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Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 1
Electronique NumériqueElectronique NumériqueElectronique Numérique
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 2
Famille des circuits Logique
• 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
Les circuits intégrés (logique) sont classés suivant leur caractéristiques et
performances électriques et leur technologies de fabrication
• Technologie Bipolaire
• Technologie CMOS
• BiCMOS
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 3
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 – 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
SN 74 LS 76 N
1 2 3 7 8
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 4
Conventions pour tension et courants
IOL
H
VIL
VIH
VOL
IIH
ICC
IOH
VOH
IIH
Vcc
IIL
IIL
IIL
IIL
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 5
Modèle simplifié d’une porte Logique
Logique
Vcc
Vo
Vi1
Vi2
Vin
Q1
Q2
Q1 fermé : sortie au niveau haut
Q2 fermé : sortie au niveau bas
Q1 et Q2 fermés : interdit par la logique (court circuit)
Q1 et Q2 ouvert : sortie en haute impédance
Q1 fermé : sortie au niveau haut
Q2 fermé : sortie au niveau bas
Q1 et Q2 fermés : interdit par la logique (court circuit)
Q1 et Q2 ouvert : sortie en haute impédance
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 6
Famille TTL : Transistor Transistor Logique
Utilise des transistors bipolaires.
S’alimente par 5V
constituée de plusieurs variantes :
Utilise des transistors bipolaires.
S’alimente par 5V
constituée de plusieurs variantes :
74 : TTL Standard, Obsolète , (10ns, 10 mW)
74 H : High Speed, Obsolète , (6ns, 22 mW)
74 L : Low Power, Obsolète , (33ns, 1 mW)
74 S : Schottky, remplacée par AS , (3ns, 19 mW)
74 LS : Low Power Schottky, fortement utilisée pendant longtemps,
elle est maintenant en perte de vitesse (10ns, 2 mW)
74 AS : Advanced Schottky , (1.5ns, 8 mW)
74 ALS : Advanced Low Powe Schottky , (4ns, 1 mW)
74 F : Fast , rare (3.7ns, 5.5 mW)
74 : TTL Standard, Obsolète , (10ns, 10 mW)
74 H : High Speed, Obsolète , (6ns, 22 mW)
74 L : Low Power, Obsolète , (33ns, 1 mW)
74 S : Schottky, remplacée par AS , (3ns, 19 mW)
74 LS : Low Power Schottky, fortement utilisée pendant longtemps,
elle est maintenant en perte de vitesse (10ns, 2 mW)
74 AS : Advanced Schottky , (1.5ns, 8 mW)
74 ALS : Advanced Low Powe Schottky , (4ns, 1 mW)
74 F : Fast , rare (3.7ns, 5.5 mW)
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 7
Porte TTL élémentaire 7400
R1
R2
R4
R3
4K
1.6K
130Ω
D3
1K
Q1 Q2
Vo
Vcc=5V
Q3
Vi1
Vi2
Q4
14 13 12 811 10 9
1 2 3 74 5 6
GND
Vcc
B1
B2
C1
B3
B4
Le transistor Q1 ne fonctionne pas en
transistor mais seulement comme
trois diodes reliée par leurs anodes
Vi1=Vi2=0 VB1 = 0.7V
Q2 et Q4 bloqués
Q3 conduit et la sortie est de
l’ordre de 4 Volts
Vi1 = Vi2 = 5V, si les jonctions B1-Ei
conduisent VB1=5.7V c’est trop
pour les 3 jonctions en série
Les jonctions B1-C1, B2-E2 et
B4-E4 conduisent VB1= 2.1V
les jonction d’entrée bloquées
Q2,Q4 saturé, VB3=0.9V Q3
bloqué la sortie est de l’ordre
de 0.2V
Le transistor Q1 ne fonctionne pas en
transistor mais seulement comme
trois diodes reliée par leurs anodes
Vi1=Vi2=0 VB1 = 0.7V
Q2 et Q4 bloqués
Q3 conduit et la sortie est de
l’ordre de 4 Volts
Vi1 = Vi2 = 5V, si les jonctions B1-Ei
conduisent VB1=5.7V c’est trop
pour les 3 jonctions en série
Les jonctions B1-C1, B2-E2 et
B4-E4 conduisent VB1= 2.1V
les jonction d’entrée bloquées
Q2,Q4 saturé, VB3=0.9V Q3
bloqué la sortie est de l’ordre
de 0.2V
E1
E2
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 8
Caractéristique de transfert
Si on fait varier la tensions d’entrée entre 0 et
5V. On obtient la caractéristique de la porte.
D’après cette courbe on peut essayer de
déterminer les niveaux logiques :
Si on fait varier la tensions d’entrée entre 0 et
5V. On obtient la caractéristique de la porte.
D’après cette courbe on peut essayer de
déterminer les niveaux logiques :
Niveau bas en entrée : [0V-1.2V]
Niveau Haut en entrée : [1.3V-5VV]
Niveau bas en sortie : 0.2V
Niveau haut en sortie : [2.8V – 4V]
Niveau bas en entrée : [0V-1.2V]
Niveau Haut en entrée : [1.3V-5VV]
Niveau bas en sortie : 0.2V
Niveau haut en sortie : [2.8V – 4V]1
2
3
4
1 2 3 4
Vo
Vi
0.4
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 9
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
1
2
3
4
1 2 3 4
Vo
Vi
0.4
5
Il faut donc prendre une
MARGE de sécurité
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 10
Bas
Haut
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
1
2
3
4
1 2 3 4
Vo
Vi
0.4
5
VILmax VIHmin
VILmax = 0.8 V
VIHmin = 2 V
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 11
Les niveaux de sortie
C’est la porte qui impose la tension de SORTIE mais :
L H
IOH
Si on demande trop de courant à
une sortie au niveau haut, alors la
tension de sortie baisse
H L
IOL
Vcc
Faible
charge
Faible
charge
Si on injecte trop de courant à une
sortie au niveau bas, alors la
tension de sortie monte
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 12
Zone interdite
Bas
Haut
Niveau logique TTL en Sortie
1
2
4
1 2 3 4
Vo
Vi
0.4
5
VOLmax
VOHmin
VOLmax = 0.4 V
VOHmin = 2.4 V
3
2.4
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 13
Niveaux logique de la famille TTL 5V (récap)
Bas
haut
0.8
2
0
5
Bas
haut
0.4
2.4
0
5
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 14
Bas
haut
0.8
2
0
5
Bas
haut
0.4
2.4
5
Immunité au bruit
A B
Les signaux issus de la porte A doivent être
interprétés correctement par la porte B
0
Marge de
sécurité
Marge de
sécurité
Immunité au bruit : ΔVN = 0.4 V
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 15
Autre façon de Voir l’immunité au bruit
Impulsion
parasite
VIHmin
VILmax
t
0.8
0.4
2
2.4
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 16
Les courants d’entrée
IIL
IILmax = 1.6 mA
IIH
IIHmax = 40 µA
Niveau Haut
Niveau Bas
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 17
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
IIL
IIL
IIL
I0H
IIH
V0L
IIH
IIH
IIH
I0H
V0H
V0H
Si IOL augmente
Alors VOL augmente
Risque de dépasser 0.4 V
Ne sera plus interprétée
Comme niveau bas
[0V - 0.4V]
[2.4V - 4V]
Si IOH augmente
Alors VOL diminue
Risque de passer en dessous de 2.4 V
Ne sera plus interprétée
Comme niveau haut
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 18
Courant de Sortie fam TTL
Les constructeurs garantissent que dans le cas le plus
défavorable :
Niveau Bas : la tension de sortie VOL reste inférieure à
VOLmax = 0.4 V tant que le courant de sortie IOL (injécté
dans la porte) reste inférieur à 16 mA
Niveau Haut : la tension de sortie VOH reste supérieure
à VOHmin = 2.4 V tant que le courant de sortie IOH
(fourni par la porte) reste inférieur à 0.4 mA
Les constructeurs garantissent que dans le cas le plusLes constructeurs garantissent que dans le cas le plus
défavorable :défavorable :
Niveau BasNiveau Bas : la tension de sortie V: la tension de sortie VOLOL restereste inférieureinférieure àà
VVOLmaxOLmax = 0.4 V tant que le courant de sortie I= 0.4 V tant que le courant de sortie IOLOL ((injéctéinjécté
dans la porte) reste inférieur àdans la porte) reste inférieur à 1616 mAmA
Niveau HautNiveau Haut : la tension de sortie V: la tension de sortie VOHOH reste supérieurereste supérieure
àà VVOHminOHmin = 2.4 V tant que le courant de sortie I= 2.4 V tant que le courant de sortie IOHOH
(fourni par la porte) reste inférieur à(fourni par la porte) reste inférieur à 0.40.4 mAmA
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 19
Les courants de la famille TTL
IILmax = 1.6 mAIIILmaxILmax = 1.6= 1.6 mAmA
IIHmax = 40 µAIIIHmaxIHmax = 40 µA= 40 µA IOLmax = 16 mAIIOLmaxOLmax = 16= 16 mAmA
IIHmax = 0.4 mAIIIHmaxIHmax = 0.4= 0.4 mAmA
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 20
Sortance
La SORTANCE représente le nombre max de
portes que l’on peut brancher à la sortie d’une
autre porte sans dégrader les niveaux logiques
LaLa SORTANCESORTANCE représente le nombre max dereprésente le nombre max de
portes que l’on peut brancher à la sortie d’uneportes que l’on peut brancher à la sortie d’une
autre porte sans dégrader les niveaux logiquesautre porte sans dégrader les niveaux logiques
16mA
V0L
1.6mA
1.6mA
1.6mA
1.6mA
0.4mA
V0H
40µA
40µA
40µA
40µA
Sortance = = = 10SortanceSortance = = = 10= = = 10
IOLmax
IILmax
IOHmax
IIHmax
IOLmax
IILmax
IOHmax
IIHmax
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 21
Puissance Dissipée
5V
Icc
La porte ne consomme pas le même courant quand
sa sortie est au niveau haut et au niveau bas
La porte ne consomme pas le même courant quandLa porte ne consomme pas le même courant quand
sa sortie est au niveau haut et au niveau bassa sortie est au niveau haut et au niveau bas
ICCHtyp = 1mAIICCHtypCCHtyp = 1mA= 1mA ICCLtyp = 3mAIICCLtypCCLtyp = 3mA= 3mA
mW105V
2
3mA1mA
Pdtyp =×
+
=
La consommation augmente légèrement avec la fréquence. On peut
considérer la valeur de 10 mW valable jusqu’à une fréquence de 1 MHz
La consommation augmente lLa consommation augmente lééggèèrement avec la frrement avec la frééquence. On peutquence. On peut
considconsidéérer la valeur de 10rer la valeur de 10 mWmW valable jusquvalable jusqu’à’à une frune frééquence de 1 MHzquence de 1 MHz
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 22
Comportement dynamique
Entrée
Sortie
TPHL TPLH
TPHLtyp = 8nsTTPHLtypPHLtyp = 8ns= 8ns TPLHtyp = 12nsTTPLHtypPLHtyp = 12ns= 12ns
TPtyp = 10nsTTPtypPtyp = 10ns= 10ns
MHz
nsTT
F
PHLPLH
max 50
20
11
==
+
=
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 23
Porte collecteur Ouvert
La majorité des circuit TTL on des sortie totem-pole
Certains circuits ont des sorties Collecteur Ouvert
La partie haute du totem-pole a été supprimée
La majorité des circuit TTL on des sortie totem-pole
Certains circuits ont des sorties Collecteur Ouvert
La partie haute du totem-pole a été supprimée
R4
130Ω
D3
5V
Q3
Q4
Totem pole
Q2
Vo
5V
Vi1
Vi2
Q4
Q1
Si Q4 est conducteur, la sortie est au
niveau bas
Si Q4 est bloqué, la sortie est
déconnectée. Le niveau haut, peut
être obtenu par une résistante externe
Si Q4 est conducteur, la sortie est au
niveau bas
Si Q4 est bloqué, la sortie est
déconnectée. Le niveau haut, peut
être obtenu par une résistante externe
Vc
Porte collecteur
Ouvert
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 24
