Étude d'un Compteur de Module 4 Réalisé avec deux Compteurs de Module 2 :
4. - TROISIÈME
EXPÉRIENCE : EXAMEN D'UN COMPTEUR DE MODULE 4 RÉALISÉ AVEC DEUX COMPTEURS DE
MODULE 2
Il ne suffit pas toujours de diviser
par 2: par exemple, dans les montres
digitales, pour obtenir une précision élevée, on utilise un oscillateur à
quartz très stable, fonctionnant à la fréquence de 32
768 Hz. Cette fréquence de base est ensuite divisée par un compteur
de module 32 768, de manière à obtenir une
fréquence de 1 Hz.
Cette fréquence correspond à une
impulsion par seconde qui sera utilisée pour commander le dispositif indicateur des secondes.
Outre les secondes, la montre doit
indiquer aussi les minutes.
Elle utilise donc un compteur de
module
60 qui totalise 60 impulsions de 1 seconde
pour obtenir une impulsion chaque minute.
Un second compteur de
module
60 totalise ensuite 60 impulsions de 1
minute pour donner une impulsion toutes les heures.
Dans cette expérience, nous
n'examinerons pas des compteurs de module aussi élevé, mais nous allons
augmenter la capacité des compteurs simples des deux premières expériences
pour obtenir un compteur de module 4.
4. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Enlevez toutes les
liaisons relatives à l'expérience précédente en laissant en place le circuit
intégré MM 74C74 sur la matrice.
b) Effectuez les liaisons
représentées à la figure 7-a.
Le schéma électrique du circuit réalisé
est donné à la figure 7-b.
4. 2. - ESSAIS DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez SW0
sur la position 0 et mettez sous tension le
digilab : Les LED L0 et
L1
sont éteintes, les entrées CLEAR étant
actives. Désignons cet état par l'état 0,
ainsi on peut écrire :
État 0 = L0 éteinte
et L1 éteinte
b) Mettez
SW0 sur la position 1:
les deux entrées CLEAR ne sont plus
actives.
c) Appuyez sur
P0:L0
s'allume et L1
reste éteinte. Désignons cet état par l'état 1:
État 1 = L0 allumée et L1 éteinte
d) Appuyez une seconde fois
sur P0
:L0
s'éteint et L1 s'allume. Désignons cet état
par l'état 2 :
État 2 = L0 éteinte
et L1 allumée
e) Appuyez une troisième
fois sur
P0 :
L0
s'allume et L1 reste allumée. Désignons
cet état par l'état 3 :
État 3 = L0 allumée et L1 allumée
f) Actionnez une fois encore
P0
:L0 et
L1
s'éteignent. Le circuit est donc revenu à l'état 0
initial. Ce circuit est donc en mesure de compter trois impulsions ; à
la quatrième, il revient à zéro puisque sa capacité de comptage a été dépassée.
g) Mettez hors tension le
digilab.
h) Disposez le premier générateur
d'horloge du digilab sur la fréquence de 1 Hz.
i) Enlevez du contact
P0
l'extrémité du conducteur provenant de la broche 3 du circuit intégré
MM 74C74
et introduisez-la dans le contact
CP1
comme indiqué à la figure 8.
De cette façon vous appliquez à
l'entrée CLOCK, non plus le signal fourni
par le bouton P0, mais celui généré par
l'oscillateur câblé sur la fréquence de 1 Hz
et
visualisé au moyen de L4.
j) Reliez la
broche 3
du circuit intégré MM 74C74 à la
LED
L4 comme indiqué par cette même figure 8.
k) Branchez l'alimentation :L4
s'allume et s'éteint au rythme d'une
fois par seconde ;L0 par contre,
s'allume une fois toutes les deux secondes et L1
seulement une fois toutes les quatre secondes.
Comme le montre le diagramme des
temps de la figure 9, le circuit fonctionne également comme diviseur.
A la sortie de la première bascule
(broche 5), le signal d'horloge est
divisé par
2 tandis qu'à la sortie de la deuxième bascule (broche 9),
celui-ci est divisé par 4.
l) Mettez hors tension le digilab.
Comme vous avez pu le constater, en
reliant deux compteurs de module 2
en
cascade, on obtient un compteur de module 4.
Le même circuit peut, de plus, fonctionner en diviseur
par 2 ou par 4
selon que l'on prélève
le signal de sortie de la première bascule ou de la deuxième bascule.
En ajoutant à la suite d'autres
compteurs de module 2, on augmente donc la
capacité du circuit compteur comme du circuit diviseur.
Par exemple avec trois bascules, on
peut réaliser un diviseur par 8, avec
quatre bascules un diviseur par 16 et ainsi
de suite.
5. - QUATRIÈME EXPéRIENCE : RÉALISATION ET EXAMEN
D'UN COMPTEUR SYNCHRONE DE MODULE 16
Le compteur de module
4 que vous avez réalisé dans l'expérience précédente est de type
asynchrone.
