LA SYNTHESE DE SYSTEMES

SEQUENTIELS SYNCHRONES

I. Présentation

Nous avons vu précédemment que dans un système séquentiel, l’état des sorties dépend à la
fois des variables d’entrées et des états précédents des variables de sortie.
Nous allons ici voir comment concevoir un système séquentiel répondant à un problème posé.

Principe d’un circuit séquentiel synchrone

Le schéma fonctionnel d’un système séquentiel synchrone est le suivant :

Horloge

p Fonction Fonction
Entrées combinatoire Etat Etat Combinatoire
futur actuel q
Calcul
Registre Calcul
des états n d’état des Sorties
futur n sorties

Ce type d’architecture est appelé Machine à états (M.A.E) ou Finite State Machine (F.S.M).

Le registre d’état, piloté par l’horloge, constitue le cœur de la machine à état. Les blocs
combinatoires en amont et en aval du registre d’état servent à interfacer la machine avec
l’extérieur.

Le nombre d’entrées est p. le nombre de sorties est q.

Le registre est constitué de n bascules synchrones. Le système peut avoir 2n états différents.
L’entrée du registre constitue l’état futur du registre. A chaque front significatif de l’horloge,
les sorties du registre d’état changent d’état. Le bloc combinatoire calcule la nouvelle valeur
du registre d’état en fonction des entrées.

Il existe deux types de machines à états : les machines de Moore et les machines de Mealy.
Pour simplifier, on retiendra que :
- dans les machines de Moore, la liaison représentée en pointillé sur le schéma n’existe
pas : les sorties ne dépendent que de l’état actuel du registre d’état.
- dans les machines de Mealy, la liaison en pointillé est présente : les sorties dépendent de
l’état actuel du registre d’état et de l’état des entrées.

Nous n’étudierons ici que des machines de Moore.

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 1

Remarque : On peut considérer un compteur synchrone comme un cas particulier d’une
machine à états. Dans le cas du compteurs synchrones, il n’y a pas d’entrées et les sorties sont
directement les sorties du registre d’état..

II. Un exemple de système séquentiel synchrone : Le portail de garage.

Pour illustrer notre étude, nous allons étudier un système séquentiel très simple : Le portail de
garage.
Garage
Portail

Télécommande
Le principe de fonctionnement est le suivant :
Quand l’automobiliste arrive devant le garage, il actionne sa télécommande. Un moteur
actionne le système d’ouverture du portail, le portail s’ouvre. Arrivé en butée, un contact est
actionné et ordonne l’arrêt du mouvement d’ouverture.
Le portail reste ouvert jusqu’à un nouvel appui sur le bouton de la télécommande qui va
entraîner la fermeture du portail (rotation du moteur dans l’autre sens). Arrivé en butée, un
autre contact est actionné et ordonne l’arrêt du mouvement de fermeture.

Le système est géré par un fonction logique séquentielle synchrone.

Les variables logiques de cette fonction sont :

Variables d’entrées :

TC : Variable logique à 1 quand la télécommande est actionnée.

PO : Variable logique à 1 quand le portail est ouvert ( ouvert complètement)
PF : Variable logique à 1 quand le portail est fermé ( fermé complètement)

Variables de sorties :

O : Quand O est à 1 le portail s’ouvre.

F : Quand F est à 1, le portail se ferme.

Fonction O
TC logique
PO séquentielle
synchrone F
PF

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 2

 III. Description d’un système séquentiel

Il existe de nombreux outils pour décrire un système séquentiel. Nous allons nous intéresser à
2 outils : Le grafcet et le diagramme d’états.

III.1 Représentation Grafcet

GRAFCET : GRAphe Fonctionnel de Commande Etape Transition.

Le grafcet est un outil de description graphique qui permet la description d’un système
séquentiel. Le grafcet fait l’objet d’une norme française depuis juin 1982 et a donné naissance
à une norme internationale en décembre 1988.

Un automatisme séquentiel est une suite d'actions formant un cycle. Le cycle se décompose
en séquences comportant plusieurs étapes. Chaque étape caractérise une situation stable
pendant laquelle s'exécutent une ou plusieurs actions.

Dans un GRAFCET les étapes sont repérées et associées à des actions.

