Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 19/05/2019

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Signets : 
  Les Compteurs de Module supérieur à quatre        Présentation de 2 Compteurs intégrés 7493 et HEF 4024B    Bas de page


Définition et Fonction d'un Compteur :


Cette théorie présente l'ensemble des circuits numériques utilisés pour les fonctions de comptage et de décomptage.

1. - DÉFINITION ET FONCTION D'UN COMPTEUR

Un compteur (ou décompteur) est un circuit électronique constitué essentiellement par un ensemble de bascules et le plus souvent d'un réseau combinatoire.

Ce compteur (ou décompteur) permet de comptabiliser le nombre d'événements qui se produisent pendant un temps donné.

Chaque événement est traduit en impulsion électrique.

Ces circuits possèdent le plus souvent une entrée (quelquefois deux entrées) sur laquelle parviennent les impulsions à compter ou à décompter.

L'information disponible est située sur l'ensemble des sorties des bascules.

Il existe de nombreuses applications des compteurs.

Nous pouvons citer le comptage d'objets (figure 1), la mesure du temps (figure 2), la division du temps pour l'obtention de signaux d'horloge permettant la commande des systèmes synchronisés (figure 3).

Comptage_d_objets.gifExemples_de_comptage.gif

Note :

Un compteur dont le contenu augmente d'une unité s'incrémente.

Un décompteur dont le contenu diminue d'une unité se décrémente.

Il existe une grande variété de compteurs que vous allez découvrir au cours des prochains chapitres.

2. - LES COMPTEURS BINAIRES ASYNCHRONES

Les compteurs binaires asynchrones utilisent le code binaire pur pour compter (ou décompter).

Ces compteurs sont asynchrones, car seule la première bascule reçoit le signal d'horloge.

Toutes les bascules qui suivent celle-ci sont commandées par la bascule précédente comme indiqué à la figure 4.

Principe_de_fonctionnement_d_un_compteur_asynchrone.gif

2. 1. - LE COMPTEUR / DIVISEUR PAR DEUX

Le montage situé à la figure 5 est le compteur le plus simple puisqu'il utilise qu'une bascule de type D et qu'il n'est capable de compter qu'un seul événement.

Bascule_D_raccordee_en_diviseur_par_2.gif

La sortie Q_barre.gif est rebouclée sur l'entrée D.

Le chronogramme de la figure 6 permet de suivre l'évolution des signaux d'horloge et des sorties Q et Q_barre.gif.

Chronogramme_relatif_au_fonctionnement_du_diviseur_par_2.gif

Supposons que la sortie Q soit au niveau L à l'instant t0, donc Q_barre.gif et D au niveau H.

A l'instant t1 se produit le premier front actif. La sortie Q bascule et passe au niveau H puisque l'entrée D est au niveau H.

Entre les instants t1 et t2, l'entrée D est au niveau L. Donc, à l'instant t2, Q revient au niveau L et D au niveau H. A l'instant t3, Q repasse au niveau H et ainsi de suite.

La période du signal qui est présent sur la sortie Q est ainsi le double de celle du signal d'horloge.

Autrement dit, la fréquence du signal de sortie est la moitié de celle du signal d'horloge. C'est pour cette raison que ce montage est un diviseur par 2.


Il est l'élément de base de la plupart des compteurs.

Ce compteur possède deux états, qui sont 0 et 1, l'état d'un compteur étant défini par une combinaison particulière des états logiques des différentes sorties. Ce compteur ne peut déceler qu'une seule impulsion, à condition de fixer l'état initial de la bascule.

Nous allons voir qu'il existe un problème lié au temps de propagation à l'intérieur de la bascule.

En effet, si vous regardez la figure 7, vous remarquez qu'il existe un état transitoire entre les instants t1 et t2 et entre les instants t3 et t4.

Nous reviendrons sur ce problème au cours de cette théorie.

Etats_transitoires_a_la_sortie_Q_d_un_compteur_elementaire.gif

Un diviseur par deux peut aussi être obtenu avec une bascule JK comme représenté figure 8.

Montage_d_une_bascule_JK_en_diviseur_par_2.gif

Cette bascule fonctionne en mode TOGGLE. Le chronogramme est le même que celui relatif à la bascule D situé à la figure 6. Ce mode de fonctionnement TOGGLE a été présenté au cours de la théorie 5.

