Le document traite de la commande d'un moteur électrique à l'aide de bascules dans des systèmes combinatoires et séquentiels. Il explique les différences entre les deux types de systèmes, la fonctionnalité des bascules asynchrones et synchrones, notamment les bascules RS, D et JK, ainsi que leurs conditions de fonctionnement. Le document fournit également des tables de vérité et des chronogrammes pour illustrer le fonctionnement de ces bascules en relation avec des entrées et des horloges.

1. BASCULE
Les bascules
I- Insuffisance des systèmes logiques combinatoires
On souhaite réaliser la commande d’un moteur électrique répondant au cahier des
charges suivant :
Deux boutons poussoirs sont utilisés pour donner les ordres de Marche et Arrêt.
L’appui sur le bouton Marche déclanche la rotation du moteur s’il ne fonctionnait pas déjà.
L’appui sur le bouton Arrêt provoque l’arrêt du moteur s’il était en marche.
L’appui sur Marche et prioritaire sur Arrêt.
Le chronogramme donnant une évolution type des entrées/sorties :
Table de vérité :
On remarque que pour deux états identiques des entrées, la sortie prend des états différents.
Le système de commande n’est pas un système combinatoire.

2. BASCULE
Pour connaître l’état de la sortie lorsque les deux entrées sont à 0, on introduit une variable
supplémentaire qui traduit le fonctionnement du moteur à un instant t. La sortie du système
est ici l’état de fonctionnement du moteur à l’instant suivant.
Table de vérité complète (moteur et variable interne)
Logigramme :
II- Introduction sur les systèmes séquentiels
La différence essentielle entre les systèmes combinatoires et les systèmes séquentielle
réside dans le fait que la fonction de sortie de ces derniers systèmes dépend à la fois des
variables d’entrées et du temps.
La notion du temps peut présenter deux aspects :
- Celui de l’ordre dans lequel les opérations se déroulent,
- celui de la durée de chaque opération.

3. BASCULE
Dans cette définition nous voyons apparaître la nécessité d’introduire dans les
systèmes séquentiels, à côté des variables classiques des circuits combinatoires, d’autres
variables dites ‘‘internes’’ ou secondaires qui traduisent de façon logique l’état du système et
déterminent la sortie, c’est à dire l’état du système à un instant donné et matérialisent en
quelque sorte la variable temporelle.
Ce sont ces variables secondaires fonctions des états de sortie qui associées aux
variables d’entrée caractérisent l’état présent du système et déterminent la sortie, c'est-à-dire
l’état suivant.
On voit dés lors apparaître la notion de boucle de réaction reliant la sortie et l’entrée.
Un système séquentiel comporte donc :
- n variables primaires ej qui sont les composantes du vecteur d’entrée e(t)
- m variables secondaires Yj qui sont les composantes du vecteur interne Y(t)
- m excitations secondaires yj composantes du vecteur Y(t+τ)
- P variables de sortie Sj qui sont les P composantes du vecteur de sortie S(t).
Un tel système est entièrement défini :

4. BASCULE
- Par une matrice d’excitation qui donne pour toute combinaison (e,y)k de ses
variables primaires et secondaire la valeur yk du vecteur d’excitation secondaire.
- Par une matrice de sortie qui donne, pour tout couple (e,y)k des variables primaires
et secondaires la valeur correspondante Sk du vecteur de sortie.
III- Les bascules
Les bascules sont les éléments de bases des systèmes séquentiels. Elles possèdent deux
états stables (0 et 1) et maintiennent leur état tant qu’elles ne sont pas sollicitées pour en
changer. Les bascules ont la propriété de mémoriser l’information.
On distingue deux types de bascules :
 Le fonctionnement asynchrone : Ce sont des systèmes pour lesquels
l’état des sorties évolue spontanément à la suite d’un changement de
configuration des variables d’entrées.
 Le fonctionnement synchrone : Ce sont des systèmes pour lesquels
l’évolution des sorties est assujettie à une commande spécifique
généralement appelée Horloge. Le système est alors synchronisé sur le
signal d’horloge.
Dans le mode synchrone, l’autorisation peut être donnée de trois façons différentes. On parle
de :
 Synchronisation sur niveau : Il suffit d’appliquer le niveau convenable appelé
niveau actif pour que la sortie de la bascule puisse changer.
 Synchronisation sur front : La durée de l’automatisation est réduite à son
minimum, c.à.d le temps pour que le signal d’horloge passe d’un niveau à un autre. La
sortie prendra la valeur correspondante aux entrées au moment du front actif. Par
exemple : le front montant
 Synchronisation par impulsion : Une impulsion est composée de deux fronts :

