Opérateurs logiques – Systèmes
combinatoires et séquentiels
Module d’Electronique Numérique
Eric PERONNIN
www.geii.eu 2
Introduction
System On a Chip
2
Processeur
Mémoire
Flash
programme
Mémoire
RAM
données
Mémoire
EEPROM
donnée...
Opérateurs logiques
Module d’Electronique Numérique
www.geii.eu 4
Opérateurs logiques de base
e s
0 1
1 0
s
e
se
Opérateur NON
 Symbole de l’opérateur : la barre
 Equation ...
www.geii.eu 5
Opérateurs et portes complémentaires
e
1
2
e
s
e2 e1 s
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Opérateur OU Exclusif
 Symbo...
www.geii.eu 6
Fonctions logiques universelles
Fonctions à partir desquelles toutes les autres sont réalisables
NON – OU (N...
www.geii.eu 7
Fonctions logiques universelles
NON – ET (NAND)
 Equation : 𝑠 = 𝑒1. 𝑒2
 Réalisation d’un NON avec des NON ...
Systèmes combinatoires
Module d’Electronique Numérique
www.geii.eu 9
Système combinatoire
Un système dont les sorties dépendent uniquement des entrées à
un instant t donné est q...
www.geii.eu 10
Système combinatoire
Exemple de table de vérité avec 4 entrées (donc 16 combinaisons
possibles) et 7 sortie...
www.geii.eu 11
Equation logique
Donne la valeur d’une grandeur binaire en fonction de grandeurs
également binaires.
Utilis...
www.geii.eu 12
Equation logique
Schéma électronique de calcul d’une somme de produits de
termes
 Cas de l’exemple précéde...
www.geii.eu 13
Simplification des équations logiques
Avec les éléments neutres
 𝑎. 1 = 𝑎 et 𝑎 + 0 = 𝑎
Avec les complément...
www.geii.eu 14
Cas concret : décodeur BCD – 7 segments
L’afficheur :
Table de vérité :
14
d
g
a
b
c
f
e
Tableaux de Karnau...
www.geii.eu 15
Systèmes combinatoires usuels
Multiplexeur 2 𝑁 voies vers 1 voie
 Fonctionnement
 celui d’un commutateur ...
www.geii.eu 16
Systèmes combinatoires usuels
Décodeur 𝑁 vers 2 𝑁
 Fonctionnement
 Seule la sortie dont le numéro est don...
www.geii.eu 17
Systèmes combinatoires usuels
Demi-additionneur 1 bit
 Fonctionnement : calcul de l’addition de deux bits....
Systèmes séquentiels
Module d’Electronique Numérique
www.geii.eu 19
Machines séquentielles
Généralités
 Un système dont les sorties dépendent des entrées et de leur
évolution...
www.geii.eu 20
Machines séquentielles synchrones
Machine dite de Mealy
 Les sorties dépendant à la fois de l’évolution sy...
www.geii.eu 21
Machines séquentielles synchrones
Machine dite de Moore
 Le nombre d’états d’une machine de Moore est parf...
www.geii.eu 22
Mémoires élémentaires
Bascule RS
 Il s’agit d’une mémoire asynchrone.
 Symbole :
 Table de vérité :
 Ré...
www.geii.eu 23
Mémoires élémentaires
Bascule JK synchrone
 Fonctionnement sur front montant d’une horloge.
 Symbole :
 ...
www.geii.eu 24
Mémoires élémentaires
Bascule D
 Fonctionnement sur front montant d’une horloge.
 Symbole :
 D = Data
 ...
Modèle Powerpoint utilisé par les présentations Intel
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Opérateurs logiques – Systèmes combinatoires et séquentiels

2 225 vues

Publié le

Bases des systèmes logiques.
Niveau DUT Génie Electrique et Informatique Industrielle.

