Bascule

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Pour l’article homonyme, voir Bascule (cirque).

Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut être au niveau logique 0 ou 1. Les changements d'état de la sortie sont déterminés par les signaux appliqués aux entrées.

Ce qui différencie les bascules des circuits logiques combinatoires (portes ET, OU, OU Exclusif etc.), c'est que la sortie maintient son état même après disparition du signal de commande.

La bascule est l'élément de base de la logique séquentielle. En effet, en assemblant des bascules, on peut réaliser des compteurs, des registres, des registres à décalage, des mémoires.

Il existe plusieurs types de bascules : RS, RSH, JK, D, verrous transparents (latchs), T. Citons également la bascule de Schmidt, qui est commandée par une tension analogique appliquée à son entrée.

[modifier] Bascule RS

Symbole de la bascule RS.

Mise à 1 de S (Set) : la sortie Q passe à 1.
Mise à 1 de R (Reset) : la sortie Q passe à 0.
R = S = 0 : maintien de l'état précédent des sorties.
R et S ne peuvent pas être mis à 1 en même temps.

Table de vérité :

S	R	Q_n	Q_n+1
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	X	0
1	0	X	1
1	1	X	Indéfini

[modifier] Bascule RSH

Une bascule RSH est une bascule RS à laquelle on a ajouté une troisième entrée, généralement notée H (pour horloge). Cette troisième entrée a la fonction suivante :

si H est au niveau logique 0, la sortie maintient son état, quels que soient les niveaux appliqués aux entrées R et S ;
si H est à 1, la bascule RS répond normalement aux commandes appliquées à ses entrées.

[modifier] Bascule JK

Symbole de la bascule JK.

Pour J = K = 0, le signal d'horloge est sans effet, il y a conservation du dernier état logique pris par Q et /Q : il n'y a jamais de basculement.
Pour J = K = 1, le système bascule à chaque front d'horloge.
Pour J différent de K, la sortie Q recopie l'entrée J et la sortie /Q recopie l'entrée K à chaque front d'horloge.

Table de vérité :

J	K	Q_n+1
0	0	Q_n
0	1	0
1	0	1
1	1	/Q_n

Équation de la bascule : $Q_{n+1} = J\overline Q_{n} + \overline KQ_{n}$

Chronogramme :

[modifier] Bascule D

Symbole de la bascule D.

La bascule D est une bascule JK à laquelle on a ajouté un inverseur entre les entrées J et K. Il y a donc une seule entrée, qui est notée D (pour Donnée ou Data). La table de vérité est la table de vérité d'une JK, limitée aux deux lignes J = 0, K = 1 et J = 1, K = 0.

La bascule D la plus simple possède 2 entrées (entrée D et l'horloge) et une sortie Q. À chaque front (ici montant) d'horloge, Q recopie l'entrée D.
Parfois, un signal reset existe afin de pouvoir initialiser la valeur initiale de la bascule lors de la mise sous tension.
Il existe des versions où les changements d'état ont lieu au moment des fronts descendants de l'horloge.

Sa fonction est donc "mémoire" puisque l'information en entrée se retrouve en sortie après un coup d'horloge.

Table de vérité :

D	Ck	Q_n+1	$\overline {Q}$ _n+1
0	$\nearrow$	0	1
1	$\nearrow$	1	0
X	$\searrow$	Q_n	$\overline {Q}$ _n

[modifier] Verrou transparent (latch)

Ce circuit ressemble à la bascule D, dans la mesure où il possède, comme la bascule D, deux entrées, notées D et H, et une sortie Q. Mais le fonctionnement est différent :

quand H est à 0, la sortie maintient son état, quel que soit le niveau appliqué à D ;
quand H est à 1, la sortie Q recopie l'état de D.

[modifier] Bascule T

C'est une bascule JK, où J et K sont mis à 1 en permanence. La sortie change donc d'état à chaque flanc (montant ou descendant suivant les modèles) de l'horloge.

[modifier] Bascule de Schmidt

On l'appelle aussi Trigger de Schmidt ou bascule à seuil.

Symbole

C'est une bascule à trois entrées V, SB et SH et une sortie Q. Contrairement aux bascules citées ci-dessus, qui sont commandées en appliquant des signaux logiques à leurs entrées, la bascule de Schmidt est conçue pour être pilotée par une tension analogique, càd. qui peut prendre n'importe quelle valeur (dans l'intervalle 0 - Vcc afin de ne pas dégrader le circuit).

Les entrées SB et SH (seuil bas, seuil haut, ce dernier étant à un potentiel supérieur à SB) sont maintenues à des potentiels fixes ; ceci peut se faire par exemple grâce à un diviseur de tension composé de 3 résistances placées en série entre Vcc et la masse ; SH et SB sont reliés aux points intermédiaires du diviseur.

Chronogramme.

Le fonctionnement est le suivant :

supposons qu'au départ, V soit à 0 ; Q est alors à 0 ;
quand V augmente, Q reste à 0 jusqu'à ce que V dépasse SH ; à ce moment, Q passe à 1 ;
Q reste à 1 jusqu'au moment où V devient inférieur à SB ; à ce moment, Q passe à 0;
Q reste à 0 jusqu'à ce que V repasse au dessus de SH.

La principale application de la bascule de Schmidt c'est la mise en forme de signaux analogiques pour les appliquer à des circuits logiques (par exemple une entrée de compteur).

La bascule de Schmidt peut aussi être utilisée pour :

débarrasser un signal du bruit ; il suffit que l'écart entre SH et SB soit supérieur à l'amplitude crête-à-crête du bruit ;
réaliser des circuits de contrôle avec hystérésis : thermostats, interrupteurs crépusculaires, maintien du niveau dans une cuve...
le trigger de Schmidt est l'ancêtre des générateurs de musique, miniaturisé dans les sonneries des montres électroniques, les sonneries des téléphones portables, les Game-Boy et autres jeux électroniques, les alarmes électroniques, les cartes de vœux parlantes, les boîtes à musique et horloges électroniques, etc. Le fameux bip des premiers ordinateurs dans les années 1980 était un signal rectangulaire.