Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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  Examen d'une Bascule J.K.         Bas de page    


Bascule D dans la Configuration Maître-Esclave, Bascule JK :


5. - DEUXIÈME EXPÉRIENCE : "EXAMEN D'UNE BASCULE D DANS LA CONFIGURATION MAîTRE-ESCLAVE"

Avec cette manipulation, vous allez vérifier le fonctionnement d'une bascule D dans la configuration maître-esclave. Dans une expérience précédente, vous avez déjà eu l'occasion d'examiner le circuit intégré MM 74C74 contenant deux bascules D ; vous apprendrez à mieux connaître le fonctionnement de ce circuit en réunissant quelques-uns des points acquis des expériences précédentes.

5. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT

a) Débranchez l'alimentation et enlevez de la matrice le circuit intégré, ôtez du groupe de connecteurs toutes les liaisons relatives à la dernière expérience.

b) Introduisez sur la matrice deux circuits intégrés MM 74C00 (contenant quatre circuits NAND chacun) et un circuit intégré MM 74C04 (contenant six inverseurs) dans les positions indiquées sur la figure 16-a.

c) Effectuez les raccordements décrits par la figure 16-a en utilisant comme de coutume les morceaux de fil étamé isolé récupérés lors des expériences précédentes ou coupés à la bonne longueur dans le toron que vous avez en votre possession.

Bascule_D_en_configuration_maitre_esclave.jpg

d) Mettez l'interrupteur SW0 sur la position 0.

Le schéma électrique du circuit que vous venez de réaliser est représenté par la figure 16-b. Comme vous pouvez l'observer, le circuit se compose de deux bascules R.S.C. du type que vous avez déjà examiné dans la pratique précédente, reliées l'une à la suite de l'autre.

Bascule_D_en_configuration_maitre_esclave.gif

Le signal Front_Montant fourni par le bouton P0 est appliqué directement à l'entrée de la deuxième bascule et à travers un inverseur à l'entrée de la première.

Un deuxième inverseur, relié à l'entrée R de la première bascule, permet d'inverser les niveaux logiques appliqués aux entrées S et R au moyen de l'interrupteur SW0.

Notez que la première bascule est appelée Maître tandis que la seconde est appelée Esclave. On a choisi ces termes pour mettre en évidence le fait que la deuxième bascule est asservie à la première comme vous le verrez au cours de cette manipulation.

5. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT

a) Branchez l'alimentation. Vous observez que la LED L0 reliée à la sortie de la bascule MAÎTRE est éteinte, indiquant que cette sortie est à l'état L.

La LED L1 reliée à la sortie de la bascule ESCLAVE est soit allumée, soit éteinte, selon l'état du circuit à la mise sous tension. Ceci n'est pas prévisible et dépend des caractéristiques physiques du circuit intégré.

b) Commutez l'interrupteur SW0 plusieurs fois de suite. Vous constatez que la sortie de la bascule MAÎTRE suit l'état de l'entrée, se portant à l'état H (L0 allumée) ou à l'état L (L0 éteinte) lorsque l'interrupteur SW0 est commuté respectivement sur la position 1 (entrée du circuit à l'état H) ou sur la position 0 (entrée du circuit à l'état L).

Par contre, La LED L1 ne signale aucun changement d'état en sortie de la bascule ESCLAVE.

Avec cet essai, vous vous êtes assuré que la bascule MAÎTRE est sensible au niveau du signal d'entrée quand l'entrée C du circuit est à l'état L, tandis que la bascule ESCLAVE y est insensible.

c) Mettez à présent l'interrupteur SW0 sur la position 1 de manière à allumer L0.

d) Appuyez sur le bouton P0 et maintenez-le dans cette position appliquant ainsi à l'entrée de commande C du circuit un niveau H.

Vous observez que L1 s'allume ou reste allumée si elle l'était déjà ; ceci indique que l'état en sortie du MAÎTRE s'est transféré à la sortie de l'ESCLAVE.

e) Gardant P0 toujours enfoncé, commutez plusieurs fois l'interrupteur SW0.

Vous observez que L0 reste allumée, signe que le MAÎTRE ne change pas d'état et qu'il est donc insensible aux variations du niveau de l'entrée. De même, en observant L1, vous constatez que l'ESCLAVE, également, ne change pas d'état.

f) Relâchez le bouton P0 et commutez à plusieurs reprises l'interrupteurs SW0.

