Compteur et son application en électronique numérique

Le compteur est un dispositif très important pour l’électronique. Il est utilisé dans de nombreux circuits électroniques. Un compteur numérique compte essentiellement les impulsions d’horloge appliquées à sa broche d’horloge. Nous pouvons l’utiliser avec l’affichage pour voir visuellement le nombre d’impulsions numériques. Un compteur numérique avec capteur est utilisé pour, par exemple, compter le nombre de fois que le capteur est déclenché. Nous pouvons utiliser le capteur de comptage des battements cardiaques pour surveiller les impulsions cardiaques à l’aide d’un affichage numérique du compteur. C’est un exemple; il existe de nombreuses applications de compteur numérique. Maintenant, il existe deux types de compteur.

1. Compteur asynchrone (compteur d’ondulation)
2. Compteur synchrone

Compteur asynchrone ou compteur d’ondulation

Un compteur ascendant compte. Dans ce compteur, des impulsions d’horloge externes sont appliquées à une seule bascule et une autre bascule obtient des horloges de la sortie ‘~ Q’ de la précédente. À laquelle sont appliquées des horloges externes de bascule, la sortie “Q” de cette bascule est LSB (bit de poids faible). Si vous ne savez pas ce qu’est le LSB, lisez cet article. Il existe deux types de compteur asynchrone.

Compteur ascendant asynchrone

Voyons maintenant une conception de compteur ascendant asynchrone 4 bits.

La figure ci-dessus est un compteur ascendant asynchrone 4 bits. Il peut compter de 0 à 15, donc le nombre de sortie possible est de 16. Donc, son mode est 16 c’est-à-dire 24, où 4 est le nombre de bascules. À la 16ème horloge, ce compteur se réinitialisera à sa position initiale. Il se compose de quatre bascule de type D. L’entrée ‘D’ de chaque bascule est connectée à Q inversé (~ Q) et à la broche d’horloge de la bascule suivante. Comme vous pouvez le voir, les impulsions d’horloge externes sont données à la première bascule, mais les impulsions d’horloge pour les autres bascules sont la sortie ‘~ Q’ de la précédente. La sortie ‘Q’ est la sortie du compteur.

À l’état initial, lorsqu’aucune horloge externe n’est appliquée, la sortie ‘~Q’ de toutes les bascules sera élevée, ce qui est connecté à l’entrée ‘D’. Lorsqu’une impulsion d’horloge externe est appliquée, la première bascule stockera ce ‘1’ qui était présent sur ‘~ Q’. Maintenant, la sortie ‘Q’ de la première bascule sera élevée et ‘~ Q’ sera faible.

À la deuxième horloge, la première bascule se réinitialisera et la sortie ‘Q’ de la première bascule sera faible et ‘~ Q’ sera élevée. Maintenant, l’entrée d’horloge de la seconde bascule a une transition d’horloge basse à haute puisqu’elle est connectée à ‘~Q’ de la première bascule. La deuxième bascule répétera tout le processus à chaque fois que la sortie ‘~Q’ change d’état de bas en haut. Ce procédé s’appliquera à toutes les bascule qui sont connectées dans le circuit. De cette façon, ce circuit compte.

Voyons la forme d’onde du compteur asynchrone 4 bits.

Si vous voyez attentivement la forme d’onde, vous remarquerez que les impulsions d’horloge externes se divisent à chaque sortie. À la première horloge de sortie est divisée par 2, à la deuxième horloge de sortie est divisée 4 et ainsi de suite. Le compteur peut donc être utilisé comme diviseur de fréquence numérique.

FN = FCLK / 2N

Où:

FN = Fréquence à QN

N = Nombre de bascule

Nous pouvons écrire la table de vérité en créant une fenêtre d’une horloge externe et en vérifiant les sorties dans la forme d’onde. Par exemple, voir la figure ci-dessous.

À la première horloge, la sortie ‘Q0’ est ‘1’, la sortie ‘Q1’ est ‘0’, la sortie ‘Q2’ est ‘0’ et la sortie ‘Q3’ est ‘0’. Maintenant, vérifions les sorties à la deuxième impulsion d’horloge.

À la deuxième horloge, la sortie ‘Q0’ est ‘0’, la sortie ‘Q1’ est ‘1’, la sortie ‘Q2’ est ‘0’ et la sortie ‘Q3’ est ‘0’. Maintenant, nous allons écrire la table de vérité en regardant les sorties à chaque impulsion d’horloge.

