Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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Signets :
  Examen d'une bascule D    Emploi d'une bascule D comme détecteur de transitions positives    Bas de page   


Bascule R.S. avec Commande de Validation - Bascule 74C74 :


5. - DEUXIÈME EXPÉRIENCE : EXAMEN D'UN CIRCUIT BASCULE R.S. AVEC COMMANDE DE VALIDATION


Dans l'exercice suivant, vous allez ajouter une entrée de commande permettant de valider les deux entrées de la bascule R.S. La commande autorise donc la prise en compte des deux niveaux logiques sur les entrées.

Pour réaliser ce nouveau circuit, vous procéderez de la manière suivante :

a)  Débranchez l'alimentation et enlevez toutes les liaisons établies précédemment.

b)  Effectuez les nouvelles liaisons en vous référant à la figure 10-a et aux indications suivantes :

Liaisons_de_la_deuxieme_experience.jpgBascule_RS_avec_commande.gif

  reliez la broche 1 de ICX avec la broche 11 de ICX

  reliez la broche 2 de ICX avec la broche 6 de ICX et le contact L1 du groupe de connecteurs (utilisez le conducteur triple).

  reliez la broche 3 de ICX avec la broche 4 de ICX et le contact L0 du groupe de connecteurs en utilisant le conducteur triple.

  reliez la broche 5 de ICX avec la broche 8 de ICX

  reliez la broche 9 de ICX avec le contact SW1 du groupe de connecteurs

  reliez la broche 10 de ICX avec la broche 12 de ICX et avec le contact P0 Front_Montant.gif du groupe de connecteurs (conducteur triple)

  reliez la broche 13 de ICX avec le contact SW0 du groupe de connecteurs.

c)  Introduisez le circuit intégré MM 74C00 dans le support ICX.

d)  Mettez les deux inverseurs SW0 et SW1 en position 0.

Vous avez réalisé le circuit illustré figure 10-b. Ce circuit comporte trois entrées R, S, C et deux sorties Q et Q_barre_etoile.gif.

Les entrées S et R sont au niveau L grâce aux interrupteurs SW0 et SW1. L'entrée C est également au niveau L, car le bouton P0 est relâché. En définitive, ce circuit est une bascule RS précédée par deux circuits NAND dont le fonctionnement dépend de la commande C.

e)  Branchez l'alimentation : une des deux LED s'allume (L0 ou L1) sans que l'on puisse déterminer à l'avance laquelle.

f)  Réalisez les différentes combinaisons avec les deux interrupteurs SW0 et SW1. Notez qu'il n'y a aucun changement d'état sur les sorties de la bascule.

g)  Mettez SW1 sur la position 0 et SW0 sur la position 1. Appuyez sur le bouton P0 et maintenez-le dans cet état. L'entrée C passe au niveau H et permet de valider les deux NAND par les broches 10 et 12. Les deux états logiques sur R et S se retrouvent inversés sur les deux entrées correspondantes de la bascule aux broches 1 et 5. La LED L0 s'est allumée.

h)  Relâchez le bouton P0 : la LED L0 reste allumée.

i)  Mettez maintenant SW0 en position 0 et SW1 en position 1. Il n'y a aucun changement d'état sur les deux sorties.

j)  Appuyez et relâchez le bouton P0 ; L0 s'éteint et L1 s'allume.

k)  Continuez l'expérience en testant les différentes combinaisons de SW0 et SW1 et observez les deux LED.

Sur la base des données obtenues avec ces essais, vous pouvez établir la table de fonctionnement et en extraire la table de vérité du circuit réalisé, en adoptant la procédure suivie à la première expérience.

Vous pouvez comparer les résultats obtenus avec ceux reportés dans les deux tables de la figure 11.

Dans celles-ci, les symboles X indiquent que les entrées S et R peuvent être indifféremment au niveau H ou L (valeur logique 1 ou 0) sans influencer l'état de la sortie du circuit, c'est-à-dire sans déterminer de basculement des niveaux de sortie quand la commande C se trouve au niveau L.