Cette fois, vous constatez que L0 s'allume et s'éteint chaque fois que vous agissez sur SW0. Cela indique que la sortie du MAÎTRE suit à nouveau les changements de niveau de l'entrée. Par contre, L1 reste constamment allumée indiquant que la sortie de l'ESCLAVE ne change pas d'état.

g) Mettez l'interrupteur SW0 sur la position 0 de manière que L0 s'éteigne.

h) Appuyez et maintenez P0 dans cette position ; L1 s'éteint.

i) Relâchez le bouton P0 : L1 reste éteinte.

Avec cet essai, vous avez vérifié par la pratique le fonctionnement du circuit MAÎTRE-ESCLAVE qui peut être résumé ainsi :

      lorsque l'entrée de commande C est à l'état L, le MAÎTRE reproduit en sortie l'état logique présent sur l'entrée. L'ESCLAVE est par contre isolé du MAÎTRE et il est donc insensible à toute variation d'état se manifestant sur l'entrée.

      Lorsque l'entrée de commande C passe à l'état H, Le MAÎTRE est isolé de l'entrée et sa sortie devient indépendante de l'état de l'entrée, et l'état présent à la sortie du MAÎTRE est transféré à la sortie de l'ESCLAVE.

Nous pouvons donc conclure que dans une bascule de type MAÎTRE-ESCLAVE le transfert des états logiques des bornes d'entrée aux bornes de sortie se fait en deux temps : le temps pour réaliser ce transfert est égal à la durée d'une impulsion d'horloge (qui peut être de l'ordre de 1 µs ou même moins dans les circuits couramment employés).

Lorsque l'impulsion d'horloge (entrée C) passe de H à L, la donnée présente à l'entrée est transférée au MAÎTRE (et il n'y a aucun changement à la sortie de la bascule, c'est-à-dire de l'ESCLAVE).

Au moment de la transition de L à H de l'impulsion d'horloge, la donnée présente à la sortie du MAÎTRE est transférée à l'ESCLAVE, donc à la sortie de la bascule.

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

La bascule J.K. Maître-Esclave, comme vous allez le voir au cours de cette manipulation, est le type de bascule d'emploi le plus souple parmi toutes celles que vous aurez à examiner.

Pour cette manipulation, vous utiliserez le circuit intégré CD 4027 (ou type équivalent) contenant deux bascules J.K. MAÎTRE ESCLAVE dont les entrées et les sorties sont raccordées aux broches selon le schéma de la figure 17.

Schema_du_CI_CD_4027_2_Bascules_JK.gif

Les deux bascules sont identiques et comme vous pouvez le remarquer, chacune de ces bascules a cinq entrées.

  • deux entrées principales J et K

  • une entrée d'horloge CLOCK

  • deux entrées auxiliaires SET et RESET

Les fonctions de ces entrées seront vérifiées directement par la manipulation qui va suivre.

Les sorties de chaque bascule sont au nombre de deux, Q et Q_barre, et elles sont complémentaires l'une de l'autre.

6. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT

a) Débranchez l'alimentation et enlevez de la matrice et du groupe de connecteurs tous les circuits intégrés et les liaisons relatives à l'expérience précédente.

b) Introduisez le circuit CD 4027 sur la matrice dans la position indiquée par la figure 18-a, et effectuez les raccordements reportés dans cette même figure.

Liaisons_electriques_relatifs_a_la_3eme_experience.jpg

Le schéma électrique du circuit réalisé est représenté par la figure 18-b. Comme vous pouvez l'observer, les entrées J2 et K2 sont reliées respectivement à SW0 et SW1, tandis que les entrées SET 2 et RESET 2 sont reliées à SW2 et SW3.

Les sorties Q2 et Q_barre2 sont reliées aux LED L0 et L1.

Schema_du_CI_CD_4027_2_Bascules_JK_Maitre_Esclave.gif

Puisque, comme nous l'avons déjà dit, les deux bascules constituant le circuit intégré sont parfaitement identiques, l'essai de fonctionnement est limité à une seule d'entre elles, donc toutes les broches de la 9ème à la 15ème sont laissées libres.