2. 2. - UN COMPTEUR MODULO 4

Le montage situé à la figure 9 est un compteur constitué à partir de deux bascules D.

Compteur_modulo_4.gif

Ce montage est bien un compteur asynchrone puisque le signal de l'horloge H n'est appliqué que sur l'entrée CLOCK de la première bascule (CLOCK1).

La sortie Q_barre.gif1 est reliée à l'entrée CLOCK de la deuxième bascule (CLOCK2).

Chaque bascule est câblée en diviseur par deux.

Le chronogramme de la figure 10 permet de suivre l'évolution du compteur au cours du temps.

Chronogramme_relatif_au_fonctionnement_du_diviseur_par_4.gif

A l'instant t0, les deux sorties Q1 et Q2 sont au niveau L.

Au premier front actif d'horloge (instant t1), la sortie Q1 commute et passe au niveau H. Q_barre.gif1 passe au niveau L.

A l'instant t2, Q1 repasse au niveau L et Q_barre.gif1 au niveau H, donc un front actif est appliqué sur l'entrée d'horloge de la deuxième bascule. Q2 passe donc au niveau H.

A l'instant t3, Q1 repasse au niveau H et Q2 reste au niveau H.

A l'instant t4, Q1 revient au niveau L et Q2 également. Les deux sorties sont revenues à leur état initial. Il a donc fallu quatre impulsions d'horloge pour retrouver l'état initial des deux bascules.

La table de vérité de la figure 11 permet de résumer l'évolution du compteur et du diviseur par 4.

Table_de_verite_du_compteur_modulo_4.gif 

Ce compteur est de module 4. Le module est le nombre d'états logiques formés par l'ensemble des sorties du compteur.

Dans le cas présent, il s'agit d'un compteur possédant quatre états logiques (00, 01, 10, 11) en code binaire ou 0, 1, 2 et 3 en code décimal).

La capacité de ce compteur est 3. La capacité est le nombre maximum d'événements qu'un compteur peut comptabiliser. Elle est toujours égale au module moins un puisque durant l'état initial (ici 00) aucun événement n'a encore été pris en compte.

La sortie Q1 divise par deux la fréquence de l'horloge H et la sortie Q2 divise par quatre cette même fréquence de l'horloge H. Sur la figure 10, il apparaît bien que la période du signal en sortie Q1 vaut deux fois la période de l'horloge et en sortie Q2 la période du signal vaut quatre fois la période de l'horloge.

D'une façon générale, il est toujours possible d'utiliser une ou plusieurs sortie d'un compteur pour avoir une division de la fréquence de l'horloge. Dans l'horloge de la figure 2, cette propriété est utilisée pour compter le temps qui s'écoule.

En effet, le signal de l'horloge de fréquence 1 Hz est divisé par 60 et permet d'obtenir un signal de période 1 minute. Ce deuxième signal est à son tour divisé par 60 afin d'obtenir le signal de période 1 heure. Ensuite, il suffit de compter les heures jusqu'à 24 pour qu'une journée se soit écoulée.

HAUT DE PAGE 2. 3. - LES COMPTEURS DE MODULE SUPÉRIEUR A QUATRE       (Retour à la théorie 9TS)

En reliant trois bascules D comme indiqué à la figure 12, on obtient un compteur de module 8.

 Compteur_modulo_8.gif

Trois bascules D câblées en diviseur par 2 sont utilisées.

Le chronogramme de la figure 13 permet de comprendre le fonctionnement de ce compteur. Le principe de fonctionnement est toujours le même.

Chronogramme_relatif_au_compteur_modulo_8.gif

Chaque étage permet de diviser par 2 le signal appliqué sur son entrée d'horloge. Sur la sortie Q3, le signal que l'on peut prélever est donc à une fréquence 8 fois plus petite que le signal d'horloge.

D'une façon générale, il est donc possible d'augmenter le module d'un compteur asynchrone en augmentant le nombre de bascules. Avec une nouvelle bascule, le module double.

Si un compteur possède n bascules, son module maximum vaut 2n. Pour n = 4, le module vaut 16, pour n = 5, il vaut 32,...