5. BASCULE
Le premier front sert à la synchronisation des entrées, le second à la synchronisation
de la sortie.
Dans les parties qui suivent, chaque bascule est étudiée tout d’abord d’un point de vue
fonctionnel, puis dans un deuxième temps son équation de fonctionnement et en fin sont
données les conditions d’utilisation.
III-1 Les bascules asynchrones
La bascule RS est la seule bascule asynchrone existante. Elle dispose de deux entrées,
R et S, l’une pour la mise à zéro et l’autre pour la mise à un.
La bascule RS est réalisée à base d’opérateur logique, comme le montre la figure
ci-dessous :
III-1.1 Analyse du fonctionnement de la bascule RS à base des portes NOR
La table de fonctionnement qui, à la différence de la table de vérité, fait intervenir la
notion du temps, donne la relation entre les entrées et la sortie à l’instant t, et la valeur future
de cette sortie après régime transitoire. On distingue trois modes de fonctionnement :
 Le mode "mémoire" : S=R=0 la sortie reste dans l’état ou elle était Q=0 ou Q=1.
 Ecriture d’un "1" ou la mise à 1 de la sortie : S=1 et R=0 donne Q=1
 Ecriture d’un "0" ou la mise à 0 de la sortie : S=0 et R=1 donne Q=0
 R=S=1 est souvent appelé interdit, car il conduit à des sorties non complémentaires.

6. BASCULE
Table de fonctionnement :
Notons que Qt et Qt+ 1 l’état de la sortie avant et après la transition en entrée :
Exemples de chronogrammes
III-1.2 Analyse du fonctionnement de la bascule RS à base des portes
NAND
On distingue trois modes de fonctionnement :
 10  RSRS : La sortie reste dans l’état où elle était :
C’est le mode de mémoire.
 1001  RetSetRS : La mise à 1 de la sortie
 0110  RetSetRS : La mise à 0 de la sortie
 01  RSRS : Interdit
Table de fonctionnement
Exemples de chronogramme

7. BASCULE
III-1.3 Condition de bon fonctionnement
Pour garantir un fonctionnement correct de la bascule RS, l’entrée doit être appliquée
pendant une durée supérieure au temps de réaction maximum du système. Ce temps est appelé
temps de maintien.
Exemple
Au départ, une commande de mise à 1 )0( S est appliquée à l’entrée de la porte NAND
(1) alors que la sortie Q est initialement à 0.Après un temps correspondant au temps de
propagation dans les deux portes NAND, la sortie Q prend la valeur 0 et vient confirmer et
éventuellement se substituer à la commande )0( S . A partir de ce moment, il est possible
de remettre la commande dans son état de repos )1( S .

8. BASCULE
III- 2 Les bascules synchrones
III-2.1 La bascule RS synchronisée ou RSH
Dans une bascule synchrone, un signal complémentaire, l’horloge, autorise le
changement des sorties de manière statique (sur niveau logique 0 ou 1) ou dynamique (front
montant ou descendant). Son schéma de principe est indiqué ci-dessous.
 Synchronisation par le niveau haut de l’horloge
Cette bascule comporte deux fonctionnements distincts :
 H=0 : La sortie ne change pas quelles que soient les entrées R et S : C’set le
fonctionnement en mémoire
 H=1 : La bascule est alors synchronisée. Sa sortie respecte la table de
fonctionnement de la bascule RS avec les mêmes restrictions.
R S H Q Q
X X 0 Mémoire
0 0 1 Mémoire
0 1 1 1 0
1 0 1 0 1
1 1 1 Interdit
Exemples de chronogrammes

9. BASCULE
 Synchronisation par le front montant ou descendant de l’horloge
Cette même bascule synchronisée peut être déclenchée sur le front montant ou descendant
de l’impulsion de l’horloge c'est-à-dire les entrées R et S sont des entrées synchrones prises
en compte seulement au voisinage du front actif de l’horloge. L’activation simultanée de R et
S est absurde et l’état de la sortie est indéterminé dans ce principe.
Table de fonctionnement et symbole sont indiqués ci-dessous :
Exemples de chronogrammes

10. BASCULE
III-2.2 La bascule D
III-2.2.1 La bascule D à verrouillage (Latch)
Cette bascule ne possède pas de circuit détecteur de front et la sortie Q prend donc
l’état de l’entrée D tant que l’horloge est à l’état haut. Son schéma de principe est indiqué ci-
dessous :
Table de fonctionnement et un exemple de chronogramme

11. BASCULE
Avec une seule entrée on ne peut trouver que deux modes de fonctionnement :
 Le signal de synchronisation est actif, la sortie recopie D
 Le signal de synchronisation n’est pas actif, la sortie ne change pas : c’est le
fonctionnement mémoire. Lors du passage en position mémoire la dernière
valeur recopiée est mémorisée.
III-2.2.2 La bascule "D edge triggered" synchronise sur le FM
Contrairement à la bascule D Latch, la bascule "D edge triggered" ne prend en compte
les données présentes à l’entrée que pendant les FM du signal d’horloge ou sur les FD appelé
respectivement "positive edge triggered" ou "négative edge triggered".
Table de fonctionnement et un exemple de chronogramme

