Cela - ELECTRONIQUE 3D
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Electronique Electronique Numérique Numérique Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 1 Famille des circuits Logique Les circuits intégrés (logique) sont classés suivant leur caractéristiques et performances électriques et leur technologies de fabrication • • • • • La tension d’alimentation Les niveaux logiques en entrée et en sorties Les courant en entrée et en sorties La température de fonctionnement Les performances dynamiques • Technologie Bipolaire • Technologie CMOS • BiCMOS Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 2 Nomenclature Commerciale La nomenclature commerciale doit permettre (facilement) de déterminer la famille logique du circuit. Les constructeurs de circuit logiques ont finalement commencé à utiliser une nomenclature unifiée 1 2 3 7 8 SN 74 LS 76 N 1 – Circuit normal ou ayant une spécification particulière. SN=normal 2 – Série (température), 74=civile[0,70°], 54=militaire[-55,125°] 3 – Famille (Ici : Low power Schottky) 4,5,6 – On peut s’en passer pour le moment 7 – La référence du circuit : 76 = 2 bascules JK 8 – Boîtier : N = dual in line plastique Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 3 Conventions pour tension et courants I IL I IH Vcc H I IL VIH ICC IOL VOL I IL VIL IOH VOH I IH I IL Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 4 Modèle simplifié d’une porte Logique Vcc Vi1 Vi2 Q1 Logique Vin Vo Q2 Q1 Q1fermé fermé: :sortie sortieau auniveau niveauhaut haut Q2 Q2fermé fermé: :sortie sortieau auniveau niveaubas bas Q1 Q1et etQ2 Q2fermés fermés: :interdit interditpar parlalalogique logique(court (courtcircuit) circuit) Q1 Q1et etQ2 Q2ouvert ouvert: :sortie sortieen enhaute hauteimpédance impédance Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 5 Famille TTL : Transistor Transistor Logique Utilise Utilisedes destransistors transistorsbipolaires. bipolaires. S’alimente S’alimentepar par5V 5V constituée constituéede deplusieurs plusieursvariantes variantes:: 74 74: :TTL TTLStandard, Standard, Obsolète Obsolète, ,(10ns, (10ns,10 10mW) mW) 74 74HH: :High HighSpeed, Speed,Obsolète Obsolète, ,(6ns, (6ns,22 22mW) mW) 74 74LL: :Low LowPower, Power,Obsolète Obsolète, ,(33ns, (33ns,11mW) mW) 74 74SS: :Schottky, Schottky,remplacée remplacéepar parAS AS, ,(3ns, (3ns,19 19mW) mW) 74 74LS LS: :Low LowPower PowerSchottky, Schottky,fortement fortementutilisée utiliséependant pendantlongtemps, longtemps, elle est maintenant en perte de vitesse (10ns, 2 mW) elle est maintenant en perte de vitesse (10ns, 2 mW) 74 74AS AS: :Advanced AdvancedSchottky Schottky, ,(1.5ns, (1.5ns,88mW) mW) 74 74ALS ALS: :Advanced AdvancedLow LowPowe PoweSchottky Schottky, ,(4ns, (4ns,11mW) mW) 74 74FF: :Fast Fast, ,rare rare(3.7ns, (3.7ns,5.5 5.5mW) mW) Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 6 Porte TTL élémentaire 7400 Vcc=5V R2 1.6K R1 4K E1 Vi1 Vi2 R4 130Ω B3 B1 B2 Q1 E2 D3 Q2 Vo C1 Q4 R3 1K Vcc 1 13 2 12 3 11 4 10 5 9 6 8 7 GND Electronique Numérique i1 Q3 B4 14 Le Letransistor transistorQ1 Q1ne nefonctionne fonctionnepas pasen en transistor transistormais maisseulement seulementcomme comme trois troisdiodes diodesreliée reliéepar parleurs leursanodes anodes VVi1=V =Vi2=0 =0Æ ÆVVB1 ==0.7V 0.7V i2 B1 Æ ÆQ2 Q2et etQ4 Q4bloqués bloqués Æ ÆQ3 Q3conduit conduitet etlalasortie sortieest estde de l’ordre l’ordrede de44Volts Volts VVi1 ==VVi2 ==5V, 5V,sisiles lesjonctions jonctionsB1-Ei B1-Ei i1 i2 conduisent conduisentÆ ÆVVB1B1=5.7V =5.7VÆc’est Æc’esttrop trop pour pourles les33jonctions jonctionsen ensérie série Æ ÆLes Lesjonctions jonctionsB1-C1, B1-C1,B2-E2 B2-E2et et B4-E4 2.1VÆ Æ B4-E4conduisent conduisentÆ ÆVVB1B1==2.1V les lesjonction jonctiond’entrée d’entréebloquées bloquées Æ ÆQ2,Q4 Q2,Q4saturé, saturé,VVB3B3=0.9V =0.9VÆ ÆQ3 Q3 bloqué bloquéÆ Ælalasortie sortieest estde del’ordre l’ordre de 0.2V de 0.2V A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 7 Caractéristique de transfert Si Si on on fait fait varier varier la la tensions tensions d’entrée d’entrée entre entre 00 et et 5V. 5V. On On obtient obtient la la caractéristique caractéristique de de la la porte. porte. D’après D’après cette cette courbe courbe on on peut peut essayer essayer de de déterminer déterminerles lesniveaux niveauxlogiques logiques:: Vo 4 Niveau Niveaubas basen enentrée entrée::[0V-1.2V] [0V-1.2V] 3 Niveau NiveauHaut Hauten enentrée entrée::[1.3V-5VV] [1.3V-5VV] 2 Niveau Niveaubas basen ensortie sortie::0.2V 0.2V Niveau Niveauhaut hauten ensortie sortie::[2.8V [2.8V––4V] 4V] 1 0.4 1 Electronique Numérique 2 3 4 Vi A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 8 Dans la pratique Si on trace cette caractéristique • Pour plusieurs circuits 7400, • Pour le même Circuit mais à différentes températures • Pour le même Circuit mais à différentes charges On obtient une dispersion des courbes Vo 4 3 Il faut donc prendre une MARGE de sécurité 2 1 0.4 1 Electronique Numérique 2 3 4 5 Vi A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 9 Niveau logique TTL en entrée C’est nous qui appliquons les tension d’entrée, C’est à nous d’éviter la zone de transition qui peut introduire des erreurs Vo 4 VILmax = 0.8 V 3 VIHmin = 2 V 2 1 0.4 Bas 1 VILmax Electronique Numérique 2 3 4 5 Vi Haut VIHmin A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 10 Les niveaux de sortie C’est la porte qui impose la tension de SORTIE mais : Si on demande trop de courant à une sortie au niveau haut, alors la tension de sortie baisse L Si on injecte