Systèmes séquentiels - Fonction Mémoire
1) REPRESENTATION PAR UN CHRONOGRAMME...3
2) OBTENTION D’UN EFFET MEMOIRE PAR AUTO-MAINTIEN. ...3
21)CAHIERS DES CHARGES DES DIFFERENTES MEMOIRES. ... 3
Cahier des charges 1 : Mémoire à effacement (ou arrêt ou déclenchement) prioritaire .... 3
Cahier des charges 2 : Mémoire à inscription (ou marche ou enclenchement) prioritaire . 3 Cahier des charges 3 : Mémoire à entrées simultanées passives ... 3
22)INTRODUCTION D’UNE VARIABLE INTERNE X. ... 4
23)ÉQUATIONS LOGIQUES DES DIFFERENTES MEMOIRES... 4
24)SYMBOLES NORMALISES DES DIFFERENTES MEMOIRES. ... 4
25)REALISATION DES DIFFERENTES MEMOIRES « PAR AUTO-MAINTIEN ». ... 5
251) Réalisation électrique : Utilisation du relais automaintenu. ... 5
252) Réalisation pneumatique : Utilisation du séquenceur... 5
253) Réalisation électronique : Utilisation d’un circuit intégré avec des cellules universelles... 5
3) COMPLEMENTS SUR LES MEMOIRES BISTABLES EN ELECTRONIQUE. ...6
31)MEMOIRES BISTABLES ASYNCHRONES (OU BASCULES ASYNCHRONES). ... 6
311) Bascule SR asynchrone (à inscription ou effacement prioritaire)... 6
312) Bascule JK asynchrone. ... 6
313) Bascule D asynchrone. ... 6
32)MEMOIRES BISTABLES SYNCHRONES (OU BASCULES SYNCHRONES). ... 7
321) Nécessité de "synchroniser". ... 7
322) Différents types de synchronisation par rapport au signal d’horloge... 7
Synchronisation sur Niveau haut ou bas. ... 7
Synchronisation sur front montant ou descendant. ... 7
Exemples. ... 7
323) Bascule SR synchrone appelées SRH (ou en anglais SRT). ... 8
Bascule SR synchrone sur niveau haut... 8
Bascule SR synchrone sur front montant ... 8
Bascule SR synchrone sur front descendant ... 8
324) Bascules D et JK synchrones appelées DH et JKH (ou en anglais DT et JKT). ... 8
33)INITIALISATION DES BASCULES (OU MEMOIRES) SYNCHRONES. ... 8
34)QUELQUES APPLICATIONS DES BASCULES. ... 8
Rappel (voir Cours 03 Automatique présentation) :
Les systèmes séquentiels mémorisent l’état précédent. Les grandeurs de sortie s’expriment comme une combinaison des grandeurs d’entrée ET de l’état précédent des grandeurs d’entrée et de sortie.
(exemple bouton marche/arrêt d’une télécommande de télévision : Même entrée (impulsion sur le bouton) mais 2 actions différentes (marche ou arrêt) !!!).
Au laboratoire, on peut trouver :
Grandeurs d’entrée Grandeurs de sortie Un trieur de pellicules photos Marche (m)
Présence pellicule (pp)…
Convoyer (C) Aiguiller pellicule (AIG)…
Une capsuleuse de bocaux
Présence bocal Bocal bloqué
Tiroir rentré Tête en haut…
Sortir tiroir Convoyer bocal Visser capsule…
1) Représentation par un chronogramme.
Étant donné qu’une même cause (même combinaison des entrées) peut produire des effets différents, les tables de vérité et tableaux de Karnaugh ne sont pas très pratiques pour représenter un système séquentiel (à moins de faire intervenir une variable interne : cf partie 2.3).
On utilise souvent les chronogrammes (qui donnent une évolution des entrées-sorties par rapport au temps) pour montrer le caractère séquentiel du système :
Exemple de la télécommande :
2) Obtention d’un effet Mémoire par auto-maintien.
