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O. IKHOUANE – Cours d’Automatismes – GIM 1 CHAPITRE 4 LA FONCTION MEMOIRE 1 – I

O. IKHOUANE – Cours d’Automatismes – GIM 1 CHAPITRE 4 LA FONCTION MEMOIRE 1 – INTRODUCTION La mémoire, c’est la faculté d’enregistrer, de conserver et de restituer des événements acquis antérieurement. Il en est de même en technologie où la notion de mémoire fait intervenir trois éléments :  le temps,  un évènement de faible durée (ce qu’on appelle encore événement fugitif comme par exemple l’appui sur un bouton-poussoir),  la conservation de cet évènement. Evènement temps (s) Mémoire 8 10 Mémorisation de l'évènement 5 15 20 temps (s) Figure 4.1 – Chronogramme de la mémorisation d’un évènement La conservation de l’évènement peut s’effectuer autant de temps qu’il sera nécessaire, mais lorsqu’on n’en aura plus besoin, il faudra l’annuler : on effectuera ce que l’on appelle une remise à zéro (RAZ) de l’effet mémoire. La fonction mémoire concerne l’aspect technologique de la mémorisation. Il existe des mémoires de technologies différentes :  mécanique (ex : bouton poussoir marche-arrêt),  électromécanique (ex : commande marche-arrêt d'un moteur),  électronique (ce que nous allons voir dans ce chapitre),  pneumatique (ex : distributeur 5/2 bistable), etc. Toutes peuvent se symboliser par une « boite noire » ayant deux entrées et une sortie (figure 4.2) :  une entrée de mise à 1 (MA1),  une entrée de RAZ,  la sortie S. MA1 RAZ S Mémoire Figure 4.2 – Symbole d’une mémoire Historiquement, la fonction mémoire existe depuis le 19ème siècle, plus exactement depuis que Samuel Morse a inventé le relais électromagnétique en 1837. Tous les électrotechniciens 2 connaissent la fonction d’automaintien pour commander le démarrage et l’arrêt d’un moteur à l’aide de deux boutons-poussoirs. Cette mémoire existe sous deux formes :  la mémoire à marche prioritaire,  la mémoire à arrêt prioritaire. On retrouvera bien sûr les détails de réalisation de ces mémoires dans le cours de technologie d’électrotechnique. En revanche, on peut donner quelques éléments fondamentaux de ces deux mémoires, en particulier les tables de vérité, équations et schémas. Cela sera utile pour la suite. 1.1 – Mémoire à marche prioritaire a) Schéma Le schéma est donné figure 4.3. Le bouton poussoir M (marche) est un contact travail. Le bouton poussoir A (arrêt) est un contact repos. Le relais X dispose de deux contacts x1 et x2 :  x1 est utilisé sur le circuit de commande,  x2 sur le circuit de puissance pour alimenter le moteur. La partie commande est alimentée en basse tension (24V) et le moteur en 230V~. A M x1 24V 0V M x2 230V X Figure 4.3 – Mémoire à marche prioritaire en technologie relais et contacts b) Fonctionnement  Quand l'utilisateur appuie sur le bouton M, le relais est alimenté. Les contacts x1 et x2 se ferment et le moteur tourne. Si l'utilisateur relâche le bouton marche, le courant continue à circuler par A et x1, le relais est alors autoalimenté et le moteur continue à tourner.  Quand on appuie sur le bouton A, le relais n’est plus alimenté, les contacts x1 et x2 tombent et le moteur s’arrête.  Enfin si on appuie simultanément sur M et A, le relais est alimenté et le moteur tourne. c) Table de vérité M(arche) A(rrêt) X(t) Commentaire 0 0 X(t-1) Mémorisation 0 1 0 Arrêt 1 0 1 Marche 1 1 1 Marche prioritaire Figure 4.4 – Table de vérité d’une mémoire à marche prioritaire 3 d) Equation Pour obtenir l’équation de cette mémoire, l’astuce est d’introduire l’état antérieur X(t-1) de X(t) comme nouvelle variable d’entrée dans la table de vérité (voir figure 4.5). M(arche) A(rrêt) X(t-1) X(t) 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Figure 4.5 – Introduction de l’état antérieur de la mémoire comme variable d’entrée On simplifie X par la méthode de Karnaugh. On en déduit que : ) 1 t ( X . A M ) t ( X    Une telle équation est