trop de courant à une sortie au niveau bas, alors la tension de sortie monte Vcc H IOH Faible charge Faible charge H Electronique Numérique L IOL A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 11 Niveau logique TTL en Sortie VOLmax = 0.4 V VOHmin = 2.4 V Vo 4 Haut 3 VOHmin 2.4 2 Zone interdite 1 VOLmax 0.4 Bas 1 Electronique Numérique 2 3 4 5 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs Vi 12 Niveaux logique de la famille TTL 5V (récap) 5 5 haut haut 2.4 2 0.8 Bas 0 Electronique Numérique Bas 0.4 0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 13 Immunité au bruit Les signaux issus de la porte A doivent être interprétés correctement par la porte B 5 5 haut Marge de sécurité haut 2.4 2 A B 0.8 0.4 0 Bas Bas 0 Marge de sécurité Immunité au bruit : ΔVN = 0.4 V Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 14 Autre façon de Voir l’immunité au bruit Impulsion parasite 2.4 2 0.8 0.4 VIHmin VILmax t Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 15 Les courants d’entrée Niveau Haut IIH IIL Niveau Bas IILmax = 1.6 mA Electronique Numérique IIHmax = 40 µA A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 16 Les courants de sortie Le courant de sortie dépend de la charge branchée à la sortie : Une ou plusieurs portes Charge résistive ou autre IIL I0L IIH I0H IIL IIL V0H IIL [2.4V - 4V] Si IOL augmente Alors VOL augmente Risque de dépasser 0.4 V Ne sera plus interprétée Comme niveau bas Electronique Numérique IIH IIH V0L [0V - 0.4V] I0H V0H IIH Si IOH augmente Alors VOL diminue Risque de passer en dessous de 2.4 V Ne sera plus interprétée Comme niveau haut A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 17 Courant de Sortie fam TTL Les Les constructeurs constructeurs garantissent garantissent que que dans dans le le cas cas le le plus plus défavorable défavorable:: Niveau reste inférieure à Niveau Bas Bas :: la la tension tension de de sortie sortie VVOL OL reste inférieure à VVOLmax == 0.4 injécté 0.4 VV tant tant que que le le courant courant de de sortie sortie IIOLOL ((injécté OLmax dans dansla laporte) porte)reste resteinférieur inférieuràà 16 16 mA mA Niveau reste supérieure Niveau Haut Haut :: la la tension tension de de sortie sortie VVOH OH reste supérieure àà VVOHmin == 2.4 2.4 VV tant tant que que le le courant courant de de sortie sortie IIOH OHmin OH (fourni (fournipar parla laporte) porte)reste resteinférieur inférieuràà 0.4 0.4 mA mA Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 18 Les courants de la famille TTL IIIHmax = 40 µA IHmax = 40 µA IIOLmax = 16 mA OLmax = 16 mA IIILmax = 1.6 mA = 1.6 mA ILmax IIIHmax = 0.4 mA IHmax = 0.4 mA Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 19 Sortance La LaSORTANCE SORTANCEreprésente représentele lenombre nombremax maxde de portes portesque quel’on l’onpeut peutbrancher brancherààla lasortie sortied’une d’une autre autreporte portesans sansdégrader dégraderles lesniveaux niveauxlogiques logiques IILmax IIHmax 1.6mA 40µA IOLmax IOHmax 16mA 1.6mA 0.4mA 1.6mA 40µA V0L V0H 1.6mA Sortance Sortance == Electronique Numérique 40µA 40µA IOLmax IILmax == IOHmax IIHmax == 10 10 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 20 Puissance Dissipée La La porte porte ne ne consomme consomme pas pas le le même même courant courant quand quand sa sasortie sortieest estau auniveau niveauhaut hautet etau auniveau niveaubas bas 5V Icc IICCHtyp = 1mA = 1mA CCHtyp Pd typ IICCLtyp = 3mA = 3mA CCLtyp 1mA + 3mA = × 5V = 10 mW 2 La gèrement avec équence. On La consommation consommation augmente augmente lélégèrement avec lala frfréquence. On peut peut consid érer lalavaleur ’à une équence de considérer valeurde de10 10mW mWvalable valablejusqu jusqu’à unefrfréquence de11MHz MHz Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 21 Comportement dynamique Entrée TTPtyp = 10ns = 10ns Ptyp Sortie TPHL TPLH TTPHLtyp = 8ns = 8ns PHLtyp Fmax = Electronique Numérique TPLH TTPLHtyp = 12ns = 12ns PLHtyp 1 1 = = 50 MHz + TPHL 20ns A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 22 Porte collecteur Ouvert La Lamajorité majoritédes descircuit circuitTTL TTLon ondes dessortie sortietotem-pole totem-pole Certains Certainscircuits circuitsont ontdes dessorties sortiesCollecteur CollecteurOuvert Ouvert La Lapartie partiehaute hautedu dutotem-pole totem-poleaaété étésupprimée supprimée 5V R4 130Ω Q3 D3 Q4 5V Vi1 Vi2 Q1 SiSi Q4 Q4 est est conducteur, conducteur, lala sortie sortie est est au au niveau bas niveau bas Totem pole SiSi Q4 est bloqué, la sortie est Q4 est bloqué, la sortie est déconnectée. déconnectée. Le Le niveau niveau haut, haut, peut peut être obtenu par une résistante externe être obtenu par une résistante externe Vc Q2 Vo Q4 Porte collecteur Ouvert Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 23 Avantage des portes collecteur ouvert La La tension tension Vc Vc peut peut aller aller jusqu’à jusqu’à 30v 30v et et lele courant courant absorbé absorbé par par lala porte porte peut peut aller aller jusqu’à jusqu’à 40 40 mA. mA. Cela Cela permet permet par par exemple exemple de decommander commanderun unRelais Relaisdirectement directement On On peur peur connecter connecter deux deux sorties sorties pour pour faire faire un un ET ET câblé câblé :: Pour Pour que quelalasortie sortiesoit soitH, H,ililfaut fautque queles lesdeux deuxsorties sortiessoit soitHH Vc Vc relais ET cablé Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 24 Porte à Sortie 3 états (Tristate) 33niveaux niveauxlogiques logiques:: Niveau NiveauBas Bas(L) (L) Niveau