Table_de_fonctionnement_et_table_de_verite_de_la_bascule_RSC.gif  

Vous pouvez vous-même relever ce résultat en pratique en remarquant que si le bouton P0 n'est pas enfoncé, les interrupteurs SW0 et SW1 peuvent être commutés sur n'importe quelle position sans que cela détermine un changement d'état des LED.

Par contre, si le bouton P0 est enfoncé, l'état de la bascule dépend des niveaux présents aux deux entrées S et R.

En conclusion, vous avez pu par cette expérience voir comment il est possible d'obtenir un perfectionnement de la bascule R.S. par l'addition de deux circuits NAND. Vous obtenez ainsi une bascule R.S.C.

Les caractéristiques de cette bascule sont les suivantes :

      à l'aide de l'entrée C, il est possible de commander le fonctionnement de la bascule. Plus précisément, si l'entrée C est au niveau L, la bascule reste bloquée à l'état où elle se trouve, indépendamment des variations des niveaux appliqués aux entrées S et R. Si l'entrée C est, par contre, au niveau H, la bascule peut commuter et prendre un état dépendant de celui des entrées S et R.

      Si S et R sont tous deux au niveau L, même si C est au niveau H, la bascule ne change pas d'état. Cette configuration des niveaux des entrées correspond à l'état de repos de la bascule.

      Si C est au niveau H, les entrées sont validées, c'est-à-dire qu'elles ont une action sur l'état de la bascule.

Lorsque S est au niveau H et R au niveau L, la bascule prend l'état 1, c'est-à-dire que la sortie Q est au niveau H.

Lorsque S est au niveau L et R au niveau H, la bascule prend l'état 0, c'est-à-dire que la sortie Q est au niveau L.

L'avantage qu'offre la bascule R.S.C. est le suivant : les signaux appliqués aux entrées S et R peuvent provoquer un changement d'état de la bascule uniquement lorsque l'autorisation en est donnée par l'entrée de commande C.

Notez que dans ce circuit, à la différence de celui vu dans la première expérience, l'état de repos est LL, soit S et R au niveau L, et que les deux entrées sont actives au niveau H. Ce mode de fonctionnement est dû à l'inversion introduite par les deux premiers NAND.

HAUT DE PAGE 6. - TROISIÈME EXPÉRIENCE : EXAMEN D'UNE BASCULE D

Il est souvent nécessaire de mémoriser l'état logique H ou L d'un signal à un instant donné grâce à un signal de commande.

Dans ce cas, on utilise une bascule D, de type MM 74C74 dont le schéma électrique est donné figure 12.

Ce circuit intégré, comme vous pouvez le voir, comprend deux bascules de type D identiques, dont une seule sera examinée.

Schema_du_circuit_integre_MM_74C74.gif

Comme vous pouvez l'observer dans la figure 12, chaque bascule D possède les quatre entrées suivantes :

       DATA : terme anglais signifiant "donnée" dont l'initiale D donne le nom à la bascule.

       CLOCK : terme anglais signifiant "horloge" ; elle correspond à l'entrée de commande (entrée C de la bascule relative à l'expérience précédente).

       CLEAR  : terme effacement

       PRESET : terme prédisposer à l'état 1

Vous verrez la fonction de ces deux dernières entrées au cours de l'expérience.

Dans chacune des deux bascules D, on dispose de deux sorties notées Q et Q_barre.gif qui sont complémentaires l'une de l'autre.