6. 2. - CONTRÔLE DE FONCTIONNEMENT

a) Alimentez le circuit : une des deux LED L0 et L1 s'allume. Il n'est pas possible de prévoir laquelle des deux s'allumera, parce que cela dépend des caractéristiques physiques du circuit intégré.

b) Commutez l'interrupteur SW2 sur la position 1 mettant ainsi l'entrée SET 2 à l'état H. La LED L0, reliée à la sortie Q2 s'allume ou reste allumée.

c) Remettez l'interrupteur SW2 sur la position 0 et commutez l'interrupteur SW3 sur la position 1, appliquant de cette manière l'état H à l'entrée RESET 2.

Vous observez que la LED L0 s'éteint, tandis que la LED L1 reliée à la sortie Q_barre2 s'allume.

d) Commutez plusieurs fois les interrupteurs SW2 et SW3 en prenant soin cependant de ne jamais les mettre tous les deux sur la position 1. Vous remarquez que chaque fois que l'interrupteur SW2 est sur la position 1 (SET 2 au niveau H), la sortie Q2 passe également au niveau H, tandis que Q_barre2 se porte au niveau L.

Au contraire, quand SW3 est sur la position 1 (RESET 2 au niveau H), la sortie Q2 passe au niveau L et Q_barre2 au niveau H.

e) Mettez SW2 sur la position 1 (SET 2 à l'état H) et SW3 sur la position 0 (RESET 2 à l'état L) de manière à ce que L0 s'allume, puis actionnez autant de fois que vous voulez les interrupteurs SW0 (entrée J2), SW1 (entrée K2) ainsi que le bouton P0 (entrée CLOCK 2).

Vous constatez que l'état des sorties Q2 et Q_barre2 ne varie pas, ce qui indique que les changements d'état des entrées J, K et CLOCK ne déterminent aucun basculement de l'état des sorties.

f) Après avoir commuté SW2 sur la position 0 (SET 2 à l'état L) et SW3 sur la position 1 (RESET 2 à l'état H) pour que L1 s'allume, refaites l'essai précédent en actionnant plusieurs fois SW0, SW1 et P0.

Vous observez que dans ce cas également, les entrées J, K et CLOCK ne provoquent pas de changement de l'état des sorties.

Avec ces essais, vous avez pu constater que les entrées SET et RESET forcent la bascule dans l'un de ses deux états possibles, indépendamment des autres entrées.

g) Mettez les deux interrupteurs SW2 et SW3 sur la position 1. Dans ce cas, les LED L0 et L1 s'allument toutes les deux ; cependant cette condition n'est généralement ni utile, ni recommandable.

h) Commutez simultanément SW2 et SW3 sur la position 0. La bascule se portera à un état qui dépendra de celle des deux entrées SET et RESET qui est restée en dernier sur la position 1.

i) Mettez la bascule à l'état 0 de sorte que L0 soit éteinte et L1 allumée. Mettez SW3 un instant sur la position 1 puis replacez-le à nouveau sur la position 0.

j) Laissant SW2 et SW3 sur la position 0, commutez aussi SW0 et SW1 sur la position 0, vous appliquez ainsi l'état L aux deux entrées J2 et K2. Appuyez et relâchez ensuite le bouton P0. Vous observez que la bascule reste à l'état 0 (LED L0 éteinte).

k) Mettez SW0 sur la position 1 (J2 à l'état H), laissez SW1 sur la position 0 (K2 à l'état L) et appuyez sur le bouton P0. Vous observez que L0 s'allume, tandis que L1 s'éteint.

l) Relâchez P0 : L0 reste allumée.

m) Mettez SW0 sur la position 0 (J2 à l'état L) et SW1 sur la position 1 (K2 à l'état H). Enfoncez puis relâchez le bouton P0. Vous constatez que L0 s'éteint tandis que L1 s'allume.

n) Commutez maintenant SW0 sur la position 1 ; de cette manière J2 et K2 se trouvent au niveau H.

o) Appuyez su P0 : L0 s'allume et L1 s'éteint.

p) Relâchez puis appuyez de nouveau sur P0 : L0 s'éteint et L1 s'allume.

En continuant à enfoncer et relâcher P0, vous constatez chaque fois un changement d'état en sortie. On peut donc conclure que lorsque les entrées J et K sont toutes les deux au niveau H, la bascule change d'état chaque fois qu'une impulsion positive se présente sur l'entrée CLOCK, c'est-à-dire chaque fois qu'il y a une transition du niveau L au niveau H.