NiveauHaut Haut(H) (H) Niveau NiveauHaute HauteImpédance Impédance(HZ) (HZ) 5V ComQH ComQL QH sortie QL Étage de sortie ComHZ Electronique Numérique ComHZ ComHZ ComHZ == 11 :: fonctionnement fonctionnement normal normal::sortie sortie22états états ComHZ ComHZ == 00 :: 22 transistors transistors bloqués, bloqués, sortie sortie déconnectée déconnectée == haute hauteimpédance impédance A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 25 TTL : Sorties 3 états (2) Vcc=5V R2 1.6K R1 4K R4 130Ω Q3 Vi1 Vi2 Q2 Q1 D3 Vo Q4 Vc R3 1K Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 26 Utilisation des circuits tristate HZ Circuit Circuit11 HZ Circuit Circuit11 HZ Circuit Circuit11 Seul Seul le le circuit circuit qui qui est est sélectionné sélectionné pour pour écrire écrire dans dans le le bus bus doit doit être être en en basse basse impédance, impédance, tous tous les les autres autres doivent doivent être être déconnectés déconnectés c.a.d c.a.d en en haute haute impédance impédance BUS Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 27 Porte avec entrée Trigger de Schmitt La La caractéristique caractéristique de de transfert transfert comporte un hystérésis. comporte un hystérésis. Le Le seuil seuil de de basculement basculement H-L H-L n’est n’est pas pas lele même même que que lele seuil seuil de de basculement basculementL-H L-H Vo 4 3 2 1 Vi 0.4 0.8 Electronique Numérique 1.2 1.6 2 Mise Miseen enforme formedes dessignaux, signaux, retardateur retardateurd'impulsions, d'impulsions, élargisseur élargisseurd'impulsions, d'impulsions, oscillateurs oscillateurs A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 28 Mise en forme des signaux Oscillations Signal variant lentement Electronique Numérique Basculement instantané A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 29 TTL Schottky et Low Power Schottky Vcc=5V Vcc=5V R2 900Ω R6 50Ω R1 2.8K R1 20K Q3 74S00 Q2 R3 120Ω Q3 74LS00 Q4 Q1 R2 8K Q4 D1 R5 3.5k Vo R7 Vi1 4k Q1 Vi2 Vi1 D2 Q6 Vi2 D1 D2 R3 500Ω 12k R4 250Ω D3 D4 Vo R4 Q5 R5 1.5k Q5 R6 3k Q2 Ces Cestechnologies technologiesutilise utilisedes desdiodes diodeset etdes destransistors transistorsSchottky Schottkyqui quion on lala particularité particularité de de ne ne pas pas se se saturer saturer et et de de commuter commuter plus plus rapidement. rapidement. En En baissant baissant lala valeur valeur des des résistance résistance sur sur lala 74S, 74S, on on accélère accélère lalacommutation commutationmai maion onaugmente augmentelalaconsommation consommation Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 30 Quelques courbes VOH Electronique Numérique VOL A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 31 Tableau comparatif VILmax VIHmin VOLmax VOHmin Tp (ns) Pd (mW) IILmax (mA) IIHmax (µA) IOLmax (mA) IOHmax (mA) Fmax (Mhz) Electronique Numérique 74 0.8 2 0.4 2.4 10 10 1.6 40 16 0.4 35 74S 0.8 2 0.5 2.7 3 19 2 50 20 1 125 74LS 0.8 2 0.5 2.7 9.5 2 0.4 20 8 0.4 40 74AS 0.8 2 0.5 2.7 1.5 8.5 0.5 20 8 2 200 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 74ALS 0.8 2 0.5 2.5 4 1 0.2 20 8 0.4 70 32 Famille CMOS (MOS Complémentaire) Fabriquée Fabriquéeavec avecdes desMOS MOSààenrichissement enrichissementcanal canalNNet etcanal canalPP Consommation Consommationquasi quasinulle nulleen enbasse bassefréquence fréquence AAl’origine l’originetrès trèslente lente(série (série4000), 4000),aujourd’hui, aujourd’hui,on onsait saitfabriquer fabriquer des descircuit circuitCMOS CMOSrapide rapide Souplesse Souplessed’alimentation d’alimentation 3V 3V<<Vdd-Vss Vdd-Vss<<18 18 Meilleure Meilleureimmunité immunitéau aubruit bruit ID ID D D B G B G V GB S VTH =1V V GB VTH = -1V VGS < VTH OFF , R =1010 Ω V GS > VTH VGS >> VTH ON , R = qq 100enes Ω V GS << VTH Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs S OFF , R =1010 Ω ON , R = qq 100enes Ω 33 Structure de la porte élémentaire Vo VDD Vdd Sans buffer P Vi Q1 n Q2 Vss Vss==00pour poursimplifier simplifier =-Vdd, ,VVGS2=0, Vo Vi=0, Vi=0,VVGS1 GS1=-V dd GS2=0, Q1:ON, Q1:ON,Q2:OFF, Q2:OFF,Vo=V Vo=Vdd dd Vi=V =0, VGS2=V , dd Vi=Vdddd, ,VVGS1 GS1=0, V GS2=V dd, Q1:OFF, Q1:OFF,Q2:ON, Q2:ON,Vo=0 Vo=0 VSS Vss VT = VDD Avec buffer Vi Vss VT Vdd V DD + V SS 2 Buffer Vo Q1 Vdd Vo Vi Q2 Vss VSS Electronique Numérique Vi Vss A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs VT Vdd 34 Porte NAND et NOR VDD Vi1 VDD Q1 Vi1 Q1 Q2 Vo Vi2 Q2 Vi2 Vo Q3 Q3 Q4 Q4 VSS Electronique Numérique VSS A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 35 Niveaux logiques Vo ∆Vo H Vdd Io Io<<1µA 1µA ::∆Vo ∆Vo==0.05V 0.05V Io Io<<0.5mA 0.5mA::∆Vo ∆Vo==10%Vdd 10%Vdd Io Io>>0.5mA 0.5mA::voir voircourbes courbes ∆Vo L 0 Bas ∆Vi Vi Haut VT Vdd ∆Vi Sans ∆Vi==20% 20%VVDD Sansbuffer buffer::∆Vi DD Avec Avecbuffer buffer::∆Vi ∆Vi==30% 30%VVDD DD Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 36 Courants de la famille CMOS VDD Le courant d’entrée est nul car on attaque sur des grilles isolées Le courant de sortie circule à travers la résistance RDSON du MOS conducteur. La chute de tension dans cette résistance fait que VO dépend fortement de IO VOH charge 5 4 25° IOH 2 2 1 1 charge 1 2 Electronique Numérique VOL 3 VOH VSS IOL 4 3 Q2 25° 5 Vdd Vo Vi Vdd VOL Vss=masse Vdd=5v Q1 3 4 5 6 7 8 IOH mA 1 2 3 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 4 5 IOL mA 37 Immunité au bruit Les signaux issus de la porte A doivent être interprétés correctement par la porte B 5 haut haut 5 A Marge de sécurité B Marge de sécurité 0 Bas Bas 0 Immunité au bruit : ΔVN = ΔVi - ΔVo On peut augmenter