Horloge	Q3	Q2	Q1	Q0	Équivalent décimal de la sortie binaire
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	1
2	0	0	1	0	2
3	0	0	1	1	2
4	0	1	0	0	4
5	0	1	0	1	5
6	0	1	1	0	6
7	0	1	1	1	7
8	1	0	0	0	8
9	1	0	0	1	9
10	1	0	1	0	10
11	1	0	1	1	11
12	1	1	0	0	12
13	1	1	0	1	13
14	1	1	1	0	14
15	1	1	1	1	15
16(0)	0	0	0	0	0

Comme vous pouvez le voir, ce compteur compte de 0 à 15, il s’agit donc d’un compteur haut et le tableau ci-dessus est la table de vérité du compteur haut de 4 bits.

Compteur descendant asynchrone

Un compteur descendant compte à rebours et comme nous le savons déjà, les impulsions d’horloge externes ne sont données qu’à une seule bascule dans le compteur asynchrone. Dans ce compteur, nous prenons les sorties de la sortie ‘~Q’.

Comme vous pouvez le voir, nous venons de changer les positions de sortie pour en faire un compteur descendant. Alors que tout le circuit de repos est similaire au compteur haut. Voyons maintenant sa forme d’onde de sortie.

Nous pouvons trouver la table de vérité en utilisant la méthode précédente; nous avions l’habitude de trouver la table de vérité du compteur.

Horloge	Q3	Q2	Q1	Q0	Équivalent décimal de la sortie binaire
0	1	1	1	1	15
1	1	1	1	0	14
2	1	1	0	1	13
3	1	1	0	0	12
4	1	0	1	1	11
5	1	0	1	0	10
6	1	0	0	1	9
7	1	0	0	0	8
8	0	1	1	1	7
9	0	1	1	0	6
10	0	1	0	1	5
11	0	1	0	0	4
12	0	0	1	1	3
13	0	0	1	0	2
14	0	0	0	1	1
15	0	0	0	0	0
16(0)	1	1	1	1	15

Compteur synchrone

Dans le compteur synchrone, des impulsions d’horloge externes sont données à toutes les bascules. Mais nous utilisons une logique supplémentaire dans ce compteur. Il existe deux types de compteur synchrone ainsi que de compteur asynchrone.

Compteur ascendant synchrone

Car nous savons qu’un compteur ascendant compte. Il existe deux types de compteur ascendant synchrone.

1. Compteur ascendant synchrone avec report d’ondulation

Voyons la conception d’un compteur ascendant synchrone à 4 bits avec report d’ondulation.

Le diagramme de synchronisation (forme d’onde de synchronisation) et la table de vérité sont les mêmes compteurs asynchrones. Comme vous pouvez le voir, il a ET porte à chaque bascule sauf la première qui est la bascule LSB. Chaque porte ET a deux entrées. La sortie de chaque porte ET est la sortie de toutes les bascules précédentes et elle est l’entrée de la bascule suivante. Pour donner la sortie AND’ed de toutes les bascules précédentes à la porte ET suivante, la sortie de la porte ET précédente est donnée à la porte et suivante. Ce type de compteur est appelé “compteur de portage d’ondulation”.

Comprenons maintenant le fonctionnement de ce compteur. Vous pouvez voir que toute bascule JK est configurée comme bascule T. L’entrée de la première bascule T est fixe qui est haute (1) et la sortie est donnée à l’entrée de la bascule suivante et à la première porte ET. La sortie de la deuxième bascule est donnée à la première porte ET et la sortie de la première porte ET est donnée à l’entrée de la bascule suivante. Ensuite, cette séquence est répétée pour toutes les tongs suivantes.

Lorsque nous donnons des impulsions d’horloge à ce circuit, la première bascule bascule et sa sortie devient élevée. Maintenant, l’entrée de la deuxième entrée est élevée et lorsque l’impulsion d’horloge suivante est donnée, la deuxième bascule bascule et elle devient élevée. La première bascule basculera également à la deuxième horloge et elle deviendra basse. À la troisième horloge, la première bascule bascule et devient haute mais comme l’entrée de la deuxième bascule est faible, elle ne bascule pas et reste haute. Maintenant, la première porte ET est maintenant active et sa sortie sera élevée, ce qui est l’entrée de la troisième bascule. À la quatrième impulsion d’horloge est donnée, la première et la deuxième bascule seront basses et la troisième bascule basculera et elle deviendra haute. Ce processus se répétera pour toutes les tongs.

2. Compteur ascendant synchrone sans compteur de report d’ondulation

Voyons la conception d’un compteur ascendant synchrone à 5 bits sans report d’ondulation.

