lundi 11 juillet 2011

Les Compteurs

Les Compteurs

1.1.Descriptions
Un compteur est un circuit séquentiel qui permet de dénombrer des impulsions appliquées sur son entrée d' horloge (clk : clock ) et de restitué sur ces sorties des informations sous forme binaire .A chaque impulsion l' état du compteur est modifié et entre deux impulsions son état reste stable ,un compteur est donc aussi une sorte de regitre mémoire .Un compteur doit démarrer vide ou plein suivant l' utilisation , l 'entrée RAZ ou CLR ou MR ou R sert de remise à zéro .L' entrée CE (count enable ) servant a valider le circuit ou interrompre le comptage .
1.2.Symboles

 1.3.Unités ; Formules
1.3.1.Compteur asynchrone
Le compteur asynchrone est basé sur le diviseur de fréquence. Il s'agit d'une simple bascule D ( voir chapitre 1.3.4 ) dont la sortie inverseuse est envoyée sur son entrée D. Ainsi, à chaque front montant de l'entrée d'horloge, la donnée transférée sur la sortie est complémentée. La fréquence du signal est donc divisée par deux :
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Un compteur asynchrone est simplement constitué de plusieurs diviseurs de fréquences (autant que de bits requis)
Si l'on désire un compteur , les entrées d'horloge doivent être actives sur front descendant . Cela conduit à ce résultat :
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Comme vous pouvez le constater, Q1 Q2 Q3 Q4 sont successivement égales à 0000, 0001, 0010, ..., 1111, c'est-à-dire 0, 1, 2, ..., 15. Bien sûr ce cycle continue indéfiniment, aussi longtemps que le signal d'horloge est présent. C'est la façon la plus simple de réaliser un compteur, et bien sûr ce type de compteur est disponible sous forme de divers circuits intégrés prêts à l'emploi.
Exemple : Compteur asynchrone
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Décompteur :
Pour réaliser un décompteur le signal d'horloge est actif sur front montant.
Exemple de décompteur 3 bits, qui décompte de 7 à 0 :
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Asynchrone :
Pourquoi ce type de compteur est-il qualifié d'asynchrone ou à Propagation ?
Comme tout circuit logique, la bascule D ne réagit pas immédiatement à un changement sur son entrée d'horloge. Il existe un temps de transfert (quelques nano secondes) entre Q0 et Clk. Le même écart existe entre Q1 et Q0, et entre Q2 et Q1. Pour n bits, le dernier signal est décalé de n fois cet écart élémentaire, ce qui peut devenir un décalage assez important. Les signaux ne sont plus synchrones, et si une combinaison logique de ces signaux doit être réalisée, des glitchs apparaissent (transitions parasites 0-1-0 ou 1-0-1). Souvent cela ne pose pas de problème car seule la dernière sortie est utilisée. Mais dans les autres cas l'utilisation d'un compteur synchrone est préférable.
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Modulo :
Si un compteur possède 16 états distincts ( 0000 à 1111 ) , on dit alors que c' est un compteur Modulo 16
1.3.2.Compteur synchrone
Dans un compteur synchrone, les bascules changent d'état simultanément, car elles sont pilotées par le même signal d'horloge.
La façon la plus simple d'implémenter un compteur synchrone est d'utiliser des bascules T au lieu de bascules D. Une bascule T est très semblable à une bascule D. La différence est que l'entrée D (Donnée) est remplacée par une entrée T (Toggle) qui contrôle le changement d'état de la bascule. Si T=0, la sortie garde sa valeur (0 ou 1) d'une période d'horloge à la suivante. Si T=1, la bascule change d'état d'une période d'horloge à la suivante (Elle passe à 1 si elle était à 0, ou à 0 si elle était à 1).
Voici un exemple de compteur synchrone 4 bits :
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Les chronogrammes sont similaires à ceux des compteurs asynchrones .Notez que les signaux Set et Reset, omis pour raison de clarté, sont néanmoins nécessaires pour être au moins en mesure de remettre toutes les sorties à zéro à la mise sous tension.
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Compteur décompteur parallèle Modulo 8 :
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Des compteurs synchrones 4 bits sont aussi disponibles dans la famille TTL. Ces circuits intégrés offrent aussi la possibilité de pré-charger une valeur initiale dans les bascules.
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Certains compteurs ont même des entrées pour brancher une résistance et un condensateur pour réaliser un oscillateur .
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1.3.3.Le compteur CD4020

