Flips-Flops (SR et D) (Bascules)

Conception logique numérique

Voir aussi Bascule (Multivibrateur)

Comme indiqué précédemment, les bascules et les verrous sont tous deux des éléments de stockage de base des circuits séquentiels. Les verrous sont contrôlés par le signal d'activation tandis que les bascules sont contrôlées par le signal d'horloge.

En d'autres termes, le verrou est déclenché par le niveau ou l'activation sensible au niveau (comme le verrou D à porte) et la bascule est déclenchée par le front d'horloge au lieu du déclenchement par le niveau.

Avant de passer aux bascules en détail, parlons du déclenchement par niveau et du déclenchement par front.

Déclenchement de niveau et de front :

Déclenchement de niveau : 

Dans le déclenchement de niveau, la sortie change en fonction de l'entrée chaque fois que le signal d'activation est actif. Le déclenchement de niveau est de deux types.

i. Déclenchement de niveau positif : 

En cas de déclenchement de niveau positif, la sortie change en fonction de l'entrée lorsque l'activation est élevée (1).

ii. Déclenchement de niveau négatif : 

En cas de déclenchement de niveau négatif, la sortie change en fonction de l'entrée uniquement lorsque l'activation est faible (0).

Déclenchement sur front :

Lors du déclenchement sur front, la sortie change en fonction de l'entrée uniquement, soit sur le front positif, soit sur le front négatif des signaux d'horloge d'entrée. Il existe deux types de déclenchement sur front.

i. Déclenchement sur front positif : lors du déclenchement sur front positif, la sortie change en fonction de l'entrée uniquement sur le front positif (front montant du signal d'horloge).

ii. Déclenchement sur front négatif : lors du déclenchement sur front négatif, la sortie change en fonction de l'entrée uniquement sur le front négatif (front descendant), le signal d'horloge.

D'après la discussion ci-dessus, il est clair que les Latch sont sensibles au niveau tandis que les bascules sont sensibles aux bords.

Certaines Flip-Flops (bascules) courants sont les Flip-Flops SR, les Flip-Flops D, les Flip-Flops JK et les Flip-Flops T.

Discutons de chacun d’eux un par un.

 SR Flip-Flop

Le Flip-Flop SR est le même que celle du SR Latch à porte [section Latch] sauf que dans l'entrée de contrôle du SR Latch à porte est Enable (E) et cette activation est active soit au déclenchement de niveau positif, soit au déclenchement de niveau négatif, tandis que le SR Flip-Flop est contrôlé par signal d'horloge.

Le signal d'horloge est sensible aux fronts, c'est-à-dire que le Flip-Flop ne fonctionne que lorsque le signal d'horloge est haut (en cas de déclenchement d'un front positif) ou que le signal d'horloge est faible (en cas de déclenchement d'un front négatif).

Bascule SR déclenchée par un front positif

La figure (a) ci-dessous montre un Flip-Flop SR déclenchée par un front positif à l'aide d'une porte NAND.

Ce circuit est le même que celui du SR Latch avec Enable (SR Latch fermé), sauf que le signal d'horloge est utilisé à la place de Enable et que le signal d'horloge est déclenché par front.

La SR Flip-Flop déclenchée par un front positif à l'aide de la porte NOR est illustrée à la figure (b) ci-dessous.

La table de vérité pour la SR Flip-Flop utilisant NAND et NOR est la même, leur fonctionnalité est la même mais la conception du circuit est légèrement différente. La table de vérité est présentée dans le tableau ci-dessous:

 Il convient de noter que la SR Flip-Flop des figures (a) et (b) ne répond qu'au front positif du signal d'horloge. Cela signifie que la sortie de la SR Flip-Flop change en fonction de l'entrée uniquement sur le front positif (montant) du signal d'horloge (lorsque le signal d'horloge est haut).

Chaque fois que le signal d'horloge passe au niveau bas (0), la bascule ne répond pas, c'est-à-dire que malgré le changement d'entrée, la sortie ne change pas. Le détecteur de bord est un circuit utilisé pour détecter les bords positifs et négatifs.

SR Flip-Flop déclenchée par un bord négatif

Les figures (a) et (b) ci-dessous montrent respectivement un SR Flip-Flop déclenchée par un front négatif en utilisant NAND et un SR Flip-Flop déclenchée par un front négatif en utilisant une porte NOT.