21) Cahiers des charges des différentes mémoires.
Deux boutons monostables "m" et "a" assurent le fonctionnement d'un moteur "Q".
L’appui sur le bouton « marche » déclenche la rotation du moteur s’il ne fonctionnait pas déjà.
L’appui sur le bouton « arrêt » provoque l’arrêt du moteur s’il était en marche.
Les appuis simultanés sur les boutons « marche » et « arrêt » provoquent, soient :
- L’arrêt prioritaire Cahier des charges 1 :
Mémoire à effacement (ou arrêt ou déclenchement) prioritaire
- La marche prioritaire Cahier des charges 2 :
Mémoire à inscription (ou marche ou enclenchement) prioritaire
1 = marc he 0 = arrêt
1
0 t
Sortie du système
t
Entrée (Bouton) On remarque bien sur cette
représentation, que pour la même entrée (bouton à 0 ou à 1), la sortie n’a pas toujours le même état (0 ou 1).
Par conséquent, le système n’est pas combinatoire. Avant d’agir, il doit connaître et mémoriser l’état précédent de ses entrées ou sorties.
22) Introduction d’une variable interne x.
Si on dresse les 3 tables de vérité correspondant aux 3 cahiers des charges, il est impossible pour certaines combinaisons des entrées de déterminer la sortie Q. En effet, pour ces cas :
le moteur fonctionne s’il fonctionnait avant,
le moteur est à l'arrêt s’il était à l’arrêt avant.
Pour remédier à ce problème, il faut introduire une variable « x » interne au système ou mémoire, qui représentera l’état précédent du moteur.
Mémoire à effacement prioritaire Mémoire à inscription prioritaire Mémoire à entrées simultanées passives a m Q
0 0 x 0 1 1 1 0 0 1 1 0
a m Q 0 0 x 0 1 1 1 0 0 1 1 1
a m Q 0 0 x 0 1 1 1 0 0 1 1 x Remarque : Le caractère séquentiel du système se mesure au nombre de variables internes (ou mémoires).
23) Équations logiques des différentes mémoires.
Mémoire à effacement prioritaire Mémoire à inscription prioritaire Mémoire à entrées simultanées passives a m x Q
0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0
a m x Q 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
a m x Q 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1
x . m . a x . m . a x . m . a
Q
m . a x . m . a
Q
) m x . m .(
a
Q
) m x .(
a
Q
x . m . a x . m . a x . m . a x . m . a x . m . a
Q
m . a m . a x . m . a
Q
m x . m . a
Q
m x . a
Q
x . m . a x . m . a x . m . a x . m . a
Q
) x . m . a x . m . a ( ) x . m . a x . m . a (
Q
) x . m . a x . m . a
(
x . m m . a x . a
Q
x . m ) m x .(
a
Q
24) Symboles normalisés des différentes mémoires.
Mémoire à effacement prioritaire Mémoire à inscription prioritaire Mémoire à entrées simultanées passives
m Q
a
m Q
a
m Q
a
25) Réalisation des différentes Mémoires « par auto-maintien ».
251) Réalisation électrique : Utilisation du relais automaintenu.
Mémoire à effacement prioritaire Mémoire à inscription prioritaire Mémoire à entrées simultanées passives
m
x a X
M
1~
24 V
220 V
0 V
0 V
m
x a X
M
1~
24 V
220 V
0 V
0 V
m
x a X
M
1~
24 V
220 V
0 V
0 V
m
) m x .(
a
X
x Q
m x . a
X
x Q
x . m ) m x .(
a
X
x Q
252) Réalisation pneumatique : Utilisation du séquenceur.
On emploie le plus souvent un séquenceur utilisant le principe d’un distributeur 5/2 pneumatique bistable :
Remarque : l'utilisation des fonctions mémoire doit être limitée aux systèmes peu séquentiels (trois mémoires). Dans le cas contraire, il faut utiliser un outil mieux adapté, le GRAFCET (voir cour suivant…).
253) Réalisation électronique : Utilisation d’un circuit intégré avec des cellules universelles.
La fonction mémoire est réalisée à l’aide d’associations de cellules logiques (universelles ou non) comprises dans un circuit intégré. Exemples de réalisation avec des cellules universelles NOR ou NAND :
Mémoire à effacement prioritaire Mémoire à inscription prioritaire )
m x ( a ) m x .(
a ) m x .(
a
Q
(Câblage à l’aide de cellules NOR)
m . x . a m x . a m x . a
Q
(Câblage à l’aide de cellules NAND) m
1
x
m
&
&
Q3) Compléments sur les Mémoires bistables en électronique.
31) Mémoires bistables asynchrones (ou bascules asynchrones).
311) Bascule SR asynchrone (à inscription ou effacement prioritaire).
Cette mémoire est réalisée à l’aide de cellules logiques universelles NAND (pour inscription prioritaire) ou NOR (pour effacement prioritaire) (voir partie précédente 253). L'ensemble est appelé bascule asynchrone SR.
- S (Set) caractérise l’entrée inscription de la mémoire (c'est-à-dire « mise à 1 »), - R (Reset) caractérise l’entrée effacement de la mémoire (c'est-à-dire « mise à 0 »),
- Q et Q (ou plus précisément Qn et Qn, pour ne pas confondre avec l’état précédent Qn1 et 1
Qn ) caractérisent les 2 sorties stables.
Symbole de la Bascule SR asynchrone
S
R
Q
Q
Table de vérité S R Qn Qn 0 0 Qn1 Qn1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 A éviter mais
possible
Réalisation de la mémoire à inscription prioritaire
S
&
R
& &
&
QQ
La combinaison SR1 ne doit pas être utilisée car elle entraîne QQ1 pour une mémoire à inscription prioritaire, ou QQ0 pour une mémoire à effacement prioritaire, ce qui n’a pas de sens !!!
Surtout si les deux sorties sont utilisées ailleurs et considérées complémentaires !!!
La solution à ce problème conduit à la bascule JK ci-dessous…
312) Bascule JK asynchrone.
La bascule JK se comporte comme une bascule SR mais pour la combinaison 1-1, il y a inversion des sorties.
Symbole de la Bascule JK asynchrone
J
K
Q
Q
Table de vérité J K Qn Qn 0 0 Qn1 Qn1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 Qn1 Qn1
Réalisation
J
K
Q
&
Q&
Bascule SR asynchrone S
R
Q
Q
313) Bascule D asynchrone.
La bascule D est dérivée de la bascule JK avec la condition JK D. Symbole de la
Bascule D asynchrone
D Q
Q
Table de vérité D Qn Qn 0 0 1 1 1 0 L’entrée D est recopiée sur la
sortie Q
Réalisation
D Q
Q Bascule
JK asynchrone J
K
Q
&
QCette bascule sous sa forme asynchrone a peu d’utilité, par contre sa forme synchrone est très utilisée.
32) Mémoires bistables synchrones (ou Bascules synchrones).
321) Nécessité de "synchroniser".
Les circuits précédents sont dits asynchrones car ils ne permettent pas de contrôler les instants de commutation des entrées et des sorties. En effet, les informations présentes sur les entrées du système sont immédiatement prises en compte.
Un fonctionnement sera dit synchrone à un événement extérieur (signal), lorsque la prise en compte de l’évolution des entrées ne s’effectue qu’à des instants précis.
Ce mode synchrone est donc une amélioration du mode asynchrone puisqu’il permet :
de contrôler les instants de commutation,
de limiter les bruits parasites en ne prenant en compte que les changements d'état aux instants désirés.
Dans le cas le plus général, le signal de synchronisation que l'on retrouve est un signal que l'on appelle signal d'horloge (car ce signal a une période régulière dans le temps).