Avantage des portes collecteur ouvert
La tension Vc peut aller jusqu’à 30v et le courant absorbé par
la porte peut aller jusqu’à 40 mA. Cela permet par exemple
de commander un Relais directement
On peur connecter deux sorties pour faire un ET câblé : Pour
que la sortie soit H, il faut que les deux sorties soit H
La tension Vc peut aller jusqu’à 30v et le courant absorbé par
la porte peut aller jusqu’à 40 mA. Cela permet par exemple
de commander un Relais directement
On peur connecter deux sorties pour faire un ET câblé : Pour
que la sortie soit H, il faut que les deux sorties soit H
Vc
Vc
relais
ET cablé
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 25
Porte à Sortie 3 états (Tristate)
3 niveaux logiques :
Niveau Bas (L)
Niveau Haut (H)
Niveau Haute Impédance (HZ)
3 niveaux logiques :
Niveau Bas (L)
Niveau Haut (H)
Niveau Haute Impédance (HZ)
5V
QH
QL
ComQH
ComQL
Étage de sortie
sortie
ComHZ
ComHZ
ComHZ = 1 : fonctionnement
normal : sortie 2 états
ComHZ = 0 : 2 transistors
bloqués, sortie déconnectée =
haute impédance
ComHZ = 1 : fonctionnement
normal : sortie 2 états
ComHZ = 0 : 2 transistors
bloqués, sortie déconnectée =
haute impédance
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 26
TTL : Sorties 3 états (2)
R1
R2
R4
R3
4K
1.6K
130Ω
D3
1K
Q1 Q2Vi1
Vo
Vcc=5V
Q3
Vi2
Q4Vc
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 27
Utilisation des circuits tristate
Circuit 1Circuit 1
Circuit 1Circuit 1
Circuit 1Circuit 1
BUS
HZ
HZ
HZ
Seul le circuit qui est
sélectionné pour écrire
dans le bus doit être en
basse impédance, tous
les autres doivent être
déconnectés c.a.d en
haute impédance
Seul le circuit qui est
sélectionné pour écrire
dans le bus doit être en
basse impédance, tous
les autres doivent être
déconnectés c.a.d en
haute impédance
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 28
Porte avec entrée Trigger de Schmitt
1
2
3
4
0.4 0.8 1.2 1.6 2
Vi
Vo
La caractéristique de transfert
comporte un hystérésis. Le seuil
de basculement H-L n’est pas le
même que le seuil de
basculement L-H
La caractéristique de transfert
comporte un hystérésis. Le seuil
de basculement H-L n’est pas le
même que le seuil de
basculement L-H
Mise en forme des signaux,
retardateur d'impulsions,
élargisseur d'impulsions,
oscillateurs
Mise en forme des signaux,
retardateur d'impulsions,
élargisseur d'impulsions,
oscillateurs
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 29
Mise en forme des signaux
Signal variant lentement
Oscillations
Basculement
instantané
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 30
TTL Schottky et Low Power Schottky
R1
R2 R6
2.8K
50Ω
Vi1
Vo
Vcc=5V
Vi2
D2
Q4
Q5
Q1 Q2
Q3
D1
R4
R5
3.5k
R3
900Ω
500Ω 250Ω
Q6
R1 R2 R3
R4
20K 8K 120Ω
1.5k
Vi1
Vo
Vcc=5V
Vi2
D1
D2
D4
Q4
Q5
Q1
Q2
Q3
D3
R6
3k
12k
R7 4k
R5
Ces technologies utilise des diodes et des transistors Schottky qui on
la particularité de ne pas se saturer et de commuter plus
rapidement. En baissant la valeur des résistance sur la 74S, on
accélère la commutation mai on augmente la consommation
Ces technologies utilise des diodes et des transistors Schottky qui on
la particularité de ne pas se saturer et de commuter plus
rapidement. En baissant la valeur des résistance sur la 74S, on
accélère la commutation mai on augmente la consommation
74S00
74LS00
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 31
Quelques courbes
VOH
VOL
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 32
Tableau comparatif
0.20.50.421.6IILmax (mA)
2020205040IIHmax (µA)
125
1
20
19
3
2.7
0.5
2
0.8
74S
0.50.50.50.4VOLmax
0.80.80.80.8VILmax
2222VIHmin
2.52.72.72.4VOHmin
702004035Fmax (Mhz)
0.420.40.4IOHmax (mA)
88816IOLmax (mA)
18.5210Pd (mW)
41.59.510Tp (ns)
74ALS74AS74LS74
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 33
Famille CMOS (MOS Complémentaire)
Fabriquée avec des MOS à enrichissement canal N et canal P
Consommation quasi nulle en basse fréquence
A l’origine très lente (série 4000), aujourd’hui, on sait fabriquer
des circuit CMOS rapide
Souplesse d’alimentation 3V < Vdd-Vss < 18
Meilleure immunité au bruit
Fabriquée avec des MOS à enrichissement canal N et canal P
Consommation quasi nulle en basse fréquence
A l’origine très lente (série 4000), aujourd’hui, on sait fabriquer
des circuit CMOS rapide
Souplesse d’alimentation 3V < Vdd-Vss < 18
Meilleure immunité au bruit
D
S
BG
D
S
BG
I D
VGB
ID
VGB
VTHVTH
VGS VTH< OFF , R =1010 Ω
VGS VTH>> ON , R = qq 100enes Ω
VGS
VTH>
VGS
VTH<<
=1V = -1V
OFF , R =1010 Ω
ON , R = qq 100enes Ω
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 34
Structure de la porte élémentaire
VDD
VSS
Vi Vo
Q1
Q2
Vdd
Vss
Vo
Vi
VT
VDD
VSS
Vi Vo
Q1
Q2
Buffer
2
VV
V SSDD
T
+
=
Vss Vdd
Sans buffer
Avec buffer
Vdd
Vss
Vo
Vi
VT
Vss Vdd
Vss = 0 pour simplifier
Vi=0, VGS1=-Vdd, VGS2=0,
Q1:ON, Q2:OFF, Vo=Vdd
Vi=Vdd, VGS1=0, VGS2=Vdd,
Q1:OFF, Q2:ON, Vo=0
Vss = 0 pour simplifier
Vi=0, VGS1=-Vdd, VGS2=0,
Q1:ON, Q2:OFF, Vo=Vdd
Vi=Vdd, VGS1=0, VGS2=Vdd,
Q1:OFF, Q2:ON, Vo=0
n
P
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 35
Porte NAND et NOR
VSS
Vi1
Vo
Vi2
Vi1
VDDVDD
VSS
Vo
Q1 Q2
Q3
Q4
Q1
Q2
Q3 Q4
Vi2
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 36
Niveaux logiques
Vdd
Vo
Vi
VT
Bas Haut0
Vdd
∆Vi ∆Vi
Sans buffer : ∆Vi = 20% VDD
Avec buffer : ∆Vi = 30% VDD
Sans buffer : ∆Vi = 20% VDD
Avec buffer : ∆Vi = 30% VDD
H
L
∆Vo
∆Vo
Io < 1µA : ∆Vo = 0.05V
Io < 0.5mA : ∆Vo = 10%Vdd
Io > 0.5mA : voir courbes
Io < 1µA : ∆Vo = 0.05V
Io < 0.5mA : ∆Vo = 10%Vdd
Io > 0.5mA : voir courbes
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 37
Courants de la famille CMOS
Vdd=5v Vss=masse
1
2
3
4
1 2 543
VOL
IOL
5
mA
25°
1
2
3
4
1 2 543
VOH
5
IOH
mA6 7 8
25°
VDD
VSS
Vi Vo
Q1
Q2
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
Vdd
IOH
VOH
charge
Vdd
IOL
VOL
charge
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 38
Bas
haut
0
5
Bas
haut5
Immunité au bruit
A B
Les signaux issus de la porte A doivent être interprétés correctement par la porte B
0
Marge de
sécurité
Marge de
sécurité
Immunité au bruit : ΔVN = ΔVi - ΔVo
On peut augmenter l’immunité en augmentant l’alimentation
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 39
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 40
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)
100
t p(ns)
CL(pF)
200
100 200
T=25°C
5V
10V
15V
RDS
VDD
Ccharge
)(
1
thGS
DS
VVk
R
−
=
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 41
Consommation
Vi
Idd
1k 10k 100k 1M
0.5
1
1.5
f(Hz)
P(mw)
Vo
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
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 42
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 43
Pinout de la famille 74C
14 13 12 811 10 9
1 2 3 74 5 6
GND
Vcc
14 13 12 811 10 9
1 2 3 74 5 6
GND
Vcc
7400
74C00
74xx00
CD 4011
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
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
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 44
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
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 45
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 46
Famille BiCMOS : BCT, ABT …
Vi
Vcc
n
p
D1
Q1
inverseur
d'entrée
chute de
tension
contre
réaction
Vo
Vcc
D1
R2
Q2
Q3
R1
M1
Avantages de CMOS : Faible consommation, courant d’entrée nul
Avantage de Bipolaire : Courant de sortie important (Driving
capability)
Avantages de CMOS : Faible consommation, courant d’entrée nul
Avantage de Bipolaire : Courant de sortie important (Driving
capability)
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 47
Interface TTL-CMOS-TTL
TTL CMOS
CMOS TLL
Aucune interface n’est nécessaire
TTLCMOS
5V
2kΩ
TTL CMOS
VOH garanti par TTL = 2.4V
insuffisant pour CMOS
La résistance de pull up garanti
Niveau haut > 4.6V
Niveau bas < 0.4V
5V
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
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 51
Les circuits
Combinatoires
Usuels
Les circuits
Combinatoires
Usuels
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 52
Les multiplexeurs
Choisir une voie parmi N
Le choix se fait par n entrées adresse
Il faut que 2n ≥ N
A1 An-1A0
E0
E1
EN-1
SN
n
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 53
Multiplexeur 1 parmi 4
103102101100 AAEAAEAAEAAES +++=S
E0
E1
E3
E2
A0A1
S
E0
E1
E3
E2
A0A1
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 54
Association de multiplexeurs
A1A0
E 0
E 1
E 2
E 3
E 4
E 5
E 6
E 7
E 8
E 9
E 10
E 11
E 12
E 13
E 14
E 15
A2 A3
S
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 55
Sélectionner un mot parmi 4
A0
A1
S4
S5
S6
S7
S0
S1
S2
S3
A3
A4
D
B
B
A6
B
C
D
C
D
B
A
A7
C
C
D
A3
A0
D0
B 0
B2
A2
1B
C2
D2
C3
D3
3B
A1
A3
C0
C1
D1
5
4
5
6
7
4
4
5
5
6
6
7
7
MXR 1/4
0
1
2
3
4
5
6
7
N mots multiplexeurs 1/N
M bits M multiplexeurs
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 56
Réalisation de fonctions
Mux
4 vers 1
S = F
a b F
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
0
1
a b
1
0
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 57
Réalisation d’une fonction simplifiée
DACABF ++=
D C B A
1
1
00
01
10
11
F
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 58
Multiplexeur du commerce : exemple
E
E
E
E
E
E
E
E
S
S
0
1
2
3
4
5
6
7
A0A1A2E
74LS151
E = 0 Multiplexeur
E = 1 S= 0 ∀ Ai et Ei
SS
E
E
E
E
E
E
E
E
15
14
13
12
11
10
9
8
S
74LS151
E
E
E
E
E
E
E
E
0
1
2
3
4
5
6
7
S
A0A1A2
E
E
A3
S
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 59
Les démultiplexeurs
E N
n
An-1 A1 A0
S0
S1
SN-1
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 60
Démultiplexeur 1 / 4
210
010
011
010
AEAS
AEAS
AAES
AAES
=
=
=
=
E
S0
S1
S2
S3
A0A1
E
S0
S1
S2
S3
A0A1
Sortie non
sélectionnée
= 0
Sortie non
sélectionnée
= 1
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 61
Décodeur
Un décodeur est un démultiplexeur particulier
La sortie sélectionnée = 0
Les sorties non sélectionnées = 1
S0
S1
S2
S 3
A0A1
S0
S1
S 2
S 3
A0A1
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 62
Décodeur / Démultiplexeur du commerce
S 0
S 1
S 2
S 3
S 4
S 5
S 6
S 7
S 8
S 9
S 10
S 11
S 12
S 13
S 14
S 15
A0 A1A2A3
G0
G1
74154
G1 G0
0 0 décodeur
0 entrée
entrée 0
1 1 Inhibé : toutes les sorties = H
Démultiplexeur
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 63
Les circuits d’identification : Comparateurs
iiiiiii bababaS ⊕=+=
a0
a1
S
an
b0
b1
bn
A = B S=1