l’immunité en augmentant l’alimentation Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 38 Sortance La sortance n’est pas limitée par les courants puisque le courant d’entrée des portes CMOS est nul. Mais chaque porte branchée ajoute sa capacité (7.5 pF) qui augmente la capacité de charge ce qui détériore le temps de propagation Dans la pratique, on évite de dépasser une sortance de 50 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 39 Comportement dynamique Le temps de propagation dépend du circuit RC constitué de RDS et de la capacité de charge A chaque basculement, il faut charger ou décharger C à travers la résistance RDS. (τ = RDS C) Il faut Diminuer C et augmenter VDD (pour diminuer RDS) t RDS p(ns) 200 1 = k (VGS − Vth ) T=25°C VDD 5V 10V 100 RDS 15V Ccharge C L(pF) 100 Electronique Numérique 200 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 40 Consommation En statique la porte ne consomme rien un des deux transistors est bloqué Quand Vi = VT (basculement), les deux transistors conduisent simultanément et un courant circule entre Vdd et la masse En haute fréquence, on a beaucoup de basculement, donc la consommation augmente P(mw) Vo 1.5 1 Idd 0.5 Vi f(Hz) 1k Electronique Numérique 10k 100k A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 1M 41 Quelques Variantes de la famille CMOS Serie 4000 : CMOS standard (l'ancêtre) 74C : série 4000 avec brochage TTL 74AC : advanced CMOS 74ACT : advanced CMOS compatible TTL 74HC : High-Speed CMOS Logic 74HCT : High-Speed CMOS Logic compatible TTL 74AHC : Advanced High-Speed CMOS Logic 74AHCT : Advances High-Speed CMOS Logic compatible TTL 74BCT : BiCMOS technology 74ABT : Advanced BiCMOS 74LV : Low Voltage HCMOS Technology 74LVC : Low Voltage CMOS 74ALVC : Advanced Low Voltage CMOS 74LVT : Low Voltage Technology 74ALVT : Advanced Low Voltage Technology 74ALB : Advanced Low voltage BiCMOS 74CBTLV : Low Voltage Bus Switches (Crossbar technology) Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 42 Pinout de la famille 74C Les circuit la famille 74C sont les même que les circuit de la série 4000 sauf qu’il ont le même brochage que la famille TTL Vcc Vcc 14 13 12 11 10 9 8 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 GND GND 7400 74C00 74xx00 Electronique Numérique CD 4011 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 43 Les famille High Speed Cmos et Advanved CMOS HC, HCT, AHC, AHCT, AC, ACT Même structure que la famille CMOS Transistors à grille silicium Technologie de fabrication plus avancée 3, 2 et 1 µm Capacité de grille plus faible → rapidité Faible consommation comme la CMOS Plus rapide, similaire TTL Courant de sortie plus important → driving capability Alimentation max ramenée à 6V Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 44 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 45 Famille BiCMOS : BCT, ABT … Vcc Vcc D1 D1 chute de tension R1 R2 Q1 Q2 Vi inverseur d'entrée p M1 n contre réaction Q3 Vo Avantages Avantagesde deCMOS CMOS::Faible Faibleconsommation, consommation,courant courantd’entrée d’entréenul nul Avantage Avantagede deBipolaire Bipolaire::Courant Courantde desortie sortieimportant important (Driving (Driving capability) capability) Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 46 Interface TTL-CMOS-TTL 5V CMOS Æ TLL Aucune interface n’est nécessaire TTL CMOS 5V 2kΩ TTL Electronique Numérique CMOS TTL Æ CMOS VOH garanti par TTL = 2.4V insuffisant pour CMOS La résistance de pull up garanti Niveau haut > 4.6V Niveau bas < 0.4V A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 47 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 48 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 49 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 50 Les circuits Combinatoires Usuels Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 51 Les multiplexeurs N E0 E1 S E N-1 A0 A1 An-1 n Choisir une voie parmi N Le choix se fait par n entrées adresse Il faut que 2n ≥ N Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 52 Multiplexeur 1 parmi 4 E0 E1 E2 E3 S A1 S = E0 A0 A1 + E1 A0 A1 + E 2 A0 A1 + E 3 A0 A1 A0 E0 E1 S E2 E3 A1 Electronique Numérique A0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 53 Association de multiplexeurs E0 E1 E2 E3 1/4 E4 E5 E6 E7 1/4 1/4 S E8 E9 E 10 E 11 1/4 E 12 E 13 E 14 E 15 1/4 A0 A1 Electronique Numérique A2 A3 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 54 Sélectionner un mot parmi 4 S7 S6 S5 S4 7 S3 6 S2 5 S1 4 S0 3 2 A7 1 A6 0 A5 B7 A4 A3 B6 B5 A2 A1 B4 C7 B3 C6 C5 A0 B2 C4 D7 D6 MXR 1/4 B1 B0 C3 D5 C2 C1 D A 43 C0 D3 D2 D1 D A 03 N mots Æ multiplexeurs 1/N M bits Æ M multiplexeurs Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs A0 A1 55 Réalisation de fonctions ab 00 01 10 11 F 0 1 1 0 0 1 1 0 Mux 4 vers 1 S= F a b Toute fonction logique de n variables est réalisable à l’aide d’un multiplexeur 1 parmi 2n On utilise la première forme canonique, la fonction est définie pour tous les monomes Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 56 Réalisation d’une fonction simplifiée F = B + AC + A D 00 01 1 10 1 11 F D C B A Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 57 Multiplexeur du commerce : exemple E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E 15 E 14 E 13 E 12 E 11 E 10 E9 E8 S 74LS151 S 74LS151 S E S E A2 A1 A0 E = 0 Æ Multiplexeur E = 1 Æ S= 0 ∀ Ai et Ei S Electronique Numérique S E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 S E A3 A 2 A 1 A 0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 58 Les démultiplexeurs S0 