Nous avons vu précédemment que les bascules à bascule de type T peuvent être utilisées comme compteurs individuels de division par deux. Si nous connectons ensemble plusieurs bascules à bascule dans une chaîne en série, nous pouvons produire un compteur numérique qui stocke ou affiche le nombre de fois qu’une séquence de comptage particulière s’est produite.

Les bascules de type T cadencées agissent comme un compteur binaire diviseur par deux et dans les compteurs asynchrones, la sortie d’un étage de comptage fournit l’impulsion d’horloge pour l’étage suivant. Un compteur à bascule a donc deux états de sortie possibles et en ajoutant d’autres étages de bascule, on peut réaliser un compteur diviseur par 2N. Mais le problème des compteurs binaires à 4 bits est qu’ils comptent de 0000 à 1111. C’est-à-dire de 0 à 15 en décimal.

Pour faire un compteur numérique qui compte de 1 à 10, il faut que le compteur ne compte que les nombres binaires 0000 à 1001. C’est-à-dire de 0 à 9 en décimal et heureusement pour nous, les circuits de comptage sont facilement disponibles sous forme de circuits intégrés, l’un d’entre eux étant le compteur décadaire asynchrone 74LS90.

Les compteurs numériques comptent vers le haut de zéro à une certaine valeur de comptage prédéterminée sur l’application d’un signal d’horloge. Une fois la valeur de comptage atteinte, leur remise à zéro ramène le compteur à zéro pour recommencer.

Un compteur décimal compte dans une séquence de dix et revient à zéro après le compte de neuf. Évidemment, pour compter jusqu’à une valeur binaire de neuf, le compteur doit avoir au moins quatre bascules dans sa chaîne pour représenter chaque chiffre décimal comme indiqué.

Diagramme d’état d’un compteur BCD

Alors, un compteur décimal a quatre bascules et 16 états potentiels, dont seulement 10 sont utilisés et si nous connectons une série de compteurs ensemble, nous pourrions compter jusqu’à 100 ou 1 000 ou jusqu’à n’importe quel nombre de comptage final que nous choisissons.

Le nombre total de comptes qu’un compteur peut compter aussi est appelé son MODULE. Un compteur qui revient à zéro après n comptes est appelé un compteur modulo-n, par exemple un compteur modulo-8 (MOD-8), ou modulo-16 (MOD-16), etc, et pour un « compteur à n bits », la gamme complète du comptage est de 0 à 2n-1.

Mais comme nous l’avons vu dans le tutoriel sur les compteurs asynchrones, qu’un compteur qui se réinitialise après dix comptages avec une séquence de comptage divisée par 10 depuis le binaire 0000 (décimal « 0 ») jusqu’à 1001 (décimal « 9 ») est appelé « compteur décimal codé en binaire » ou compteur BCD pour faire court et un compteur MOD-10 peut être construit en utilisant un minimum de quatre bascules.

Il est appelé compteur BCD car sa séquence de dix états est celle d’un code BCD et n’a pas de schéma régulier, contrairement à un compteur binaire droit. Ensuite, un compteur BCD à un seul étage comme le 74LS90 compte de 0 à 9 décimal et est donc capable de compter jusqu’à un maximum de neuf impulsions. Notez également qu’un compteur numérique peut compter ou décompter ou compter et décompter (bidirectionnel) en fonction d’un signal de commande d’entrée.

Le code décimal codé en binaire est un code 8421 composé de quatre chiffres binaires. La désignation 8421 fait référence au poids binaire des quatre chiffres ou bits utilisés. Par exemple, 23 = 8, 22 = 4, 21 = 2 et 20 = 1. Le principal avantage du code BCD est qu’il permet une conversion facile entre les formes décimales et binaires des nombres.

Le compteur BCD 74LS90

Le circuit intégré 74LS90 est essentiellement un compteur décimal MOD-10 qui produit un code de sortie BCD. Le 74LS90 est constitué de quatre bascules JK maître-esclave connectées en interne pour fournir un compteur MOD-2 (compte à 2) et un compteur MOD-5 (compte à 5). Le 74LS90 possède une bascule JK indépendante pilotée par l’entrée CLK A et trois bascules JK qui forment un compteur asynchrone piloté par l’entrée CLK B, comme illustré.

74LS90 Compteur BCD

Les quatre sorties du compteur sont désignées par la lettre symbole Q avec un indice numérique égal au poids binaire du bit correspondant dans le code des circuits du compteur BCD. Ainsi, par exemple, QA, QB, QC et QD. La séquence de comptage du 74LS90 est déclenchée sur le front descendant négatif du signal d’horloge, c’est-à-dire lorsque le signal d’horloge CLK passe du niveau logique 1 (HIGH) au niveau logique 0 (LOW).

Les broches d’entrée supplémentaires R1 et R2 sont des broches de « reset » du compteur tandis que les entrées S1 et S2 sont des broches de « set ». Lorsqu’elles sont connectées à la logique 1, les entrées de réinitialisation R1 et R2 remettent le compteur à zéro, 0 (0000), et lorsque les entrées de mise en place S1 et S2 sont connectées à la logique 1, elles mettent le compteur au maximum, soit 9 (1001) quel que soit le nombre réel de comptage ou la position.

Comme nous l’avons dit précédemment, le compteur 74LS90 se compose d’un compteur diviseur par 2 et d’un compteur diviseur par 5 dans le même boîtier. Nous pouvons donc utiliser l’un ou l’autre compteur pour produire un compteur de fréquence diviseur par 2 uniquement, un compteur de fréquence diviseur par 5 uniquement ou les deux ensemble pour produire notre compteur BCD diviseur par 10 souhaité.

Avec les quatre bascules composant la section du compteur diviseur par 5 désactivées, si un signal d’horloge est appliqué à la broche d’entrée 14 (CLKA) et la sortie prise sur la broche 12 (QA), nous pouvons produire un compteur binaire diviseur par 2 standard pour une utilisation dans les circuits de division de fréquence comme indiqué.

74LS90 Compteur diviseur par 2

Pour produire un compteur diviseur par 5 standard, nous pouvons désactiver la première bascule ci-dessus, et appliquer le signal d’entrée d’horloge directement à la broche 1 (CLKB), le signal de sortie étant pris sur la broche 11 (QD) comme indiqué.

74LS90 Compteur diviseur par 5

Notez qu’avec cette configuration de compteur diviseur par 5, la forme d’onde de sortie n’est pas symétrique mais a un rapport d’espace de marque de 4:1. C’est-à-dire que quatre signaux d’horloge d’entrée créent une sortie BASSE ou logique « 0 » et le cinquième signal d’horloge d’entrée produit une sortie HAUT ou logique « 1 ».

Pour produire un compteur décimal BCD divisé par 10, les deux circuits de compteur internes sont utilisés donnant une valeur de division par 2 fois 5. Comme la première sortie QA de la bascule « A » n’est pas connectée en interne aux étages suivants, le compteur peut être étendu pour former un compteur BCD à 4 bits en connectant cette sortie QA à l’entrée CLKB comme indiqué.

74LS90 Compteur à division par 10

On voit donc que les compteurs BCD sont des compteurs binaires qui comptent de 0000 à 1001 puis se remettent à zéro car il a la possibilité d’effacer toutes ses bascules après le neuvième compte. Si nous connectons un interrupteur à bouton-poussoir (SW1) à l’entrée d’horloge CLKA, chaque fois que l’interrupteur à bouton-poussoir est relâché, le compteur comptera d’une unité. Si nous avons connecté des diodes électroluminescentes (DEL) aux bornes de sortie, QA, QB, QC et QD comme indiqué, nous pouvons visualiser le comptage décimal codé en binaire au fur et à mesure.

74LS90 Compteur de décades BCD

Des applications successives de l’interrupteur à bouton poussoir, SW1, augmenteront le compte jusqu’à neuf, 1001. A la dixième application, les sorties ABCD se remettront à zéro pour commencer une nouvelle séquence de comptage. Avec un tel nombre rond d’impulsions MOD-10, nous pouvons utiliser le compteur décimal pour piloter un affichage numérique.