A ≠ B S=0
A
B
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 :
ai
bi
0 1
0
1
1
10
0
a i
b i
S
i
a 1
a 0
a n
b0
b1
bn
S
So
S1
Sn
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 64
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
OA>B
74LS85
Comparateur du commerce : 74LS85
Comparateur de 2 mots de 4 bits
A > B OA>B = H, OA=B = L, OA<B = L
A < B OA<B = H, OA=B = L, OA>B = L
A = B OA=B est connectée à IA=B
pour les autres, sorties voir tableau
OA=B
OA<B
IA>B
IA=B
IA<B
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 65
Cascadage des 74LS85
- Pour le comparateur de plus faible poids :
IA<B= L, IA>B = L, IA=B= H
- Pour les autres, connecter les entrées de
cascadage aux sortie coresponsables
-- Pour le comparateur de plus faible poids :Pour le comparateur de plus faible poids :
IA<B= L, IA>B = L, IA=B= H
-- Pour les autres, connecter les entrPour les autres, connecter les entréées dees de
cascadagecascadage aux sortie coresponsablesaux sortie coresponsables
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
74LS85
OA=B
OA>B
OA<B
A4
A5
A6
A7
B4
B5
B6
B7
74LS85
An-4
An-3
An-2
An-1
74LS85
OA=B
OA>B
OA<B
OA=B
OA>B
OA<B
IA=B
IA>B
IA<B
IA=B
IA>B
IA<B
IA=B
IA>B
IA<B
0
1
Bn-4
Bn-3
Bn-2
Bn-1
Pour comparer Deux mots de plus de 4 bits chacun :Pour comparer Deux mots de plus de 4 bits chacun :Pour comparer Deux mots de plus de 4 bits chacun :
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 66
Les circuits Arithmétique : Additionneur
aoa1a2an-1
bob1b2bn-1 +
s os 1s 2s n-1
r or 1r n-2
r n-1
ri-1bi ai
s ir i
b 3 a 3
s 3r 3
b 2 a 2
s 2
r 2
b 1 a 1
s 1
r 1
b 0 a 0
s 0
r 0
ΣΣΣΣ
re
Σ
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 67
Additionneur élémentaire
r 00 01
0
1 10
0
biai
i-1 11 10
1
0 1 0
1
( ) ( )
rbas
bar+bars
babarbabars
1iiii
ii1iii1ii
iiii1iiiii1ii
−
−−
−−
⊕⊕=
⊕⊕=
+++=
r 00 01
0
1
1
1 0
0
biai
i-1 11 10
1 0
1 0
Si Ri
r i-1a ibi
r i s i
( )ii1iiii
1iii1iiiiii
barbar
rbarbabar
⊕+=
++=
−
−−
Half adder
full adder
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 68
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
calcul
r0
calcul
r1
calcul
r2
calcul
r3
ΣΣΣ Σ
aoboa1a2 b1b2b3 a3
s os 1s 2s 3r 3
re
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 69
Bloc de génération de la retenue
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
( ) 1iiiiii rbabar −++=
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
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 70
Exemple additionneurs du commerce
reaoa1bob1
sos1r1
7482 calcul
r0
calcul
r1
calcul
r2
calcul
r3
ΣΣΣ Σ
aoboa1a2 b1b2b3 a3
sos1s2s3r 3
re
74LS83
Additionneur
série 2 bits Additionneur à retenue
anticipée 4 bits
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 71
Afficheurs 7 segments
a
b
c
d
e
f
g
a b c d e f g
AC
a b c d e f g
CC
Se commandent
par niveau haut
Se commandent
par niveau bas
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 72
Décodeur BCD 7 segments – Cathode commune
CBBACACBAd
CBBADCBgCABc
CABADBCfABCBAb
BACAeACDABCAa
+++=
+++=++=
+++=++=
+=+++=
a
b
c
d
e
f
g
BA
DC
00 01 11 10
00 1 0 1 1
01 0 1 1 0
11 x x x x
10 1 1 x x
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 73
Pilotage des afficheur 7 segments
R R R
Vcd
Décodeur
a
b
g
a b g
R
Décodeur
a
b
g
abg
R R
R
Vcd
Décodeur
a
b
g
abg
R R
Anode Commune
Commande par
niveau bas
Décodeur à sortie
totem-pole ou
collecteur ouvert
dn
Dcd
I
VV
R
−
=
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
dn
Dcd
I
VV
R
−
=
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 74
Décodeurs BCD-7seg du commerce
A
B
C
D
a
b
c
d
e
f
g
LT
BI/RBO
RBI
N
7446/47/48
A
B
C
D
a
b
c
d
e
f
g
BI
N
7449
ABCD
abcdefg
LT
RBORBI
ABCD
abcdefg
LT
RBORBI
ABCD
abcdefg
LT
RBORBI
ABCD
abcdefg
LT
RBORBI
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
L’entrée RBI et la sortie RB0 permettent de ne pas afficher les zéros de gauche
0
N ≠ 0 , il est affiché et RBO = 1
N = 0, l'afficheur est éteint et RBO = 0
1 N affiché ∀ sa valeur, RBO = 1
RBI
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 75
Les circuits
Séquentiels
Usuels
Les circuits
Séquentiels
Usuels
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 76
Bascule RS et RSH
S R Q
0 0 indéterminé
0 1 0
1 0 1
1 1 mémoire
H=1 Table de vérité
H=0 mémoire
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 77
Bascule JK et JKH
J K Q
0 0 mémoire
0 1 0
1 0 1
1 1 basculement
H=1 Table de vérité
H=0 sorties inchangées
La bascule JK lève l’indétermination du cas entrées = 00
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 78
Les bascules réagissant sur front d’horloge
Deux techniques :
Utiliser un détecteur de front sur l’entrée horloge
Utiliser une structure Maître Esclave
Utiliser un détecteur de front sur l’entrée horloge
Utiliser une structure Maître Esclave
Bascule en permanence dans l’état Mémoire
sauf pendant les fronts de l’horloge
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 79
Bascule JK avec détecteur de Front descendant
Détecteur
De front
Q
/Q
H’
J
K
H
H
H’
H J K Q
0 0 mémoire
0 1 0
1 0 1
1 1 basculement
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 80
Exemples de détecteurs de front
On exploite le retard
élémentaire des
portes logiques
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 81
Bascule RS Maître Esclave
H S R Q
0 0 ?
0 1 0
1 0 1
1 1 mémoire
H
Maître transparent
Esclave Opaque
Maître Opaque
Esclave Transparent
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 82
Bascule JK Maître Esclave
H S R Q
0 0 mémoire
0 1 0
1 0 1
1 1 basculement
H
Maître transparent
Esclave Opaque
Maître Opaque
Esclave Transparent
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 83
Bascule D
Q
/Q
H
D Q
/Q
H
D
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
H
Q
D
H
D
Q
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 84
Convention de dessin
Bascule réagissant sur
niveau haut de H (latch)
J
K
Q
Q
H
J
K
Q
Q
H
J
K
Q
Q
H
J
K
Q
Q
Bascule réagissant sur
niveau bas de H (latch)
Bascule réagissant sur
front montant de H
Bascule réagissant sur
front descendant de H
H
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 85
Entrée de forçage Clear et Preset
Q
/Q
H
J
K
C
P
Q
/Q
H
J
K
C
P
L’entrée C force la sortie à 0 ∀ J, K, H
L’entrée P force la sortie à 1 ∀ J, K, H
Il ne faut pas activer C et P simultanément
L’entrée C force la sortie à 0 ∀ J, K, H
L’entrée P force la sortie à 1 ∀ J, K, H
Il ne faut pas activer C et P simultanément
C et P actifs au
niveau bas
C et P actifs au
niveau haut
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 86
Application : Circuit Anti-rebond
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 87
Les
Registres
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 88
Registres
Q
H
DA0 Q0
Q
H
DA1 Q1
Q
H
DA2 Q2
Q
H
DA3 Q3
H
Un registre est une association de
N bascules réalisant la fonction de
mémoire N bits
Au front d’horloge, l’information
A3A2A1A0 est copiée dans
Q3Q2Q1Q0 et y reste jusqu’au
prochain front
Un registre est une association de
N bascules réalisant la fonction de
mémoire N bits
Au front d’horloge, l’information
A3A2A1A0 est copiée dans
Q3Q2Q1Q0 et y reste jusqu’au
prochain front
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 89
Registre Latch
Q
H
DA0 Q0
Q
H
DA1 Q1
Q
H
DA2 Q2
Q
H
DA3 Q3
H
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
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
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 90
Exemple de registre commercialisé
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 91
Registres à décalage
J/S
Clk
K/R
Q
Q
Clk
Q
Q
Clk
Q
Q
Clk
Q
Q
ES
Clk
A B C D (SS)
J/S J/S J/S
K/R K/R K/R
D
Clk
Q D
Clk
Q D
Clk
Q D
Clk
Q
ES
Clk
A B C D (SS)
A chaque coup d’horloge, le contenu d’une bascule est remplacé par celui de la
bascule à sa gauche tous les bits sont alors décalés vers la droite
ES constitue l’entrée série,
ABCD constituent les sorties parallèle,
SS est la sorties série
A chaque coup d’horloge, le contenu d’une bascule est remplacé par celui de la
bascule à sa gauche tous les bits sont alors décalés vers la droite
ES constitue l’entrée série,
ABCD constituent les sorties parallèle,
SS est la sorties série
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 92
Registre à décalage avec chargement parallèle synchrone
ES
H
D Q D Q D Q D Q
S/L
A B C D
QA QB QC QD
H H HH
SS
ES : Entrée séries
A B C D : entrées parallèles
QA QB QC QD : sorties parallèles
SS : sorties série
S/L : entrée de control :
S/L = 1 : décalage
S/L = 0 : chargement parallèle
synchrone (au coup d’horloge)
ES : Entrée séries
A B C D : entrées parallèles
QA QB QC QD : sorties parallèles
SS : sorties série
S/L : entrée de control :
S/L = 1 : décalage
S/L = 0 : chargement parallèle
synchrone (au coup d’horloge)
H
S/L
Chargement décalage
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 93
Registre à décalage avec chargement parallèle asynchrone
S/L = 0 chargement parallèle sans attendre le coup d’horloge
H
D P Q
H
D P Q
H
D P Q
H
D P Q
A B C D
QA QB QC
QD SS
ES
H
S/L
CC C C
Adechargementbasculeladeràu0,P1,C1ASi
Adechargementbasculeladeràz1,P0,C0ASi
APA,C0S/L
décalagelibresbscules1PC1S/L
⇔==⇒=
⇔==⇒=
==⇒=
⇒⇒==⇒=
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 94
Registre à décalage bidirectionnel
Q
H
D Q
H
D Q
H
D Q
H
D
QA QB QC QD
MXR MXR MXR MXRESG
ESD
H
Dir
ESG : entrée série gauche
ESD : entrée série droite
Dir = 0 ⇒ décalage à gauche
Dir = 1 ⇒ décalage à droite
ESG : entrée série gauche
ESD : entrée série droite
Dir = 0 ⇒ décalage à gauche
Dir = 1 ⇒ décalage à droite
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 95
Registre à décalage Universel
QA QB QC QD
ESG
ESD
H
SL0
Q
H
DMXR Q
H
DMXRQ
H
DMXR
Q
H
DMXR
SL1
A B C D
SL1 SL0
0 0 Décalage à gauche
0 1 Décalage à droite
1 0 Chargement parallèle synchrone
1 1 Non utilisé
MXR MXR MXR
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 96
Les
Compteurs
Asynchrones
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 97
Conteur Asynchrone
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
A B C D
H
0
1 0 1 0 1 0 1 0 10 1 0 10 1 0
10 0 0 0 0 0
0 00 00 00 0
0 00 0 0 00 0
0 0
0
0
11 1 1 11 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
1
0
0
0
H
A
B
C
D
Décimal
J = K = 1 Basculement à chaque coup d’horlogeJ = K = 1 Basculement à chaque coup d’horloge
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 98
Pourquoi asynchrone ?