Dans ce compteur, l’entrée de la porte ET augmente à mesure que la bascule augmente. Parce que nous ne donnons pas la sortie de la précédente ET de la suivante ET à la place, nous donnons directement toutes les tongs précédentes à la sortie de la porte ET. Ainsi, à mesure que le nombre de bascule augmente, le nombre d’entrées de porte ET augmente également. Ce type de bascule est appelé “sans compteur de portage d’ondulation”. Le fonctionnement de ce compteur est le même que celui expliqué précédemment.

Compteur descendant synchrone

Nous savons que pour convertir un compteur montant en compteur descendant, il suffit de changer la position de sortie en bascules. Voyons donc le circuit pour les deux types de compteur descendant synchrone.

1. Compteur descendant synchrone avec report d’ondulation

Voyons le circuit logique pour compteur descendant synchrone avec report d’ondulation.

Donc, comme vous pouvez le voir, nous avons changé la sortie de la sortie ‘Q’ en sortie ‘~ Q’ pour atteindre le compteur descendant.

2. Compteur descendant synchrone sans report d’ondulation

Voyons le circuit logique pour compteur descendant synchrone sans report d’ondulation.

Ainsi, comme vous pouvez le voir également dans ce compteur, nous avons changé la sortie de la sortie ‘Q’ en sortie ‘~ Q’ pour atteindre le compteur descendant.

Type spécial de compteur

Il existe un type spécial de compteur disponible et il s’agit du “compteur en anneau” et du “compteur Johnson”. Voyons-les un par un.

Compteur d’anneaux

Il s’agit d’un type spécial de compteur synchrone. C’est un compteur de type décalage, il est donc également appelé compteur de décalage. Dans ce compteur, les données se déplacent de droite à gauche ou de gauche à droite. Voyons le circuit logique du compteur d’anneaux.

Comme vous pouvez le voir, la sortie de la dernière bascule est l’entrée de la première bascule, la sortie de la première bascule est l’entrée de la deuxième bascule et ainsi de suite. Ainsi, les données se déplaceront de gauche à droite. Dans ce compteur, la bascule la plus à droite ou la plus à gauche est initialement définie sur ‘1’ et toutes les autres bascule sont effacées. À chaque impulsion d’horloge, ce “1” sera décalé. Voyons maintenant la table de vérité du compteur d’anneaux.

L’étape de comptage du compteur d’anneaux sera de 20, 21, 22 ….2N-1. où N est le nombre de bascule.

FOUT=FCLK/N

Compteur Johnson

Il s’agit également d’un compteur synchrone de type spécial. Nous avons dû prérégler une bascule dans le compteur en anneau, mais dans le compteur Johnson, le retour est donné sous forme de sortie “~ Q” de la dernière bascule. Nous devons effacer toutes les tongs.

Comme vous pouvez le voir, la sortie “~Q” de la dernière bascule est l’entrée de la première bascule, la sortie de la première bascule est l’entrée de la deuxième bascule et ainsi de suite. Ainsi, les données se déplaceront de gauche à droite. Dans ce compteur, nous n’avons pas à définir initialement la bascule LSB ou MSB sur ‘1’, il suffit d’effacer toutes les bascules. À la première impulsion d’horloge ‘1’ qui est sur “~ Q3” sera décalée et elle sera stockée dans Q0 jusqu’à ce que “~Q3” ne soit pas “0”. Voyons maintenant la table de vérité du compteur Johnson.

Clock	~T3	T3	T2	T1	K0
1	1	0	0	0	0
2	1	0	0	0	1
3	1	0	0	1	1
4	1	0	1	1	1
5	0	1	1	1	1
6	0	1	1	1	0
7	0	1	1	0	0
8	0	1	0	0	0
9	1	0	0	0	0

Applications du compteur

• Comptage de toute impulsion numérique
• Division de fréquence
• Horloges numériques
• Analogiques à convertisseur numérique (ADC)

Quelques contre-puces (compteur IC)

1. 74HC161: – C’est un compteur synchrone BCD (Décimal Codé Binaire) à 4 bits avec réinitialisation asynchrone. Il est fabriqué par Texas Instruments (TI).
2. 74HC163: – C’est un compteur binaire synchrone 4 bits avec réinitialisation asynchrone et charge synchrone. Il est fabriqué par Texas Instruments (TI).
3. 74HC191: – C’est un compteur haut / bas binaire synchrone 4 bits avec réinitialisation asynchrone et charge synchrone. Il est fabriqué par NXP.
4. 74HC160:- Il s’agit d’un compteur BCD synchrone pré-réglable de 4 bits avec réinitialisation asynchrone. Il est fabriqué par NXP.
5. CD4017B: – C’est un compteur de décades synchrone à 4 étages avec sorties décodées (0-9). Pour plus d’informations, cliquez ici.