Le bascule de type D est une bascule Set-Reset modifiée avec l’ajout d’un inverseur pour empêcher les entrées S et R d’être au même niveau de logique.
La bascule de type D surmonte l’un des principaux inconvénients du circuit basique S R NAND Gate Bistable en interdisant l’état d’entrée indéterminé de SET = “0” et RESET = “0”.
Cet état forcera les deux sorties à être à un niveau logique “1”, dépassant ainsi l’effet de verrouillage de rétroaction et l’entrée qui atteindra le niveau logique “1” en premier perdra le contrôle, tandis que l’autre entrée toujours à un niveau logique “0” contrôle l’état résultant de la bascule.
Pour éviter cela, un inverseur peut être connecté entre les entrées “SET” et “RESET” pour produire un autre type de circuit de bascule connu sous le nom de Data Latch, Delay Flip Flop, D-type Bistable, D-type Flip Flop ou tout simplement une D Flip Flop, comme on l’appelle généralement.
La D Flip Flop est de loin la plus importante de toutes les bascules synchronisées. En ajoutant un inverseur (porte NON) entre les entrées Set et Reset, les entrées S et R deviennent des compléments l’un de l’autre, garantissant que les deux entrées S et R ne sont jamais égales (0 ou 1) en même temps, permettant ainsi de contrôler l’action de basculement de la bascule à l’aide d’une seule entrée D (données).
Ensuite, cette entrée de données, étiquetée “D”, est utilisée à la place du signal “Set”, et l’inverseur est utilisé pour générer l’entrée “Reset” complémentaire, rendant ainsi une bascule de type D sensible au niveau à partir d’un SR-Latch sensible au niveau, car maintenant S = D et R = non D comme indiqué.
Circuit de la bascule de type D
Nous rappelons qu’une simple bascule SR nécessite deux entrées, une pour “SET” la sortie et une pour “RESET” la sortie. En connectant un inverseur (porte NON) à la bascule SR, nous pouvons “SET” et “RESET” la bascule en utilisant juste une entrée car maintenant les deux signaux d’entrée sont des compléments l’un de l’autre. Ce complément évite l’ambiguïté inhérente au SR Latch lorsque les deux entrées sont à faible niveau, car cet état n’est plus possible.
Ainsi, cette seule entrée est appelée l’entrée “DATA”. Si cette entrée de données est maintenue à un niveau HAUT, la bascule serait “SET”, et lorsqu’elle est à un niveau BAS, la bascule changerait et deviendrait “RESET”. Toutefois, cela serait plutôt inutile, car la sortie de la bascule changerait à chaque impulsion appliquée à cette entrée de données.
Pour éviter cela, une entrée supplémentaire appelée l’entrée “CLOCK” ou “ENABLE” est utilisée pour isoler l’entrée de données de la logique de verrouillage de la bascule après que les données souhaitées ont été stockées. L’effet est que la condition d’entrée D n’est copiée à la sortie Q que lorsque l’entrée d’horloge est active. Cela forme alors la base d’un autre dispositif séquentiel appelé une D Flip Flop.
La “D flip flop” stockera et sortira quel que soit le niveau logique appliqué à son terminal de données tant que l’entrée d’horloge est HAUTE. Une fois que l’entrée d’horloge passe à un niveau BAS, les entrées “set” et “reset” de la bascule sont maintenues à un niveau logique “1”, donc elle ne changera pas d’état et stockera quelles que soient les données présentes sur sa sortie avant que la transition d’horloge ne se produise. En d’autres termes, la sortie est “verrouillée” à un niveau logique “0” ou “1”.
Table de vérité pour la bascule de type D
| Clk | D | Q | Q | Description |
| ↓ » 0 | X | Q | Q | Mémoire aucun changement |
| ↑ » 1 | 0 | 0 | 1 | Reset Q » 0 |
| ↑ » 1 | 1 | 1 | 0 | Set Q » 1 |
Remarque : ↓ et ↑ indiquent la direction de l’impulsion d’horloge, car on assume que les bascules de type D sont déclenchées par un front.
