Enoncé du TP (fichier PDF, 87 Ko)

UNIVERSITÉ
iup
L
A
ROCHELL
INSTITUT UNIVERSITAIRE PROFESSIONNALISE
GENIE INFORMATIQUE
E
Travaux Pratiques d’électronique numérique
6 : Logique Séquentielle
c B. Besserer
année universitaire 2000-2001
1 Etude Théorique
Q1
E
D1 Q1
Q2
D2 Q2
Q3
D3 Q3
Q4
D4 Q4
CLK
F IG . 1 –
On considère une chaîne de bascule D montés en cascade d’après le schéma 1. On rappelle qu’une
bascule D (appelés flip-flop) est une bascule JK synchrone avec D=J et K = J. La bascule D recopie le
signal d’entrée en sortie en le resynchronisant sur l’horloge.
Etudiez le montage de la figure 1. On considère, pour la propagation du signal, un léger retard Æt
entre D et le changement Q=D lors du front actif de l’horloge. Tracez les chronogrammes de Q 1 : : : Q4
avec les conditions suivantes : Initialement, Q=0 pour toutes les bascules et le signal E=1 pour une durée
légèrement supérieure à une période d’horloge, puis E=0.
2 Réalisation d’un registre à décalage à 4 étages
Dans un premier temps, vous allez réaliser vous-même votre registre à décalage avec chargement
en parallèle (encore appelé pré-positionnement) en utilisant un circuit contenant des bascules D et un
multiplexeur 4 (2 ! 1).
1. Examinez attentivement le schéma 2. Précisez l’utilité des "aiguillages" Y 1 : : : Y4 .
2. On utilisera un circuit déjà connu, le 74LS157 ainsi que le circuit 74LS374 qui regroupe dans son
boîtier 8 bascules D dont seulement 4 seront utilisés pour notre montage. Etudiez le brochage et
les tables de fonctionnement fournis en annexe.
Le montage respectera le fonctionnement suivant :
– Niveau 0 sur une ligne de sélection A=B : Chargement en parallèle des registres lors de l’impulsion d’horloge suivante. Les entrées des bascules D seront donc, par l’intermédiaire des
sélecteurs 2 ! 1 du 74LS157, reliés à 4 interrupteurs de la section 8 BITS DATA SWITCH,
permettant le pré-positionnement.
– Niveau 1 sur la ligne de sélection A=B : Fonctionnement en registre à décalage avec recopie
des valeurs de bascule à bascule à chaque coup d’horloge. Chaque entrée de la bascule est alors
reliée à la sortie de la bascule précédente via le sélecteur 2 ! 1 du 74LS157. La sortie de
chaque bascule sera bien sûr reliée à une LED pour visualiser son état.
1
Affichage (LED)
1B
E
1A
2B
1Y
1D 1Q
2A
3B
2Y
2D 2Q
3A
4B
3Y
3D 3Q
4A
4Y
4D 4Q
CLK
Valeur à charger en parallèle
F IG . 2 –
3. Câblez et testez pour l’ensemble des conditions opératoires (chargement, décalage).
C’est un interrupteur de la section 8 BITS DATA SWITCH qui fournira le niveau de ligne de sélection A=B .
Choisissez, dans un premier temps, une "horloge manuelle", c’est à dire un des deux poussoirs du
support d’expérimentation, qui sont anti-rebonds. Un fonctionnement automatique est assuré en
utilisant un signal carré, réglé sur une amplitude de 0 à 5V et de fréquence très basse (0,5 Hz)
comme signal d’horloge.
3 Applications du registre à décalage
A partir de ce point, nous utiliserons le registre à décalage à 8 étages 74LS198 – dont 4 sorties
seulement vont nous servir –, Consultez le brochage et la table de fonctionnement en annexe. Ce
circuit dispose :
– d’un décalage possible vers la droite ou vers la gauche selon la valeur de S0 ou de S1 (sélection
du mode de fonctionnement),
– d’une entrée "à gauche" (SR SER serial shift right) pour le décalage vers la droite et d’une entrée
"à droite" (SL SER serial shift left) pour le décalage à gauche.
– d’un chargement en parallèle (préposition), en recopiant en parallèle la valeur des entrées N (A..H)
sur les sorties QN correspondantes (Q A ::QN ).
– D’une remise à 0 globale (CLR) affectant toutes les sorties
3.1 Chenillard
Reliez QD à SRSER. Positionnez votre circuit pour un décalage vers la droite, chargez une combinaison binaire en parallèle et actionnez plusieurs fois l’horloge. Que constatez vous ?.
3.2 Génération de séquence pseudo-aléatoire
Nous allons maintenant appliquer sur l’entrée SR SER une combinaison logique f (Q A : : : QD ).
Examinez la figure 3. Commencez par le câblage du circuit de gauche, visualisez les sorties des registres
sur les LED1 en considérant les valeurs comme des nombres binaires (Q A = M SB; QD = LSB ).
Après une mise à 0 (action sur CLR), faites évoluer le registre "à la main", par action sur le poussoir en guise d’horloge. Relevez les chiffres (décimaux) correspondant aux combinaisons générés. Que
constatez-vous pour le montage de gauche ? Que constatez vous pour le montage de droite ?
1 et
non sur l’afficheur 7 segments, car celui-ci ne permet que l’affichage des nombres entre 0 et 9, et non de 0 à 15
2
QA
QB
QC
QD
QA
A
QB
QC
QD
A
CLK
CLK
F IG . 3 –
3.3 Piloter un moteur pas à pas
Pour qu’un moteur pas à pas tourne, il faut alimenter les
bobinage de celui-ci dans un certain ordre. Regardez le
schéma simplifié d’un moteur ci-contre. Le petit plot sur
le rotor (la partie mobile qui tourne) représente un des
aimants du moteur. Les électroaimants du stator (la partie fixe, le corps du moteur) possèdent un point commun
deux à deux, qui est relié à une alimentation. Selon une
séquence bien définie, on va commuter l’un ou l’autre des
bobinage. Pour le 1er schéma (celui du haut), c’est le bobinage 1 et 3 qui sont alimentés. L’aimant du rotor se positionne alors en A. Puis, on alimente les bobinages 3 et
2. L’aimant du rotor se positionne en B, et ainsi de suite.
La séquence à générer est donc :
1
2
3
4
allumé
éteint
Il faut générer cette séquence avec votre registre à décalage. Une impulsion d’horloge correspondra donc à un
pas du moteur. L’utilisation d’inverseur de forte puissance à collecteur ouvert permet la mise à la masse du
bobinage adéquat.
A
Brochage des circuits intégrés
A.1 74LS157
3
A.2 74LS374
F IG . 4 –
A.3 74LS198
F IG . 5 –
4