = 1. correspond à la combinaison R = 1 et S = 1.
La combinaison R = S = 0 ne doit pas être utilisée !
C'est la combinaison interdite : cela signifie que Q doit être en même temps mis à 1 et mis à 0, ce qui est illogique. Dans cette situation, Q = nQ = 1.
Table de vérité de la bascule RS (RS Latch)
Par convention, l'état mémoire de la sortie Q s'écrit Q, qui peut aussi se lire "La sortie garde l'état logique précédent".
Simulation du fonctionnement de la bascule RS
La simulation démarre avec R=S=0 (combinaison interdite) et Q et nQ à 1.
L'action 1 -> 0 -> 1 (impulsion négative) sur R (Reset) met Q à 0 et met nQ à 1. Nous sommes dans l'état mémoire (on stocke un 0 en sortie). Seule une impulsion négative sur S pourra changer la valeur de la sortie.
L'action 1 -> 0 -> 1 (impulsion négative) sur S (Set) met Q à 1 et remet nQ à 0. Nous sommes dans l'état mémoire qui permet de stocker un 1 sur Q. Seule une impulsion négative sur R pourra changer la valeur de la sortie.
En version NAND, la bascule RS fonctionne avec des impulsions négatives : 1 -> 0 -> 1
En version NOR, la bascule RS fonctionne avec des impulsions positives : 0 -> 1 -> 0
Simulation de la bascule RS - "Both Reset & Set Active" = Reset & Set actifs simultanément
On observe bien sur la simulation la transformation d'impulsions en états stables, fonction que seul un circuit séquentiel peut réaliser.
Dessinez maintenant sous DSCH une bascule RS NOR et stimulez la avec des impulsions positives (0-1-0) sur Reset et sur Set. Qu'observez-vous ?
Dans ce chapitre vous avez découvert la bascule RS, brique de base des circuits séquentiels, son implémentation à base de portes logiques et son fonctionnement.
Dans le chapitre suivant, vous allez étudier les circuits synchrones et leur bascule élémentaire, la bascule D sensible sur niveau ou sur front.