États transitoires
A
B
C
D
7 86 4 0
Tp Tp Tp
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
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
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 99
Décompacteur asynchrone
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
A B C D
H
0
101010101 0101 010
1 000000
00 00 00 00
00 0000 00
00
0
0
1 1111 11
11111111
11111111
01234567891011121314150
H
A
B
C
D
Décimal
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
A B C D
H
Q
/Q
H
J
K
1
1
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 100
Décompteur , autre méthode
/A /B /C /D
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
H
A B C D
/A/B/C/DABCD
00000111115
11000011114
20100101113
31100001112
40010110111
51010010110
6011010019
7111000018
8000111107
9100101106
10010110105
11110100104
12001111003
13101101002
14011110001
15111100000
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 101
Compteur décompteur Asynchrone
H
Dir
J
K
H
Q
/Q
1
1
J
K
H
Q
/Q
1
1
J
K
H
Q
/Q
1
1
J
K
H
Q
/Q
1
1
Q0 Q1 Q2
MXRMXR MXR
Q3
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.
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 102
Compteur décompteur Asynchrone Amélioré
Dir
J/K
H123
J
K
H
Q
/Q
H
Dir
Q0 Q1 Q2
J
K
H
Q
/Q
J
K
H
Q
/Q
J
K
H
Q
/Q
MXR MXR MXR
Q3
L’idée est de mettre les bascules en mode mémoire (J = K = 0)
pendant le basculement des horloges entre Q et /Q
L’idée est de mettre les bascules en mode mémoire (J = K = 0)
pendant le basculement des horloges entre Q et /Q
Détecteur de front
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 103
Compteur modulo N
Compteur n bitsCompteur n bits Compteur modulo 2nCompteur modulo 2n
Compteur modulo N < 2nCompteur modulo N < 2n Détecter N et ràz le
Compteur
Détecter N et ràz le
Compteur
Compteur n bits
C
Détecteur
de N
H
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 104
Compteur modulo 10 : Décade
Compteur 4 bits
C
H
ABCD
On détecte le 10 = 1 0 1 0 et on s’en
sert pour remettre le compteur à 0
On détecte le 10 = 1 0 1 0 et on s’en
sert pour remettre le compteur à 0
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 105
Réalisation d’une décade par action sur les entrées JK
ABCD
00000
10019
00018
11107
01106
10105
00104
11003
01002
10001
00000
Le bit A change d’état à chaque impulsion d’horloge, on utilise
une bascule avec HA = Clk, J=K=1
Le bit B change à chaque front descendant de A sauf pour la
transition 9→0, dans ce cas on va forcer la bascule à l’état
mémoire HB = A, J = K=/D
Le bit C ne pose pas de problème, il change à chaque front
descendant de B Hc=B, J=K=B
L’horloge de la bascule D ne peut être commandée par le bit
C seul car celui-ci n’a pas de transition pour le passage 9→10,
il faut trouver un signal qui a un front descendant après 7 et
après 9, le signal C+DA présente cette condition
Le bit A change d’état à chaque impulsion d’horloge, on utilise
une bascule avec HA = Clk, J=K=1
Le bit B change à chaque front descendant de A sauf pour la
transition 9→0, dans ce cas on va forcer la bascule à l’état
mémoire HB = A, J = K=/D
Le bit C ne pose pas de problème, il change à chaque front
descendant de B Hc=B, J=K=B
L’horloge de la bascule D ne peut être commandée par le bit
C seul car celui-ci n’a pas de transition pour le passage 9→10,
il faut trouver un signal qui a un front descendant après 7 et
après 9, le signal C+DA présente cette condition
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
Q
/Q
H
J
K
1
1
Q
/Q
H
J
K
1
1
A B C D
H
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 106
Division de fréquence
Une bascule divise
la fréquence par 2
Une bascule divise
la fréquence par 2
Q
H
J
K
1
1
H
Q
Une compteur modulo N
divise la fréquence par N
Fréquence du MSB =
fréquence de l’horloge / N
Une compteur modulo N
divise la fréquence par N
Fréquence du MSB =
fréquence de l’horloge / N
Compteur
modulo N
H
…
f
f/N
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1
A
B
C
ràz ràz
Compteur
modulo5
Compteur
modulo5
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 107
Mise en cascade des compteur asynchrones
H
Compteur
i
…
Compteur
i+1
…
Compteur
i+2
…
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
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 108
Compteur BCD
H
D C B A
Décade
D C B A
Décade
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
...
UnitésDizaines
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
...
On obtient un compteur
BCD en cascadant des
compteurs modulo 10
On obtient un compteur
BCD en cascadant des
compteurs modulo 10
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 109
Le compteur Binaire 74LS93
J
K
1
1
Q
QA QB QC QD
Conteur
Binaire 3 bits
HA
HB
C C
RàZ
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 110
La décade Asynchrone 74LS90
J
K
1
1
Q
QA QB QC QD
Conteur
Modulo 5
HA
HB
C C
RàZ Rà9
P PD
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 111
Compteur des secondes
modulo 60
Horloge secondes , minutes Heures
D C B A D C B A
Compteur des heures
modulo 24
D C B A D C B A
Compteur des minutes
modulo 60
D C B A D C B A
Décodeur
BCD-7seg
Décodeur
BCD-7seg
Décodeur
BCD-7seg
Décodeur
BCD-7seg
Décodeur
BCD-7seg
Décodeur
BCD-7seg
Horloge
1 seconde
Horloge
1 seconde
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 112
Les
Compteurs
Synchrones
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 113
Le principe des compteurs synchrones
Toutes les bascules reçoivent la même horlogeToutes les bascules reçoivent la même horloge
Au coup d’horloge, toutes les bascules changent en
même temps Pas d’états transitoires
Au coup d’horloge, toutes les bascules changent en
même temps Pas d’états transitoires
Q
/Q
H
J
K
Q
/Q
H
J
K
Q
/Q
H
J
K
Q
/Q
H
J
K
A B C D
H
?
?
?
?
?
?
?
?
Que doit on faire des J et des K pour que ça compte ?Que doit on faire des J et des K pour que ça compte ?
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 114
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
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 J K
0 0
0 1
1 0
1 1
Q n Q n+1 J K
0 0
0 1
1 1
1 0
1 1
0 1
0 0
1 0
0 x
x
x
x
1
1
0
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 115
Synthèse d’un compteur Synchrone 4 bits
1x1x1x1x111115
0x0x0xx1011114
0x0xx11x101113
0x0xx0x1001112
0xx11x1x110111
0xx00xx1010110
0xx0x11x10019
0xx0x0x100018
x11x1x1x11107
x00x0xx101106
x00xx11x10105
x00xx0x100104
x0x11x1x11003
x0x00xx101002
x0x0x11x10001
x0x0x0x100000
KDJDKCJCKBJBKAJAABCD
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 116
Synthèse d’un compteur Synchrone 4 bits (suite)
JB = AJB = A
KB = AKB = A
JA = 1JA = 1
KA = 1KA = 1
JD = ABCJD = ABC
KD = ABCKD = ABC
JC = ABJC = AB
KC = ABKC = AB
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
1
1
H
A B C D
H H H H
On utilisant les tables de Karnaugh, on obtient :On utilisant les tables de Karnaugh, on obtient :
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 117
Synthèse d’un décompteur Synchrone 4 bits
JB = AJB = A
KB = AKB = A
JA = 1JA = 1
KA = 1KA = 1
JD = A B CJD = A B C
KD = A B CKD = A B C
JC = A BJC = A B
KC = A BKC = A B
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
1
1
H
A B C D
H H H H
Avec une étude similaire, on obtient :Avec une étude similaire, on obtient :
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 118
Compteur décompteur Synchrone
J
K
Q
Q
A
H
J
K
Q
Q
B
H
J
K
Q
Q
C
H
J
K
Q
Q
D
HMM M1
H
DIR
MXR
CLR
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 119
Compteur décompteur Synchrone
avec chargement parallèle
J
K
Q
Q
A
H
J
K
Q
Q
B
H
J
K
Q
Q
C
H
J
K
Q
Q
D
HMM M1
H
DIR
C P C PC PC P
QA QB QC QD
L
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 120
Compteur décompteur Synchrone Universel
J
K
Q
Q
A
H
J
K
Q
Q
B
H
J
K
Q
Q
C
H
J
K
Q
Q
D
HMM M1
H
DIR
QA QB QC QD
C P C P C P C P
L
CLR
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 121
Synthèse d’une décade Synchrone
0xx0x11x10019
0xx0x0x100018
x11x1x1x11107
x00x0xx101106
x00xx11x10105
x00xx0x100104
x0x11x1x11003
x0x00xx101002
x0x0x11x10001
x0x0x0x100000
KDJDKCJCKBJBKAJAABCD
jb= aDjb= aD KB = AKB = A
JA = 1JA = 1 KA = 1KA = 1
JD = ABCJD = ABC KD = AKD = A
JC = ABJC = AB KC = ABKC = AB
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
1
1
H
A B C D
H H H H
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 122
Mise en cascade des compteurs synchrones
La mise en cascade doit être synchrone. Tous les
compteurs doivent recevoir la même Horloge
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.
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.
Il faut qu’un compteur ne s’incrémente que
pendant le débordement du compteur précédent.
D C B A
CTR0
H
D C B A
CTR1
D C B A
CTR2
D C B A
CTR3
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 123
Mise en cascade des compteurs synchrones (2)
On va rajouter à chaque compteur une entrée de
validation V et une sortie de retenue R
On va rajouter à chaque compteur une entrée de
validation V et une sortie de retenue R
La sortie de retenue R passe à 1 pour indiquer que
le compteur est arrivé en fin de cycle.
