Examen d'une Bascule Reset - Set (R-S) Réalisée avec 2 NAND :
Dans cette 4ème pratique, vous
allez poursuivre le montage du pupitre digital en augmentant ses possibilités
d'emploi grâce à deux boutons-poussoirs. ces derniers permettront de générer
des impulsions de tension nécessaires à de nouvelles expériences. Vous câblerez
aussi un circuit permettant de déceler les fronts montants d'un signal, c'est-à-dire
le passage d'une tension du niveau L au niveau H.
Vous apprendrez également le
fonctionnement des bascules. Les circuits vus précédemment (ET,
OU, NAND, NOR, EX-OR) sont utilisés dans la logique
COMBINATOIRE.
Ce terme signifie que le niveau
logique présent en sortie du circuit considéré est uniquement fonction des
niveaux logiques présents à l'entrée à l'instant considéré. Autrement dit,
le niveau logique de la sortie ne dépend pas des états antérieurs des entrées.
Les bascules font partie des systèmes
SÉQUENTIELS ; ces derniers permettent
d'obtenir en sortie un niveau logique qui dépend du niveau des entrées au
moment considéré, mais qui tient également compte de leur état antérieur.
Les circuits séquentiels peuvent être
très complexes.
Les bascules sont les plus simples
d'entre eux.
Nous allons examiner quelques types
de bascules réalisées tout d'abord avec des circuits NAND puis par la suite
avec des circuits intégrés spécialisés uniques.
1.
- PRÉPARATION DU MATÉRIEL
Afin de pouvoir réaliser les
exercices proposés, veuillez utiliser les composants suivants (que vous prélèverez
parmi le matériel en votre possession) :
2. -
PREMIÈRE EXPÉRIENCE : EXAMEN D'UNE BASCULE RESET - SET (R-S) RÉALISÉE AVEC 2 NAND
Examen d'une bascule
Reset - Set (R - S) réalisée
avec 2 NAND.
Une bascule est un circuit bistable,
c'est-à-dire caractérisée par une sortie pouvant prendre deux états logiques
stables dans le temps (L ou H)
; la sortie basculant dès que l'on agit sur une entrée appropriée. Une
bascule possède en général deux sorties notées Q
et .
Les deux sorties se trouvent toujours à des niveaux complémentaires : lorsque
Q est au niveau H,
se trouve au niveau L et vice-versa.
Généralement,
on se base sur la sortie Q pour définir l'état de la bascule. On
dit que la bascule est à l'état logique 1
si la sortie Q est à l'état logique haut
et que la bascule est à l'état logique 0
si la sortie Q est à l'état bas.
Dans cet exercice, vous allez étudier
la bascule la plus simple : la bascule RESET -
SET réalisée avec deux circuits
NAND.
On appelle SET,
l'état 1 de la bascule et RESET
l'état 0.
Préparation des fils de liaison à
trois conducteurs :
a) Coupez trois
morceaux de fil rigide isolé : l'un de 10 cm environ et les deux
autres de 5 cm. Dénudez-en les extrémités. Reliez les trois fils entre
eux à une extrémité en les torsadant, puis en effectuant une soudure comme
représenté figure 1.
b) Procédez comme
ci-dessus, préparez deux autres fils de liaison à trois conducteurs. Vous
pouvez maintenant commencer l'exercice.
c) Enlevez toutes les
liaisons relatives à la dernière expérience.
d) Enlevez du support
I.C.X.
le circuit intégré utilisé précédemment et remplacez-le par le circuit intégré
MM 74C00.
