Pourquoi synchronisons-nous des Flip Flops?

Une des raisons pour lesquelles nous synchronisons les bascules pour quil ny ait pas de chaos lorsque les sorties des bascules sont alimentées par certaines fonctions logiques et retournées à leurs propres entrées.

Si la sortie dune bascule est utilisé pour calculer son entrée, il nous incombe davoir un comportement ordonné: pour éviter que létat de la bascule ne change jusquà ce que la sortie (et donc lentrée) soit stable.

Cette synchronisation nous permet de construire ordinateurs, qui sont des machines à états: ils ont un état actuel, et calculent leur état suivant en fonction de létat actuel et de certaines entrées.

Par exemple, supposons que nous voulions construire une machine qui « calcule » une incrémentation 4 bits de 0000 à 1111, un nd revient ensuite à 0000 et continue. Nous pouvons le faire en utilisant un registre 4 bits (qui est une banque de quatre bascules D). La sortie du registre est soumise à une fonction de logique combinatoire qui ajoute 1 (un additionneur à quatre bits) pour produire la valeur incrémentée. Cette valeur est ensuite simplement renvoyée au registre. Maintenant, chaque fois que le front dhorloge arrive, le registre acceptera la nouvelle valeur qui est un plus sa valeur précédente. Nous avons un comportement ordonné et prévisible qui parcourt les nombres binaires sans aucun problème.

Les comportements de pointage sont également utiles dans dautres situations. Parfois, un circuit a de nombreuses entrées, qui ne se stabilisent pas en même temps. Si la sortie est produite instantanément à partir des entrées, elle sera chaotique jusquà ce que les entrées se stabilisent. Si on ne veut pas que les autres circuits qui dépendent de la sortie voient le chaos, on rend le circuit cadencé. Nous laissons un temps généreux pour que les entrées se règlent, puis nous indiquons au circuit daccepter les valeurs.

Le pointage fait également partie intégrante de la sémantique de certains types de bascules. Une bascule D ne peut pas être définie sans une entrée dhorloge. Sans une entrée dhorloge, il ignorera son entrée D (inutile!), Ou copiera simplement lentrée à tout moment (pas une bascule!) Une bascule RS na pas dhorloge, mais elle utilise deux entrées pour contrôler létat qui permet aux entrées dêtre « auto-synchronisées »: cest-à-dire être les entrées, ainsi que les déclencheurs pour le changement détat. Toutes les bascules ont besoin dune combinaison dentrées qui programme leur état, et une combinaison dentrées permet conservent leur état. Si toutes les combinaisons dentrées déclenchent la programmation, ou si toutes les combinaisons dentrées sont ignorées (létat est conservé), cela nest pas utile. Maintenant quest-ce quune horloge? Une horloge est une entrée spéciale et dédiée qui distingue si le les autres entrées sont ignorées, ou si elles programment le périphérique. Il est utile de l’avoir comme entrée séparée, plutôt que de l’encoder entre plusieurs entrées.

Commentaires

• Cela a du sens lorsque vous expliquez le besoin de pointage pour le compteur ou la machine à états. Sil y a ‘ s nest pas du tout une horloge, alors le compteur ne cesse de changer sa valeur (& reset) & commencer indéfiniment? et même avec la machine détat. (Daprès ce que jai lu sur le wiki, les compteurs ne sont quun type de machines à états, puisque les états sont en train dêtre modifiés). Mais même avec les registres, nous utilisons également lhorloge, dans ce cas pourquoi? Je veux aussi savoir y a-t-il des bascules (peuvent être) utilisées dans nimporte quelle application sans horloge?
• Arrivant maintenant au point de stabilité, si les sorties continuent de changer, alors dautres appareils qui ont besoin de bascules de sortie gagnent ‘ t être en mesure de le recevoir correctement et il pourrait y avoir un comportement erratique. Alors, est-ce un problème de stabilité? Jessaie maintenant de comprendre le concept de stabilité. Surtout ces deux paras que vous avez expliqué:  » pour éviter que létat de la bascule ‘ ne change jusquà la sortie (et donc lentrée) est stable.  »  » Parfois, un circuit a de nombreuses entrées, qui ne se stabilisent pas en même temps  »

Une bascule à front montant peut être envisagée comme deux verrous dos à dos , dont lun est activé peu de temps après que le signal dhorloge passe à létat bas et reste activé jusquà ce quil passe à létat haut; la seconde est activée peu de temps après que lhorloge est passée au niveau haut et reste activée jusquà ce quelle devienne basse.Avoir un bref moment pendant lequel aucune bascule nest activée signifie que la sortie dune bascule peut être renvoyée en toute sécurité à son entrée via une logique combinatoire. Une modification de la sortie sur un cycle dhorloge peut entraîner une modification de lentrée, mais cette modification dentrée naura aucun effet jusquau prochain cycle dhorloge.

