Réalisation et Examen d'un Compteur Synchrone de Module 16Étude 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).
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