Publié dans : Formation
0 commentaire
2 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
2 225
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
423
Actions
Partages
0
Téléchargements
61
Commentaires
0
J’aime
2
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Opérateurs logiques – Systèmes combinatoires et séquentiels

  1. 1. Opérateurs logiques – Systèmes combinatoires et séquentiels Module d’Electronique Numérique Eric PERONNIN
  2. 2. www.geii.eu 2 Introduction System On a Chip 2 Processeur Mémoire Flash programme Mémoire RAM données Mémoire EEPROM données non volatiles Réseau de portes logiques configurables PLL Entrées Analogiques Entrées Tout ou rien Fonctions DSP Sorties Analogiques Sorties Tout ou rien Bus de communication D CLK Q CLK USB Ethernet JTAG Contrôleur de mémoires DDR3 – DDR4 – HMC
  3. 3. Opérateurs logiques Module d’Electronique Numérique
  4. 4. www.geii.eu 4 Opérateurs logiques de base e s 0 1 1 0 s e se Opérateur NON  Symbole de l’opérateur : la barre  Equation : 𝑠 = 𝑒  se lit : « e barre ».  Symbole électronique :  Table de vérité : e2 e1 s 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 2 e s 1 e s e 1 2 e Opérateur ET  Symbole de l’opérateur : .  Symbole électronique :  Equation : 𝑠 = 𝑒1. 𝑒2  se lit : « e1 ET e2 ».  Table de vérité : Opérateur OU  Symbole de l’opérateur : +  Symbole électronique :  Equation : 𝑠 = 𝑒1 + 𝑒2  se lit : « e1 OU e2 ».  Table de vérité : e2 e1 s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 e e 2 s e s 1 2 e
  5. 5. www.geii.eu 5 Opérateurs et portes complémentaires e 1 2 e s e2 e1 s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Opérateur OU Exclusif  Symbole de l’opérateur :⊕  Symbole électronique :  Equation : s = 𝑒1 ⊕ 𝑒2  se lit : « e1 OU Exclusif e2 ».  Table de vérité : e s c Porte logique à 3 états  Buffer dont la sortie est rendue active avec une entrée de commande :  Equation :  𝑠 = 𝑒 si 𝑐 = 1  𝑠 = ′𝑧′ si 𝑐 = 0 ‘z’ signifie que la sortie est en haute impédance  circuit ouvert.  Table de vérité :  Des variantes existent :  Porte NON à 3 états.  Commande complémentée. c e s 0 x 'z' 1 x e
  6. 6. www.geii.eu 6 Fonctions logiques universelles Fonctions à partir desquelles toutes les autres sont réalisables NON – OU (NOR)  Equation : 𝑠 = 𝑒1 + 𝑒2  Réalisation d’un NON avec des NON – OU  𝑒 = 𝑒1 = 𝑒2 𝑠 = 𝑒 + 𝑒 = 𝑒  Réalisation d’un OU  𝑠 = 𝑒1 + 𝑒2 = 𝑒1 + 𝑒2 = 𝑒1 𝑁𝑂𝑅 𝑒2  Réalisation d’un ET  𝑠 = 𝑒1. 𝑒2 = 𝑒1 + 𝑒2 = 𝑒1 𝑁𝑂𝑅 𝑒2 6 e s s e 2 e 1 e e 2 1 s e2 e1 e2 e1 e2+e1 e2+e1 s 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 e s 1 e 2 Loi de De Morgan 𝑒1 + 𝑒2 = 𝑒1. 𝑒2
  7. 7. www.geii.eu 7 Fonctions logiques universelles NON – ET (NAND)  Equation : 𝑠 = 𝑒1. 𝑒2  Réalisation d’un NON avec des NON – ET  𝑒 = 𝑒1 = 𝑒2 𝑠 = 𝑒. 𝑒 = 𝑒  Réalisation d’un ET  𝑠 = 𝑒1. 𝑒2 = 𝑒1. 𝑒2 = 𝑒1 𝑁𝐴𝑁𝐷 𝑒2  Réalisation d’un OU  𝑠 = 𝑒1 + 𝑒2 = 𝑒1. 𝑒2 = 𝑒1 𝑁𝐴𝑁𝐷 𝑒2 7 e s s e 2 e 1 e e 2 1 s e s 1 e 2 e2 e1 e2 e1 e2.e1 e2.e1 s 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 Loi de De Morgan 𝑒1. 𝑒2 = 𝑒1 + 𝑒2
  8. 8. Systèmes combinatoires Module d’Electronique Numérique
  9. 9. www.geii.eu 9 Système combinatoire Un système dont les sorties dépendent uniquement des entrées à un instant t donné est qualifié de combinatoire. Système faisant correspondre un vecteur de M sorties à un vecteur de N entrées : Un tel système peut être représenté sous la forme d’un tableau, dit table de vérité, explicitant les sorties en fonction des différentes combinaisons d’entrée. 9 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒1 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒𝑁 Système combinatoire 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒1 S𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒𝑀
