Dans les tutoriels sur la logique séquentielle, nous avons vu comment fonctionnent les bascules de type D et comment elles peuvent être connectées ensemble pour former une mémoire de données. Une autre fonctionnalité utile des bascules de type D est leur utilisation en tant que diviseur binaire, pour la division de fréquence ou comme compteur “divisé par 2”.

Ici, le terminal de sortie inversé Q (NON-Q) est directement connecté au terminal d’entrée de données D, donnant au dispositif un retour comme montré ci-dessous.

Compteur à Diviser par 2 pour la Division de Fréquence

Il apparaît sur les formes d’onde de fréquence ci-dessus que, en « renvoyant » la sortie de Q au terminal d’entrée D, les impulsions de sortie à Q ont une fréquence exacte qui est exactement la moitié ( ƒ ÷ 2 ) de la fréquence d’horloge d’entrée. En d’autres termes, le circuit produit une division de fréquence en divisant la fréquence d’entrée par un facteur de deux (une octave).

Cela produit alors un type de compteur appelé “compteur à propagation”, où l’impulsion d’horloge déclenche la première bascule, dont la sortie déclenche la deuxième bascule, qui à son tour déclenche la troisième bascule, et ainsi de suite à travers la chaîne, produisant un effet de propagation (d’où leur nom) du signal de synchronisation alors qu’il passe à travers la chaîne.

La Bascule Toggle

Un autre type de dispositif numérique pouvant être utilisé pour la division de fréquence est la bascule de type T ou bascule Toggle. Avec une légère modification d’une bascule JK standard, nous pouvons construire un nouveau type de bascule appelé bascule Toggle.

Les bascules Toggle peuvent être fabriquées à partir de bascules de type D comme montré ci-dessus, ou à partir de bascules JK standard comme la 74LS73. Le résultat est un dispositif avec seulement deux entrées, l’entrée “Toggle” elle-même et l’entrée de contrôle négative “Horloge” comme illustré.

Bascule Toggle 74LS73

Une “bascule Toggle” tire son nom de la capacité de la bascule à basculer ou changer entre ses deux états différents, l’état “toggle” et l’état de “mémoire”. Puisqu’il n’y a que deux états, une bascule de type T est idéale pour une utilisation dans la division de fréquence et le design de compteurs binaires.

Des compteurs binaires à propagation peuvent être construits en utilisant des bascules “Toggle” ou “T-type” en connectant la sortie d’une à l’entrée d’horloge de la suivante. Les bascules Toggle sont idéales pour construire des compteurs à propagation, car elles basculent d’un état à l’autre (HAUT à BAS ou BAS à HAUT) à chaque cycle d’horloge, facilitant ainsi la construction de circuits simples de diviseurs de fréquence et de compteurs à propagation.

Si nous connectons ensemble en série deux bascules de type T, la fréquence d’entrée initiale sera “divisée par deux” par la première bascule ( ƒ ÷ 2 ) puis “divisée par deux” à nouveau par la deuxième bascule ( ƒ ÷ 2 ) ÷ 2, donnant une fréquence de sortie qui est effectivement divisée quatre fois, ce qui fait que sa fréquence de sortie devient un quart de la fréquence d’horloge d’origine, ( ƒ ÷ 4 ).

Chaque fois que nous ajoutons une autre bascule “Toggle” ou “T-type” à la chaîne, la fréquence de l’horloge de sortie est à nouveau réduite de moitié ou divisée par 2, et ainsi de suite, donnant une fréquence de sortie de 2ⁿ où “n” est le nombre de bascules utilisées dans la séquence.

Ainsi, la bascule Toggle ou de type T est un dispositif à déclenchement par bord divisé par 2 basé sur la bascule de type JK standard, et qui est déclenché sur le bord montant du signal d’horloge. Le résultat est que chaque bit se déplace d’une position vers la droite à chaque bascule. Toutes les bascules peuvent être réinitialisées de manière asynchrone et peuvent être déclenchées pour passer à l’état actif soit sur le bord montant soit sur le bord descendant du signal d’horloge d’entrée, ce qui en fait un dispositif idéal pour la division de fréquence.