En vous référant à la figure 2-a,
effectuez les liaisons suivantes :
e) A l'aide de deux
morceaux de fil de 5 cm, reliez la broche
1 du circuit intégré (entrée du 1er NAND) à l'interrupteur
SW0
et la broche 5 (entrée du 2ème NAND)
à l'interrupteur SW1.
f) Au moyen du fil
triple préparé précédemment, reliez la broche 3
(sortie du 1er NAND) et la broche
4
(entrée du 2ème NAND) à la
LED L0.
g) Avec le second fil
triple que vous avez préparé, reliez la broche 2
(entrée du 1er NAND) et la broche 6
(sortie du 2ème NAND) à la LED L1.
h) Mettez les deux
interrupteurs SW0 et
SW1
sur la position 1. Avec les liaisons effectuées,
vous avez réalisé le circuit illustré figure 2-b. Comme vous pouvez
l'observer, le circuit possède deux entrées et deux sorties. Une entrée est désignée
par le symbole
et l'autre par le symbole .
Les lettres S et
R
sont les abréviations des termes Set (écriture
ou mise à 1) et Reset (effacement
ou remise à 0).
Les deux sorties sont notées Q
et
car il existe une possibilité pour que les deux sorties ne soient pas complémentaires.
La sortie Q est la sortie de référence du
circuit.
Branchez maintenant l'alimentation
et observez les LED L0 et
L1,
l'une des LED sera allumée et l'autre éteinte.
Il n'est pas possible de prévoir laquelle des deux s'allumera car cela dépend
des caractéristiques physiques des deux circuits NAND
et plus exactement de leur temps de réponse. Ils ne sont jamais parfaitement
identiques.
Puisque le temps de réponse d'un
circuit logique peut varier dans un éventail assez large, il n'est pas possible
de savoir lequel des deux NAND constituant
la bascule commutera le premier à la mise sous tension.
Positionnez la bascule à un état
bien précis à la mise sous tension, certains aménagements sont nécessaires.
Ils seront examinés dans la pratique suivante.
Vérifiez maintenant le
fonctionnement du circuit :
i) Mettez
l'interrupteur SW0
sur la position 0.
Ainsi, l'entrée
est au niveau L. Vous constatez que la LED
L0 reliée à la sortie Q
est allumée, alors que la LED L1 reliée à la
sortie ,
est éteinte. Ceci signifie que la sortie Q
est à un niveau H et la sortie
est à un niveau L.
j) Remettez
SW0
sur la position 1, l'état de la sortie est
inchangé.
k) Mettez ensuite
SW1
sur la position 0. Vous constatez que la LED
L0 s'éteint et que la LED L1
s'allume.
l) Remettez
SW1
sur la position 1. Vous constatez que L0 reste éteinte et L1 allumée.
Avec cet essai, lorsque
SW1
()
est positionné sur 0, vous constatez que la sortie Q (L0)
reste inchangée en repositionnant SW1 sur 1.
m) Effectuez la même
manipulation avec l'interrupteur SW0 en le
mettant sur la position 0. Vous constatez que L0 s'allume, tandis que L1 s'éteint.
n) Remettez
SW0
en position 1,L0
reste allumée. Quand SW0
est positionné
sur 0, la LED L0
s'allume
et reste allumée lorsque SW0 est
repositionné sur 1.
Lorsque SW1
est positionné sur 0, la LED
L0 s'éteint et reste éteinte quand
SW1
est positionné sur 1.
Ne pas positionner
pour l'instant les deux interrupteurs simultanément sur 0.
Des essais précédents, vous pouvez
tirer les conclusions suivantes :
les deux sorties Q
et
sont toujours complémentaires l'une de l'autre.
chaque fois que l'entrée
(SW0) est portée, même momentanément au
niveau L, la sortie Q
est portée au niveau H (L0
allumée) ; un retour au niveau
H sur
conserve le niveau H en sortie Q.
On peut dire que la bascule se "rappelle"
que l'entrée
est momentanément passée par le niveau L.
chaque fois que l'entrée
(SW1) est portée, même momentanément au
niveau L, la sortie Q
est portée au niveau L (L0
éteinte) ; le retour du niveau
H
sur
n'a pas d'influence sur Q qui reste au niveau L.