Les résultats des essais réalisés sont indiqués dans la figure 19 où est reportée la table de fonctionnement de la bascule en question.

Table_de_fonctionnement__du_CI_CD_4027_BC.gif

Rappelez-vous que dans cette table, le symbole X signifie "état indifférent" tandis que la flèche avec la pointe orientée vers le haut représente une transition du signal d'horloge du niveau L vers le niveau H. Les lettres S et R indiquent respectivement les entrées SET et RESET.

En conclusion, le fonctionnement de la BASCULE J.K. MAÎTRE-ESCLAVE peut se résumer ainsi :

      les deux entrées SET et RESET doivent être au niveau L pour obtenir le fonctionnement normal de la bascule avec le signal d'horloge.

      si l'entrée J et l'entrée K sont toutes les deux à l'état L, il ne se produit aucun changement d'état à la sortie quand une transition positive se présente sur l'entrée CLOCK.

      si l'entrée J est à l'état H et l'entrée K à l'état L, la bascule passe (ou reste si elle y est déjà) à l'état 1 (sortie Q au niveau H et sortie Q_barre au niveau L) quand une transition positive est appliquée sur l'entrée CLOCK.

      si l'entrée J est à l'état L et l'entrée K à l'état H, la bascule passe (ou reste si elle y est déjà) à l'état 0 (sortie Q au niveau L et sortie Q_barre au niveau H) quand une transition positive est appliquée sur l'entrée CLOCK.

      si l'entrée J et l'entrée K sont toutes les deux à l'état H, la bascule change d'état chaque fois qu'une transition positive de niveau est appliquée sur l'entrée CLOCK. Dans ce cas, on dit que la bascule fonctionne en mode T (toggle). Ce mode de fonctionnement est à la base de beaucoup de type de systèmes électroniques de comptage comme vous le verrez par la suite.

      si l'entrée SET est au niveau H et l'entrée RESET au niveau L, la bascule passe immédiatement à l'état 1 (Q au niveau H et Q_barre au niveau L) sans qu'une impulsion positive d'horloge soit nécessaire.

      si l'entrée RESET est au niveau H et l'entrée SET au niveau L, la bascule passe immédiatement à l'état 0 (Q au niveau L et Q_barre au niveau H) sans qu'une impulsion positive d'horloge soit nécessaire.

      si les entrées SET et RESET sont toutes les deux au niveau H, les deux sorties Q et Q_barre passent immédiatement à l'état 1. Cette condition doit cependant être évitée.

      pour un fonctionnement normal de la bascule, le signal d'horloge doit être exempt de parasites et caractérisé par un temps de transition du niveau L au niveau H inférieur à 5 µs, comme par exemple celui obtenu en agissant sur le bouton P0 (contact P0 Front_Montant sur le groupe de connecteurs).

Le fonctionnement décrit ci-dessus, relatif au circuit intégré examiné, est aussi celui de n'importe quelle bascule de type J.K.

Cependant, il se peut que les entrées SET et RESET au lieu d'être actives au niveau H le soient au niveau L. Cela signifie que ces deux entrées doivent être maintenues au niveau H pour un fonctionnement de la bascule avec le signal d'horloge.

Par contre, lorsqu'on veut positionner la bascule indépendamment du signal d'horloge, l'entrée SET ou l'entrée RESET doivent être portées au niveau L.

Dans ce cas, un petit cercle (signe d'inversion) est placé sur les deux entrées SET et RESET dans le schéma représentant la bascule.

Il existe aussi des bascules nécessitant une transition négative d'horloge, c'est-à-dire un signal allant du niveau H au niveau L.

Dans ce cas également, un petit cercle est reporté sur la borne d'entrée CLOCK dans le schéma ; il indique que l'entrée CLOCK est active avec une transition négative du signal d'horloge.

La bascule J.K. est certainement plus souple d'emploi que la bascule D et présente par rapport à cette dernière quelques caractéristiques qui la rendent irremplaçable dans certaines applications. Dans les autres cas, la bascule D est souvent préférée car ayant une seule entrée D, son emploi réduit la complexité des systèmes. De plus, cette bascule D a l'avantage d'être un peu plus économique et de consommer moins d'énergie que la bascule J.K.


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