Compteur 4 bits, N=15 R=1, N≠15 R=0
Compteur par 10, N=9 R=1, N≠9 R=0
La sortie de retenue R passe à 1 pour indiquer que
le compteur est arrivé en fin de cycle.
Compteur 4 bits, N=15 R=1, N≠15 R=0
Compteur par 10, N=9 R=1, N≠9 R=0
L’entrée de validation V permettra de le contrôler :
V=1 Comptage, V=0 arrêt
L’entrée de validation V permettra de le contrôler :
V=1 Comptage, V=0 arrêt
Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 124
Compteur Synchrone avec E/S de cascadage
H
A B C D
J
K
Q
Q
H
J
K
Q
Q
H
J
K
Q
Q
H
J
K
Q
Q
H
V
R
R D C B A V
CTR0
1R D C B A V
CTR3
R D C B A V
CTR1
R D C B A V
CTR2
H

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  • 1. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 1 Electronique NumériqueElectronique NumériqueElectronique Numérique
  • 2. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 2 Famille des circuits Logique • 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 Les circuits intégrés (logique) sont classés suivant leur caractéristiques et performances électriques et leur technologies de fabrication • Technologie Bipolaire • Technologie CMOS • BiCMOS
  • 3. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 3 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 – 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 SN 74 LS 76 N 1 2 3 7 8
  • 4. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 4 Conventions pour tension et courants IOL H VIL VIH VOL IIH ICC IOH VOH IIH Vcc IIL IIL IIL IIL
  • 5. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 5 Modèle simplifié d’une porte Logique Logique Vcc Vo Vi1 Vi2 Vin Q1 Q2 Q1 fermé : sortie au niveau haut Q2 fermé : sortie au niveau bas Q1 et Q2 fermés : interdit par la logique (court circuit) Q1 et Q2 ouvert : sortie en haute impédance Q1 fermé : sortie au niveau haut Q2 fermé : sortie au niveau bas Q1 et Q2 fermés : interdit par la logique (court circuit) Q1 et Q2 ouvert : sortie en haute impédance
  • 6. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 6 Famille TTL : Transistor Transistor Logique Utilise des transistors bipolaires. S’alimente par 5V constituée de plusieurs variantes : Utilise des transistors bipolaires. S’alimente par 5V constituée de plusieurs variantes : 74 : TTL Standard, Obsolète , (10ns, 10 mW) 74 H : High Speed, Obsolète , (6ns, 22 mW) 74 L : Low Power, Obsolète , (33ns, 1 mW) 74 S : Schottky, remplacée par AS , (3ns, 19 mW) 74 LS : Low Power Schottky, fortement utilisée pendant longtemps, elle est maintenant en perte de vitesse (10ns, 2 mW) 74 AS : Advanced Schottky , (1.5ns, 8 mW) 74 ALS : Advanced Low Powe Schottky , (4ns, 1 mW) 74 F : Fast , rare (3.7ns, 5.5 mW) 74 : TTL Standard, Obsolète , (10ns, 10 mW) 74 H : High Speed, Obsolète , (6ns, 22 mW) 74 L : Low Power, Obsolète , (33ns, 1 mW) 74 S : Schottky, remplacée par AS , (3ns, 19 mW) 74 LS : Low Power Schottky, fortement utilisée pendant longtemps, elle est maintenant en perte de vitesse (10ns, 2 mW) 74 AS : Advanced Schottky , (1.5ns, 8 mW) 74 ALS : Advanced Low Powe Schottky , (4ns, 1 mW) 74 F : Fast , rare (3.7ns, 5.5 mW)
  • 7. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 7 Porte TTL élémentaire 7400 R1 R2 R4 R3 4K 1.6K 130Ω D3 1K Q1 Q2 Vo Vcc=5V Q3 Vi1 Vi2 Q4 14 13 12 811 10 9 1 2 3 74 5 6 GND Vcc B1 B2 C1 B3 B4 Le transistor Q1 ne fonctionne pas en transistor mais seulement comme trois diodes reliée par leurs anodes Vi1=Vi2=0 VB1 = 0.7V Q2 et Q4 bloqués Q3 conduit et la sortie est de l’ordre de 4 Volts Vi1 = Vi2 = 5V, si les jonctions B1-Ei conduisent VB1=5.7V c’est trop pour les 3 jonctions en série Les jonctions B1-C1, B2-E2 et B4-E4 conduisent VB1= 2.1V les jonction d’entrée bloquées Q2,Q4 saturé, VB3=0.9V Q3 bloqué la sortie est de l’ordre de 0.2V Le transistor Q1 ne fonctionne pas en transistor mais seulement comme trois diodes reliée par leurs anodes Vi1=Vi2=0 VB1 = 0.7V Q2 et Q4 bloqués Q3 conduit et la sortie est de l’ordre de 4 Volts Vi1 = Vi2 = 5V, si les jonctions B1-Ei conduisent VB1=5.7V c’est trop pour les 3 jonctions en série Les jonctions B1-C1, B2-E2 et B4-E4 conduisent VB1= 2.1V les jonction d’entrée bloquées Q2,Q4 saturé, VB3=0.9V Q3 bloqué la sortie est de l’ordre de 0.2V E1 E2
  • 8. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 8 Caractéristique de transfert Si on fait varier la tensions d’entrée entre 0 et 5V. On obtient la caractéristique de la porte. D’après cette courbe on peut essayer de déterminer les niveaux logiques : Si on fait varier la tensions d’entrée entre 0 et 5V. On obtient la caractéristique de la porte. D’après cette courbe on peut essayer de déterminer les niveaux logiques : Niveau bas en entrée : [0V-1.2V] Niveau Haut en entrée : [1.3V-5VV] Niveau bas en sortie : 0.2V Niveau haut en sortie : [2.8V – 4V] Niveau bas en entrée : [0V-1.2V] Niveau Haut en entrée : [1.3V-5VV] Niveau bas en sortie : 0.2V Niveau haut en sortie : [2.8V – 4V]1 2 3 4 1 2 3 4 Vo Vi 0.4
  • 9. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 9 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 1 2 3 4 1 2 3 4 Vo Vi 0.4 5 Il faut donc prendre une MARGE de sécurité
  • 10. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 10 Bas Haut 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 1 2 3 4 1 2 3 4 Vo Vi 0.4 5 VILmax VIHmin VILmax = 0.8 V VIHmin = 2 V
  • 11. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 11 Les niveaux de sortie C’est la porte qui impose la tension de SORTIE mais : L H IOH Si on demande trop de courant à une sortie au niveau haut, alors la tension de sortie baisse H L IOL Vcc Faible charge Faible charge Si on injecte trop de courant à une sortie au niveau bas, alors la tension de sortie monte
  • 12. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 12 Zone interdite Bas Haut Niveau logique TTL en Sortie 1 2 4 1 2 3 4 Vo Vi 0.4 5 VOLmax VOHmin VOLmax = 0.4 V VOHmin = 2.4 V 3 2.4
  • 13. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 13 Niveaux logique de la famille TTL 5V (récap) Bas haut 0.8 2 0 5 Bas haut 0.4 2.4 0 5
  • 14. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 14 Bas haut 0.8 2 0 5 Bas haut 0.4 2.4 5 Immunité au bruit A B Les signaux issus de la porte A doivent être interprétés correctement par la porte B 0 Marge de sécurité Marge de sécurité Immunité au bruit : ΔVN = 0.4 V
  • 15. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 15 Autre façon de Voir l’immunité au bruit Impulsion parasite VIHmin VILmax t 0.8 0.4 2 2.4
  • 16. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 16 Les courants d’entrée IIL IILmax = 1.6 mA IIH IIHmax = 40 µA Niveau Haut Niveau Bas
  • 17. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 17 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 IIL IIL IIL I0H IIH V0L IIH IIH IIH I0H V0H V0H Si IOL augmente Alors VOL augmente Risque de dépasser 0.4 V Ne sera plus interprétée Comme niveau bas [0V - 0.4V] [2.4V - 4V] Si IOH augmente Alors VOL diminue Risque de passer en dessous de 2.4 V Ne sera plus interprétée Comme niveau haut
  • 18. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 18 Courant de Sortie fam TTL Les constructeurs garantissent que dans le cas le plus défavorable : Niveau Bas : la tension de sortie VOL reste inférieure à VOLmax = 0.4 V tant que le courant de sortie IOL (injécté dans la porte) reste inférieur à 16 mA Niveau Haut : la tension de sortie VOH reste supérieure à VOHmin = 2.4 V tant que le courant de sortie IOH (fourni par la porte) reste inférieur à 0.4 mA Les constructeurs garantissent que dans le cas le plusLes constructeurs garantissent que dans le cas le plus défavorable :défavorable : Niveau BasNiveau Bas : la tension de sortie V: la tension de sortie VOLOL restereste inférieureinférieure àà VVOLmaxOLmax = 0.4 V tant que le courant de sortie I= 0.4 V tant que le courant de sortie IOLOL ((injéctéinjécté dans la porte) reste inférieur àdans la porte) reste inférieur à 1616 mAmA Niveau HautNiveau Haut : la tension de sortie V: la tension de sortie VOHOH reste supérieurereste supérieure àà VVOHminOHmin = 2.4 V tant que le courant de sortie I= 2.4 V tant que le courant de sortie IOHOH (fourni par la porte) reste inférieur à(fourni par la porte) reste inférieur à 0.40.4 mAmA
  • 19. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 19 Les courants de la famille TTL IILmax = 1.6 mAIIILmaxILmax = 1.6= 1.6 mAmA IIHmax = 40 µAIIIHmaxIHmax = 40 µA= 40 µA IOLmax = 16 mAIIOLmaxOLmax = 16= 16 mAmA IIHmax = 0.4 mAIIIHmaxIHmax = 0.4= 0.4 mAmA
  • 20. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 20 Sortance La SORTANCE représente le nombre max de portes que l’on peut brancher à la sortie d’une autre porte sans dégrader les niveaux logiques LaLa SORTANCESORTANCE représente le nombre max dereprésente le nombre max de portes que l’on peut brancher à la sortie d’uneportes que l’on peut brancher à la sortie d’une autre porte sans dégrader les niveaux logiquesautre porte sans dégrader les niveaux logiques 16mA V0L 1.6mA 1.6mA 1.6mA 1.6mA 0.4mA V0H 40µA 40µA 40µA 40µA Sortance = = = 10SortanceSortance = = = 10= = = 10 IOLmax IILmax IOHmax IIHmax IOLmax IILmax IOHmax IIHmax
  • 21. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 21 Puissance Dissipée 5V Icc La porte ne consomme pas le même courant quand sa sortie est au niveau haut et au niveau bas La porte ne consomme pas le même courant quandLa porte ne consomme pas le même courant quand sa sortie est au niveau haut et au niveau bassa sortie est au niveau haut et au niveau bas ICCHtyp = 1mAIICCHtypCCHtyp = 1mA= 1mA ICCLtyp = 3mAIICCLtypCCLtyp = 3mA= 3mA mW105V 2 3mA1mA Pdtyp =× + = La consommation augmente légèrement avec la fréquence. On peut considérer la valeur de 10 mW valable jusqu’à une fréquence de 1 MHz La consommation augmente lLa consommation augmente lééggèèrement avec la frrement avec la frééquence. On peutquence. On peut considconsidéérer la valeur de 10rer la valeur de 10 mWmW valable jusquvalable jusqu’à’à une frune frééquence de 1 MHzquence de 1 MHz
  • 22. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 22 Comportement dynamique Entrée Sortie TPHL TPLH TPHLtyp = 8nsTTPHLtypPHLtyp = 8ns= 8ns TPLHtyp = 12nsTTPLHtypPLHtyp = 12ns= 12ns TPtyp = 10nsTTPtypPtyp = 10ns= 10ns MHz nsTT F PHLPLH max 50 20 11 == + =
  • 23. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 23 Porte collecteur Ouvert La majorité des circuit TTL on des sortie totem-pole Certains circuits ont des sorties Collecteur Ouvert La partie haute du totem-pole a été supprimée La majorité des circuit TTL on des sortie totem-pole Certains circuits ont des sorties Collecteur Ouvert La partie haute du totem-pole a été supprimée R4 130Ω D3 5V Q3 Q4 Totem pole Q2 Vo 5V Vi1 Vi2 Q4 Q1 Si Q4 est conducteur, la sortie est au niveau bas Si Q4 est bloqué, la sortie est déconnectée. Le niveau haut, peut être obtenu par une résistante externe Si Q4 est conducteur, la sortie est au niveau bas Si Q4 est bloqué, la sortie est déconnectée. Le niveau haut, peut être obtenu par une résistante externe Vc Porte collecteur Ouvert
