cours 7 bascule (partie 1)

ELC110
Electronique numérique
BASCULES
Hanane EL MINOR
Enseignante – Chercheur
2019/2020
PLAN
 Introduction et définitions
 Bascule bistable RS et RSH ;
 Bascule bistable D ;
 Bascule JK ;
 Bascule maître esclave
Dr Hanane.ELMINOR
INTRODUCTION ET DÉFINITIONS
En logique combinatoire, le niveau de la sortie dépend directement du niveau
logique des entrées :
S = f(e1,e2,…,en)
En logique séquentielle, le niveau de la sortie est certes lié aux niveaux des
entrées, mais il dépend aussi des états antérieurs (mémoire)
Sn = f(e1,e2,…,en,Sn-1)
Entrées
Circuit
Combinatoire
Sorties Entrées
Dr Hanane.ELMINOR
Circuit
Séquentiel
Sorties
INTRODUCTION ET DÉFINITIONS
Système synchrone( Notion de l’horloge)
 Une horloge est une variable logique qui passe successivement de 0 à 1 et
de 1 à 0 d’une façon périodique.
 Cette variable est utilisée souvent comme une entrée des circuits
séquentiels  le circuit est dit synchrone.
 L’horloge est notée par h ou ck ( clock).
1
h
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
E0
E1
H
Circuit séquentiel
synchrone
Dr Hanane.ELMINOR
1
S1
S2
1
0
INTRODUCTION ET DÉFINITIONS
L’horloge
Niveau Haut: 1
1
0
0
Niveau Bas : 0
Front
montant
Fréquence F
Front
descendant
La période T
La période T est en
seconde
f 1
T
La fréquence est en hertz
Dr Hanane.ELMINOR
INTRODUCTION ET DÉFINITIONS
Synchronisation sur niveau Haut
h
E
Synchronisation sur front montant
h
E
Synchronisation sur front descendant
h
E
Dr Hanane.ELMINOR
INTRODUCTION ET DÉFINITIONS
Les systèmes Asynchrones
Lorsque un circuit séquentiel n’a pas d’horloge comme variable
d’entrée ou si le circuit fonctionne indépendamment de cette
horloge alors ce circuit est asynchrone.
E0
E1
E2
Circuit séquentiel
asynchrone
Dr Hanane.ELMINOR
S1
S2
BASCULES RS ET RSH
Les bascules





Une bascule est une mémoire élémentaire qui ne peut mémoriser qu’un seul bit.
Les bascules sont les circuits de bases de la logique séquentiel .
Une bascule peut posséder une horloge (synchrone ) ou non (asynchrone) .
Chaque bascule possède des entrées et deux sorties.
Une bascule possède la fonction de mémoration et de basculement.
E0
Q
E1
……
E2
Une bascule