Commencez la manipulation en vous conformant aux indications suivantes :

a)  Débranchez l'alimentation et enlevez toutes les liaisons effectuées lors de la dernière expérience.

b)  Ôtez le circuit intégré MM 74C00 du support ICX et introduisez dans ce dernier le circuit intégré MM 74C74.

c)  Effectuez les raccordements visibles sur la figure 13-a et énumérés ci-dessous :

  • broche 1 du support ICX avec le contact P0 Front_descendant.gif

  • broche 2 du support ICX avec le contact SW0

  • broche 3 du support ICX avec le contact SW1

  • broche 4 du support ICX avec le contact P1 Front_descendant.gif

  • broche 5 du support ICX avec le contact L0

  • broche 6 du support ICX avec le contact L1

Liaisons_de_la_3eme_experience_de_la_bascule_D.jpgSchema_electrique_correspondant_bascule_D.gif

d)  Mettez SW0 et SW1 sur la position 0. Avec les liaisons effectuées, vous avez réalisé le circuit illustré figure 13-b.

e)  Branchez l'alimentation et observez les LED L0 et L1 : une des deux est allumée et l'autre est éteinte ; à la mise sous tension, la bascule se positionne soit à l'état haut, soit à l'état bas, sans que l'on puisse prévoir lequel.

Vous allez examiner à présent les fonctions des entrées DATA et CLOCK, les deux entrées CLEAR et PRESET n'étant pas prises en considération pour l'instant.

f)  Disposez SW1 sur la position 1, mettant ainsi l'entrée CLOCK au niveau H. Vous constatez que la LED L0 est éteinte, tandis que L1 est allumée. Ceci indique que la sortie Q de la bascule s'est portée, si elle ne l'était déjà au moment du branchement de l'alimentation, à l'état 0. La sortie Q se trouve donc au niveau L et Q_barre.gif au niveau H.

g)  Remettez maintenant SW1 sur la position 0 et placez SW0 sur la position 1 : en observant les LED, vous constatez que les sorties n'ont pas changé d'état.

h)  Disposez de nouveau SW1 sur la position 1 : vous observez que L0 s'allume immédiatement. Ceci indique que la bascule s'est mise à l'état 1. Elle a mémorisé le fait que sur l'entrée DATA un niveau H (c'est-à-dire un niveau logique 1) est appliqué.

i)  Effectuez plusieurs fois les mêmes opérations, c'est-à-dire basculez l'interrupteur SW1 de la position 0 à la position 1 pour les deux positions de SW0.

Vous observez que chaque fois que SW1 passe de la position 0 à la position 1 (c'est-à-dire de l'état 0 à l'état 1), la bascule se met au même état que celui de l'entrée DATA. Souvenez-vous que l'état de la bascule est défini par l'état de la sortie Q et dire que la bascule est à l'état 1 équivaut à dire que Q est à l'état 1 ou se trouve à l'état H.

La bascule prend en compte le niveau appliqué à l'entré DATA au moment où survient la commutation de SW1 de l'état 0 à l'état 1.

j)  Laissez SW1 sur la position 1 et commutez à plusieurs reprises SW0. Vous constatez que l'état de la bascule indiqué par L0 et L1 ne change pas. Vous venez donc de voir que la bascule est sensible au niveau de l'entrée DATA uniquement à l'instant où l'entrée CLOCK passe du niveau L au niveau H.

Ceci est la caractéristique fondamentale de la bascule D. Elle a une entrée de commande comme la bascule R.S.C. vue dans l'expérience précédente, mais commute seulement au moment de la transition positive du niveau appliqué à l'entrée de commande, et non sur un niveau déterminé appliqué à cette entrée. L'entrée de la bascule est donc validée uniquement pendant le temps très bref où le niveau de tension de l'entrée CLOCK passe du niveau L au niveau H.

Par contre, dans la bascule R.S.C., les entrées sont validées durant tout le temps où la commande se trouve au niveau H.

L'entrée CLOCK est très importante dans les circuits numériques, parce qu'elle permet de les faire fonctionner en synchronisme, c'est-à-dire que les changements d'état des sorties s'effectuent au rythme imposé par l'horloge.

Dans les prochaines pratiques, la fonction CLOCK sera expliquée. Pour l'instant, considérez-la simplement comme une entrée de commande validant la bascule.