Historiquement, cétait assez courant pour les appareils numériques dutiliser ce quon appelait une « horloge à deux phases », qui avait deux fils dhorloge qui étaient hauts pour des intervalles sans chevauchement pendant chaque cycle. Tous les verrous sont divisés en deux groupes, une horloge contrôlant le premier groupe de verrous et lautre horloge contrôlant la seconde; dans la plupart des cas, les sorties de chaque groupe ne sont utilisées que pour calculer les entrées de lautre. Chaque cycle dhorloge se compose dune ou plusieurs impulsions sur la première horloge, dont au moins une doit respecter le minimum -longueur, et une ou plusieurs impulsions sur la seconde (même exigence). Un avantage dune telle conception est quelle peut être très tolérante au décalage dhorloge à condition que le temps mort entre les phases dhorloge dépasse la quantité de décalage dhorloge. Deux inconvénients de de telles conceptions sont quelles nécessitent lexécution de deux horloges fils partout, et que pour obtenir une vitesse maximale, il faut généralement diviser la logique en deux groupes et essayer déquilibrer les délais de propagation entre eux.

Une approche plus « moderne » consiste à avoir chaque élément de verrouillage (registre) reçoit un fil dhorloge unique et génère essentiellement ses propres horloges internes sans chevauchement. Cela nécessite que le décalage dhorloge maximal ne dépasse pas le temps de propagation minimum entre les registres, mais les outils modernes permettent de contrôler le biais dhorloge plus précisément que ce qui était possible dans les décennies passées. De plus, dans de nombreux cas, la synchronisation monophasée simplifie les conceptions en éliminant le besoin de partitionner la logique en deux groupes.

Nous savons tous que les circuits réels numériques vont contenir BEAUCOUP de portes. Un signal peut devoir emprunter plusieurs chemins pour atteindre la dernière porte qui donne la sortie. Un signal met un certain temps à « se propager » sur les différents chemins atteignant la dernière porte. Le temps de propagation nest pas le même sur des chemins différents. Cela conduit à ce que nous appelons des pépins. Des problèmes se produisent car certains chemins sont plus courts que dautres et lorsquun signal atteint la dernière porte plus tôt en empruntant le chemin le plus court, il laffecte immédiatement avant que les autres signaux sur le chemin le plus long atteignent la porte. La sortie qui en résulte momentanément est fausse et peut devenir dangereuse dans un circuit numérique conduisant à des erreurs de propagation.

Jen viens maintenant à la raison pour laquelle nous avons besoin dune horloge. Une horloge « synchronise » essentiellement le circuit sur un seul signal externe. Pensez-y comme un rythme que le circuit est réglé pour aimer la musique. Les choses se passent en phase avec cette horloge, aucune horloge = le circuit est désactivé. En utilisant lhorloge, nous nous assurons que les différentes parties du circuit fonctionnent en harmonie en même temps . De cette façon, le comportement du circuit est plus prévisible. Elle est également moins affectée par les variations du délai de propagation par la température et la variation de fabrication. Cela couvre lhorloge.

Les bascules sont de tels éléments de circuit numérique qui prennent une action (en changeant leur sortie en réponse à une entrée sur leur port dentrée) lorsquun « CLOCK EDGE » se produit. Le front dhorloge est lorsque le signal dhorloge passe de 0 à 1 ou de 1 à 0. Dessinez simplement une onde dhorloge et vous saurez ce que je veux dire. Il existe un autre groupe déléments appelés verrous, la sortie des verrous change pour refléter lentrée lorsquun certain signal de commande est à un NIVEAU logique spécifique et nattend pas de fronts, ce signal de commande est appelé ENABLE dans les verrous. Les verrous peuvent fonctionner lorsque enable vaut 1 et modifie leur sortie ou lorsque enable vaut 0. Cela dépend du type de verrou. En revanche, les flips flops font quelque chose uniquement lorsquils sont alimentés par une horloge EDGE. Veuillez noter cette différence entre les bascules et les bascules, et rappelez-vous que les verrous sont connectés ensemble pour créer une bascule de sorte que lactivation ne fasse faire quelque chose à la bascule que lorsquun front dhorloge se produit. Dans ce cas, nous appelons le signal dactivation à Clock, et cela a plus de sens aussi. Lhorloge pour les humains va tick tick tick, la bascule ne fait quelque chose que aux ticks et RIEN entre les ticks.

Si ce nest toujours pas clair que vous bénéficiera en regardant la conférence nptelhrd sur youtube de lIndian Institute of Tec hnologie sur les circuits numériques.