En effet, les deux bascules qui le
constituent sont commandées par deux signaux d'horloge différents. Le signal
d'horloge de la première bascule provient de l'oscillateur à 1
Hz, tandis que le signal d'horloge de la deuxième bascule est fourni
par la sortie
de la première bascule. Ainsi, le deuxième étage du compteur commute
seulement après que le premier étage ait commuté sous l'effet d'une impulsion
d'horloge.
Si le compteur est formé de
plusieurs étages, il s'en suit que chacun d'entre eux doit attendre la
commutation du précédent pour commuter à son tour.
Si la commutation d'un étage était
instantanée, toutes les sorties du compteur commuteraient simultanément.
En réalité, cette commutation se
fait avec un certain retard. Le temps de transfert d'un étage s'ajoute donc
avec celui du suivant.
Par conséquent, entre l'instant où
arrive l'impulsion d'horloge et celui où la dernière bascule commute, il s'écoule
un temps d'autant plus long que le nombre d'étages constituant le compteur est élevé.
Dans certains cas, cela peut
constituer un inconvénient qui peut être évité en utilisant des compteurs de
type synchrone. En effet, les bascules de ces compteurs sont commandées
simultanément par le même signal d'horloge. Ainsi, il n'y a pas de retard de
basculement entre les différents étages.
Dans cette expérience, vous allez
examiner un compteur synchrone de module 16 réalisé au moyen de bascules et de portes logiques.
5. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Enlevez les liaisons
relatives à l'expérience précédente ainsi que le circuit intégré MM
74C74.
b) Insérez sur la matrice
les circuits intégrés MM 74C175 (quadruple
bascules D synchrones), MM 74C86
(quadruple OU - Exclusif),
MM
74C08 (quadruple ET) et effectuez
les raccordements indiqués à la figure 10-a.
Le schéma électrique du circuit réalisé
est donné à la figure 10-b. Les entrées CLOCK
et CLEAR sont communes aux quatre bascules,
et les quatre sorties Q1, Q2, Q3 et
Q4
commandent respectivement les LED L0, L1, L2
et
L3.
5. 2. - ESSAIS DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez SW0
sur la position 0 et mettez sous tension le
digilab : les quatre LED L0, L1, L2
et L3
sont éteintes, l'entrée CLEAR
étant active.
b) Mettez SW0
sur la position 1: l'entrée
CLEAR
est désormais inactive et les quatre LED
restent éteintes. Désignons cet état des sorties par l'état 0.
État
0 : L3 éteinte (Q4 au niveau L)
L2 éteinte (Q3 au niveau L)
L1 éteinte (Q2 au niveau L)
L0 éteinte (Q1 au niveau L)
c) Appuyez maintenant sur
P0:L0 s'allume tandis que les autres
LED
restent éteintes. Désignons cet état par l'état 1.
État 1
: L3 éteinte (Q4 au niveau L)
L2 éteinte (Q3 au niveau L)
L1 éteinte (Q2 au niveau L)
L0 allumée (Q1 au niveau H)
d) Continuez d'actionner
P0
et notez les états des sorties après chaque pression sur
P0 : vous obtenez le tableau de la figure 11.
(Retour au Jeu d'électronique)
Le chronogramme de la figure 12
permet de connaître les niveaux présents sur les sorties Q1,
Q2, Q3 et Q4 en fonction du
nombre d'impulsions appliquées à l'entrée d'horloge.
Vous constatez qu'il y a
16
états différents notés de
0 à
15.
Après la seizième impulsion
d'horloge le circuit revient à l'état 0
initial, sa capacité de comptage étant dépassée.
Le compteur réalisé a donc une
capacité
de 15 et un module de 16.
e) Mettez hors tension le
digilab.
Le compteur réalisé présente
l'avantage d'être synchrone.
En effet, les quatre bascules qui le
composent sont commandées par le même signal d'horloge ; elles
commutent donc au même instant.
Ceci ne peut être vérifié en
pratique car il faut disposer d'appareils de mesure spéciaux.
En effet, le temps de commutation
d'une bascule est de l'ordre du dix-millionième de seconde.
Le tableau de la figure 11 (voir
ci-dessus) donne des indications intéressantes pour utiliser le compteur.
Il suffit d'observer l'état des
quatre LED pour connaître le nombre
d'impulsions parvenues sur l'entrée du compteur.
Si par exemple les
LED
L3 et L2
sont allumées et que les LED L1 et
L0
sont éteintes, on voit immédiatement
dans le tableau que douze impulsions sont parvenues sur l'entrée CLOCK.
Le compteur examiné donne le résultat
du comptage en code binaire (HHLL = 11002 =
12 en décimal).
Réalisation et Examen d'un Compteur Synchrone de Module 16
l'extrémité du conducteur provenant de la broche 3 du circuit intégré
MM 74C74
et introduisez-la dans le contact
CP1
comme indiqué à la figure 8.
de la première bascule. Ainsi, le deuxième étage du compteur commute
seulement après que le premier étage ait commuté sous l'effet d'une impulsion
d'horloge.
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