Exemples d'actions:
- fonctionnement d'un moteur ou d'un vérin.
- ouverture ou fermeture d'une vanne.

Les transitions sont associées à des conditions de transition : réceptivités.

Les liaisons orientées relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes.

Etape 2 AV Action Cours

du temps
a réceptivité
Liaison
orientée

Un GRAFCET se lit de haut en bas ou en suivant les flèches.

Nota: En général: Actions = lettres majuscules

réceptivités = lettres minuscules.

Les actions correspondent aux sorties de la fonction logique séquentielle.

Les réceptivités correspondent aux entrées de la fonction logique séquentielle.

Pour clarifier les choses, nous allons représenter le grafcet du système « Portail de garage ».

Compléter le grafcet du portail de garage donné page suivante :

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 3

 0

Il existe des règles bien particulières pour écrire un grafcet, en particulier pour la divergence
et la convergence .

Nous ne détaillerons pas plus la représentation Grafcet qui est surtout utilisé par les
électrotechniciens et les utilisateurs d’automatismes industriels. L’électronicien préfère en
général utiliser la représentation diagramme d’état.

III.2 Représentation diagramme d’état

On associe à chaque état stable une case.

L’évolution du système est représentée par des flèches représentant des transitions.
Pour qu’une transition soit activée, il faut que les trois conditions suivantes soient vérifiées :
1) Le système se trouve dans l’état source considéré
2) La condition de réalisation sur les entrées est vraie
3) Un front actif de l’horloge survient

Exemple de diagramme d’état :

Etat 0 E =0
S0=1
E=1 S1=0

E=0 Etat 2 Etat 1

E=1
S0=0 S0=1
S1=0 S1=1
E=0

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 4

Compléter le diagramme d’état du portail de garage :

Déterminer le nombres de bascules nécessaires pour le registre d’état :

Dans notre cas, le diagramme d’état reste simple puisque à partir de chaque état, on ne va que
dans un seul état. Les diagrammes peuvent sérieusement se compliquer et il faut envisager
tous les cas de figure.

La représentation par diagramme d’état permet de décrire le fonctionnement du système et

permet la synthèse du système.

IV. Synthèse d’un système séquentiel

Il s’agit maintenant de déterminer quels sont les circuits ( bascules, portes, etc..) qui vont nous
permettre de réaliser la fonction logique.
Il est nécessaire de déterminer les équations des fonctions combinatoires qui calculent l’état
futur en fonction des entrées et de l’état présent ainsi que les équations qui calculent les
sorties en fonction de l’ état présent.

L’outil qui permet de passer du diagramme d’état aux équations est la table de transition.

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 5

IV.1 Table de transition

La table de transitions se présente sous la forme d’un tableau ou sont représentés, à gauche :
l’état actuel du système, l’état des entrées, à droite : l’état futur du système et l’état des
sorties.

Application à l’exemple du portail de garage :

Q1 et Q0 représentent les deux sorties du registre d’état, Q1n et Q0n représentent l’état présent
du registre d’état, Q1n+1 et Q0n+1 représentent l’état futur du registre d’état

Compléter le tableau suivant :

Etat actuel Entrées Etat futur Sorties

état état
Q1n Q0n TC PO PF Q1n+1 Q0n+1 O F
actuel futur
0 0 0 0 X X 0 0 0 0 0
0 0 0 1 X X 1 0 1 0 0
1
1
2
2
3
3

IV.2 Synthèse du séquenceur

A partir de la table, il s’agit maintenant de synthétiser la fonction. La démarche est très proche
de celle employée pour la synthèse de compteurs synchrones.

Calcul des états futurs :

Il faut déterminer les équations des états futur ( entrées D du registre d’état ) en fonction des
entrées et de l’état présent (sorties Q du registre d’état)

D1 =

D0 =

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 6

Calcul des sorties :

Il faut déterminer les équations des sorties en fonction de l’état présent ( sorties Q du registre
d’état).

O=

F=

Le schéma structurel de notre système sera le suivant :

TC O
Fonctions Fonctions
PO combinatoires combinatoires
F
PF

D0 D1

D D
Q Q0 Q Q1

CLK

Cette structure sera validée en simulation en TP.

L.Reynier- TSELN 1°A- Synthèse système séquentiels 7