  • 24. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 24 Avantage des portes collecteur ouvert La tension Vc peut aller jusqu’à 30v et le courant absorbé par la porte peut aller jusqu’à 40 mA. Cela permet par exemple de commander un Relais directement On peur connecter deux sorties pour faire un ET câblé : Pour que la sortie soit H, il faut que les deux sorties soit H La tension Vc peut aller jusqu’à 30v et le courant absorbé par la porte peut aller jusqu’à 40 mA. Cela permet par exemple de commander un Relais directement On peur connecter deux sorties pour faire un ET câblé : Pour que la sortie soit H, il faut que les deux sorties soit H Vc Vc relais ET cablé
  • 25. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 25 Porte à Sortie 3 états (Tristate) 3 niveaux logiques : Niveau Bas (L) Niveau Haut (H) Niveau Haute Impédance (HZ) 3 niveaux logiques : Niveau Bas (L) Niveau Haut (H) Niveau Haute Impédance (HZ) 5V QH QL ComQH ComQL Étage de sortie sortie ComHZ ComHZ ComHZ = 1 : fonctionnement normal : sortie 2 états ComHZ = 0 : 2 transistors bloqués, sortie déconnectée = haute impédance ComHZ = 1 : fonctionnement normal : sortie 2 états ComHZ = 0 : 2 transistors bloqués, sortie déconnectée = haute impédance
  • 26. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 26 TTL : Sorties 3 états (2) R1 R2 R4 R3 4K 1.6K 130Ω D3 1K Q1 Q2Vi1 Vo Vcc=5V Q3 Vi2 Q4Vc
  • 27. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 27 Utilisation des circuits tristate Circuit 1Circuit 1 Circuit 1Circuit 1 Circuit 1Circuit 1 BUS HZ HZ HZ Seul le circuit qui est sélectionné pour écrire dans le bus doit être en basse impédance, tous les autres doivent être déconnectés c.a.d en haute impédance Seul le circuit qui est sélectionné pour écrire dans le bus doit être en basse impédance, tous les autres doivent être déconnectés c.a.d en haute impédance
  • 28. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 28 Porte avec entrée Trigger de Schmitt 1 2 3 4 0.4 0.8 1.2 1.6 2 Vi Vo La caractéristique de transfert comporte un hystérésis. Le seuil de basculement H-L n’est pas le même que le seuil de basculement L-H La caractéristique de transfert comporte un hystérésis. Le seuil de basculement H-L n’est pas le même que le seuil de basculement L-H Mise en forme des signaux, retardateur d'impulsions, élargisseur d'impulsions, oscillateurs Mise en forme des signaux, retardateur d'impulsions, élargisseur d'impulsions, oscillateurs
  • 29. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 29 Mise en forme des signaux Signal variant lentement Oscillations Basculement instantané
  • 30. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 30 TTL Schottky et Low Power Schottky R1 R2 R6 2.8K 50Ω Vi1 Vo Vcc=5V Vi2 D2 Q4 Q5 Q1 Q2 Q3 D1 R4 R5 3.5k R3 900Ω 500Ω 250Ω Q6 R1 R2 R3 R4 20K 8K 120Ω 1.5k Vi1 Vo Vcc=5V Vi2 D1 D2 D4 Q4 Q5 Q1 Q2 Q3 D3 R6 3k 12k R7 4k R5 Ces technologies utilise des diodes et des transistors Schottky qui on la particularité de ne pas se saturer et de commuter plus rapidement. En baissant la valeur des résistance sur la 74S, on accélère la commutation mai on augmente la consommation Ces technologies utilise des diodes et des transistors Schottky qui on la particularité de ne pas se saturer et de commuter plus rapidement. En baissant la valeur des résistance sur la 74S, on accélère la commutation mai on augmente la consommation 74S00 74LS00
  • 31. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 31 Quelques courbes VOH VOL
  • 32. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 32 Tableau comparatif 0.20.50.421.6IILmax (mA) 2020205040IIHmax (µA) 125 1 20 19 3 2.7 0.5 2 0.8 74S 0.50.50.50.4VOLmax 0.80.80.80.8VILmax 2222VIHmin 2.52.72.72.4VOHmin 702004035Fmax (Mhz) 0.420.40.4IOHmax (mA) 88816IOLmax (mA) 18.5210Pd (mW) 41.59.510Tp (ns) 74ALS74AS74LS74
  • 33. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 33 Famille CMOS (MOS Complémentaire) Fabriquée avec des MOS à enrichissement canal N et canal P Consommation quasi nulle en basse fréquence A l’origine très lente (série 4000), aujourd’hui, on sait fabriquer des circuit CMOS rapide Souplesse d’alimentation 3V < Vdd-Vss < 18 Meilleure immunité au bruit Fabriquée avec des MOS à enrichissement canal N et canal P Consommation quasi nulle en basse fréquence A l’origine très lente (série 4000), aujourd’hui, on sait fabriquer des circuit CMOS rapide Souplesse d’alimentation 3V < Vdd-Vss < 18 Meilleure immunité au bruit D S BG D S BG I D VGB ID VGB VTHVTH VGS VTH< OFF , R =1010 Ω VGS VTH>> ON , R = qq 100enes Ω VGS VTH> VGS VTH<< =1V = -1V OFF , R =1010 Ω ON , R = qq 100enes Ω
  • 34. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 34 Structure de la porte élémentaire VDD VSS Vi Vo Q1 Q2 Vdd Vss Vo Vi VT VDD VSS Vi Vo Q1 Q2 Buffer 2 VV V SSDD T + = Vss Vdd Sans buffer Avec buffer Vdd Vss Vo Vi VT Vss Vdd Vss = 0 pour simplifier Vi=0, VGS1=-Vdd, VGS2=0, Q1:ON, Q2:OFF, Vo=Vdd Vi=Vdd, VGS1=0, VGS2=Vdd, Q1:OFF, Q2:ON, Vo=0 Vss = 0 pour simplifier Vi=0, VGS1=-Vdd, VGS2=0, Q1:ON, Q2:OFF, Vo=Vdd Vi=Vdd, VGS1=0, VGS2=Vdd, Q1:OFF, Q2:ON, Vo=0 n P
  • 35. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 35 Porte NAND et NOR VSS Vi1 Vo Vi2 Vi1 VDDVDD VSS Vo Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Vi2
  • 36. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 36 Niveaux logiques Vdd Vo Vi VT Bas Haut0 Vdd ∆Vi ∆Vi Sans buffer : ∆Vi = 20% VDD Avec buffer : ∆Vi = 30% VDD Sans buffer : ∆Vi = 20% VDD Avec buffer : ∆Vi = 30% VDD H L ∆Vo ∆Vo Io < 1µA : ∆Vo = 0.05V Io < 0.5mA : ∆Vo = 10%Vdd Io > 0.5mA : voir courbes Io < 1µA : ∆Vo = 0.05V Io < 0.5mA : ∆Vo = 10%Vdd Io > 0.5mA : voir courbes
  • 37. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 37 Courants de la famille CMOS Vdd=5v Vss=masse 1 2 3 4 1 2 543 VOL IOL 5 mA 25° 1 2 3 4 1 2 543 VOH 5 IOH mA6 7 8 25° VDD VSS Vi Vo Q1 Q2 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 Vdd IOH VOH charge Vdd IOL VOL charge
  • 38. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 38 Bas haut 0 5 Bas haut5 Immunité au bruit A B Les signaux issus de la porte A doivent être interprétés correctement par la porte B 0 Marge de sécurité Marge de sécurité Immunité au bruit : ΔVN = ΔVi - ΔVo On peut augmenter l’immunité en augmentant l’alimentation
  • 39. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 39 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
  • 40. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 40 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) 100 t p(ns) CL(pF) 200 100 200 T=25°C 5V 10V 15V RDS VDD Ccharge )( 1 thGS DS VVk R − =
  • 41. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 41 Consommation Vi Idd 1k 10k 100k 1M 0.5 1 1.5 f(Hz) P(mw) Vo 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
  • 42. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 42 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)
  • 43. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 43 Pinout de la famille 74C 14 13 12 811 10 9 1 2 3 74 5 6 GND Vcc 14 13 12 811 10 9 1 2 3 74 5 6 GND Vcc 7400 74C00 74xx00 CD 4011 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 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
  • 44. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 44 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 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
  • 45. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 45
  • 46. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 46 Famille BiCMOS : BCT, ABT … Vi Vcc n p D1 Q1 inverseur d'entrée chute de tension contre réaction Vo Vcc D1 R2 Q2 Q3 R1 M1 Avantages de CMOS : Faible consommation, courant d’entrée nul Avantage de Bipolaire : Courant de sortie important (Driving capability) Avantages de CMOS : Faible consommation, courant d’entrée nul Avantage de Bipolaire : Courant de sortie important (Driving capability)
  • 47. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 47 Interface TTL-CMOS-TTL TTL CMOS CMOS TLL Aucune interface n’est nécessaire TTLCMOS 5V 2kΩ TTL CMOS VOH garanti par TTL = 2.4V insuffisant pour CMOS La résistance de pull up garanti Niveau haut > 4.6V Niveau bas < 0.4V 5V
  • 48. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 48
  • 49. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 49
  • 50. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 50
  • 51. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 51 Les circuits Combinatoires Usuels Les circuits Combinatoires Usuels
  • 52. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 52 Les multiplexeurs Choisir une voie parmi N Le choix se fait par n entrées adresse Il faut que 2n ≥ N A1 An-1A0 E0 E1 EN-1 SN n
  • 53. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 53 Multiplexeur 1 parmi 4 103102101100 AAEAAEAAEAAES +++=S E0 E1 E3 E2 A0A1 S E0 E1 E3 E2 A0A1
  • 54. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 54 Association de multiplexeurs A1A0 E 0 E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 E 13 E 14 E 15 A2 A3 S 1/4 1/4 1/4 1/4 1/4
  • 55. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 55 Sélectionner un mot parmi 4 A0 A1 S4 S5 S6 S7 S0 S1 S2 S3 A3 A4 D B B A6 B C D C D B A A7 C C D A3 A0 D0 B 0 B2 A2 1B C2 D2 C3 D3 3B A1 A3 C0 C1 D1 5 4 5 6 7 4 4 5 5 6 6 7 7 MXR 1/4 0 1 2 3 4 5 6 7 N mots multiplexeurs 1/N M bits M multiplexeurs
  • 56. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 56 Réalisation de fonctions Mux 4 vers 1 S = F a b F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 a b 1 0 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
  • 57. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 57 Réalisation d’une fonction simplifiée DACABF ++= D C B A 1 1 00 01 10 11 F
  • 58. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 58 Multiplexeur du commerce : exemple E E E E E E E E S S 0 1 2 3 4 5 6 7 A0A1A2E 74LS151 E = 0 Multiplexeur E = 1 S= 0 ∀ Ai et Ei SS E E E E E E E E 15 14 13 12 11 10 9 8 S 74LS151 E E E E E E E E 0 1 2 3 4 5 6 7 S A0A1A2 E E A3 S
  • 59. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 59 Les démultiplexeurs E N n An-1 A1 A0 S0 S1 SN-1 Aiguille l’entrée vers une des N sorties Le choix se fait par n entrées adresse Il faut que 2n ≥ N
  • 60. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 60 Démultiplexeur 1 / 4 210 010 011 010 AEAS AEAS AAES AAES = = = = E S0 S1 S2 S3 A0A1 E S0 S1 S2 S3 A0A1 Sortie non sélectionnée = 0 Sortie non sélectionnée = 1
  • 61. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 61 Décodeur Un décodeur est un démultiplexeur particulier La sortie sélectionnée = 0 Les sorties non sélectionnées = 1 S0 S1 S2 S 3 A0A1 S0 S1 S 2 S 3 A0A1
  • 62. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 62 Décodeur / Démultiplexeur du commerce S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 10 S 11 S 12 S 13 S 14 S 15 A0 A1A2A3 G0 G1 74154 G1 G0 0 0 décodeur 0 entrée entrée 0 1 1 Inhibé : toutes les sorties = H Démultiplexeur
  • 63. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 63 Les circuits d’identification : Comparateurs iiiiiii bababaS ⊕=+= a0 a1 S an b0 b1 bn A = B S=1 A ≠ B S=0 A B 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 : ai bi 0 1 0 1 1 10 0 a i b i S i a 1 a 0 a n b0 b1 bn S So S1 Sn
  • 64. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 64 A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 OA>B 74LS85 Comparateur du commerce : 74LS85 Comparateur de 2 mots de 4 bits A > B OA>B = H, OA=B = L, OA<B = L A < B OA<B = H, OA=B = L, OA>B = L A = B OA=B est connectée à IA=B pour les autres, sorties voir tableau OA=B OA<B IA>B IA=B IA<B