S1 E N SN-1 A1 A0 An-1 n Aiguille l’entrée vers une des N sorties Le choix se fait par n entrées adresse Il faut que 2n ≥ N Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 59 Démultiplexeur 1 / 4 E S0 S 0 = E A1 A0 S 1 = E A1 A0 S 0 = EA1 A0 S 0 = EA1 A2 A1 A0 Sortie non sélectionnée =0 Electronique Numérique E S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 A1 A0 Sortie non sélectionnée =1 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 60 Décodeur Un décodeur est un démultiplexeur particulier La sortie sélectionnée = 0 Les sorties non sélectionnées = 1 A1 A0 Electronique Numérique S0 S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 A1 A0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 61 Décodeur / Démultiplexeur du commerce S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S 10 S 11 S 12 S 13 S 14 S 15 G0 G1 74154 A3 A0 A2 A 1 G1 0 0 entrée 1 Electronique Numérique G0 0 entrée 0 1 décodeur Démultiplexeur Inhibé : toutes les sorties = H A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 62 Les circuits d’identification : Comparateurs a0 a1 an A S A = B Æ S=1 A ≠ B Æ S=0 b0 b1 bn B a0 On sait que deux nombres A=an…a3a2a1a0 et B=bn…b3b2b1b0 sont égaux si tous les bits de même poids sont égaux. L’élément de base est donc le comparateur élémentaire de 2 bits : So b0 a1 ai S1 b1 bi 0 1 0 1 0 1 0 1 S S i = ai bi + ai bi = ai ⊕ bi an Sn a i S bn b Electronique Numérique i i A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 63 Comparateur du commerce : 74LS85 A0 Comparateur de 2 mots de 4 bits A1 A2 A3 74LS85 B0 A < B Æ OA<B = H, OA=B = L, OA>B = L B1 A = B Æ OA=B est connectée à IA=B B2 B3 IA>B OA>B IA=B OA=B IA<B OA<B Electronique Numérique A > B Æ OA>B = H, OA=B = L, OA<B = L pour les autres, sorties voir tableau A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 64 Cascadage des 74LS85 Pour Pourcomparer comparerDeux Deuxmots motsde deplus plusde de44bits bitschacun chacun:: --Pour Pourle lecomparateur comparateurde deplus plusfaible faiblepoids poids:: IIA<B== L, = L, I A=B== HH L, IIA>B A<B A>B = L, IA=B -- Pour ées de Pour les les autres, autres, connecter connecter les les entr entrées de cascadage cascadage aux aux sortie sortie coresponsables coresponsables A0 A4 An-4 A1 A5 An-3 A2 A6 An-2 A3 74LS85 A7 74LS85 An-1 B0 B4 Bn-4 B1 B5 Bn-3 B2 B6 Bn-2 B7 Bn-1 B3 1 IA=B IA>B IA<B OA=B OA>B OA<B IA=B IA>B IA<B OA=B OA>B OA<B 74LS85 IA=B IA>B IA<B OA=B OA>B OA<B 0 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 65 Les circuits Arithmétique : Additionneur r n-2 a n-1 r1 ro a2 a1 ao b n-1 b2 b1 bo r n-1 s n-1 s2 s1 so b 3 a b 3 Σ 2 a b i a i r i-1 ri si b 2 Σ s Electronique Numérique 3 1 a b 1 Σ s 2 0 a re 0 Σ r1 r2 r3 Σ + r0 s 1 s 0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 66 Additionneur élémentaire bi ai ri-1 00 01 11 10 0 0 1 0 1 1 0 1 ( ) ( bi ai Si ri-1 00 01 11 10 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 si = ri −1 ai bi + ai bi + ri −1 ai bi + ai bi ) si = ri −1 ai ⊕ bi + ri −1 ai ⊕ bi si = ai ⊕ bi ⊕ ri −1 bi a i r Ri 1 ri = ai bi + ai bi ri −1 + ai bi ri −1 ri = ai bi + ri −1 (ai ⊕ bi ) i-1 Half adder full adder r Electronique Numérique i si A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 67 Additionneur à retenue anticipée Pour réduire le temps de calcul dû à la propagation de la retenue, chaque étage calcule sa propre retenue entrante sans attendre les étages précédents b3 a 3 b2 a 2 b1 a 1 ao bo re calcul calcul calcul r3 r2 r1 r3 Electronique Numérique calcul r0 Σ Σ Σ Σ s3 s2 s1 so A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 68 Bloc de génération de la retenue ri = ai bi + (ai + bi )ri −1 ai bi = Gi : Génération de la retenue : la retenue est générée localement ai + bi = Pi : Propagation de la retenue : la retenue vient de l’étage de droite ro = Go + Po re r1 = G1 + P1 ro = G1 + P1G0 + P1P0 re r2 = G2 + P2 r1 = G2 + P2G1 + P2P1G0 + P2P1P0 re r3 = G3 + P3 r1 = G3 + P3G2 + P3P2G1 + P3P2P1G0 + P3P2P1P0re Le temps de calcul de la retenue est le même ∀ l’étage. Il est égal à 3 temps de propagation d’une porte Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 69 Exemple additionneurs du commerce b3 a 3 b1 bo b2 a 2 b1 a 1 ao bo 74LS83 a 1 a o re re 7482 r1 calcul calcul calcul r3 r2 r1 s1 s o Additionneur série 2 bits Electronique Numérique r3 calcul r0 Σ Σ Σ Σ s3 s2 s1 so Additionneur à retenue anticipée 4 bits A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 70 Afficheurs 7 segments a b f g e c d a b c d e f AC g a b c d e f g CC Se commandent par niveau haut Electronique Numérique Se commandent par niveau bas A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 71 Décodeur BCD 7 segments – Cathode commune a b f g e c d BA DC 00 01 11 10 00 01 11 10 1 0 x 1 0 1 x 1 1 1 x x 1 0 x x a = AC + AB + D + AC e = AC + AB b = AB + C + AB f = CB + D + AB + AC c = B + A+C g = BC + D + AB + BC d = ABC + AC + AB + BC Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 72 Pilotage des afficheur 7 segments Vcd Vcd Décodeur a b R R Décodeur a g R R R g b R a b Décodeur b a g b R R R g g g Anode Commune Commande par niveau bas Décodeur à sortie totem-pole ou collecteur ouvert R = V − V cd I D b a Cathode Commune Commande par niveau haut, sortie totem-pole Faible éclairement Résistances internes au décodeur = simplicité d’utilisation Cathode Commune Commande par niveau haut, sortie OC Consommation même si l’afficheur est éteint R = dn Electronique Numérique a A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs V − V cd I D dn 73 Décodeurs BCD-7seg