  10. 10. www.geii.eu 10 Système combinatoire Exemple de table de vérité avec 4 entrées (donc 16 combinaisons possibles) et 7 sorties : 10 e3 e2 e1 e0 a b c d e f g 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 x x x x x x x 1 0 1 1 x x x x x x x 1 1 0 0 x x x x x x x 1 1 0 1 x x x x x x x 1 1 1 0 x x x x x x x 1 1 1 1 x x x x x x x
  11. 11. www.geii.eu 11 Equation logique Donne la valeur d’une grandeur binaire en fonction de grandeurs également binaires. Utilise les opérateurs logiques de base  Exemple : 𝑠 = 𝑒1. 𝑒2. 𝑒3 + 𝑒0. 𝑒1 + 𝑒2 Peut toujours s’écrire sous la forme d’une Somme de Produits : 𝑠 = (𝑒𝑖 𝑜𝑢 𝑒𝑖) Equation d’une table de vérité 11 a b c s 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 𝑠 = 𝑎. 𝑏. 𝑐 𝑠 = 𝑎. 𝑏. 𝑐 𝑠 = 𝑎. 𝑏. 𝑐 𝑠 = 𝑎. 𝑏. 𝑐 + 𝑎. 𝑏. 𝑐 + 𝑎. 𝑏. 𝑐
  12. 12. www.geii.eu 12 Equation logique Schéma électronique de calcul d’une somme de produits de termes  Cas de l’exemple précédent : 𝑠 = 𝑎. 𝑏. 𝑐 + 𝑎. 𝑏. 𝑐 + 𝑎. 𝑏. 𝑐 12 bb b c c c s a a a
  13. 13. www.geii.eu 13 Simplification des équations logiques Avec les éléments neutres  𝑎. 1 = 𝑎 et 𝑎 + 0 = 𝑎 Avec les compléments  𝑎. 𝑎 = 0 et 𝑎 + 𝑎 = 1 En utilisant des outils de simplification  Exemple des tableaux de Karnaugh  Présentation de la table de vérité sous la forme d’un tableau dont la valeur des variables d’entrées sont présentées en code Gray ou réfléchi.  2 𝑛 cases adjacentes, même de manière circulaire, et contenant des 1 peuvent être regroupées pour ne donner qu’un terme simplifié – les entrées prenant les valeurs 0 et 1 sur un regroupement disparaissent de l’équation associée au regroupement (𝑎 + 𝑎 = 1). 13 𝑠 = 𝑏. 𝑐 𝑠 = 𝑎. 𝑏. 𝑐 s 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 a b.c 1 0 1 0 0 0 1 0
  14. 14. www.geii.eu 14 Cas concret : décodeur BCD – 7 segments L’afficheur : Table de vérité : 14 d g a b c f e Tableaux de Karnaugh : a 0 0 0 1 1 1 1 0 e1.e0 10 1 1 e3.e2 00 1 0 1 1 01 0 1 1 1 11 0 0 0 1 1 1 1 0 10 e1.e0 e3.e2 00 01 11 0 0 0 1 1 1 1 0 10 e1.e0 e3.e2 00 01 11 0 0 0 1 1 1 1 0 10 e1.e0 e3.e2 00 01 11 0 0 0 1 1 1 1 0 10 e1.e0 e3.e2 00 01 11 0 0 0 1 1 1 1 0 10 e1.e0 e3.e2 00 01 11 0 0 0 1 1 1 1 0 10 e1.e0 e3.e2 00 01 11 e3 e2 e1 e0 a b c d e f g 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 x x x x x x x 1 0 1 1 x x x x x x x 1 1 0 0 x x x x x x x 1 1 0 1 x x x x x x x 1 1 1 0 x x x x x x x 1 1 1 1 x x x x x x x
  15. 15. www.geii.eu 15 Systèmes combinatoires usuels Multiplexeur 2 𝑁 voies vers 1 voie  Fonctionnement  celui d’un commutateur pour lequel 𝑆𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 indique le numéro de la voie d’entrée à diriger vers la sortie 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 = 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒(𝑆𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛) 15 𝑆𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒(0) 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 N 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒(2 𝑁 − 1)
