Titre: Logique séquentielle | Techniques d’intégration

Auteurs: Catherine Douillard, Gérald Ouvradou, Michel Jézéquel

Ecole: Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne

Résumé: Avec les circuits séquentiels, nous abordons un type nouveau de comportement par rapport à celui des circuits combinatoires, dans lequel la dimension temporelle joue un rôle fondamental. Pour le mettre en évidence, étudions un exemple simple de circuit séquentiel. Le circuit considéré dispose d’une entrée E(t) et d’une sortie Y(t), t étant la variable temps. Sa fonction consiste à reproduire sur sa sortie la seconde impulsion dans un train de deux impulsions consécutives présenté sur son entrée. Ce comportement est illustré par le chronogramme de la figure 5.1. On néglige, pour simplifier, le temps de propagation du circuit.

chaine de conception

 

registre universel

détecteur d'une impulsion

Extrait du sommaire:

Chapitre 5 : Fonctions de base de la logique séquentielle 1
1 INTRODUCTION1
2 MODELISATION D’UN SYSTEME SEQUENTIEL1
21 MODELE COMPORTEMENTAL : AUTOMATE A ETATS FINIS (AEF)1
22 MODELE STRUCTUREL : MACHINE DE MEALY3
23 UN EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE D’UN AEF PAR UNE MACHINE DE MEALY4
24 SYSTEMES SEQUENTIELS SYNCHRONES (VERSUS ASYNCHRONES) 6
3 LE POINT MEMOIRE: DE LA BASCULE ASYNCHRONE A LA SYNCHRONISATION SUR FRONT
D’HORLOGE7
31 LE POINT MEMOIRE ELEMENTAIRE 7
32 LA BASCULE RS8
321 Structure de la bascule RS8
322 Analyse temporelle du comportement de la bascule RS-NOR9
323 Analyse statique de la bascule RS-NOR 10
34 LA BASCULE D A VERROUILLAGE OU D LATCH 11
331 Fonctionnalité de la D latch 11
332 Structure de la bascule D latch 12
333 Analyse temporelle du comportement de la D latch 14
3331 Temps de propagation 14
3332 Contraintes sur les entrées 15
34 LA BASCULE D A DECLENCHEMENT SUR FRONT OU D FLIP-FLOP 15
341 Introduction 15
342 Principe de fonctionnement de la bascule D à déclenchement sur front 16
343 Structure et analyse du comportement de la bascule D flip-flop 17
344 Analyse temporelle du comportement de la D flip-flop 18
3441 Temps de propagation 19
3442 Contraintes sur les entrées 19
35 LA BASCULE JK A DECLENCHEMENT SUR FRONT 19
36 COHABITATION DE FONCT IONS ASYNCHRONES ET SYNCHRONES 20
361 Initialisation des circuits séquentiels 20
362 Entrées statiques et dynamiques d’un circuit séquentiel synchrone 22
37 MODELE STRUCTUREL D’UN SYSTEME SEQUENTIEL SYNCHRONE 22
4 LES REGISTRES23
41 INTRODUCTION 23
42 LES REGISTRES DE MEMORISATION OU REGISTRES TAMPONS 23
43 LES REGISTRES A DECALAGE 24
431 Fonction décalage à droite 24
432 Fonction décalage à gauche 24
433 Chargement parallèle 25
434 Initialisation 25
435 Registres universels 26
4351 Structure d’une cellule 27
4352 Identification avec le modèle de Mealy 27
436 Applications des registres à décalage 28
4361 Conversions parallèle-série et série-parallèle d’un train d’information 28
4362 Ligne à retard numérique 28
4363 Multiplication et division par 2n 28
4364 Réalisation de générateurs de séquences pseudo-aléatoires 29
5 LES COMPTEURS31
51 INTRODUCTION 31
511 La fonction de comptage 31
512 Le diviseur par 2 31
513 Comptage synchrone / asynchrone 32
52 LES COMPTEURS ASYNCHRONES 32
521 Compteurs binaires asynchrones à cycles complets 32
522 Décompteurs binaires asynchrones à cycles complets 33
523 Compteurs / décompteurs asynchrones à cycles incomplets 34
524 Conclusion sur l’utilisation des compteurs asynchrones 35
53 LES COMPTEURS SYNCHRONES 35
531 Méthode de synthèse des compteurs synchrones 35
5311 Exemple de synthèse de compteur binaire synchrone à cycle complet : compteur modulo 8 36
5312 Exemple de synthèse de compteur binaire synchrone à cycle incomplet : compteur modulo 5 38
5313 Exemple de synthèse de décompteur 39
5314 Initialisation d’un compteur synchrone 40
