Dans cette théorie, nous allons examiner les systèmes séquentiels qui sont à la base des circuits utilisés dans les automatismes et les ordinateurs.
1. - INTRODUCTION AUX SYSTÈMES SÉQUENTIELS
1.1. - SYSTÈMES SÉQUENTIELS
Les circuits logiques examinés jusqu'à présent ont la propriété de fournir en sortie et à un instant donné, des valeurs logiques qui dépendent uniquement de la combinaison des valeurs logiques appliquées à ce même instant aux entrées (en négligeant naturellement les retards dûs aux temps de propagation).
Pour cette raison, ces circuits sont appelés combinatoires car leur état de sortie est fonction de la combinaison des états logiques appliqués à leurs entrées.
En plus des circuits vu précédemment, il en existe d'autres qui ont la faculté de mémoriser les signaux. Leur sortie est alors fonction non seulement de la combinaison instantanée des signaux d'entrée, mais aussi, en raison de leur propriété de mémoire, des combinaisons des signaux logiques appliqués antérieurement sur leurs entrées.
Ces circuits dans lesquels la sortie dépend des états logiques antérieurs des entrées sont appelés couramment circuits séquentiels.
1.2. - SYSTÈMES SYNCHRONES
Un système séquentiel est dit synchrone lorsque le changement d'état des sorties est contrôlé dans le temps ou synchronisé. Il peut l'être par les entrées elles-mêmes ou par un signal unique et commun à tout le montage. Ce signal particulier est appelé horloge. Nous reviendrons ultérieurement sur la notion d'horloge.
1.3. - SYSTÈMES ASYNCHRONES
Un système est dit asynchrone lorsque le changement d'état des sorties n'est contrôlé par aucune entrée particulière à l'inverse d'un circuit synchrone.
1.4. - NOTIONS DE «TIMING» OU CHRONOGRAMME
Afin d'obtenir une représentation de l'évolution des signaux générés par un système et de les comparer, on utilise des graphiques dans lesquels l'axe horizontal ou axe des abscisses est gradué en fonction du temps exprimé en millisecondes (millième de seconde) ou en microsecondes (millionièmes de seconde) par exemple.
L'axe vertical ou axe des ordonnées est gradué en niveaux de tension variant entre le niveau haut et le niveau bas (H et L).
La figure 1 représente le «timing» simplifié d'une bascule bistable que nous examinerons plus loin.
Les signaux obtenus dans cette figure étant réguliers et périodiques, on peut définir pour chaque signal la période (ou temps) séparant deux impulsions successives.
1.5. - NIVEAUX ET FRONTS
La notion de niveaux nous est désormais familière, nous connaissons deux types : le niveau bas et le niveau haut qui sont matérialisés par des segments de droites horizontaux sur le chronogramme.
Nous appellerons front, le passage d'un niveau à un autre ; il sera matérialisé sur le chronogramme par un segment de droite vertical ou tout au moins très incliné, car dans la réalité le temps de passage d'un niveau à l'autre n'est pas nul et peut varier, suivant les systèmes, de quelques dizaines de millisecondes à quelques dixième de nanosecondes (1 nanoseconde = 10-9 seconde).
Il existe des fronts montants, flèche rouge du «timing» de la figure 1, et des fronts descendants flèche verte sur la même figure.
1.6. - ÉTATS ASSOCIÉS A LA NOTION DE MÉMOIRE
1.6.1. - RELAIS OU MÉMOIRE
Bien que ce dispositif ne soit plus guère utilisé dans les systèmes modernes compte tenu de sa consommation, son temps de réponse élevé et son encombrement prohibitif, celui-ci présente l'avantage d'être simple. De plus, son fonctionnement mécanique est facilement visualisable d'où son intérêt pédagogique.
Un relais est constitué d'une armature métallique et d'un électro-aimant comme représenté figure 2.
Lorsque l'on alimente la bobine de cet électro-aimant, l'armature est attirée et vient au moyen d'une échelle ou cale isolante fermer des contacts travail ou ouvrir des contacts repos (sur la figure 2, il s'agit d'un contact travail).
Le déplacement de l'armature n'est pas instantané, aussi la fermeture ou l'ouverture d'un contact s'effectue-t-elle avec un certain retard q par rapport à l'établissement du courant I parcourant la bobine (figure 3).
Ce système permet un rétrocouplage : la bobine du relais communément appelée X (majuscule indiquant qu'il s'agit d'une variable de sortie) est une variable de sortie générant une nouvelle variable d'entrée liée : x, constituée par l'un des contacts de ce même relais.
La représentation graphique d'un relais adoptée dans cette leçon est celle de la figure 4.
1.6.2. - ÉTATS STABLES
On appelle états stables les états pendant lesquels la bobine d'un relais X, ou excitation, est dans le même état que son contact x, ou transfert.
Par convention, le nombre indiquant un état stable est toujours entouré d'un cercle.
Exemple : X
= 0 x = 0
état stable repos 
X = 1 x
= 1 état stable travail 
1.6.3. - ÉTATS TRANSITOIRES OU INSTABLES
Dans les deux états précédents, il y avait identité entre l'excitation et le transfert. Toutefois, le retard de x conditionne des états intermédiaires ou transitoires pour lesquels excitation et transfert sont dans des états complémentaires.
Exemple :
État transitoire 2 (par convention ne pas cercler le nombre), nous avons :
X = 1 et x = 0.
Le transfert n'est pas instantané.
État transitoire 1 : nous avons X = 0 et x = 1
Remarque :
Pour un état transitoire, le transfert est en retard sur l'excitation.
Règle :
a) Pour un état stable, la bobine du relais et son contact de transfert sont dans le même état.
b) Pour un état transitoire, le contact de transfert conserve en mémoire l'état qu'il avait dans l'état stable précédant la transition.
La bobine du relais prend la valeur binaire de l'état stable vers lequel l'état transitoire évolue.