  16. 16. www.geii.eu 16 Systèmes combinatoires usuels Décodeur 𝑁 vers 2 𝑁  Fonctionnement  Seule la sortie dont le numéro est donné par le vecteur d’entrée est mise à 1; les autres valent 0. 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒 = 1 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑖 = 0 ∀𝑖 ≠ 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒 16 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒(0) 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒𝑒(𝑁 − 1) Décodeur 𝑁 vers 2 𝑁 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒(0) S𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒(2 𝑁 − 1)
  17. 17. www.geii.eu 17 Systèmes combinatoires usuels Demi-additionneur 1 bit  Fonctionnement : calcul de l’addition de deux bits.  Table de vérité :  Schéma électronique : 17 𝑎𝑖 𝑏𝑖 Demi- additionneur 1 bit 𝑐𝑖 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑦𝑖 ai bi ci carryi 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 a b i i i i c carry
  18. 18. Systèmes séquentiels Module d’Electronique Numérique
  19. 19. www.geii.eu 19 Machines séquentielles Généralités  Un système dont les sorties dépendent des entrées et de leur évolution passée : 𝑠𝑖(𝑡) = 𝑓 𝑒𝑖, 𝑠𝑖(𝑡 − 1) est dit séquentiel.  Une machine séquentielle possède à chaque instant un état dépendant de l’évolution passée  L’état est mémorisé dans une mémoire d’état. pour être mémorisable, le nombre d’états possibles doit être fini. Synchrone ou asynchrone  Machine asynchrone : les sorties peuvent changer chaque fois qu’une entrée change d’état.  Machine synchrone : les sorties changent uniquement sur les fronts descendants ou montants d’un signal dit d’horloge qui cadence l’évolution de la machine. 19
  20. 20. www.geii.eu 20 Machines séquentielles synchrones Machine dite de Mealy  Les sorties dépendant à la fois de l’évolution synchrone de l’état présent mais aussi de l’évolution asynchrone des entrées, elles sont donc de nature asynchrone.  Entrees, Etat futur, Etat présent, Sorties sont toutes des grandeurs vectorielles. 20 Calcul de l’état futur Entrees Etat futur Mémoire d’état Horloge Etat présent Calcul des sorties Sorties
  21. 21. www.geii.eu 21 Machines séquentielles synchrones Machine dite de Moore  Le nombre d’états d’une machine de Moore est parfois plus élevé mais les sorties ont l’avantage d’évoluer de manière totalement synchrone. Note : le bloc de calcul des sorties peut utiliser une mémorisation des sorties pour un fonctionnement parfaitement asynchrone. 21 Calcul de l’état futur Entrees Etat futur Mémoire d’état Horloge Etat présent Calcul des sorties Sorties
  22. 22. www.geii.eu 22 Mémoires élémentaires Bascule RS  Il s’agit d’une mémoire asynchrone.  Symbole :  Table de vérité :  Réalisation : 22 R S Q R S Q Q R=0 Q=0 S=1 Q=1 Exemple d'une mise à 1 1 0 *Situation initiale, S passe à 1 : R=0 Q=0 S=1 0 0 Q=0 *Situation suivante : R=0 Q=1 S=1 Q=0 1 0 *Situation finale : R S Qn 0 0 Qn-1 Etat mémorisé 0 1 1 Mise à 1 1 0 0 Mise à 0 1 1 Combinaison interdite
  23. 23. www.geii.eu 23 Mémoires élémentaires Bascule JK synchrone  Fonctionnement sur front montant d’une horloge.  Symbole :  J = Jump  CLK = horloge  K = Kill  Table de vérité : 23 J K Q CLK CLK J K Qn 0 x x Qn-1 Etat mémorisé ↑ 1 0 1 Mise à 1 ↑ 0 1 0 Mise à 0 ↑ 1 1 Qn-1 Basculement
  24. 24. www.geii.eu 24 Mémoires élémentaires Bascule D  Fonctionnement sur front montant d’une horloge.  Symbole :  D = Data  CLK = horloge  Table de vérité :  Variantes :  Avec entrée de RESET asynchrone.  Avec entrée de SET synchrone. 24 D CLK Q D CLK Q RESET CLK D Qn 0 x Qn-1 Etat mémorisé ↑ x D Mémorisation de l'entrée
  25. 25. Modèle Powerpoint utilisé par les présentations Intel

×