Voyons maintenant les fonctions des deux entrées restantes CLEAR et PRESET qui n'ont pas encore été prises en considération.

k)  Appuyez sur le bouton P0, ce qui permet d'appliquer une impulsion à l'entrée CLEAR. Vous observez que L0 s'éteint et que L1 s'allume, indépendamment de l'entrée CLOCK, ce qui veut dire que la bascule est forcée à l'état 0.

l)  Appuyez à présent sur le bouton P1, vous envoyez ainsi une impulsion à l'entrée PRESET. Vous observez que L0 s'allume tandis que L1 s'éteint. La bascule est forcée à l'état 1.

Avec ces deux essais, vous avez obtenu la confirmation pratique de la fonction des entrées CLEAR et PRESET qui, indépendamment de l'entrée de commande CLOCK, forcent la bascule à l'un ou l'autre des deux états possibles en sortie.

Le terme PRESET signifie "prédisposer", donc cette entrée permet de prédisposer la bascule à l'état 1.

Le terme CLEAR signifie "effacer", donc cette entrée permet, comme vous l'avez constaté, d'effacer un éventuel état logique 1 en sortie de la bascule. Elle remet à 0 la sortie de la bascule.

m)  Essayez enfin de mettre simultanément au niveau L les deux entrées CLEAR et PRESET en appuyant en même temps sur les deux boutons P0 et P1.

Vous constatez que les sorties Q et Q_barre.gif passent toutes les deux au niveau L, tandis qu'en relâchant ensuite les boutons, la bascule se met à un état ne pouvant être déterminé à l'avance. Cette configuration des deux entrées n'est donc d'aucune utilité pratique, tout comme dans la bascule R.S., où la configuration des entrées S_barre.gif = 0 et R_barre.gif  = 0 ne l'était pas davantage.

Sur la base des résultats obtenus avec les essais réalisés, vous pouvez dresser la table de fonctionnement et tirer de celle-ci la table de vérité de la bascule D reportée sur la figure 14.

La table de fonctionnement résume tous les résultats de l'expérience. Les flèches dirigées vers le haut dans la colonne de l'entrée CLOCK représentent une transition positive qui est le passage du niveau L au niveau H du signal appliqué sur cette entrée.

Table_de_fonctionnement_et_table_de_verite_de_la_bascule_D.gif

Rappelez-vous également que le symbole X signifie que l'entrée à laquelle il se réfère, peut être indifféremment au niveau L ou H sans influencer l'état de la bascule avec les conditions spécifiées pour les autres entrées.

De l'expérience faite et de l'observation des tables de la figure 14, on peut résumer ainsi le fonctionnement de la bascule D :

      le circuit mémorise l'état de l'entrée DATA au moment de la transition du niveau L au niveau H du signal appliqué à l'entrée CLOCK.

      les entrées PRESET et CLEAR ne sont pas validées par l'entrée CLOCK. Elles servent à positionner respectivement le circuit à l'état 1 ou à l'état 0.

Ceci est très utile, quand on branche l'alimentation, par exemple pour mettre la bascule à l'état désiré, au lieu de lui laisser prendre un état indéterminé.

HAUT DE PAGE 7. - QUATRIÈME EXPÉRIENCE : EMPLOI D'UNE "BASCULE D" COMME DÉTECTEUR DE TRANSITIONS POSITIVES

Dans cette expérience, vous allez vérifier comment il est possible d'exploiter les caractéristiques de la bascule de type D, en ajoutant au digilab que vous êtes en train de construire un autre circuit qui sera particulièrement utile pour les expériences ultérieures.

a)  Débranchez l'alimentation, ôtez le circuit intégré MM 74C74 du support ICX et introduisez-le dans le support IC3.

Par l'intermédiaire des pistes du circuit imprimé, les différentes broches du circuit intégré sont reliées aux différents contacts du groupe de connecteurs comme représenté par le schéma de la figure 15.

En effet, comme vous pouvez le voir, les entrées CLEAR, CLOCK et la sortie Q de la première bascule sont reliées respectivement aux contacts repérés par les symboles CL1, CK1 et OUT1 du groupe de connecteurs, tandis que les mêmes entrées et sorties de la seconde bascule sont reliées aux contacts CL2, CK2 et OUT2.