encore appelée « équation de récurrence ». M AX 00 01 0 1 11 10 0 1 0 0 1 1 1 1 1.2 – Mémoire à arrêt prioritaire Nous serons plus succinct ici, le raisonnement étant le même que dans le paragraphe précédent. A M x1 24V 0V M x2 230V X Figure 4.6 – Schéma d’une mémoire à arrêt prioritaire en technologie relais et contacts M(arche) A(rrêt) X(t) Commentaire 0 0 X(t-1) Mémorisation 0 1 0 Arrêt 1 0 1 Marche 1 1 0 Arrêt prioritaire Figure 4.7 – Table de vérité d’une mémoire à arrêt prioritaire c) Equation de récurrence   ) 1 t ( X M . A ) t ( X    4 2 – LA BASCULE RS Les électroniciens se sont bien sûr intéressés à cette fonction d’automaintien. La première mémoire électronique est apparue en 1919. Elle a été réalisée avec des tubes électroniques par les américains Eccles et Jordan. Les premières mémoires en circuit intégré sont apparues à la fin des années 60 au 20ème siècle. On les appelait « bascules » parce qu’elle passait de l’état 0 à l’état 1, puis de l’état 1 à l’état 0, et plus particulièrement « bascules RS », R signifiant Reset (mise à 0) et S signifiant Set (mise à 1). La bascule RS est, comme on va le voir, une mémoire à marche prioritaire mais avec un défaut lié à sa structure. 2.1 – Définition La bascule RS est le circuit mémoire le plus simple. C’est une bascule « asynchrone ». Asynchrone signifie qu’à tout moment, les signaux d’entrée peuvent provoquer le changement d’état des sorties. Toutes les autres bascules, synchrones ou asynchrones, que nous verrons par la suite, reposent sur la structure de cette bascule. Le rôle d’une bascule RS consiste à mémoriser une information fugitive, selon le fonctionnement suivant :  une apparition d’un 1, même fugitive, sur l’entrée S met la sortie Q de la bascule dans l’état stable 1,  une apparition d’un 1, même fugitive, sur l’entrée R met la sortie Q à l’état stable 0. S R Q Q Figure 4.8 – Symbole de la bascule RS 2.1.1 – Chronogramme de fonctionnement Quand une impulsion est appliquée à une entrée pour imposer un certain état à la bascule, celle-ci demeure dans cet état, même après que l’impulsion ait disparu. Q garde son état lorsque S passe de 1 à 0 et lorsque R passe de 1 à 0. S R Q Figure 4.9 – Chronogramme de fonctionnement de la bascule RS 5 2.1.2 – Schéma et fonctionnement Les premières bascules intégrées étaient réalisées soit avec des portes NAND soit avec des portes NOR. & & & & S R Q Q S' R' Figure 4.10 – Réalisation d’une bascule RS en portes NAND S R Q Q Q Q 1  1  Figure 4.11 – Réalisation en portes NOR a) Fonctionnement de la bascule avec des NAND  Si S = 1 et R = 0, S’ = 0 donc Q = 1 ; R’ = 1 donc 0 Q  ;  Si S = 0 et R = 1, R’ = 0, donc 1 Q  ; S’ = 1, donc Q = 0 ;  Si S = 0 et R = 0, R’ = S’ = 1 ; si Q était à 0, alors 1 Q  ; si Q était à 1, alors 0 Q  . La bascule garde sa valeur antérieure ;  Si S = R = 1, alors S’ = R’ = 0, et donc 1 Q Q   ! condition indésirable, puisque Q et Q doivent être l’inverse l’un de l’autre. De plus, il y a incertitude lorsque R et S reviennent à 0, c’est la première qui prendra cette valeur qui fixera la valeur future de la bascule. Dans ces conditions cette combinaison ne doit pas servir. b) Fonctionnement de la bascule avec des portes NOR  Si S = 1, alors 0 Q  et donc Q = 1 ;  Si R =1 et S = 0 alors Q = 0, et donc 1 Q  ;  Si R = S = 0, la bascule ne change pas d’état.  Si S = R = 1, alors 0 Q Q   . On a de nouveau un état indésirable et il ne faudra pas utiliser cette combinaison. 2.1.3 – Table de vérité et équation de la bascule RS S R Q(t) Commentaire 0 0 Q(t-1) Mémorisation 0 1 0 RAZ 1 0 1 Mise à 1 1 1 X A ne pas utiliser Figure 4.12 – Table de vérité d’une bascule RS Introduisons l’état antérieur de la bascule comme nouvelle variable d’entrée, on obtient la nouvelle table de vérité figure 4.13. 6 S R Q(t-1) Q(t) Commentaire 0 0 0 0 Mémorisation 0 0 1 1 0 1 0 0 RAZ 0 1 1 0 1 uploads/Science et Technologie/ chap-4-bascules.pdf