532 Les compteurs programmables 40
54 APPLICATIONS DES COMPTEURS 42
6 PARAMETRES DYNAMIQUES ET REGLES D’ASSEMBLAGE DES OPERATEURS SEQUENTIELS43
61 CHEMIN CRITIQUE ET FREQUENCE MAXIMALE DE FONCTIONNEMENT D’UN CIRCUIT SYNCHRONE 43
611 Définition 43
612 Exemples de calcul de la fréquence maximale de fonctionnement d’un circuit séquentiel 44
6121 Registre à décalage 44
6122 Compteur modulo 8 44
62 REGLES D’ASSEMBLAGE SEQUENTIEL ET ALEAS DE FONCTIONNEMENT 45
621 Initialisation 45
622 Horloge 45
6221 Décalage d’horloge 45
6222 Intégrité du signal d’horloge 46
623 Entrées statiques / entrées dynamiques 46
7 LES MEMOIRES A SEMI-CONDUCTEUR 49
71 INTRODUCTION 49
72 LES MEMOIRES A ACCES ALEATOIRE 50
721 Structure 50
722 Les mémoires vives ou RAM 51
7221 Les RAM statiques 52
7222 Les RAM dynamiques 54
7223 Critères de choix SRAM / DRAM 55
723 Les mémoires mortes ou ROM 56
7231 Les mémoires ROM et ROM programmables (PROM) 56
7232 Les mémoires reprogrammables REPROM 57
73 LES MEMOIRES A ACCES SEQUENTIEL 58
8 BIBLIOGRAPHIE59
Chapitre 6 : Fonctions et systèmes séquentiels complexes 61
1 INTRODUCTION61
11 DEFINITIONS 61
12 SOLUTIONS ARCHITECTURALES ETUDIEES POUR LA REALISATION D’UNE UNITE DE CONTROLE 62
2 LES MACHINES A ETATS FINIS62
21 SYSTEMES SYNCHRONES VERSUS ASYNCHRONES 62
22 MACHINE DE MEALY VERSUS MACHINE DE MOORE 63
23 MISE EN OEUVRE DES AUTOMATES 65
24 COMPLEXITE DES MACHINES A ETATS FINIS 66
3 LES SEQUENCEURS67
31 LE SEQUENCEUR CABLE 67
32 L’APPROCHE MICROPROGRAMMEE 68
4 BILAN COMPARATIF71
5 METHODES DE CONCEPTION D’UNE UNITE DE CONTROLE73
51 DEMARCHE ASSOCIEE A LA CONCEPTION D’UNE MACHINE A ETATS FINIS 73
511 Synthèse d’une machine de Mealy : la méthode d’Huffman 73
5111 Méthode manuelle 73
5112 Méthode utilisant des outils de synthèse logique automatique et de simulation 74
52 DEMARCHE ASSOCIEE A LA CONCEPTION DES SEQUENCEURS 74
521 Partie commune aux séquenceurs câblés et microprogrammés 74
522 De l’automate à états finis vers la machine de Von Neumann 74
523 Séquenceur câblé 76
523 Séquenceur microprogrammé 77
53 ILLUSTRATION AVEC LE CONTROLEUR D’ALTERNAT POUR LIAISONS SYNCHRONES 77
531 Spécification de l’application 78
532 Découpage fonctionnel du contrôleur d’alternat 79
533 Illustration de la méthode de Huffman : réalisation de l’automate de la fonction de détection de fanion81
5331 Spécification comportementale de l’automate 81
5332 Codage des états de l’automate 82
5333 Établissement de la table de transition de l’automate 82
5331 Réalisation de la machine à l’aide de composants élémentaires (portes et bascules D) 82
534Illustration de la méthode de synthèse d’un séquenceur : réalisation de l’automate d’émission 84
5341 Cahier des charges de l’automate d’émission 84
5342 Spécification comportementale de l’automate 84
5343 Reformalisation du graphe en algorithme 85
5344 Cas du séquenceur câblé 85
5345 Cas du séquenceur microprogrammé 87
6 BIBLIOGRAPHIE91
Chapitre 7 : Techniques d’intégration de systèmes numériques93
1 INTRODUCTION93
2 LES CIRCUITS93
21 LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES 93
211 La microlithographie 94
212 Fabrication d’un circuit intégré CMOS 94
22 LES CIRCUITS STANDARD 97
221 Les fonctions simples 98
222 Les fonctions complexes 98
2221 Processeurs dédiés 98
2222 Processeurs d’usage général 98
2223 Processeurs spécialisés 98
223 Mémoires 98
23 LES CIRCUITS SPECIFIQUES A L’APPLICATION (ASIC) 99
231 Les ciselés (Full Custom) 99
232 Les précaractérisés (Standard Cell) 99
233 Les prédiffusés (Gate Array) 99
234 Les composites 100
24 LES CIRCUITS PROGRAMMABLES 100
241 Les PLD (Programmable Logic Device) 100
242 Les FPGA (Field Programmable Gate Array) 101
243 L’évolution des circuits 102
25 LES CRITERES DE CHOIX 103
3 LES OUTILS DE CONCEPTION104
4 BIBLIOGRAPHIE106

Formation-GRAFCET-cours 4

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