Q

F
(
E
,
Q
)
Q
Il existe plusieurs types de bascules :RS, RSH ,D ,JK
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES RS ET RSH
1. La bascule RS et RSH
La bascule RS est une bascule asynchrone (sans entrée d’horloge). C’est la bascule élémentaire, qui
constitue la base de tous les autres types de bascules. La bascule RS peut être réalisée avec des portes
NON-ET ou avec des portes NON-OU.
R= Reset(mise à0)
S=Set(mise à1)
 2 variantes (actives à 0 / 1)
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES RS ET RSH
Problèmes posés et nécessité de la bascule RS :
•
Une calculatrice avec les 2 boutons ON et OFF : le bouton ON met la calculatrice en marche et
le bouton OFF arrête la calculatrice. Si on appuie sur ON alors que la calculatrice est déjà en
marche, elle reste en marche, et si on appuie sur OFF alors qu’elle est arrêtée, elle reste arrêtée.
Il y a ici mémorisation par une bascule RS.
• Une alarme de voiture : le voleur ouvre la porte, l’alarme se met à sonner. Même si le voleur
referme la porte, l’alarme doit continuer à sonner, il y a donc mémorisation. Seul le propriétaire
de la voiture pourra arrêter l’alarme en appuyant sur un bouton spécial. La bascule utilisée ici est
une bascule RS.
•
Appel d’un ascenseur ; on appuie sur le bouton, l’appel est enregistré et le voyant s’allume. Si on
relâche le bouton, le voyant reste allumé, il y a donc mémorisation.
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NOR (actives à 1)
R
1
1
0
S
0
>1
>1
0
1
Q
/Q
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R
S
Q
/Q
1
0
0
1
0
0
0
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0
0
1
0
1
1
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NOR (actives à 1)
R
1
0
1
0
S
0
>1
>1
0
1
Q
/Q
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R
S
Q
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1
0
0
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0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NOR (actives à 1)
R
0
1
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0
1
S
1
0
>1
>1
0
1
1
0
Q
/Q
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R
S
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/Q
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0
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0
0
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1
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0
0
1
0
1
1
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NOR (actives à 1)
R
0
0
1
S
0
1
>1
>1
1
0
Q
/Q
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R
S
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/Q
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0
0
1
0
0
0
1
0
1
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0
0
0
1
0
1
0
1
1
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NOR (actives à 1)
R
0
1
1
0
0
1
S
0
>1
>1
1
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0
1
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/Q
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R
S
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0
0
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1
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0
1
1
1
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NOR (actives à 1)
R
1
1
0
0
S
1
0
>1
>1
0
0
1
Q
/Q
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R
S
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0
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
BASCULES RS ET RSH
•
•
•
•
•
Dans le cas où R=S=0, les sorties ne sont pas fixées à une valeur, mais conservent leur valeur
précédente : il s’agit de la fonction mémorisation.
Dans le cas où R=S=1, les sorties sont forcées toutes les deux à 0, elle ne sont donc plus
complémentaires : il s’agit de la combinaison interdite.
Si R=1 et S=0, c’est la mise à 0 de la bascule (Q est forcé à 0).
Si R=0 et S=1, c’est la mise à 1 de la bascule (Q est forcé à 1).
Les entrées de la bascule RS à portes NON-OU sont actives au niveau haut (1 logique).
Exemple de chronogrammes d’une bascule RS à porte NON-OU :
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NAND (active à 0)
/S 1
1
0
/R 0
&
&
0
1
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
/R
/S
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0
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0
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0
0
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NAND (active à 0)
/S 1
1
0
1
/R 0
&
&
0
1
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
/R
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0
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NAND (active à 0)
1
/S 0
0
1
0
1
/R 1
&
&
1
0
1
0
Q
/Q
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/R
/S
Q
/Q
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NAND (active à 0)
1
/S 0
0
1
/R 1
&
&
1
0
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
/R
/S
Q
/Q
0
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0
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1
0
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0
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0
1
1
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0
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0
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NAND (active à 0)
/S
1
0
1
0
1
/R
1
0
&
&
1
0
1
0
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
/R
/S
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1
1
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0
0
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0
1
0
0
BASCULES RS ET RSH

Bascule RS à porte NAND (active à 0)
1
/S 0
1
0
1
/R
0
&
&
1
0
1
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
/R
/S
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0
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0
0
1
1
BASCULES RS ET RSH
•
•
•
•
•
Dans le cas où R=S=1, les sorties ne sont pas fixées à une valeur précise, mais conservent leur valeur
précédente : il s’agit de la fonction mémorisation.
Dans le cas où R=S=0, les sorties sont forcées toutes les deux à 1, elle ne sont donc plus
complémentaires : il s’agit de la combinaison interdite.
Si R=0 et S=1, c’est la mise à 0 de la bascule (Q est forcé à 0).
Si R=1 et S=0, c’est la mise à 1 de la bascule (Q est forcé à 1).
Les entrées de la bascule RS à portes NON-ET sont actives au niveau bas (0 logique), d’où leur nom
R et S.
Exemple de chronogrammes d’une bascule RS à porte NON-ET :
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
0
/S
&
1
&
1
1
0
R
1
&
&
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0
1
Q
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R
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H
Q
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Dr Hanane.ELMINOR
R
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1
0
BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
0
/S
&
1
&
1
1
0
0
R
1
&
&
1
0
0
1
Q
/Q
/R
R
S
H
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
R
S
H
Q
/Q
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0
0
0
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0
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0
1
0
BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
0
/S
&
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&
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0
0
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0
1
&
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0
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R
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0
BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
1
0
/S
&
1
&
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0
0
R
0
&
&
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0
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R
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Dr Hanane.ELMINOR
R
S
H
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0
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0
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0
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0
1
0
BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
1
/S
&
0
1
&
0
1
0
1
1
0
R
0
&
&
1
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Q
/Q
/R
R
S
H
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
R
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H
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BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
1
/S
&
1
&
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R
0
&
&
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Dr Hanane.ELMINOR
R
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H
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1
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BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
1
/S
&
1
&
0
0
1
R
0
&
&
1
1
0
Q
/Q
/R
R
A compléter
S
H
Q
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Dr Hanane.ELMINOR
R
S
H
Q
/Q
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0
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0
0
0
1
0
0
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0
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0
0
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0
1
1
BASCULES RS ET RSH