La table de vérité est présentée dans le tableau ci-dessous:

SR Flip-Flop maître-esclave (Master Slave)

Le SR Flip-Flop maître-esclave se compose de deux SR Latch à porte et d'un inverseur.

Le SR Flip-Flop maître-esclave est illustrée à la figure ci-dessous:

Le premier SR Latch à porte est appelé maître (Master) et le deuxième SR Latch à porte est appelé esclave (Slave).

Lorsque l'impulsion d'horloge C est haute (déclenchement par front positif), le maître est activé et l'esclave est désactivé car l'entrée C de l'esclave devient basse lorsqu'il reçoit un signal d'horloge inversé C'.

Lorsque le maître est activé avec C = 1, le SR Latch 1 à porte modifie les sorties QM et QM' en fonction des valeurs d'entrée de S et R.

Puisque l'esclave est désactivé à ce moment où C = 1, tout changement d'état du maître (SR Latch 1 fermé) ne change pas. n'affecte pas l'état de l'esclave (SR Latch 2).

Lorsque l'impulsion d'horloge devient faible, c'est-à-dire lorsque C = 0, l'esclave (SR Latch 2) est activé et les sorties Q et Q' changent en fonction de QM et QM'.

Lorsque QM est connecté à l'entrée 'S' de l'esclave et QM' est connecté à l'entrée 'R' de l'esclave.

Le tableau des fonctions de la SR Latch maître-esclave est présenté dans le tableau ci-dessous:

Les sorties finales Q et Q' sont déterminées à partir des valeurs d'entrée S et R au niveau de l'impulsion d'horloge positive.

Comme le montre le chronogramme de la figure ci-dessous, le maître change d'état sur front montant (impulsion d'horloge positive) tandis que l'esclave change d'état sur front descendant (impulsion d'horloge négative).

D Flip-Flop

La bascule D est la même que celle du D Latch à porte (Latch D avec entrée Enable), mais la seule différence est que dans le D Latch à porte, l'entrée de commande est Enable (E), alors que dans la bascule D, l'entrée de commande est l'horloge.

 L'impulsion d'horloge est déclenchée par front et l'activation (E) est déclenchée par niveau.

Ainsi, le D Latch à porte change la sortie en fonction de l'entrée uniquement lorsque l'activation est active, cela dépend que « E » soit activé au déclenchement de niveau positif si l'activation est active élevée ou « E » est activé au déclenchement de niveau négatif si l'activation est active faible.

D'autre part, la D Flip-Flop change la sortie en fonction de l'entrée soit sur le front montant (front positif) de l'impulsion d'horloge, soit sur le front descendant (front négatif) de l'impulsion d'horloge.

Parlons une par une de la D Flip-Flop déclenchée par un front positif et des bascules déclenchées par un front négatif. La D Flip-Flop Master slave sera également abordée plus loin.

D Flip-Flop déclenchée par front positif

La figure ci-desous montre la bascule D déclenchée par un front positif.

C'est la même chose que celle du verrou D à porte sauf qu'au lieu d'être activé, un signal d'horloge est utilisé. La table de vérité de la bascule D déclenchée par un front positif est présentée dans le tableau ci-dessous:

D Flip-Flop déclenchée par bord négatif

Le symbole logique de la bascule D déclenchée par un front négatif est illustré à la figure ci-dessous:

La fonctionnalité de la bascule est indiquée dans le tableau des fonctions du tableau ci-dessous:

D Flip-Flop Maître Esclave

La Flip-Flop D maître-esclave est illustrée à la figure ci-dessous:

Lorsque l'impulsion d'horloge C = 1 (déclenchement sur front positif), le maître est activé et la sortie change en fonction de l'entrée « D ».

Lorsque l'impulsion d'horloge C = 0, l'esclave est activé car l'impulsion d'horloge C de l'esclave reçoit l'impulsion d'horloge inversée C.

Le maître est désactivé à C=0. L'entrée 'D' de l'esclave est connectée à la sortie Qm du maître.

Ainsi, lorsque l'esclave est activé, l'entrée « D » de l'esclave reçoit Qm comme entrée et la sortie « Q » de l'esclave change en fonction de l'entrée Qm (connectée à l'entrée « D » de l'esclave).

La table de vérité est présentée dans le tableau ci-dessous: