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I. MISE EN SITUATION

Présentation du système technique : Horloge numérique Une des applications les plus courantes des compteurs est l’horloge numérique, c'est-à-dire une

horloge où l’heure du jour est indiquée au moyen de chiffres : deux chiffres pour les heures, deux

chiffres pour les minutes et deux chiffres pour les secondes.

II. RAPPEL

1- Définition d’un compteur :

C’est un dispositif électronique qui résulte de l’assemblage d’un ensemble combinatoire

(………………………….) et séquentiel (…………………..) cadencé par un signal d’horloge H

(information à compter). Le cycle de fonctionnement progresse dans un sens ou dans l’autre :

Sens croissant : ---- ……………..…….

Sens décroissant : ---- ……………..….

Il est possible d’avoir un dispositif qui réalise les deux fonctions.

On rencontre deux types de compteur :

- Compteur …………………………………. (Vu en 3ème Sc.T)

- Compteur …………………………………. (L’objectif de cette leçon)

2- Modulo d’un compteur :

Aussi appelée capacité du compteur, c’est le nombre d’états de sortie du compteur. Pour un

compteur régulier (partant de 0 et avec un pas unitaire : 0, 1, 2, 3 …..), on peut exploiter le

modulo N pour déterminer le nombre de bascules n et on a :

….. < N ≤ …..

Exemple 1: Compteur modulo 7 : …………………………..………………………………………..

Exemple 2: Décompteur modulo10 : …………….…………………………………………………..

On peut déterminer le nombre de bascules autrement : il suffit de convertir en binaire le plus

grand nombre figurant dans le cycle de comptage ; le nombre de bits de ce dernier est égale au

nombre de bascules.

3- Compteur asynchrone :

C’est une mise en cascade de bascules T. Le signal d’horloge est appliqué seulement sur

l’entrée H de la première bascule (sortie de poids le plus faible LSB). Pour les autres bascules,

CHAP : A.3

Leçon : A.3.1

LOGIQUE SEQUENTIELLE « LES COMPTEURS »

Partie : Automatique

Durée : 8 heures

Carte réelle d’une horloge numérique

Remarque : Dans le cas des horloges numériques à pile, le signal d’horloge est fourni généralement par un oscillateur à quartz.

Schéma synoptique d’une horloge numérique

Décodeur

Décodeur

Décodeur

Décodeur

Décodeur

Décodeur

Compteur

Modulo…..

Section des secondes

Horloge

1Hz Compteur

modulo…..

Section des heures

Compteur

modulo…..

Section des minutes

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l’entrée d’horloge de chacune est reliée à la sortie normale ou complémentée de la bascule

précédente et on a :

Remarque : Une bascule T peut être réalisée à base de bascule RS, JK ou D.

4- Tables des transitions des différentes bascules :

Transitions Bascule RS Bascule JK Bascule D

ε : ………………. R = … S = … J = … K = … D = …

δ : ………...……. R = … S = … J = … K = … D = …

μ0 : ……………. R = … S = … J = … K = … D = …

μ1 : ……………. R = … S = … J = … K = … D = …

III. COMPTEUR / DECOMPTEUR SYNCHRONE:

1- Signal d’horloge :

Le signal d’horloge est appliqué simultanément sur

toutes les entrées d’horloge des différentes bascules.

2- Synthèse d’un compteur synchrone :

La méthode de résolution d’un tel problème consiste à :

- Déterminer le nombre nécessaire de bascules à utiliser.

- Etablir la table de comptage et transitions.

- Choisir le type de la bascule et mettre en équations les entrées de commande des

différentes bascules.

- Tracer le logigramme.

3- Exemples d’applications :

Exemple N°1 : Compteur synchrone modulo 6

o Nombre de bascules :

Méthode N°1 : ……………………………………………………….………………………………

Méthode N°2 : …………………………………………………………….…………………………

o Table de comptage et transitions :

Fonction Horloge à FD Horloge à FM

Comptage

Décomptage

Etat actuel Etat futur Transitions

(B)10 Q2n Q1

n Q0 n (B)10 Q2

n+1 Q1 n+1 Q0

n+1 T2 T1 T0

0 0 0 0

1 0 1

2 0

3

4

5

Q B0

Q

H Q B1

Q

Q B2

Q

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o Equations et schéma de câblage :

Choisissons des bascules D:

Logigramme:

Exemple N°2 : Décompteur synchrone dont le cycle pair (6 → 4 → 2 → 0)

o Nombre de bascules : ………………………………………………………………………………

o Table de comptage et transitions :

o Equations et schéma de câblage :

Choisissons des bascules JK:

Etat actuel (Q n) Etat futur (Q n+1) Transitions

(B)10 Q2n Q1

n Q0 n (B)10 Q2

n+1 Q1 n+1 Q0

n+1 T2 T1 T0

0

2

4

6

Q1 Q0

Q2 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

D0 = …………………………

Q1 Q0

Q2 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

D1 = …………………………

Q1 Q0

Q2 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

D2 = …………………………

Q1 Q2

Q0 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

J0 = …………………………

Q1 Q2

Q0 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

J1 = …………………………

Q1 Q2

Q0 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

J2 = …………………………

Q1 Q2

Q0 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

K0 = …………………………

Q1 Q2

Q0 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

K1 = …………………………

Q1 Q2

Q0 00 01 11 10

0 … … … …

1 … … … …

K2 = …………………………

D0

CLK

Q0 H0

Q0

Q0

S

R

D1

CLK

Q1 H1

Q1

Q1

S

R

D2

CLK

Q2 H2

Q2

Q2

S

R

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Logigramme:

*Autre exemple: Voir Manuel de cours pages 61 et 64.

Activité 1 page 47 (M.A.)

IV. COMPTEUR / DECOMPTEUR synchrone & asynchrone à base de Circuit Intégré:

IV.1- Présentation: La plupart des compteurs intégrés, qu’ils soient synchrone (la plupart des cas)

ou asynchrone présentent des fonctionnalités puissantes telles que :

- la remise à zéro et la remise à pleine capacité ;

- le pré-chargement parallèle ;

- le choix entre le mode compteur ou décompteur ; etc…..

N.B : il est primordial de lire la documentation technique et surtout aux tables de fonctionnement, tables de vérité et aux chronogrammes donnés par le constructeur.

Exemples des compteurs à base des Circuits Intégrés:

Exemple de désignation des broches de CI : 74192

14 : Entrée d’effacement (RAZ). 2, 3, 6 et 7 : sorties de comptage ou de décomptage.

11 : Entrée de chargement parallèle.

1, 9, 10 et 15 : entrées de programmation.

4 : horloge en mode décompteur. 12 : fin de comptage.

5 : horloge en mode compteur. 13 : fin de décomptage.

J0

CLK

Q0 H0

Q0

Q0

K0

S

R

J1

CLK

Q1 H1

Q1

Q1

K1

S

R

J2

CLK

Q2 H2

Q2

Q2

K2

S

R

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IV.2- Exercices d’applications :

Exercice N°1 :

1. Le C.I 74LS293 c’est un compteur binaire asynchrone contenant…...bascules donc à…...bits.

2. Pour obtenir le cycle le plus long l’entrée ………..... doit être connectée à la sortie .……………..

3. Effectuer le câblage suivant de manière à réaliser un compteur asynchrone modulo 12.

4. Pour un compteur binaire asynchrone modulo 42:

a- Déterminer le nombre des bascules à utiliser:………………………………………………………...

b- Justifier le nombre de circuit intégré à utiliser:…...…………………………...…….…………………

c- Déterminer l’équation de RAZ:…………………….………………………….…………………………

Exercice N°2: On donne le CI suivant :

74 HC193 : Compteur / décompteur binaire synchrone.

Travail demandé :

1. Déduire le modulo maximal de ce circuit :…………………....………..…………………………

2. Pour un compteur modulo 27, justifier le nombre de circuit intégré à utiliser :

…………………………………………………………………………………………………………

J

K

CKA Clock

Q

R

QA 9

J

K

K

Clock

Q

R

QB

5

J

K

K

Clock

Q

R

QC

4

J

K

K

Clock

Q

R

QD

8

MR 1 12

CKB MR 2

11

10

12 13

J=K=1

Etat des entrées Données parallèles

Sorties cascade

MR UP DN PL D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 TCU TCD

1 X X X X X X X 0 0 0 0 1 1

0 X X 1 X X X X D0 D1 D2 D3 1 1

0 FM 1 0 X X X X Comptage X X

0 1 FM 0 X X X X Décomptage X X

- FM : front montant du signal d’horloge.