Il est possible d'obtenir un compteur de module impair (3, 5, 7...) en utilisant les mêmes types de montages que ceux vus précédemment. Cela vous sera présenté ultérieurement.

Par ailleurs, il est possible de remplacer chaque bascule D par un bascule JK câblée en mode TOGGLE (les entrées J et K sont câblées à «1»). La figure 14 représente un compteur modulo 4 réalisé avec deux bascules JK.

Compteur_modulo_4_realise_avec_2_bascules_JK.gif 

Nous allons revenir sur le problème des états transitoires. La figure 15 représente une partie du chronogramme de fonctionnement d'un compteur modulo 8.

Etats_transitoires_d_un_compteur_asynchrone.gif

Sur ce chronogramme, il apparaît que la durée des périodes instables (états transitoires) est fonction du nombre de bascules. Cette durée vaut au maximum t4 - t1 = 3q dans le cas présent.

Pendant cette période instable (t4 - t1), au lieu de passer directement de l'état 3 à l'état 4, le compteur passe successivement par les états transitoires 2 et 0. On considère ici que le temps de propagation de chaque bascule est sensiblement le même (q). En réalité, ces trois temps de propagation peuvent être différents.

Il est évident que si le nombre de bascules augmente, la durée de la période instable augmente également. Ceci est dû au fonctionnement asynchrone du compteur puisque les bascules réagissent les unes sur les autres en cascade.

Pour cette raison, on utilise une impulsion de prélèvement qui permet de «lire» l'état du compteur. Cette impulsion sera décalée par rapport au signal d'horloge d'une durée supérieure à celle des états transitoires. Cette impulsion pourra être générée à l'aide d'un monostable.

Les figures 16 et 17 présentent deux schémas de prélèvement du contenu d'un compteur.

Prelevement_et_stockage_du_contenu_d_un_compteur.gif

Dans le cas de la figure 17, il est également possible de stocker le contenu du compteur dans le registre pendant la période que l'on souhaite.

Ces états transitoires sont donc l'un des principaux facteurs qui vont limiter la fréquence d'horloge du compteur.

En technologie MOS, avec q » 100 ns, et 4 bascules D, la période des états transitoires vaut environ 400 ns. Si l'on réserve environ 100 ns supplémentaires pour prélever le contenu du compteur, la fréquence maximum de fonctionnement sera 2 MHz :

Frequence_maximum_du_compteur_asynchrone.gif

Si l'on veut travailler à une fréquence relativement élevée et utiliser un compteur de grande capacité, il faudra donc utiliser un compteur synchrone.

HAUT DE PAGE 2. 4. - PRÉSENTATION DE DEUX COMPTEURS INTÉGRÉS

2. 4. 1. - LE COMPTEUR INTÉGRÉ 7493

La figure 18 représente le schéma de principe du compteur intégré 7493 réalisé en technologie TTL ainsi que son brochage.

Compteur_asynchrone_7493.gif 

Le schéma de principe est le même que celui de la figure 14. Les entrées J et K des bascules sont câblées intérieurement à «1».

Une remise à zéro générale asynchrone du compteur est possible grâce aux entrées R0 et R1. Pour cela les deux entrées R0 et R1 doivent être simultanément à «1».

Ce compteur peut fonctionner en diviseur par 8 en présentant l'horloge sur l'entrée B ou en diviseur par 16 en présentant l'horloge sur l'entrée A et en reliant la sortie QA à l'entrée B.

 2. 4. 2. - LE COMPTEUR INTÉGRÉ 4024

Son schéma fonctionnel et son brochage sont donnés à la figure 19.

Brochage_du_compteur_MOS_HEF_4024B.gif

Ce circuit est réalisé en technologie MOS. Le symbole «N.C.» signifie «non connecté».

C'est un compteur binaire à 7 étages en cascade. Son schéma logique est donné à la figure 20.

Schema_logique_du_compteur_HEF_4024B.gif

CP_barre.gif est l'entrée d'horloge. MR est l'entrée de remise à zéro générale asynchrone prioritaire. La présence d'un niveau H sur MR remet tous les étages du compteur à zéro indépendamment de CP_barre.gif. Ce compteur est incrémenté sur le front descendant de CP_barre.gif et peut compter jusqu'à 27 - 1 = 127 impulsions.

  Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.   Haut de page
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