du commerce A B C D N a b c d e f g LT RBI N A B C D 7446 /47 : commande par niveau bas, Sortie collecteur ouvert 7448 : commande par niveau haut. Résistances intégrées 7449 : commande par niveau haut, sortie collecteur Ouvert 7446 : Vcdmax = 30 V 7447 : Vcdmax = 15 V 7449 : Vcdmax = 5 V a b c d e f g BI BI/RBO 7449 7446/47/48 L’entrée RBI et la sortie RB0 permettent de ne pas afficher les zéros de gauche N ≠ 0 , il est affiché et RBO = 1 0 N = 0, l'afficheur est éteint et RBO = 0 RBI 1 N affiché ∀ sa valeur, RBO = 1 LT RBI D C B A RBO g f e d c b a Electronique Numérique LT RBI D C B A RBO g f e d c b a LT RBI D C B A RBO g f e d c b a LT RBI D C B A RBO g f e d c b a A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 74 Les circuits Séquentiels Usuels Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 75 Bascule RS et RSH S R Q 0 0 indéterminé Electronique Numérique 0 1 0 1 0 1 1 1 mémoire H=1 Æ Table de vérité H=0 Æ mémoire A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 76 Bascule JK et JKH La bascule JK lève l’indétermination du cas entrées = 00 Electronique Numérique J K Q 0 0 mémoire 0 1 0 1 0 1 1 1 basculement H=1 Æ Table de vérité H=0 Æ sorties inchangées A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 77 Les bascules réagissant sur front d’horloge Bascule en permanence dans l’état Mémoire sauf pendant les fronts de l’horloge Deux techniques : Utiliser Utiliserun undétecteur détecteurde defront frontsur surl’entrée l’entréehorloge horloge Utiliser Utiliserune unestructure structureMaître MaîtreEsclave Esclave Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 78 Bascule JK avec détecteur de Front descendant Q J H Détecteur De front H’ K /Q H H’ Electronique Numérique H J K Q È 0 0 mémoire È 0 1 0 È 1 0 1 È 1 1 basculement A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 79 Exemples de détecteurs de front On exploite le retard élémentaire des portes logiques Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 80 Bascule RS Maître Esclave H S R Q È 0 0 ? È 0 1 0 È 1 0 1 È 1 1 mémoire H Maître transparent Esclave Opaque Electronique Numérique Maître Opaque Esclave Transparent A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 81 Bascule JK Maître Esclave H S R Q È 0 0 mémoire È 0 1 0 È 1 0 1 È 1 1 basculement H Maître transparent Esclave Opaque Electronique Numérique Maître Opaque Esclave Transparent A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 82 Bascule D D Q D H H /Q /Q H = 1 : Q suit D H = 0 : Q reste bloqué : état mémoire Pendant le front descendant de H, Q prend la valeur de D et la garde jusqu’au prochain front D D H H Q Q Electronique Numérique Q A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 83 Convention de dessin J Q J H K H K Q Bascule réagissant sur niveau haut de H (latch) J Q H K Q Bascule réagissant sur front montant de H Electronique Numérique Q Bascule réagissant sur niveau bas de H (latch) J Q H K Q Q Bascule réagissant sur front descendant de H A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 84 Entrée de forçage Clear et Preset L’entrée L’entréeCCforce forcelalasortie sortieàà00 ∀∀J,J,K, K,HH L’entrée L’entrée PPforce forcelalasortie sortieàà11 ∀∀J,J,K, K,HH IlIlne nefaut fautpas pasactiver activerCCet etPPsimultanément simultanément P J Q H K J Q H C /Q C et P actifs au niveau bas Electronique Numérique P K C /Q C et P actifs au niveau haut A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 85 Application : Circuit Anti-rebond Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 86 Les Registres Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 87 Registres A0 D Q Q0 H A1 D Q Q1 Un registre est une association de N bascules réalisant la fonction de mémoire N bits H A2 D Q Q2 H A3 H D Q Q3 Au front d’horloge, l’information A33A22A11A00 est copiée dans Q33Q22Q11Q00 et y reste jusqu’au prochain front H Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 88 Registre Latch A0 D Q Q0 H A1 D Q Q1 H A2 D Q Q2 H A3 H D Q Tant que l’horloge est à 1, les sortie Q suivent les entrée A Quand l’horloge passe à zéros, les sorties Q restent bloquées (mémoire) jusqu’à ce que l’horloge passe de nouveau à 1 Q3 H Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 89 Exemple de registre commercialisé Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 90 Registres à décalage AA chaque chaque coup coup d’horloge, d’horloge, le le contenu contenu d’une d’une bascule bascule est est remplacé remplacé par par celui celui de de la la bascule bascule àà sa sa gauche gauche Æ Æ tous tous les les bits bits sont sont alors alors décalés décalés vers vers la la droite droite ES ES constitue constitue l’entrée l’entrée série, série, ABCD ABCD constituent constituent les les sorties sorties parallèle, parallèle, SS SS est est la la sorties sorties série série B A ES D Q D Clk Q D Clk D (SS) C Q D Clk Q Clk Clk B A ES J/S Q Q Clk Clk K/R J/S Q K/R C J/S Q Clk Q K/R D (SS) J/S Q Clk Q K/R Q Clk Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 91 Registre à décalage avec chargement parallèle synchrone QB QA QC QD SS S/L ES D Q D Q H H D Q D Q H H H A B ES ES :: Entrée Entrée séries séries AA BB CC D D :: entrées entrées parallèles parallèles Q QAA Q QBB Q QCC Q QDD :: sorties sorties parallèles parallèles SS SS :: sorties sorties série série S/L S/L :: entrée entrée de de control control :: S/L S/L = = 11 :: décalage décalage S/L S/L = = 00 :: chargement chargement parallèle parallèle synchrone synchrone (au (au coup coup d’horloge) d’horloge) Electronique Numérique C D H S/L