La Bascule D Maître-Esclave
La bascule de type D basique peut être améliorée en ajoutant une deuxième bascule SR à sa sortie qui est activée par le signal d’horloge complémentaire pour produire une “bascule de type D maître-esclave”. Au front montant du signal d’horloge (BAISSE à HAUTE), la première étape, le “maître”, verrouille la condition d’entrée à D, tandis que l’étage de sortie est désactivé.
Au front descendant du signal d’horloge (HAUTE à BAISSE), la deuxième étape “esclave” est maintenant activée, se verrouillant sur la sortie du premier circuit maître. Donc, l’étage de sortie semble être déclenché au front négatif de l’impulsion d’horloge. Les “bascule de type D maître-esclave” peuvent être construites en reliant ensemble deux verrous avec des phases d’horloge opposées, comme illustré.
Circuit de la Bascule D Maître-Esclave
Nous pouvons voir ci-dessus qu’au front montant de l’impulsion d’horloge, la bascule maître chargera les données à partir de l’entrée de données D, donc le maître est “ON”. Avec le front descendant de l’impulsion d’horloge, la bascule esclave charge les données, c’est-à-dire que l’esclave est “ON”.
Il y aura donc toujours une bascule “ON” et l’autre “OFF” mais jamais à la fois le maître et l’esclave “ON” en même temps. Par conséquent, la sortie Q acquiert la valeur de D, seulement lorsqu’une seule impulsion complète, c’est-à-dire, 0-1-0, est appliquée à l’entrée d’horloge.
Il existe de nombreux circuits intégrés D flip-flop disponibles tant en TTL qu’en CMOS, le plus courant étant le 74LS74, qui est un circuit intégré à double bascule D, contenant deux bistables de type D individuels dans une seule puce, permettant de fabriquer des bascules à basculement unique ou maître-esclave.
D’autres circuits intégrés D flip-flop comprennent le 74LS174 HEX D flip-flop avec entrée de suppression directe, le 74LS175 Quad D flip-flop avec sorties complémentaires et le 74LS273 Octal D-type flip flop contenant huit bascules de type D avec une entrée de réinitialisation dans un seul boîtier.
74LS74 Dual D-type Flip Flop
Autres Circuits Intégrés D-type Flip-Flop Populaires
| Numéro de l’appareil | Sous-famille | Description de l’appareil |
| 74LS74 | LS TTL | Bascule D-type Dual avec Préréglage et Effacement |
| 74LS175 | LS TTL | Bascule D-type Quad avec Effacement |
| 74LS273 | LS TTL | Bascule D-type Octale avec Effacement |
| 4013B | CMOS Standard | Bascule de type D Dual |
| 40174B | CMOS Standard | Bascule D-type HEX avec Réinitialisation Maître |
Utiliser la Bascule de Type D pour la Division de Fréquence
Une des principales utilisations d’une bascule de type D est en tant que Diviseur de Fréquence. Si la sortie Q sur une bascule de type D est connectée directement à l’entrée D, donnant au dispositif un “retour” en boucle fermée, des impulsions d’horloge successives feront que le bistable “basculera” une fois tous les deux cycles d’horloge.
Dans les tutoriels sur les compteurs, nous avons vu comment le Data Latch peut être utilisé comme un “Diviseur Binaire”, ou un “Diviseur de Fréquence” pour produire un circuit compteur “divisé par 2”, c’est-à-dire que la sortie a moitié de la fréquence des impulsions d’horloge. En plaçant une boucle de rétroaction autour de la bascule de type D, un autre type de circuit de bascule peut être construit, appelé bascule de type T ou plus communément un bistable de type T, qui peut être utilisé comme circuit divisé par deux dans les compteurs binaires comme montré ci-dessous.