Circuit_integre_MM74C74_monte_sur_le_support_IC3.gif

Les entrées PRESET et DATA sont reliées à la tension + V et se trouvent donc en permanence au niveau H, tandis que la sortie Q_barre.gif n'est pas reliée.

On raccorde l'entrée PRESET au niveau H pour qu'elle n'ait pas d'influence sur le fonctionnement de la bascule.

La sortie Q_barre.gif n'est pas reliée puisqu'elle n'est pas utilisée.

b)  Effectuez à présent les liaisons entre les différents contacts du groupe de connecteurs représentés figure 16-a tel qu'énuméré ci-dessous :

  • CK1 avec SW0

  • CK2 avec SW1

  • CL1 avec P0 Front_descendant.gif

  • CL2 avec P1 Front_descendant.gif

  • OUT1 avec L0

  • OUT2 avec L1

Liaisons_de_la_4eme_experience_de_la_bascule_D.jpgSchema_du_circuit_integre_MM_74C74(1).gif

De cette manière SW0 et relié à l'entrée CLOCK de la première bascule, la sortie Q à la LED L0 et l'entrée CLEAR au bouton-poussoir P0 Front_descendant.gif.

La seconde bascule est reliée de manière analogue à l'interrupteur SW1, à la LED L1 et au bouton-poussoir P1 Front_descendant.gif.

Effectuez maintenant les opérations suivantes :

c)  Branchez l'alimentation et mettez SW0 et SW1 sur la position 0.

d)  Appuyez sur le bouton P0, vous appliquez ainsi une impulsion négative sur l'entrée CLEAR de la première bascule. Vous constatez que L0 s'éteint, donc que la bascule passe à l'état 0.

De cette façon, le circuit est pré-positionné ou initialisé, c'est-à-dire qu'il a été mis dans un état connu et désiré de manière à pouvoir poursuivre l'expérience à partir d'un état bien déterminé et choisi, en l'occurrence l'état 0.

e)  Mettez maintenant SW0 sur la position 1. L0 s'allume immédiatement. En effet, sur l'entrée CLOCK est appliquée une transition du niveau L au niveau H, la bascule prend donc l'état déterminé par l'entrée DATA.

Puisque cette dernière se trouve au niveau H, la bascule passe à l'état correspondant, c'est-à-dire au niveau H provoquant ainsi l'allumage de L0.

Si l'essai ne fournissait pas les résultats prévus, revoyez avec plus d'attention les liaisons et faites un contrôle visuel minutieux des pistes du circuit imprimé reliant le support IC3 et les contacts du groupe de connecteurs. Refaites également les soudures.

f)  Remettez SW0 sur la position 0 et appuyez ensuite sur le bouton-poussoir P0. La LED s'éteint.

g)  Essayez de faire basculer plusieurs fois SW0 de la position 0 à la position 1 et vice-versa.

A chaque transition de l'état 0 à l'état 1 réalisée de cette façon, vous constatez que L0 s'allume si elle n'est pas déjà allumée. Le bouton-poussoir P0 permet de l'éteindre.

h)  Répétez les mêmes opérations sur la seconde bascule en actionnant SW1 et le bouton-poussoir P1 et en observant la LED L1.

Au terme de la manipulation, laissez le circuit intégré MM 74C74 en permanence inséré dans le support IC3.

Vous avez ainsi expérimenté un circuit qui détecte les transitions du niveau L au niveau H : il se montrera particulièrement utile pour détecter des impulsions trop brèves pour être visualisées au moyen de la LED. On peut dire que le circuit mémorise les impulsions en se mettant à l'état 1 et reste à cet état même après la disparition de l'impulsion dont il signale l'existence.

Dans la prochaine pratique, vous examinerez d'autres types de circuit et vous poursuivrez les expériences avec des circuits de plus en plus complexes.


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