12. BASCULE
III-2.2.3 Entrées PRESET et CLAAR
Exemple 74LS74 : Le schéma de principe est indiqué ci-dessous. Sur ce schéma sont figurés
les deux entrées de contrôle Preset (PR) et Clear (CLK) : Ce sont deux entrées prioritaires
permettant respectivement de forcer Q à 0 et à 1.
Table de fonctionnement et un exemple de chronogramme

13. BASCULE
La figure ci-dessous montre le schéma et le brochage du circuit intégré 7474 qui contient 2
bascules D «positive edge triggered» indépendantes.
III-2.3 Condition du bon fonctionnement de la bascule "D edge triggered"
La sortie recopie l’entrée au moment du front montant de l’horloge, l’entrée doit être
donc stable avant le front actif et doit être maintenue après le front de l’horloge.

14. BASCULE
tS+tH représente la durée minimale de la commande.
III-2.3 la bascule T ou Toggle.
Une bascule fonctionnant suivant le type T dispose d’une commande T. Elle change
d’état à chaque impulsion de la commande.
La commande T est matérialisée par l’horloge H.
Remarque : La bascule T est un diviseur de fréquence par 2 : L’équation de fonctionnement
est donnée par t
Q
t
Q 

En effet, après chaque commande la sortie change d’état ce qui signifie qu’elle prend la valeur
du complément.
La bascule T n’est pas commercialisée. Il faut la fabriquer à partir des autres bascules.
Exemple : Transformation d’une bascule D edge triggered en bascule T.
L’équation de la bascule D étant D
t
Q 

, il suffit de relier l’entrée D à la sortie Q pour
obtenir t
Q
t
Q 

.
III-5 La bascule JK

15. BASCULE
C’est une bascule disposant de deux entrées, respectivement appelées J et K. Comme
pour la bascule RS, l’entrée J sert à la mise à 1 et l’entrée K sert à la mise à 0.
La différence entre la bascule JK et la bascule RS réside dans le fait qu’il n’ y a plus
d’état interdit pour les entrées.
La combinaison J=K=1 est utilisée pour obtenir un fonctionnement type T. Son schéma de
principe est indiqué ci-dessous :
Q réinjectée dans la porte NAND 2 et Q réinjectée dans la porte NAND 1. La bascule JK à
déclenchement par FM ou par FD du signal d’horloge.
Supposons que Q=0 )1( Q
 Si J=1 et K=0, au front montant, on a 0S , donc Q passe à 1 et Q passe à 0.
 Si J=0 et K=1, au front montant, on a 01  RetS , donc Q passe à 0 et Q passe à
1.
 Si J=0 et K=0, au front montant, on a 11  RetS , aucun changement.
 Si J=1 et K=1, au front montant, on a 0et0  RS , donc Q passe à 1 et Q passe à
0. Au front suivant, Q passe à 0 et Q passe à 1, ce basculement continue à chaque
front.
En résumé on obtient la table suivante :
Exemple de chronogramme

16. BASCULE
Remarque : La bascule JK peut se substituer à n’importe qu’elle autre bascule. Il est facile de
fabriquer une bascule RST en effectuant la correspondance J=S et K=R et en s’interdisant
J=K=1.
* Dans le cas où J= K =Don obtient une bascule D.

17. BASCULE
* Si J=K=1 ou si Q= D ( c-à-d J=Q et K=Q) : La bascule JK fonctionne suivant le type T.
III-5 La bascule JK maitre-esclave
Dans les bascules qui se déclenchent sur un front actif du signal d’horloge, les entrées
de commande synchrone, J et K, doivent rester stable durant un temps minimal spécifié par le
constructeur.
La structure maître esclave évite cette contrainte. Elle est composée de deux bascules
Jk, câblé l’un à la suite de l’autre, mais avec une commande d’horloge complémentaire.
 La bascule maître reçoit les informations d’entrée et le front actif du signal d’horloge.
 La bascule esclave recopie la bascule maître sur le front opposé de l’horloge.

18. BASCULE
Les interrupteurs IM et IE sont commandés par le niveau du signal d’horloge par rapport à un
seuil déterminé.
On distingue 5 zones :
Zone 1 :
Zone 2 :

19. BASCULE
Zone 3 :
Zone 4 :
Zone 5 :
On peut remarquer qu’il n’existe pas de configuration où les deux interrupteurs sont
simultanément fermés, ce qui permet d’effectuer un rebouclage sortie entrée sans craindre une
instabilité.
Consulter les catalogues constructeurs pour voir les caractéristiques et l’usage de CI réalisant
les bascules.