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•  » En utilisant clock, nous nous assurons que les différentes parties du circuit fonctionne en harmonie en même temps.  » – comment procéder? Je vais regarder les vidéos.
• Veuillez noter que les bascules sont des appareils qui modifient leur sortie pour refléter lentrée sur le front montant (ou le front descendant sil sagit dune bascule déclenchée par un front négatif) de un signal de commande pour une bascule déclenchée par front montant.Ce signal de contrôle est appelé une horloge en raison de sa nature périodique, plus comme le tick-tick de nos horloges murales. Si le signal dhorloge est présent, la bascule fera quelque chose, sinon lentrée ne fera rien arriver à la sortie. Veuillez connaître la différence et la similitude entre les verrous et les bascules dès le début afin de ne pas être confondu.

Il existe des éléments tels que les compteurs asynchrones. En voici un: –

Il est également connu sous le nom de compteur dondulation car lorsquune impulsion dentrée arrive à lentrée (en changeant le état de la 1ère bascule), ce changement détat prend un temps fini pour se répercuter sur les bascules restantes. Pendant ce temps limité mais fini, les sorties ABCD auront une valeur transitoire imprévisible jusquà ce que la bascule finale se stabilise.

Si les sorties ABCD étaient alors toutes alimentées par des bascules de type D et cadencées ensemble , quelque temps après la période de règlement, cette  » meilleure  » version dABCD ne sera jamais  » afficher  » ce comportement transitoire.

Pour éviter cela, les ingénieurs utilisent parfois des circuits dhorloge synchrone. Désolé, lentrée est de la gauche sur celui-ci et la carte Q0 à Q3 vers ABC et D sur le diagramme précédent: –

Cest un peu plus complexe mais cest plus rapide et comporte moins de parties que par rapport à un compteur asynchrone avec un tas de types D sur les sorties.

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• Eh bien, avec les compteurs, cela a du sens. Mais y a-t-il une application où les bascules sont utilisées sans horloges? ou les bascules ne peuvent jamais être utilisées sans horloges?
• @avi Le premier exemple (compteur asynchrone) ne ‘ t doit être considéré comme prenant son entrée dun  » horloge « . Il peut sagir dimpulsions provenant dun capteur magnétique qui cherche à voir à quelle vitesse un arbre tourne. Il y aurait une horloge  » maître  » sur le système qui  » porte  » le décompte toutes les secondes mais le  » signal  » entrant dans le compteur nest pas ‘ t nécessairement une horloge. La sortie dun comparateur analogique pourrait  » horloge  » a  » 1  » à la sortie dun type D et la sortie dun autre comparateur analogique peut réinitialiser le type D – cela peut être utilisé pour produire un signal dérivé dune forme donde analogique – pas dhorloge en tant que telle
• Je considérerais le comportement dun compteur dondulation comme étant quantitativement plutôt que qualitativement différent de celui du compteur synchrone. Les sorties des deux compteurs deviendront invalides pendant une certaine période de temps après larrivée dune impulsion dhorloge, et redeviendront valides quelque temps après cela. Le compteur synchrone aura une fenêtre plus petite pendant laquelle ses sorties sont invalides, mais la fenêtre sera non nulle dans tous les cas. Il ‘ est également intéressant de noter que la vitesse de comptage maximale avec le compteur tel que dessiné sera limitée par la longueur du compteur. On pourrait éviter cette limitation …
• … en faisant démarrer la chaîne de portage par ex. le quatrième bit, générant les  » et  » des trois premiers bits, puis ayant chaque bit uniquement retourné si lentrée de la retenue la chaîne était haute, le bit 2 était haut, le bit 1 était haut et le bit 0 était haut. Même si sept impulsions de comptage arrivaient à temps requis pour quun signal se propage à travers la chaîne de report, ce ne serait pas un problème puisque la chaîne de portage commencerait à propager le report lorsque le compte xxx111 … 111000 était atteint mais sa sortie ne serait pas ‘ t importe jusquà ce que limpulsion dhorloge après xxx111 … 111111 soit atteinte.
• Ces compteurs dondulation sont simples mais détestés dans le monde réel des circuits numériques dans lesquels je travaille. il est bon de savoir quils existent mais il est peu probable que vous soyez autorisé à les utiliser pour de vrais projets. Il peut toujours être utilisé dans des exercices triviaux où leur nature  » asynchrone  » nest pas un problème.

Parce quil est plus facile de concevoir des systèmes synchrones (système synchrone signifie toute collection de logique combinatoire et de bascules cadencées) que les systèmes asynchrones et synchrones les systèmes sont plus fiables. Cependant, la conception de machines à états asynchrones mérite dêtre étudiée car elle peut calculer une sortie beaucoup plus rapidement et avec une puissance inférieure à celle dun système synchrone.