Verrous déclenchés par le bord :bascules

Jusqu'à présent, nous avons étudié les circuits de verrouillage S-R et D avec entrées d'activation. La bascule ne répond aux entrées de données (S-R ou D) que lorsque l'entrée d'activation est activée. Dans de nombreuses applications numériques, cependant, il est souhaitable de limiter la réactivité d'un circuit de verrouillage à une très courte période de temps au lieu de la durée entière pendant laquelle l'entrée de validation est activée.

Une méthode d'activation d'un circuit multivibrateur est appelée déclenchement sur front , où les entrées de données du circuit n'ont le contrôle que pendant le temps où l'entrée d'activation est en transition d'un état à un autre.

Comparons les chronogrammes d'un verrou D normal par rapport à un verrou déclenché par un bord :

Dans le premier chronogramme, les sorties répondent à l'entrée D chaque fois que l'entrée de validation (E) est haute, aussi longtemps qu'elle reste haute. Lorsque le signal d'activation retombe à un état bas, le circuit reste verrouillé.

Dans le deuxième chronogramme, nous notons une réponse nettement différente dans la ou les sorties du circuit :elle ne répond à l'entrée D que pendant ce bref instant où le signal d'activation change , ou transitions , de bas en haut. Ceci est connu sous le nom de positif déclenchement par le bord.

Il existe une chose telle que négatif déclenchement sur front également, et il produit la réponse suivante aux mêmes signaux d'entrée :

Chaque fois que nous activons un circuit multivibrateur sur le bord de transition d'un signal d'activation à onde carrée, nous l'appelons une flip-flop au lieu d'un loquet .

Par conséquent, un circuit S-R déclenché par front est plus correctement connu sous le nom de bascule S-R et un circuit D déclenché par front sous le nom de bascule D. Le signal d'activation est renommé en horloge signal. De plus, nous appelons les entrées de données (S, R et D, respectivement) de ces bascules synchrone entrées, car elles n'ont d'effet qu'au moment du front d'impulsion d'horloge (transition), synchronisant ainsi tout changement de sortie avec cette impulsion d'horloge, plutôt qu'au gré des entrées de données.

Mais, comment pouvons-nous réellement accomplir ce déclenchement de bord ? Créer un verrou S-R « fenêtré » à partir d'un verrou S-R ordinaire est assez facile avec quelques portes ET, mais comment implémenter une logique qui ne prête attention qu'au front montant ou descendant d'un signal numérique changeant ?

Ce dont nous avons besoin, c'est d'un circuit numérique qui émet une brève impulsion chaque fois que l'entrée est activée pendant une période arbitraire, et nous pouvons utiliser la sortie de ce circuit pour activer brièvement le verrou. On prend un peu d'avance ici, mais il s'agit en fait d'une sorte de multivibrateur monostable, que l'on appellera pour l'instant un détecteur de pouls .

La durée de chaque impulsion de sortie est définie par des composants dans le circuit d'impulsion lui-même. En logique à relais, cela peut être accompli assez facilement grâce à l'utilisation d'un relais temporisé avec un temps de retard très court :

La mise en œuvre de cette fonction de synchronisation avec des composants semi-conducteurs est en fait assez simple, car elle exploite le délai inhérent à chaque porte logique (appelé délai de propagation ). Ce que nous faisons, c'est prendre un signal d'entrée et le diviser de deux manières, puis placer une porte ou une série de portes dans l'un de ces chemins de signal juste pour le retarder un peu, puis faire entrer à la fois le signal d'origine et son homologue retardé dans un porte à deux entrées qui émet un signal haut pendant le bref instant pendant lequel le signal retardé n'a pas encore rattrapé le changement bas-haut du signal non retardé. Un exemple de circuit pour produire une impulsion d'horloge sur une transition de signal d'entrée bas-à-haut est montré ici :

Ce circuit peut être converti en un circuit détecteur d'impulsions à front négatif avec seulement un changement de la porte finale de AND à NOR :

Maintenant que nous savons comment un détecteur d'impulsions peut être fabriqué, nous pouvons le montrer attaché à l'entrée d'activation d'un verrou pour le transformer en bascule. Dans ce cas, le circuit est une bascule S-R :

Ce n'est que lorsque le signal d'horloge (C) passe de bas en haut que le circuit réagit aux entrées S et R. Pour toute autre condition du signal d'horloge (« x »), le circuit sera verrouillé.

Une version logique à relais de la bascule S-R est présentée ici :

Contact relais CR₃ dans le schéma à contacts remplace l'ancien contact E dans le circuit de verrouillage S-R et n'est fermé que pendant le court laps de temps pendant lequel à la fois C est fermé et le contact temporisé TR₁ est fermé. Dans les deux cas (circuit de porte ou en échelle), nous voyons que les entrées S et R n'ont aucun effet à moins que C ne passe d'un état bas (0) à un état haut (1). Sinon, les sorties de la bascule se verrouillent dans leurs états précédents.

Il est important de noter que l'état invalide de la bascule S-R n'est maintenu que pendant la courte période de temps pendant laquelle le circuit détecteur d'impulsions permet au verrou d'être activé. Une fois cette brève période de temps écoulée, les sorties se verrouillent dans l'état défini ou réinitialisé. Encore une fois, le problème d'une condition raciale se manifeste. Sans signal de validation, un état de sortie invalide ne peut pas être maintenu. Cependant, les états "verrouillés" valides du multivibrateur - activé et réinitialisé - s'excluent mutuellement. Par conséquent, les deux portes du circuit multivibrateur "se précipiteront" pour la suprématie, et celle qui atteint en premier un état de sortie élevé "gagnera".

Les symboles de bloc pour les bascules sont légèrement différents de ceux de leurs homologues de verrouillage respectifs :

Le symbole triangulaire à côté des entrées d'horloge nous indique qu'il s'agit de dispositifs déclenchés par front, et par conséquent qu'il s'agit de bascules plutôt que de verrous. Les symboles ci-dessus sont déclenchés par un front positif :c'est-à-dire qu'ils « synchronisent » sur le front montant (transition bas-haut) du signal d'horloge. Les périphériques déclenchés par front négatif sont symbolisés par une bulle sur la ligne d'entrée de l'horloge :

Les deux bascules ci-dessus « synchroniseront » sur le front descendant (transition haut-bas) du signal d'horloge.

AVIS :

• Une flip-flop est un circuit de verrouillage avec un circuit de « détecteur d'impulsions » connecté à l'entrée d'activation (E), de sorte qu'il n'est activé que pendant un bref instant sur le front montant ou descendant d'une impulsion d'horloge.
• Les circuits détecteurs d'impulsions peuvent être constitués de relais temporisés pour les applications à logique en échelle, ou de portes semi-conductrices (en exploitant le phénomène de retard de propagation ).

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur les tongs