Compteur Divisé par 2
Il peut être vu à partir des formes d’onde de fréquence ci-dessus que, en “rétroalimentant” la sortie de Q à l’entrée D, les impulsions de sortie à Q ont une fréquence qui est exactement la moitié ( ƒ/2 ) de la fréquence d’horloge d’entrée, ( ƒIN ). En d’autres termes, le circuit produit une division de fréquence car il divise maintenant la fréquence d’entrée par un facteur de deux (une octave) étant Q = 1 une fois tous les deux cycles d’horloge.
Les Bascules D en tant que Verrous de Données
En plus de la division de fréquence, une autre application utile de la bascule de type D est en tant que Data Latch. Un verrou de données peut être utilisé comme un dispositif pour retenir ou mémoriser les données présentes sur son entrée de données, agissant ainsi un peu comme un dispositif mémoire à un bit et des circuits intégrés tels que le TTL 74LS74 ou le CMOS 4042 sont disponibles en format Quad exactement pour cette raison.
En connectant ensemble quatre verrous de données 1 bit de sorte que toutes leurs entrées d’horloge soient connectées ensemble et soient “horlogées” en même temps, un simple verrou de données “4 bits” peut être fabriqué comme illustré ci-dessous.
Verrou de Données 4 Bits
Verrou de Données Transparent
Le Data Latch est un dispositif très utile dans les circuits électroniques et informatiques. Ils peuvent être conçus pour avoir une très haute impédance de sortie aux deux sorties Q et sa sortie inverse ou complémentaire Q pour réduire l’effet d’impédance sur le circuit de connexion lorsqu’il est utilisé comme tampon, port I/O, conducteur de bus bidirectionnel ou même conducteur d’affichage.
Mais un seul verrou de données “1 bit” n’est pas très pratique à utiliser seul et au lieu de cela, les circuits intégrés disponibles commercialement incorporent 4, 8, 10, 16 ou même 32 verrous de données individuels dans un seul boîtier de circuit intégré, et un tel dispositif de circuit intégré est le basculement transparent octal 74LS373 de type D.
Les huit verrous de données individuels ou bistables du 74LS373 sont des bascules de type D “transparent”, ce qui signifie que lorsque l’entrée d’horloge (CLK) est HAUTE à un niveau logique “1”, (mais peut également être active à faible niveau) les sorties à Q suivent les entrées de données D.
Dans cette configuration, le verrou est dit “ouvert” et le chemin de l’entrée D à la sortie Q apparaît comme étant “transparent” car les données y circulent sans entrave, d’où le nom de verrou transparent.
Lorsque le signal d’horloge est BAS à un niveau logique “0”, le verrou “se ferme” et la sortie à Q est verrouillée à la dernière valeur des données présentes avant que le signal d’horloge ne change et ne change plus en réponse à D.
Verrou de Données 8 Bits
Diagramme fonctionnel du 74LS373 Octal Transparent Latch
Résumé de la Bascule de Type D
La bascule de données ou D-type Flip Flop peut être construite en utilisant une paire de verrous SR dos à dos et en connectant un inverseur (porte NON) entre les entrées S et R pour permettre une seule entrée D (données).
Le circuit de base de la D flip flop peut être amélioré encore en ajoutant une deuxième bascule SR à sa sortie qui est activée par le signal d’horloge complémentaire pour produire un dispositif de “bascule de type D maître-esclave”.
La différence entre un verrou de type D et une bascule de type D est qu’un verrou n’a pas de signal d’horloge pour changer d’état alors qu’une bascule en a toujours un. La bascule de type D est un dispositif déclenché par un front qui transfère les données d’entrée vers Q lors du front montant ou descendant de l’horloge. Les verrouillent de données sont des dispositifs sensibles au niveau tels que le verrou de données et le verrou transparent.
Dans le prochain tutoriel sur les Circuits Logiques Séquentiels, nous examinerons comment connecter ensemble des verrous de données pour produire un autre type de circuit logique séquentiel appelé Registre à Décalage utilisé pour convertir des données parallèles en données en série et vice versa.