Chargement A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs décalage 92 Registre à décalage avec chargement parallèle asynchrone QB QA ES D H P Q D H C P Q C QD SS QC D H P Q C D H P Q C H S/L A B C D S/L = 0 Æ chargement parallèle sans attendre le coup d’horloge S/L = 1 ⇒ C = P = 1 ⇒ bscules libres ⇒ décalage S/L = 0 ⇒ C = A, P = A Si A = 0 ⇒ C = 0, P = 1, ràz de la bascule ⇔ chargement de A Si A = 1 ⇒ C = 1, P = 0, ràu de la bascule ⇔ chargement de A Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 93 Registre à décalage bidirectionnel QA QB QC QD ESD ESG MXR D Q H MXR D Q H MXR D Q MXR D Q H H H Dir Electronique Numérique ESG : entrée série gauche ESD : entrée série droite Dir = 0 ⇒ décalage à gauche Dir = 1 ⇒ décalage à droite A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 94 Registre à décalage Universel QA QB QC QD ESD ESG MXR D Q MXR MXR H D Q MXR MXR H D Q MXR MXR H D Q H H SL0 SL1 A B SL1 SL0 0 0 0 1 1 0 1 1 Electronique Numérique C D Décalage à gauche Décalage à droite Chargement parallèle synchrone Non utilisé A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 95 Les Compteurs Asynchrones Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 96 Conteur Asynchrone A 1 H Q J B 1 1 Q J H C 1 H K 1 /Q K Q J D 1 H 1 /Q Q J H K 1 /Q K /Q JJ = = KK = = 11 Æ Æ Basculement Basculement àà chaque chaque coup coup d’horloge d’horloge H A 0 1 B 0 0 C 0 D 0 Décimal 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 97 Pourquoi asynchrone ? Les bascules ne changent pas toutes en même temps. Chaque bascule change un temps de propagation après la bascule précédente ce qui engendre des états transitoires États transitoires 7 6 4 0 Tp Tp Tp 8 A B C D Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 98 Décompacteur asynchrone A 1 Q J H 1 1 /Q K 1 1 1 /Q 1 1 1 /Q B Q 1 /Q /Q C 1 Q J K D Q J H K Q J H K H K Q J 1 /Q J H D H A Q J H 1 H K 1 Q J H 1 C B H K 1 /Q K /Q H A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 B 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 C 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 D 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Décimal 0 15 14 Electronique Numérique 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 2 1 0 99 Décompteur , autre méthode A 1 H J Q B 1 H 1 K Q J 1 H 1 /Q 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Q J K C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 /Q B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 /D 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 K 1 /Q /C /C 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 /B 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 J Q H /B D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 D H /A Electronique Numérique C /A 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 K /Q /D 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 100 Compteur décompteur Asynchrone Q0 1 Q J H H 1 K Q1 1 /Q Q J H MXR 1 K Q2 1 /Q Q J H MXR 1 K Q3 1 H MXR /Q Q J 1 K /Q Dir Au changement de direction, si Q=1, le passage à /Q génère un front descendant provoquant un changement d’état de la bascule suivante ce qui peut être indésirable. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 101 Compteur décompteur Asynchrone Amélioré L’idée est de mettre les bascules en mode mémoire (J = K = 0) pendant le basculement des horloges entre Q et /Q Q0 Q J H H K Q1 /Q Q J MXR Q2 H K /Q Q J MXR H K Q3 /Q Q J MXR H K /Q Dir H123 Détecteur de front Dir J/K Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 102 Compteur modulo N Compteur nn bits bits Compteur Compteur modulo modulo 2nn Détecter N et ràz le Compteur Compteur modulo modulo N < 2nn Détecteur de N H Compteur n bits C Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 103 Compteur modulo 10 : Décade On détecte le 10 = 1 0 1 0 et et on s’en sert pour remettre le compteur à 00 D C B A Compteur 4 bits H C Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 104 Réalisation d’une décade par action sur les entrées JK 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Le Le bit bit AA change change d’état d’état àà chaque chaque impulsion impulsion d’horloge, d’horloge, on on utilise utilise une une bascule bascule avec avec H HAA = = Clk, Clk, J=K=1 J=K=1 Le Le bit bit BB change change àà chaque chaque front front descendant descendant de de AA sauf sauf pour pour la la transition transition 9→0, 9→0, dans dans ce ce cas cas on on va va forcer forcer la la bascule bascule àà l’état l’état mémoire mémoire Æ ÆH HBB = = A, A, JJ = = K=/D K=/D Le Le bit bit CC ne ne pose pose pas pas de de problème, problème, ilil change change àà chaque chaque front front descendant descendant de de BB Æ Æ Hc=B, Hc=B, J=K=B J=K=B L’horloge L’horloge de de la la bascule bascule D D ne ne peut peut être être commandée commandée par par le le bit bit CC seul seul car car celui-ci celui-ci n’a n’a pas pas de de transition transition pour pour le le passage passage 9→10, 9→10, ilil faut faut trouver trouver un un signal signal qui qui aa un un front front descendant descendant après après 77 et et après après 9, 9, le le signal signal C+DA C+DA présente présente cette cette condition condition A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 A 1 H J Q H 1 K Q J 1 H /Q Electronique Numérique K D C B J Q 1 H /Q 1 K J Q H /Q 1 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs K /Q 105 Division de fréquence Une bascule divise la fréquence par 2 1 J 1 K Q H Q Une compteur modulo N divise la fréquence par N Fréquence du MSB = fréquence de