  • 65. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 65 Cascadage des 74LS85 - Pour le comparateur de plus faible poids : IA<B= L, IA>B = L, IA=B= H - Pour les autres, connecter les entrées de cascadage aux sortie coresponsables -- Pour le comparateur de plus faible poids :Pour le comparateur de plus faible poids : IA<B= L, IA>B = L, IA=B= H -- Pour les autres, connecter les entrPour les autres, connecter les entréées dees de cascadagecascadage aux sortie coresponsablesaux sortie coresponsables A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 74LS85 OA=B OA>B OA<B A4 A5 A6 A7 B4 B5 B6 B7 74LS85 An-4 An-3 An-2 An-1 74LS85 OA=B OA>B OA<B OA=B OA>B OA<B IA=B IA>B IA<B IA=B IA>B IA<B IA=B IA>B IA<B 0 1 Bn-4 Bn-3 Bn-2 Bn-1 Pour comparer Deux mots de plus de 4 bits chacun :Pour comparer Deux mots de plus de 4 bits chacun :Pour comparer Deux mots de plus de 4 bits chacun :
  • 66. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 66 Les circuits Arithmétique : Additionneur aoa1a2an-1 bob1b2bn-1 + s os 1s 2s n-1 r or 1r n-2 r n-1 ri-1bi ai s ir i b 3 a 3 s 3r 3 b 2 a 2 s 2 r 2 b 1 a 1 s 1 r 1 b 0 a 0 s 0 r 0 ΣΣΣΣ re Σ
  • 67. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 67 Additionneur élémentaire r 00 01 0 1 10 0 biai i-1 11 10 1 0 1 0 1 ( ) ( ) rbas bar+bars babarbabars 1iiii ii1iii1ii iiii1iiiii1ii − −− −− ⊕⊕= ⊕⊕= +++= r 00 01 0 1 1 1 0 0 biai i-1 11 10 1 0 1 0 Si Ri r i-1a ibi r i s i ( )ii1iiii 1iii1iiiiii barbar rbarbabar ⊕+= ++= − −− Half adder full adder
  • 68. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 68 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 calcul r0 calcul r1 calcul r2 calcul r3 ΣΣΣ Σ aoboa1a2 b1b2b3 a3 s os 1s 2s 3r 3 re
  • 69. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 69 Bloc de génération de la retenue 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 ( ) 1iiiiii rbabar −++= 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 Le temps de calcul de la retenue est le même ∀ l’étage. Il est égal à 3 temps de propagation d’une porte
  • 70. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 70 Exemple additionneurs du commerce reaoa1bob1 sos1r1 7482 calcul r0 calcul r1 calcul r2 calcul r3 ΣΣΣ Σ aoboa1a2 b1b2b3 a3 sos1s2s3r 3 re 74LS83 Additionneur série 2 bits Additionneur à retenue anticipée 4 bits
  • 71. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 71 Afficheurs 7 segments a b c d e f g a b c d e f g AC a b c d e f g CC Se commandent par niveau haut Se commandent par niveau bas
  • 72. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 72 Décodeur BCD 7 segments – Cathode commune CBBACACBAd CBBADCBgCABc CABADBCfABCBAb BACAeACDABCAa +++= +++=++= +++=++= +=+++= a b c d e f g BA DC 00 01 11 10 00 1 0 1 1 01 0 1 1 0 11 x x x x 10 1 1 x x
  • 73. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 73 Pilotage des afficheur 7 segments R R R Vcd Décodeur a b g a b g R Décodeur a b g abg R R R Vcd Décodeur a b g abg R R Anode Commune Commande par niveau bas Décodeur à sortie totem-pole ou collecteur ouvert dn Dcd I VV R − = 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 dn Dcd I VV R − =
  • 74. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 74 Décodeurs BCD-7seg du commerce A B C D a b c d e f g LT BI/RBO RBI N 7446/47/48 A B C D a b c d e f g BI N 7449 ABCD abcdefg LT RBORBI ABCD abcdefg LT RBORBI ABCD abcdefg LT RBORBI ABCD abcdefg LT RBORBI 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 L’entrée RBI et la sortie RB0 permettent de ne pas afficher les zéros de gauche 0 N ≠ 0 , il est affiché et RBO = 1 N = 0, l'afficheur est éteint et RBO = 0 1 N affiché ∀ sa valeur, RBO = 1 RBI
  • 75. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 75 Les circuits Séquentiels Usuels Les circuits Séquentiels Usuels
  • 76. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 76 Bascule RS et RSH S R Q 0 0 indéterminé 0 1 0 1 0 1 1 1 mémoire H=1 Table de vérité H=0 mémoire
  • 77. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 77 Bascule JK et JKH J K Q 0 0 mémoire 0 1 0 1 0 1 1 1 basculement H=1 Table de vérité H=0 sorties inchangées La bascule JK lève l’indétermination du cas entrées = 00
  • 78. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 78 Les bascules réagissant sur front d’horloge Deux techniques : Utiliser un détecteur de front sur l’entrée horloge Utiliser une structure Maître Esclave Utiliser un détecteur de front sur l’entrée horloge Utiliser une structure Maître Esclave Bascule en permanence dans l’état Mémoire sauf pendant les fronts de l’horloge
  • 79. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 79 Bascule JK avec détecteur de Front descendant Détecteur De front Q /Q H’ J K H H H’ H J K Q 0 0 mémoire 0 1 0 1 0 1 1 1 basculement
  • 80. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 80 Exemples de détecteurs de front On exploite le retard élémentaire des portes logiques
  • 81. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 81 Bascule RS Maître Esclave H S R Q 0 0 ? 0 1 0 1 0 1 1 1 mémoire H Maître transparent Esclave Opaque Maître Opaque Esclave Transparent
  • 82. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 82 Bascule JK Maître Esclave H S R Q 0 0 mémoire 0 1 0 1 0 1 1 1 basculement H Maître transparent Esclave Opaque Maître Opaque Esclave Transparent
  • 83. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 83 Bascule D Q /Q H D Q /Q H D 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 H Q D H D Q
  • 84. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 84 Convention de dessin Bascule réagissant sur niveau haut de H (latch) J K Q Q H J K Q Q H J K Q Q H J K Q Q Bascule réagissant sur niveau bas de H (latch) Bascule réagissant sur front montant de H Bascule réagissant sur front descendant de H H
  • 85. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 85 Entrée de forçage Clear et Preset Q /Q H J K C P Q /Q H J K C P L’entrée C force la sortie à 0 ∀ J, K, H L’entrée P force la sortie à 1 ∀ J, K, H Il ne faut pas activer C et P simultanément L’entrée C force la sortie à 0 ∀ J, K, H L’entrée P force la sortie à 1 ∀ J, K, H Il ne faut pas activer C et P simultanément C et P actifs au niveau bas C et P actifs au niveau haut
  • 86. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 86 Application : Circuit Anti-rebond
  • 87. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 87 Les Registres
  • 88. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 88 Registres Q H DA0 Q0 Q H DA1 Q1 Q H DA2 Q2 Q H DA3 Q3 H Un registre est une association de N bascules réalisant la fonction de mémoire N bits Au front d’horloge, l’information A3A2A1A0 est copiée dans Q3Q2Q1Q0 et y reste jusqu’au prochain front Un registre est une association de N bascules réalisant la fonction de mémoire N bits Au front d’horloge, l’information A3A2A1A0 est copiée dans Q3Q2Q1Q0 et y reste jusqu’au prochain front
  • 89. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 89 Registre Latch Q H DA0 Q0 Q H DA1 Q1 Q H DA2 Q2 Q H DA3 Q3 H 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 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
  • 90. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 90 Exemple de registre commercialisé
  • 91. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 91 Registres à décalage J/S Clk K/R Q Q Clk Q Q Clk Q Q Clk Q Q ES Clk A B C D (SS) J/S J/S J/S K/R K/R K/R D Clk Q D Clk Q D Clk Q D Clk Q ES Clk A B C D (SS) A chaque coup d’horloge, le contenu d’une bascule est remplacé par celui de la bascule à sa gauche tous les bits sont alors décalés vers la droite ES constitue l’entrée série, ABCD constituent les sorties parallèle, SS est la sorties série A chaque coup d’horloge, le contenu d’une bascule est remplacé par celui de la bascule à sa gauche tous les bits sont alors décalés vers la droite ES constitue l’entrée série, ABCD constituent les sorties parallèle, SS est la sorties série
  • 92. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 92 Registre à décalage avec chargement parallèle synchrone ES H D Q D Q D Q D Q S/L A B C D QA QB QC QD H H HH SS ES : Entrée séries A B C D : entrées parallèles QA QB QC QD : sorties parallèles SS : sorties série S/L : entrée de control : S/L = 1 : décalage S/L = 0 : chargement parallèle synchrone (au coup d’horloge) ES : Entrée séries A B C D : entrées parallèles QA QB QC QD : sorties parallèles SS : sorties série S/L : entrée de control : S/L = 1 : décalage S/L = 0 : chargement parallèle synchrone (au coup d’horloge) H S/L Chargement décalage
  • 93. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 93 Registre à décalage avec chargement parallèle asynchrone S/L = 0 chargement parallèle sans attendre le coup d’horloge H D P Q H D P Q H D P Q H D P Q A B C D QA QB QC QD SS ES H S/L CC C C Adechargementbasculeladeràu0,P1,C1ASi Adechargementbasculeladeràz1,P0,C0ASi APA,C0S/L décalagelibresbscules1PC1S/L ⇔==⇒= ⇔==⇒= ==⇒= ⇒⇒==⇒=
  • 94. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 94 Registre à décalage bidirectionnel Q H D Q H D Q H D Q H D QA QB QC QD MXR MXR MXR MXRESG ESD H Dir ESG : entrée série gauche ESD : entrée série droite Dir = 0 ⇒ décalage à gauche Dir = 1 ⇒ décalage à droite ESG : entrée série gauche ESD : entrée série droite Dir = 0 ⇒ décalage à gauche Dir = 1 ⇒ décalage à droite
  • 95. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 95 Registre à décalage Universel QA QB QC QD ESG ESD H SL0 Q H DMXR Q H DMXRQ H DMXR Q H DMXR SL1 A B C D SL1 SL0 0 0 Décalage à gauche 0 1 Décalage à droite 1 0 Chargement parallèle synchrone 1 1 Non utilisé MXR MXR MXR
  • 96. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 96 Les Compteurs Asynchrones
  • 97. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 97 Conteur Asynchrone Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 A B C D H 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10 1 0 10 1 0 10 0 0 0 0 0 0 00 00 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 11 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 1 0 0 0 H A B C D Décimal J = K = 1 Basculement à chaque coup d’horlogeJ = K = 1 Basculement à chaque coup d’horloge
  • 98. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 98 Pourquoi asynchrone ? États transitoires A B C D 7 86 4 0 Tp Tp Tp 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 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
  • 99. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 99 Décompacteur asynchrone Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 A B C D H 0 101010101 0101 010 1 000000 00 00 00 00 00 0000 00 00 0 0 1 1111 11 11111111 11111111 01234567891011121314150 H A B C D Décimal Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 A B C D H Q /Q H J K 1 1
  • 100. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 100 Décompteur , autre méthode /A /B /C /D Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 H A B C D /A/B/C/DABCD 00000111115 11000011114 20100101113 31100001112 40010110111 51010010110 6011010019 7111000018 8000111107 9100101106 10010110105 11110100104 12001111003 13101101002 14011110001 15111100000
  • 101. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 101 Compteur décompteur Asynchrone H Dir J K H Q /Q 1 1 J K H Q /Q 1 1 J K H Q /Q 1 1 J K H Q /Q 1 1 Q0 Q1 Q2 MXRMXR MXR Q3 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. 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.