Le CD 4020 est un compteur 14 étages binaire ( Q0 ... Q 14 ) avec une entrée d' horloge broche 10 sur front descendant ( état haut vers état bas ) pour activé le comptage , la broche 11 est un reset du compteur actif à l' état haut .
Utilisation du CD4020
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Comment cela fonctionne : nous avons un NE555 monté en Astable avec une période de 5 s ( 4s état haut , 1 s état bas ) , ce signal est inversé par la porte U2C , pour avoir un signal état 1 pour activé l' Astable ( U2A , U2B ) mais il en sort une fréquence non visible de 25 kHz donc nous la faisons passer dans un compteur qui va diviser par 2 autant de fois que nécessaire pour visualisé notre signal .La sortie Q13 sur la broche 3 nous donnera un clignotement visible , vous pouvez faire l' expérience en allant de plus en plus vers Q0 .
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Nous pouvons constater sur ce diagramme que lorsque MR est à 1 état haut les sorties restes à 0 état bas , si MR est à 0 état bas , le compteur peut fonctionner ; ont dit que MR est active à l' état haut ,elle fait un reset à 1 .L' entrée d' horloge CP barre indique qu' elle n' est active que sur un front descendant , si l' entrée était CP elle serait active sur front montant .
Donc juste après que MR passe à 0 si une impulsion sur CP passe de 1 à 0 la sortie Q0 passe à 1 et quand de nouveau l impulsion sur CP repasse de 1 à 0 la sortie Q0 passe à 0 ; notre fréquence est divisé par 2 sur Q0 .
Si l' on prend la sortie Q3 la fréquence est divisé par 16 ; la sortie Q4 par 32 etcs ... jusqu' à Q13 division par 16384 .
1.3.4.Le compteur CD4017
Le CD4017 est un compteur Décimal ( 10 sorties ).

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Utilisation du CD4017
Voici un montage pour exemple :
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Si l' on actionne S1 alors les 5 leds sont allumées les une après les autres puis viennent les autres sorties non connecté , jusqu' a Q9 et de nouveau Q0 à Q9 .S1 valide l' entrée d' horloge CKE ( clock énable ) actif à l' état bas .CK ( clock ) est active sur front montant état bas vers état haut .La broche 15 ( reset ) remet à zéro le circuit donc Q0 =1 , pour avoir un reset en début d' alimentation nous plaçons un condensateur C3 avec une résistance R3 , pendant le fonctionnement il est relié au - par R3 .Les sorties peuvent directement alimentées des leds au travers comme toujours d' une résistance .
Un autre montage pour utiliser la fonction reset :
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Diode 1N4148
Nous avons supprimé S1 et R4 et nous relions CKE directement au + , comme cela l' horloge est toujours active .
Pour notre premier essai nous allons relié la sortie Q3 broche 7 avec la diode D6 au reset , que ce passe t 'il ?
La led 1 s' allume puis la led 2 puis la led 3 et pas la 4 ni la 5 , en fait lorsque la sortie Q3 est passé à 1 cela a fait un reset du circuit .La diode est là pour protégé la sortie Q3 lors de la mise sous tension .
Nous pouvons brancher l' anode de notre diode sur la sortie Q2 par exemple ..Cela nous permet en fait de faire à tout moment un reset pour n' avoir que le compte voulu .
1.3.4.Bascule D CD4013


1.4.Valeurs

1.5.Variantes
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1.6. Utilisations
Utilisation du CD 4017 pour un chenillard 30 voies :
Voir aussi dans montage EF01 


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Ce montage permet d' allumer un led à la fois de la 1er à la 30em et de revenir à la 1er et ainsi de suite , la vitesse de défilement est réglé par R1 ,R2 et C1 du NE555 .

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