322) Différents types de synchronisation par rapport au signal d’horloge.
Synchronisation sur Niveau haut ou bas. Synchronisation sur front montant ou descendant.
Dans ce cas la prise en compte des informations d’entrées se fait soit sur niveau haut, soit sur niveau bas.
Cela veut dire que si un changement de l'état des entrées se fait pendant le niveau actif (qu'il soit haut ou bas), alors il est immédiatement pris en compte par le système.
Par contre si le changement se fait pendant le niveau inactif, alors le système ne le prendra pas en compte.
On définit un front comme le passage d'un niveau (0 ou 1) vers le niveau complémentaire (1 ou 0).
Deux cas possibles :
Dans ce cas la prise en compte des informations d’entrées se fait pendant un temps très court. Le temps de la transition dépend des composants utilisés, mais il est de l'ordre de la nanoseconde. Ce système a l'avantage d'être beaucoup plus fiable mais il est plus complexe à mettre en œuvre.
Front montant Front descendant
Exemples.
1 0 1
0 t
1
0 t
1
0 t
1
0 t
Horloge
(Signal de synchronisation)
Entrée
Sortie (synchronisée sur le
niveau haut)
Sortie (synchronisée sur le
niveau bas)
Sortie (synchronisée sur le
front montant)
323) Bascule SR synchrone appelées SRH (ou en anglais SRT).
Bascule SR synchrone sur niveau haut
S
R
Q
Q H
(H étant le signal de synchronisation)
Table de vérité
H S R Qn Qn
0 x x Qn1 Qn1 1 0 0 Qn1 Qn1
1 0 1 0 1
1 1 0 1 0
1 1 1 A éviter mais possible
Réalisation S
R
Q
Q H
&
&
Basc ule SR asynchrone
Bascules SRH avec d’autres types de détection du signal de synchronisation : Bascule SR
synchrone sur front montant
S
R
Q
Q H
H S R Qn Qn
0 x x Qn1 Qn1 1 x x Qn1 Qn1
0 0 Qn1 Qn1
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 A éviter mais possibleBascule SR synchrone sur front descendant
S
R
Q
Q H
H S R Qn Qn
0 x x Qn1 Qn1 1 x x Qn1 Qn1
0 0 Qn1 Qn1
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 A éviter mais possible324) Bascules D et JK synchrones appelées DH et JKH (ou en anglais DT et JKT).
Les bascules D et JK asynchrones peuvent aussi être synchronisées sur un signal d’horloge.
33) Initialisation des bascules (ou mémoires) synchrones.
Exemple pour une bascule SRH équipée d’entrées de forçage asynchrones.
Les entrées S et R sont synchrones avec l’horloge H.
Les entrées P (Preset) et C (Clear) sont asynchrones, indépendantes de l’horloge H.
Si P=0 et C=0 Fonctionnement synchrone,
Si P=0 et C=1 Forçage de Q=0 quel que soit l’état de S, R et H, Si P=1 et C=0 Forçage de Q=1 quel que soit l’état de S, R et H, Si P=1 et C=1 Combinaison inutilisée.
34) Quelques applications des bascules.
On utilise l’association de plusieurs bascules pour effectuer des circuits logiques séquentiels réalisant :
des registres : circuit permettant d’enregistrer provisoirement un « mot » binaire en vue de son transfert ultérieur dans un autre circuit (pour traitement, stockage, affichage,…),
des compteurs : circuit permettant de compter un certain nombre d’impulsions à une certaine fréquence (Un compteur est dit modulo (ou base) M lorsqu’il peut compter M impulsions de 0 à M–1, et qu’il est remis à zéro à la Mième),
des mémoires vives : circuit permettant de stocker des informations binaires qui évoluent au cours du fonctionnement du gestionnaire de la partie commande. Ces mémoires vives sont appelées RAM (Random Access Memory) et sont organisées en mots binaires.
S
R
Q
Q H
C P
