Construction d'un bascule RS (flip-flop) à portes NAND : détection de front et rebond de contact

COMPOSANTS ET MATÉRIEL

• 4011 quadruple porte NAND (Radio Shack catalogue # 276-2411)
• 4001 quadruple porte NOR (Radio Shack catalogue # 276-2401)
• Interrupteur DIP 8 positions (Radio Shack catalogue # 275-1301)
• Barregraphe LED 10 segments (Radio Shack catalogue # 276-081)
• Une pile 6 V
• Trois résistances 10 kΩ
• Deux résistances 470 Ω

Attention ! Le CI 4011 est CMOS et donc hautement sensible à la décharge statique. Bien que la liste de composants prévoie un barregraphe LED 10 segments, l'illustration montre deux LED individuelles en raison de l'espace limité sur la plaque d'essai. Si vous avez assez de place, n'hésitez pas à installer le barregraphe comme prévu initialement.

RÉFÉRENCES CROISÉES

• Lessons In Electric Circuits, Volume 4, Chapitre 3 : « Portes logiques »
• Lessons In Electric Circuits, Volume 4, Chapitre 10 : « Multivibrateurs »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Distinguer une bascule verrouillée (gated latch) et un bascule (flip-flop).
• Construire un circuit détecteur d'impulsion qui permet un fonctionnement déclenché par front.
• Comprendre comment le rebond de contact mécanique peut perturber la logique numérique et apprendre des stratégies d'atténuation.

SCHÉMA ÉLECTRIQUE

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

La différence fondamentale entre une bascule verrouillée (ou activée) et un bascule (flip-flop) est le mécanisme de déclenchement : un bascule ne réagit qu'à un front d'horloge, alors qu'une bascule suit un signal d'activation soutenu. Convertir une bascule activée en bascule nécessite simplement d'ajouter un détecteur d'impulsion qui convertit un front d'horloge en une brève impulsion d'activation haute.

Le détecteur d'impulsion utilise une seule porte NOR et trois inverseurs. En mettant en parallèle les entrées de la NOR, nous ralentissons délibérément la propagation pour générer une impulsion étroite à chaque front descendant de l'horloge.

Normalement, une porte NOR est câblée comme inverseur en reliant une entrée à la masse et en alimentant l'autre avec le signal, ce qui minimise la capacitance et maximise la vitesse. Dans ce circuit, nous mettons délibérément les entrées en parallèle pour créer un inverseur lent, assurant que l'impulsion reste assez longue pour déclencher la bascule.

Cette conception produit une impulsion de sortie haute à chaque front descendant de l'horloge. Par conséquent, la bascule RS répond à Set et Reset uniquement lorsque l'interrupteur du milieu passe de « on » à « off ». En pratique, cependant, vous pouvez observer des réponses sur les deux transitions à cause du rebond de contact.

Les interrupteurs mécaniques ont tendance à rebondir — s'ouvrant et se fermant rapidement — lors de leur première action. Cela crée de multiples transitions bas-haut-bas qui peuvent déclencher involontairement le détecteur d'impulsion deux fois, amenant la bascule à réagir aux deux fronts d'horloge. Comprendre et atténuer le rebond de contact est essentiel pour une logique numérique fiable.

FEUILLE DE TRAVAIL ASSOCIÉE

• Feuille de travail : Circuits bascules (Flip-Flop)