Présentation
Auteur(s)
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Jean-Paul DUBUS : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers - Docteur ès Sciences Physiques, Spécialité Électronique - Professeur à l’Université des Sciences et Technologies de Lille
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans toute démarche de conception, le coût de l’étude ne doit pas dépasser un certain pourcentage du chiffre d’affaires. Les réalisations de systèmes spécialisés sous forme de circuits intégrés monolytiques sur un substrat (VLSI) nécessitent un coût d’étude important. Ces réalisations sont soit réservées à des fonctions standard destinées à être reproduites en très grande quantité ou réservées à de très vastes marchés, soit à des fonctions pour lesquelles le coût ne compte pas mais qui nécessitent de très hautes performances.
Cette démarche couvre un pourcentage relativement faible de l’activité de conception des systèmes électroniques.
Il existe, par contre, un pourcentage important de l’activité de conception des systèmes pour lesquels des performances moyennes suffisent sur des marchés qui représentent un nombre limité à moins de 1 000 ou 10 000 pièces. Ces systèmes sont composés d’assemblages de circuits (PLA, FPGA), constitués de composants « a priori » réunis par des réseaux de connections, que l’on modifie par programmation pour réaliser les fonctions voulues.
Nous insisterons sur les descriptions des méthodes de mise en œuvre de ces circuits programmables qui constituent les démarches de conception les plus courantes, de façon qu’elles procurent un enseignement sur les méthodes d’élaboration de l’instrumentation de mesure et en particulier la fonction comptage intégrée au sein de cette instrumentation.
l’article « Fonction comptage des appareils » fait l’objet de plusieurs fascicules :
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Fonction comptage des appareils- Bascules et compteurs Bascules et compteurs ;
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[R 514] Logiques câblées et programmées.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.
Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules.
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Méthodologie de conception des circuits numériques par FPGA1. Réalisation de fonctions numériques par aire logique programmable
1.1 Généralités
L’examen des schémas des circuits réalisant les diverses fonctions étudiées, compteurs, fonctions multiplexeurs, et les fonctions arithmétiques (des fascicules Fonction comptage des appareils- Bascules et compteurs et Fonction comptage des appareils- Codage), montre que la structure typique de ces circuits a la forme représentée figure 1. Cette structure comprend une couche de mémorisation (bascules D ), et une couche de fonctions combinatoires. Elle constitue ce que l’on appelle « une aire logique programmable ».
Il est toujours possible de représenter le schéma d’une architecture arithmétique et logique sous cette forme d’aire logique programmable ou PLA (Programmable Logic Array ).
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Une aire logique programmable est constituée d’un réseau croisé de lignes connectées par fusibles, qui, associé à des circuits logiques en tête, permet à l’utilisateur de réaliser par programmation des fonctions logiques sous forme directement intégrée. Il existe plusieurs structures figure 2.
Le réseau matriciel est formé de connexions que l’on peut réunir ou déconnecter par fusion de microfusibles ; cette fusion peut être programmée extérieurement au circuit. Une fonction logique est une somme de minterms (Fonction comptage des appareils- Bascules et compteurs, § 1.1.4) ; il en résulte que l’on peut réaliser une matrice en associant :
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suivant chaque colonne, la fonction ET entre les variables d’entrées...
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