Introduction
Cette Article va vous faire découvrir un nouveau type de composant : Les bascules.
Les bascules font partie des circuits logiques, donc il serait plus que préférable que vous ayez des notions de logique combinatoire.
Qu'est ce qu'une bascule ?
Définition :Une bascule est un circuit logique, tel les circuits logiques combinatoires comme les portes ET, OU, NAND, NOR, etc. On dit que la bascules est un circuit à logique séquentiel.
Ce qui différencie les bascules des portes logiques combinatoires est que la sortie maintient son état même après disparition de son signal de commande. C'est pour cela que l'on appelle aussi les bascules des ''mémoires élémentaires''.
Elle comporte plusieurs entrées et une sortie (avec son inverse).
Sa sortie peut avoir les niveaux logiques '1' et '0' et dépend de l'état des entrées.
Les bascules sont utilisées pour réaliser des registres, des registres à décalage, des compteurs, des mémoires, etc...
Bascules asynchrones, synchrones ?
Avant de commencer je pense que certain vont demander quelques définitions :Asynchrone : L'adjectif asynchrone définit deux processus qui ne se déroulent pas de manière synchronisée.
Synchrone : L'adjectif synchrone définit deux processus qui se déroulent de manière synchronisée.
Les bascules asynchrones sont des bascules dont l'état de la sortie dépend à tous instant de l'état simultané des entrées.
(Exemple : quand l'entrée de commande passe à '1' la sortie passe aussitôt à '1'.)
Les bascules synchrone ont une entrée horloge qui fait que la sortie change d'état qu'à un front (ou état) précis de l'horloge.
(Exemple : admettons que la bascule change d'état quand il y a un front montant sur l'horloge.
Quand l'entrée de commande est à '1' et qu'il n'y a pas de front montant sur l'horloge la sortie ne passe pas à '1'.
Si l'entrée de commande est à '1' et qu'il y a un front montant sur l'horloge alors à ce moment la sortie change d'état.)
Pour ceux qui ne savent pas ce qu'est un front montant ou un front descendant, voici un chronogramme quelconque :
Les bascules asynchrones
3-a : La bascule RS dite "Flip-Flop" :Voici le symbole d'une bascule RS :
Petit rappel de notation : Ici on peut voir que la bascule à deux sorties. Q et Q barre. Q barre est l'inverse de Q, c'est à dire si Q = '1' alors Q barre = '0'. Et vice versa...
Voici le schéma interne d'une bascule RS :
On peut donc voir qu'une bascule RS est composé de deux portes NOR.
Voici la table de vérité d'une bascule RS :
Explication :
R est l'entrée de mise à '0' de la bascule (c'est un reset).
S est l'entrée de mise à '1' de la bascule.
Cas 1 :
Si S = '0' et R = '1' alors la sortie Qn passe à '0'.
Si ensuite R repasse à '0', la sortie Qn reste à '0'.
Cas 2 :
Si R = '0' et S = '1' alors la sortie Qn passe à '1'.
Si ensuite S repasse à '0', la sortie Qn reste à '1'. C'est ce que l'on appelle l'effet 'mémoire' des bascules.
Cas 3 : (inutilisable...)
Si R = S = '1', on impose aux deux sorties l'état '0'. Ce qui est impossible et donc ce cas est inutilisable.
3-b : La bascule RST :
Voici le symbole d'une bascule RST :
Voici le schéma interne d'une bascule RST :
On voit donc que la bascule RST est composé de quatre portes NAND
Voici la table de vérité d'une bascule RST :
Explication :
La bascule RST fonctionne de la même manière qu'une bascule RS, quand son entrée T = '1'.
Par contre quand T = '0' la bascule est bloquée et la sortie Qn garde son niveau logique (effet mémoire...).
La différence avec la bascule RS est que la bascule RST possède un 'genre d'interrupteur' (ici l'entrée T) qui permet de mettre en marche ou non la bascule.
Les bascules Synchrones
4-a : La bascule D (edge triggered):Voici le symbole d'une bascule D :
Voici le schéma interne d'une bascule D :
Voici la table de vérité d'une bascule D :
Explication :
Cette bascule possède deux entrées :
D l'entrée DATA.
H l'entrée Horloge.
Elle possède aussi deux sorties : Q et Q barre.
Q prend la valeur de D que s'il y a un front montant sur l'horloge H.
Si H est à l'état haut ou bas, Q garde la valeur qu'il avait (effet mémoire...).
4-b : La bascule JK maître-esclave :
Voici le schéma interne d'une bascule JK :
On s'aperçoit que la bascule JK contient deux bascule RST.
Voici la table de vérité d'une bascule JK :
Explication :
La bascule JK est en quelque sorte un bascule RST à la différence qu'elle est commandé par une horloge et que le cas interdit de la bascule RST n'est plus.
A la place du cas interdit on obtient ceci :
Quand J = K = '1' et qu'il y a un front montant sur H, alors la sortie Q change d'état. Si elle était à '0' elle passe à '1' et si elle était à '1' elle passe à '0'.
Exemples de circuit intégré contenant des bascules
Bascule RS :TTL : 74279
CMOS : 4044
Bascule D :
TTL : 7474
CMOS : 4013
Bascule JK :
TTL : 74110
CMOS : 4027
Exemple d'utilisation simple des bascules : le diviseur de fréquence
Pour cet exemple, on va utiliser une bascule D.Imaginons que vous vouliez diviser par deux la fréquence d'un signal carré.
Schéma et chronogramme :
Explications :
Rappel de fonctionnement d'une bascule D : A chaque front montant sur l'horloge, Q recopie ce que l'on a en D.
Donc : Q = '0'.
Q barre = D = '1'.
Il y a un front montant sur H : comme D = Q barre = '1' alors Q passe à '1' et Q barre passe à '0'.
Il y a un nouveau front montant sur H : comme D = Q barre = '0' alors Q passe à '0' et Q barre passe à '1'.
Sur le chronogramme on remarque bien que la fréquence a été divisé par deux !
Voilà, ce tuto sur les bascules est terminé !
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