Si nous voulons afficher la séquence de comptage en utilisant un affichage à sept segments, la sortie BCD doit être décodée de manière appropriée avant de pouvoir être affichée. Un circuit numérique capable de décoder les quatre sorties de notre compteur BCD 74LS90 et d’allumer les segments requis de l’afficheur est appelé un décodeur.

Pilotage d’un afficheur

Heureusement pour nous, quelqu’un a déjà conçu et développé un circuit intégré décodeur BCD vers afficheur 7 segments tel que le 74LS47 pour faire exactement cela. Le 74LS47 possède quatre entrées pour les chiffres BCD A, B, C et D et des sorties pour chacun des segments de l’affichage à sept segments.

Notez qu’un affichage LED standard à sept segments possède généralement huit connexions d’entrée, une pour chaque segment LED et une qui sert de borne ou de connexion commune pour tous les segments internes de l’affichage. Certains afficheurs disposent également d’une option de point décimal (DP).

Le pilote 74LS47 BCD à 7 segments

Le décodeur d’affichage 74LS47 reçoit le code BCD et génère les signaux nécessaires pour activer les segments LED appropriés responsables de l’affichage du nombre d’impulsions appliquées. Comme le décodeur 74LS47 est conçu pour piloter un affichage à anode commune, une sortie BAS (logique 0) illuminera un segment de LED tandis qu’une sortie HAUT (logique 1) l’éteindra. Pour un fonctionnement normal, les LT (test de la lampe), BI/RBO (entrée d’occultation/sortie d’occultation d’ondulation) et RBI (entrée d’occultation d’ondulation) doivent tous être ouverts ou connectés à la logique-1 (HIGH).

Notez que si le 74LS47 a des sorties actives LOW et est conçu pour décoder un affichage LED 7 segments à anode commune, le CI décodeur/driver 74LS48 est exactement le même sauf qu’il a des sorties actives HIGH conçues pour décoder un affichage 7 segments à cathode commune. Donc, selon le type d’afficheur LED 7 segments que vous avez, vous pouvez avoir besoin d’un CI décodeur 74LS47 ou 74LS48.

Les entrées décimales codées en binaire du 74LS47 peuvent être connectées aux sorties correspondantes du compteur BCD 74LS90 pour afficher la séquence de comptage sur l’afficheur 7 segments comme indiqué chaque fois que le bouton poussoir SW1 est pressé. En changeant la position du bouton poussoir et de la résistance de 1kΩ, on peut faire en sorte que le comptage change lors de l’activation ou du relâchement du bouton poussoir, SW1.

Circuit final de compteur BCD 4 bits

Notez qu’un affichage à 7 segments est constitué de sept diodes électroluminescentes individuelles pour former l’affichage. La meilleure méthode pour limiter le courant à travers un afficheur à sept segments est d’utiliser une résistance de limitation de courant en série avec chacune des sept diodes comme indiqué. Mais nous pouvons le faire de deux façons.

Résistances de limitation de courant

Résistance unique – ici une seule résistance de limitation de courant en série, R est utilisée. Si vous n’êtes pas particulièrement concerné par une luminosité d’affichage constante, alors c’est l’option la plus facile et la plus simple pour contrôler l’affichage à 7 segments.

La quantité de lumière émise par une LED varie avec le courant traversant le dispositif, le courant traversant la résistance étant partagé entre le nombre de segments d’affichage. Ensuite, la luminosité de l’affichage dépend maintenant du nombre de segments éclairés en même temps.

Multiples résistances – ici, chaque segment a sa propre résistance de limitation de courant, comme indiqué dans notre circuit simple de compteur BCD ci-dessus.

Généralement, les afficheurs à 7 segments nécessitent environ 12 à 20 milli-ampères pour éclairer les segments, donc la valeur résistive de la résistance de limitation de courant (toutes seront identiques) est choisie pour limiter le courant dans ces valeurs. Notez que certains affichages peuvent être détruits s’ils sont pilotés à 40mA et plus.