  • 102. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 102 Compteur décompteur Asynchrone Amélioré Dir J/K H123 J K H Q /Q H Dir Q0 Q1 Q2 J K H Q /Q J K H Q /Q J K H Q /Q MXR MXR MXR Q3 L’idée est de mettre les bascules en mode mémoire (J = K = 0) pendant le basculement des horloges entre Q et /Q L’idée est de mettre les bascules en mode mémoire (J = K = 0) pendant le basculement des horloges entre Q et /Q Détecteur de front
  • 103. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 103 Compteur modulo N Compteur n bitsCompteur n bits Compteur modulo 2nCompteur modulo 2n Compteur modulo N < 2nCompteur modulo N < 2n Détecter N et ràz le Compteur Détecter N et ràz le Compteur Compteur n bits C Détecteur de N H
  • 104. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 104 Compteur modulo 10 : Décade Compteur 4 bits C H ABCD On détecte le 10 = 1 0 1 0 et on s’en sert pour remettre le compteur à 0 On détecte le 10 = 1 0 1 0 et on s’en sert pour remettre le compteur à 0
  • 105. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 105 Réalisation d’une décade par action sur les entrées JK ABCD 00000 10019 00018 11107 01106 10105 00104 11003 01002 10001 00000 Le bit A change d’état à chaque impulsion d’horloge, on utilise une bascule avec HA = Clk, J=K=1 Le bit B change à chaque front descendant de A sauf pour la transition 9→0, dans ce cas on va forcer la bascule à l’état mémoire HB = A, J = K=/D Le bit C ne pose pas de problème, il change à chaque front descendant de B Hc=B, J=K=B L’horloge de la bascule D ne peut être commandée par le bit C seul car celui-ci n’a pas de transition pour le passage 9→10, il faut trouver un signal qui a un front descendant après 7 et après 9, le signal C+DA présente cette condition Le bit A change d’état à chaque impulsion d’horloge, on utilise une bascule avec HA = Clk, J=K=1 Le bit B change à chaque front descendant de A sauf pour la transition 9→0, dans ce cas on va forcer la bascule à l’état mémoire HB = A, J = K=/D Le bit C ne pose pas de problème, il change à chaque front descendant de B Hc=B, J=K=B L’horloge de la bascule D ne peut être commandée par le bit C seul car celui-ci n’a pas de transition pour le passage 9→10, il faut trouver un signal qui a un front descendant après 7 et après 9, le signal C+DA présente cette condition Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K Q /Q H J K 1 1 Q /Q H J K 1 1 A B C D H
  • 106. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 106 Division de fréquence Une bascule divise la fréquence par 2 Une bascule divise la fréquence par 2 Q H J K 1 1 H Q Une compteur modulo N divise la fréquence par N Fréquence du MSB = fréquence de l’horloge / N Une compteur modulo N divise la fréquence par N Fréquence du MSB = fréquence de l’horloge / N Compteur modulo N H … f f/N 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 A B C ràz ràz Compteur modulo5 Compteur modulo5
  • 107. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 107 Mise en cascade des compteur asynchrones H Compteur i … Compteur i+1 … Compteur i+2 … 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 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
  • 108. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 108 Compteur BCD H D C B A Décade D C B A Décade 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 ... UnitésDizaines 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 ... On obtient un compteur BCD en cascadant des compteurs modulo 10 On obtient un compteur BCD en cascadant des compteurs modulo 10
  • 109. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 109 Le compteur Binaire 74LS93 J K 1 1 Q QA QB QC QD Conteur Binaire 3 bits HA HB C C RàZ
  • 110. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 110 La décade Asynchrone 74LS90 J K 1 1 Q QA QB QC QD Conteur Modulo 5 HA HB C C RàZ Rà9 P PD
  • 111. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 111 Compteur des secondes modulo 60 Horloge secondes , minutes Heures D C B A D C B A Compteur des heures modulo 24 D C B A D C B A Compteur des minutes modulo 60 D C B A D C B A Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Décodeur BCD-7seg Horloge 1 seconde Horloge 1 seconde
  • 112. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 112 Les Compteurs Synchrones
  • 113. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 113 Le principe des compteurs synchrones Toutes les bascules reçoivent la même horlogeToutes les bascules reçoivent la même horloge Au coup d’horloge, toutes les bascules changent en même temps Pas d’états transitoires Au coup d’horloge, toutes les bascules changent en même temps Pas d’états transitoires Q /Q H J K Q /Q H J K Q /Q H J K Q /Q H J K A B C D H ? ? ? ? ? ? ? ? Que doit on faire des J et des K pour que ça compte ?Que doit on faire des J et des K pour que ça compte ?
  • 114. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 114 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 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 J K 0 0 0 1 1 0 1 1 Q n Q n+1 J K 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 x x x x 1 1 0
  • 115. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 115 Synthèse d’un compteur Synchrone 4 bits 1x1x1x1x111115 0x0x0xx1011114 0x0xx11x101113 0x0xx0x1001112 0xx11x1x110111 0xx00xx1010110 0xx0x11x10019 0xx0x0x100018 x11x1x1x11107 x00x0xx101106 x00xx11x10105 x00xx0x100104 x0x11x1x11003 x0x00xx101002 x0x0x11x10001 x0x0x0x100000 KDJDKCJCKBJBKAJAABCD
  • 116. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 116 Synthèse d’un compteur Synchrone 4 bits (suite) JB = AJB = A KB = AKB = A JA = 1JA = 1 KA = 1KA = 1 JD = ABCJD = ABC KD = ABCKD = ABC JC = ABJC = AB KC = ABKC = AB J K Q Q J K Q Q J K Q Q J K Q Q 1 1 H A B C D H H H H On utilisant les tables de Karnaugh, on obtient :On utilisant les tables de Karnaugh, on obtient :
  • 117. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 117 Synthèse d’un décompteur Synchrone 4 bits JB = AJB = A KB = AKB = A JA = 1JA = 1 KA = 1KA = 1 JD = A B CJD = A B C KD = A B CKD = A B C JC = A BJC = A B KC = A BKC = A B J K Q Q J K Q Q J K Q Q J K Q Q 1 1 H A B C D H H H H Avec une étude similaire, on obtient :Avec une étude similaire, on obtient :
  • 118. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 118 Compteur décompteur Synchrone J K Q Q A H J K Q Q B H J K Q Q C H J K Q Q D HMM M1 H DIR MXR CLR
  • 119. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 119 Compteur décompteur Synchrone avec chargement parallèle J K Q Q A H J K Q Q B H J K Q Q C H J K Q Q D HMM M1 H DIR C P C PC PC P QA QB QC QD L
  • 120. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 120 Compteur décompteur Synchrone Universel J K Q Q A H J K Q Q B H J K Q Q C H J K Q Q D HMM M1 H DIR QA QB QC QD C P C P C P C P L CLR
  • 121. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 121 Synthèse d’une décade Synchrone 0xx0x11x10019 0xx0x0x100018 x11x1x1x11107 x00x0xx101106 x00xx11x10105 x00xx0x100104 x0x11x1x11003 x0x00xx101002 x0x0x11x10001 x0x0x0x100000 KDJDKCJCKBJBKAJAABCD jb= aDjb= aD KB = AKB = A JA = 1JA = 1 KA = 1KA = 1 JD = ABCJD = ABC KD = AKD = A JC = ABJC = AB KC = ABKC = AB J K Q Q J K Q Q J K Q Q J K Q Q 1 1 H A B C D H H H H
  • 122. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 122 Mise en cascade des compteurs synchrones La mise en cascade doit être synchrone. Tous les compteurs doivent recevoir la même Horloge 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. 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. Il faut qu’un compteur ne s’incrémente que pendant le débordement du compteur précédent. D C B A CTR0 H D C B A CTR1 D C B A CTR2 D C B A CTR3
  • 123. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 123 Mise en cascade des compteurs synchrones (2) On va rajouter à chaque compteur une entrée de validation V et une sortie de retenue R On va rajouter à chaque compteur une entrée de validation V et une sortie de retenue R La sortie de retenue R passe à 1 pour indiquer que le compteur est arrivé en fin de cycle. Compteur 4 bits, N=15 R=1, N≠15 R=0 Compteur par 10, N=9 R=1, N≠9 R=0 La sortie de retenue R passe à 1 pour indiquer que le compteur est arrivé en fin de cycle. Compteur 4 bits, N=15 R=1, N≠15 R=0 Compteur par 10, N=9 R=1, N≠9 R=0 L’entrée de validation V permettra de le contrôler : V=1 Comptage, V=0 arrêt L’entrée de validation V permettra de le contrôler : V=1 Comptage, V=0 arrêt
  • 124. Electronique Numérique A. Oumnad - Ecole Mohammadia d'Ingénieurs 124 Compteur Synchrone avec E/S de cascadage H A B C D J K Q Q H J K Q Q H J K Q Q H J K Q Q H V R R D C B A V CTR0 1R D C B A V CTR3 R D C B A V CTR1 R D C B A V CTR2 H