- X : état indifférent (0 ou 1).

Horloge

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3. Compléter le schéma de câblage suivant à fin de réaliser un compteur modulo 6 en utilisant

l’entrée PL puis l’entrée MR pour la remise à 0.

4. Compléter le schéma de câblage suivant à fin de réaliser un compteur modulo 20 en

utilisant l’entrée MR pour la remise à 0 et TCU pour la mise en cascade.

5. Compléter le schéma de câblage suivant à fin de réaliser un compteur modulo 36 en utilisant

l’entrée PL pour la remise à 0 et TCU pour la mise en cascade.

D0 15

Q0 3

D1 1

Q1 2

D2 10

Q2 6

D3 9

Q3 7

UP 5

TCU 12

DN 4

TCD 13

PL 11

MR 14

CI2

74HC193

D0 15

Q0 3

D1 1

Q1 2

D2 10

Q2 6

D3 9

Q3 7

UP 5

TCU 12

DN 4

TCD 13

PL 11

MR 14

CI1

74HC193

D0 15

Q0 3

D1 1

Q1 2

D2 10

Q2 6

D3 9

Q3 7

UP 5

TCU 12

DN 4

TCD 13

PL 11

MR 14

74HC193

D0 15

Q0 3

D1 1

Q1 2

D2 10

Q2 6

D3 9

Q3 7

UP 5

TCU 12

DN 4

TCD 13

PL 11

MR 14

74HC193

D0 15

Q0 3

D1 1

Q1 2

D2 10

Q2 6

D3 9

Q3 7

UP 5

TCU 12

DN 4

TCD 13

PL 11

MR 14

CI2

74HC193

D0 15

Q0 3

D1 1

Q1 2

D2 10

Q2 6

D3 9

Q3 7

UP 5

TCU 12

DN 4

TCD 13

PL 11

MR 14

CI1

74HC193

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Exercice N°3:

On donne le chronogramme de fonctionnement du compteur / décompteur en circuit intégré 4510.

I. Etude sur un seul circuit intégré 4510 :

Compléter les tableaux suivants :

II. Etude sur deux circuits intégrés 4510 liés en cascade: Compteur modulo 24.

1. Justifier le nombre de circuit intégré à utiliser :…...…………...……...……….………………………

2. Déterminer l’équation de RAZ :……………………………………………….…………………………

3. Compléter alors le schéma de câblage ci-dessous, et d’afficher le nombre 15 à chaque

impulsion sur un bouton poussoir (chargement parallèle).

4. Lors de simulation, mettre CI=0 et déduire son rôle :…………………………………...……….……

CE

PL

CP

U/D

MR

P0

P1

P2

P3

Q0

Q1

Q2

Q3

TC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 9 6 7 0

Mot binaire

(P4P3P2P1)

Etats des

entrées

Mot binaire

(Q4Q3Q2Q1)

Mot

décimal

0 1 0 1 MR=0 et PL=1 ………………… ……………

MR=1 et PL=0 ………………… ……………

Modulo maximal Mode de fonctionnement

…………………………. ………………………………….……….

Mode compteur Mode décompteur

…………………………. ………………………………….……….

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X : Etat indifférent (0 ou 1).

H : 1 logique. L : 0 logique.

BIN : Mode binaire. DEC : Mode décimal.

+V

cc

CU : CiCrcuit Unité

CD : Circuit Dizaine

Horloge

CU CD

BON T

RAVAIL

CU: Circuit Unité

CD: Circuit Dizaine

…… ……

HORLOGE

+V

cc

Exercice N°4: Extrait de document technique de circuit intégré 4029.

1- Déduire le modulo maximal de deux circuits en cascade en mode BCD : …………..…..………….………

2- Déduire le modulo maximal de trois circuits en cascade en mode Binaire : ……….……….………

3- Justifier le nombre de CI à utiliser pour réaliser un compteur modulo 10 pour les deux modes.

**Mode binaire : …………………..…………..…… **Mode BCD : …………………………………..……

4- Compléter, les schémas de câblages suivants à fin de réaliser un compteur binaire modulo 10, un

compteur BCD modulo 5 puis un décompteur binaire modulo 8.

5- Compléter le schéma de câblage à fin de réaliser un même compteur modulo 14 en mode BCD.