L’avantage ici est que la luminosité d’un segment de LED particulier ne dépend pas de l’état des six autres LED donnant à l’affichage une luminosité constante. Les valeurs des résistances de limitation de courant peuvent être choisies pour fournir la bonne quantité de luminosité car la quantité de lumière ambiante déterminera également l’intensité requise des LED.

Notre circuit montre un compteur numérique simple de 0 à 9 utilisant un compteur BCD 74LS90 et un pilote d’affichage à 7 segments 74LS47. Pour compter au-delà de 10 et produire un compteur et un afficheur base-ten à 2 chiffres, nous aurions besoin de cascader deux compteurs diviseur par dix séparés ensemble. Un compteur BCD à 2 chiffres compterait en décimal de 00 à 99 (0000 0000 à 1001 1001) et reviendrait ensuite à 00. Notez que bien qu’il s’agira d’un compteur à 2 chiffres, les valeurs représentant les nombres hexadécimaux de A à F ne sont pas valables dans ce code.

De même, si nous voulions compter de 0 jusqu’à 999 (0000 0000 0000 à 1001 1001 1001), alors trois compteurs de décades en cascade sont nécessaires. En fait, de multiples compteurs de décades peuvent être construits simplement en cascadant ensemble des circuits de compteurs BCD individuels, un pour chaque décade comme indiqué.

Compteur BCD à 2 chiffres de 00 à 99

Compteur BCD Résumé

Dans ce tutoriel, nous avons vu qu’un compteur BCD est un dispositif qui passe par une séquence de dix états lorsqu’il est cadencé et revient à 0 après le compte de 9. Dans notre exemple simple ci-dessus, les impulsions d’horloge d’entrée proviennent d’un interrupteur à bouton poussoir, mais les compteurs peuvent être utilisés pour compter de nombreux événements du monde réel, comme le comptage d’objets en mouvement.

Cependant, un circuit approprié peut être nécessaire pour générer les impulsions électriques pour chaque événement à compter car ces événements peuvent se produire à des intervalles de temps discrets ou ils peuvent être complètement aléatoires.

Dans de nombreux circuits et applications électroniques numériques, les compteurs numériques sont mis en œuvre en utilisant des bascules basculantes ou avec tout autre type de bascule qui peut être connecté pour donner la fonction de commutation requise, ou avec l’utilisation de circuits intégrés de comptage dédiés tels que le 74LS90. Les compteurs binaires sont des compteurs qui passent par une séquence binaire et un compteur binaire de n bits est constitué d’un nombre « n » de bascules comptant de 0 à 2n-1.

Les compteurs BCD suivent une séquence de dix états et comptent en utilisant des nombres BCD de 0000 à 1001 puis revient à 0000 et se répète. Un tel compteur doit avoir au moins quatre bascules pour représenter chaque chiffre décimal, car un chiffre décimal est représenté par un code binaire avec au moins quatre bits donnant un comptage MOD-10.

Nous avons également vu que la sortie codée BCD peut être affichée en utilisant quatre LED ou avec un affichage numérique. Mais pour afficher chaque nombre de 0 à 9, il faut un circuit décodeur, qui traduit une représentation numérique codée en binaire en niveaux logiques appropriés sur chacun des segments d’affichage.

Les circuits décodeurs d’affichage peuvent être construits à partir d’éléments logiques combinatoires et il existe sur le marché de nombreux circuits intégrés dédiés à cette fonction, comme le circuit intégré décodeur/pilote 74LS47 BCD à 7 segments.

La plupart des afficheurs à 7 segments sont généralement utilisés dans des applications de comptage à plusieurs chiffres, donc en cascadant ensemble plus de compteurs BCD, on peut construire des compteurs à 4 chiffres donnant des afficheurs avec une lecture maximale de 9999.

Le compteur BCD 74LS90 est un circuit de comptage très flexible et peut être utilisé comme un diviseur de fréquence ou fait pour diviser n’importe quel nombre entier compté de 2 à 9 en renvoyant les sorties appropriées aux entrées Reset et Set du CI.

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