S
H
Bascule RS-H à porte NAND
1
/S
&
1
&
0
0
1
R
0
&
&
1
1
0
Q
/Q
/R
R
A compléter
S
H
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
R
S
H
Q
/Q
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0
1
0
1
1
0
0
0
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0
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0
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0
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0
0
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0
1
1
BASCULES RS ET RSH

S
Bascule RS-H à porte NAND
&
&
Q
H
R
&
&
/Q
R
Réfléchissons un peu
S
H
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
R
S
H
Q
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1
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0
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1
0
BASCULES RS ET RSH

S
R
H
Bascule RS-H à porte NAND
S
Q
R
/Q
Symbole général
Si H=1, la bascule
recopie les entrées S et R
sur les sorties Q et /Q
Si H=0, la bascule garde
en mémoire le dernier
état des sorties Q et /Q et
ce lorsque R et S ne sont
pas égales
R
S
H
Q
/Q
Dr Hanane.ELMINOR
R
S
H
Q
/Q
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
BASCULES RS ET RSH
Bascule R-S déclenchée par le signal d'horloge (RSH)
EXEMPLE : Déterminez les formes d'onde des sorties Q et Q de la bascule cidessous en réponse aux entrées S, R et HORLOGE de la figure a). Supposez que la
bascule à déclenchement par front positif est initialement à l'état 0.
SOLUTION :
Les formes d'onde résultantes de Q et Q en réponse aux formes d'onde
d'entrée de la partie a) sont illustrées à la figure b).
1. Intervalle 1 : S = BAS et R = BAS
2. Intervalle 2 : S = BAS et R = HAUT
3. Intervalle 3 : S = HAUT et R = BAS
4. Intervalle 4 : S = BAS et R = HAUT
5. Intervalle 5 : S = HAUT et R = BAS
6. Intervalle 6 : S = HAUT et R = BAS
 Q ne change pas.
 Q = BAS (état 0).
 Q = HAUT (état 1).
 Q = BAS (état 0).
 Q = HAUT (état 1).
 Q demeure à l'état HAUT.
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES D
2. La bascule D
La bascule D est une bascule conçue sur le même principe que la RSH. Elle est obtenue à partir d'une
bascule RSH
La bascule D est une bascule synchrone (avec une entrée d’horloge) à une seule entrée de donnée :
l’entrée D (D=Data=Donnée). Elle supprime la combinaison interdite de la bascule RS, en ne gardant
que les 3 fonctions utiles :
•
•
•
la mise à 0
la mise à 1
la mémorisation
D
:
S
Q
Q
R
/Q
/Q
H
1
Il existe 2 types de bascules D :
Bascule RS-H
la bascule D active sur niveau
la bascule D active sur front
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES D
La bascule D active sur niveau
D
Symbole :
:
S
Q
Q
R
/Q
/Q
H
1
On obtient une bascule D en rajoutant un inverseur entre S et R
Bascule RS-H
table de fonctionnement :
H
0
0
1
1
D
0
1
0
1
Q+
QQ0
1
Mémoire
Recopie
Le fonctionnement de cette bascule peut se résumer à « Q=D quand H=1 ».
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES D
La bascule D active sur front
Symbole :
Dans ce type de bascule, Q prend la valeur de D à chaque front montant de H. Si H n’est pas sur un
front montant , la sortie Q ne change pas, et ce quelque soit la valeur de l’entrée D ; il s’agit de la
mémorisation.
Exemple de chronogrammes d’une bascule D active sur front montant :
Remarque : dans certains cas, le front actif peut être le front descendant.
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES D
EXEMPLE :
À partir des formes d'onde de l'entrée D et de l'entrée d'horloge à la figure a),
déterminez la forme d'onde de la sortie Q si la bascule est initialement à l'état 0.
SOLUTION :
Sortie Q passe à l'état d'entrée D lors du front allant vers le positif du signal
d'horloge
Sortie résultante illustrée à la figure b).
Dr Hanane.ELMINOR
BASCULES D
Bascules D en CI
CI spécifiques contenant des bascules D déclenchées par front positif ou négatif.
74AHC74 à bascules D doubles
CMOS  2 bascules identiques indépendantes à déclenchement par front +
munies d'entrées asynchrones de niveau valide BAS.
Symbole logique du circuit
Symboles logiques individuels
Symboles logiques du CI 74AHC74 contenant 2 bascules D à déclenchement par front positif
Dr Hanane.ELMINOR