l’horloge / N Compteur modulo 5 0 1 2 H 3 f/N … f H 4 ràz 0 1 Compteur modulo N 2 3 4 ràz 0 1 A B C Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 106 Mise en cascade des compteur asynchrones … … … Compteur Compteur Compteur i+2 i+1 i H Le MSB du compteur i est appliqué à l’horloge du compteur i+1 (suivant) Chaque fois qu’un compteur repasse à 0, le compteur suivant est incrémenté Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 107 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 ... ... Electronique Numérique Compteur BCD On obtient un compteur BCD en cascadant des compteurs modulo 10 Dizaines Unités D C B A Décade D C B A Décade A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs H 108 Le compteur Binaire 74LS93 QA H B 1 HA 1 J Q K C QB QC QD Conteur Binaire 3 bits C RàZ Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 109 La décade Asynchrone 74LS90 QA H B 1 HA 1 P J QC QD PD Q K C RàZ QB C Conteur Modulo 5 Rà9 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 110 Horloge secondes , minutes Heures Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg D C B A D C B A D C B A D C B A D C B A D C B A Compteur des heures modulo 24 Compteur des minutes modulo 60 Compteur des secondes modulo 60 Horloge Horloge 11 seconde seconde Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 111 Les Compteurs Synchrones Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 112 Le principe des compteurs synchrones Toutes les bascules reçoivent la même horloge Au coup d’horloge, toutes les bascules changent en même temps Æ Pas d’états transitoires A ? J Q ? H ? K C B J Q ? H /Q ? K J Q D ? H /Q ? K J Q H /Q ? K /Q H Que doit on faire des J et des K pour que ça compte ? Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 113 Compteur synchrone suite On connaît la séquence de comptage, donc, Au coup d’horloge, on sait pour chaque bascule si elle doit changer d’état ou non, On en déduit le J et le K qu’il faut lui appliquer Pour ça, on utilise la table des transitions H Electronique Numérique Q n Q n+1 0 0 0 1 1 0 1 1 J K 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 J K 0 x 1 x x 1 x 0 A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 114 Synthèse d’un compteur Synchrone 4 bits 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 D C B A JA KA JB KB JC KC JD KD 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 0 1 x x 0 1 x x 0 1 x x 0 1 x x x x 0 1 x x 0 1 x x 0 1 x x 0 1 0 0 0 1 x x x x 0 0 0 1 x x x x x x x x 0 0 0 1 x x x x 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 x x x x x x x x x x x x x x x x 0 0 0 0 0 0 0 1 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 115 Synthèse d’un compteur Synchrone 4 bits (suite) On utilisant les tables de Karnaugh, on obtient : JJAA = = 11 JJBB = = AA JJCC = = AB AB JJDD = = ABC ABC KKAA = = 11 KKBB = = AA KKCC = = AB AB KKDD = = ABC ABC A 1 J Q H 1 K B J Q H Q K Q C J H Q K Q D J Q H K Q H Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 116 Synthèse d’un décompteur Synchrone 4 bits Avec une étude similaire, on obtient : JJAA = = 11 JJBB = = AA JJCC = = AA BB JJDD = = AA BB CC KKAA = = 11 KKBB = = AA KKCC = = AA BB KKDD = = AA BB CC A 1 J Q H 1 K B J Q H Q K Q C J H Q K Q D J Q H K Q H Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 117 Compteur décompteur Synchrone A B C D DIR J 1 H K J Q M Q Q H K J M Q Q H K J M Q Q H K Q H CLR MXR Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 118 Compteur décompteur Synchrone avec chargement parallèle QA QB QC QD DIR J 1 H K H C J Q M Q P Q H K M Q C J P Q H K M Q C J P Q H K Q C P L A Electronique Numérique B C A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs D 119 Compteur décompteur Synchrone Universel QA QB QC QD DIR J 1 H M K H J Q Q C P Q H J M K Q C P Q H J M K Q C P Q H K Q C P CLR L A Electronique Numérique B C A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs D 120 Synthèse d’une décade Synchrone D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 JA 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x KA x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 JB 0 1 x x 0 1 x x 0 1 KB x x 0 1 x x 0 1 x x A 1 J Q H 1 K KC x x x x 0 0 0 1 x x JD 0 0 0 0 0 0 0 1 x x KD x x x x x x x x 0 0 B J Q H Q JC 0 0 0 1 x x x x 0 0 K Q JJAA = = 11 KKAA = = 11 jjbb= = aD aD KKBB = = AA JJCC = = AB AB KKCC = = AB AB JJDD = = ABC ABC KKDD = = AA C J H Q K Q D J Q H K Q H Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 121 Mise en cascade des compteurs synchrones D C B A D C B A D C B A D C B A CTR3 CTR2 CTR1 CTR0 H La mise en cascade doit être synchrone. Tous les compteurs doivent recevoir la même Horloge Dans ces conditions, tous les compteurs fonctionneront simultanément et on n’aura pas le comptage désiré. Il faut qu’un compteur ne s’incrémente que pendant le débordement du compteur précédent. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 122 Mise en cascade des compteurs synchrones (2) On va rajouter à chaque compteur une entrée de validation V et une sortie de retenue R L’entrée de validation V permettra de le contrôler : V=1 Æ Comptage, V=0 Æ arrêt La sortie de retenue R passe à 1 pour indiquer que le compteur est arrivé en fin de cycle. Compteur 4 bits, N=15 Æ R=1, N≠15 Æ R=0 Compteur par 10, N=9 Æ R=1, N≠9 Æ R=0 Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 123 Compteur Synchrone avec E/S de cascadage A B C D R V J H H K R DCBA Q J Q H K V CTR3 R DCBA CTR2 Q J Q H K V Q J Q Q H K Q R DCBA CTR1 V R DCBA V 1 CTR0 H Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 124