On peut dire que la bascule se "rappelle"
que l'entrée
est momentanément allée au niveau L.
en définitive, la bascule se "rappelle" laquelle
des deux entrées a été portée la dernière au niveau L.
Celle-ci reste à l'état correspondant indéfiniment jusqu'à ce que l'autre
entrée soit portée au niveau L.
une entrée est dite "active" lorsqu'elle détermine
un basculement de l'état des deux sorties.
le fait que les deux entrées soient actives à l'état
bas est indiqué par la barre placée au-dessus des "symboles"
R
et S (
et ).
Comme pour tous les circuits
logiques combinatoires, le fonctionnement de la bascule peut être décrit par
la table de fonctionnement et la table de vérité.
La table de fonctionnement peut être
établie sur la base des essais effectués précédemment.
Lorsque les deux entrées
et sont toutes les deux portées au niveau H,
la bascule ne change pas d'état.
L'état des sorties est déterminé
par une des deux entrées portée antérieurement au niveau L.
Cette condition est généralement représentée par "Q0"
et "0",
ce que vous retrouvez dans la première ligne de la table de fonctionnement de la figure 3-a.
Dans la dernière ligne de la table,
il existe une combinaison des niveaux d'entrées qui n'a, jusqu'à présent, pas
été essayée. Il s'agit du cas où les deux entrées sont au niveau L.
Pour voir ce qui se passe dans ce
cas, effectuez les opérations suivantes :
a) Mettez les deux
interrupteurs SW0
et SW1
sur la position 0. Vous constatez que L0
et L1 sont toutes les deux allumées.
Ceci est contraire au fonctionnement
classique d'une bascule qui, habituellement, voit ses sorties prendre des
niveaux complémentaires.
b) En positionnant
simultanément les deux interrupteurs SW0
et
SW1 sur 1,
vous constatez qu'une des deux LED s'éteint,
selon l'entrée qui atteint la première le niveau H.
Il en résulte que l'état de la
bascule est indéterminé lorsque les deux entrées positionnées à L
sont portées à un niveau H (état de
repos). C'est pourquoi cette combinaison (
= 0 et = 0) des niveaux d'entrée est indésirable.
Dans la figure 3-b, vous est représentée
la table de vérité de la bascule RESET -
SET.
Vous passez immédiatement de la table de fonctionnement à la table de vérité
en associant au niveau logique L le chiffre 0,
au niveau logique H le chiffre 1.
En résumé, la bascule
RESET
- SET, souvent désignée par le sigle
R-S,
est un élément de mémoire qui a les caractéristiques suivantes :
les deux entrées
et
sont à l'état de repos quand elles sont au niveau H.
un niveau logique L
appliqué sur
fait basculer la sortie Q à un niveau H
: cet état est également dit
SET.
un niveau logique L
appliqué sur
fait basculer la sortie Q à un niveau L: cet état est également dit
RESET.
un niveau logique L appliqué
sur les deux entrées
et
fait basculer les deux sorties à un niveau H.
Quand les deux entrées reviennent à l'état de repos (H),
la bascule passe à un état indéterminé. Donc la combinaison d'entrée LL
est indésirable.
pour conclure, la bascule
R-S permet de mémoriser le passage au niveau L
de l'une des deux entrées.
Les emplois de ce
circuit sont multiples, comme vous pouvez vous en rendre compte en poursuivant
les manipulations.
Examen
d'une Bascule Reset-Set réalisée avec 2 NAND
.
Les deux sorties se trouvent toujours à des niveaux complémentaires : lorsque
Q est au niveau H,
et l'autre par le symbole 
.
Les lettres S et
R
sont les abréviations des termes Set (écriture
ou mise à 1) et Reset (effacement
ou remise à 0).
car il existe une possibilité pour que les deux sorties ne soient pas complémentaires.
La sortie Q est la sortie de référence du
circuit.
les deux sorties Q
et 
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