Ce type de circuit de compteur utilisé pour la division de fréquence est communément connu sous le nom de compteur binaire asynchrone à 3 bits car la sortie de QA à QC, qui est large de 3 bits, est un comptage binaire de 0 à 7 pour chaque impulsion d’horloge.

Dans un compteur asynchrone, l’horloge est appliquée uniquement à la première étape, la sortie d’une étape de bascule fournissant le signal d’horloge pour l’étape suivante et les étapes suivantes tirant l’horloge de l’étape précédente, l’impulsion d’horloge étant réduite de moitié par chaque étape.

Ce dispositif est communément appelé asynchrone car chaque événement d’horloge se produit indépendamment, tous les bits dans le compteur ne changeant pas tous en même temps. Alors que le compteur compte séquentiellement de manière ascendante de 0 à 7, ce type de compteur est également connu comme un compteur « montant » ou « à l’avance » (CTU) ou un « compteur asynchrone à 3 bits ». Le compteur asynchrone à trois bits montré est typique et utilise des bascules en mode toggle. Des compteurs asynchrones “descendants” (CTD) sont également disponibles.

Table de Vérité pour un Compteur Asynchrone à 3 bits

Nous pouvons donc constater que la sortie de la bascule de type D est à la moitié de la fréquence de l’entrée, en d’autres termes, elle compte par 2. En reliant ensemble plus de bascules de type D ou Toggle, nous pouvons produire un circuit divisé par 2, divisé par 4, divisé par 8, etc. qui divisera la fréquence d’horloge d’entrée par 2, 4 ou 8 fois, en fait toute valeur qui est une puissance de 2, ce qui constitue un circuit de compteur binaire.

Division de Fréquence à l’Aide de Compteurs Binaires

Ainsi, nous pouvons voir qu’un compteur n’est rien d’autre qu’un registre ou un générateur de modèle spécialisé qui produit un modèle de sortie spécifié ou une séquence de valeurs binaires (ou états) lors de l’application d’un signal d’impulsion d’entrée appelé “Horloge”.

L’horloge est en réalité utilisée pour le transfert de données dans ces applications. Typiquement, les compteurs sont des circuits logiques qui peuvent incrémenter ou décrémenter un compte de un, mais lorsqu’ils sont utilisés comme compteurs diviseurs asynchrones par n, ils sont capables de diviser ces impulsions d’entrée produisant un signal de division d’horloge.

Les compteurs sont formés en connectant des bascules entre elles et un nombre quelconque de bascules peut être connecté ou “cascadé” pour former un compteur binaire “divisé par n”, où “n” est le nombre de stages de compteur utilisés et qui est appelée modulus. Le modulus ou simplement “MOD” d’un compteur est le nombre d’états de sortie que le compteur parcourt avant de revenir à zéro, c’est-à-dire un cycle complet.

Par conséquent, un compteur avec trois bascules comme le circuit ci-dessus comptera de 0 à 7, c’est-à-dire 2ⁿ-1. Il a huit états de sortie différents représentant les nombres décimaux 0 à 7 et est appelé un compteur Modulo-8 ou MOD-8. Un compteur avec quatre bascules comptera de 0 à 15, et est donc appelé un compteur Modulo-16, et ainsi de suite.

Un exemple de cela est donné ci-dessous :

•   Compteur Binaire 3-bits = 2³ = 8 (modulo-8 ou MOD-8)
•   Compteur Binaire 4-bits = 2⁴ = 16 (modulo-16 ou MOD-16)
•   Compteur Binaire 8-bits = 2⁸ = 256 (modulo-256 ou MOD-256)
• et ainsi de suite…

Le nombre de modulo peut être augmenté en ajoutant plus de bascules au compteur, et le cascading est une méthode pour atteindre des compteurs de plus grand modulus. Ainsi, le numéro de modulo ou le nombre MOD peut simplement être écrit comme : MOD = 2ⁿ

Compteur Modulo-16 4 bits

Les compteurs asynchrones multi-bits connectés de cette manière sont également appelés « compteurs à propagation » ou “diviseurs à propagation” parce que le changement d’état à chaque étape semble se “propager” à travers le compteur depuis la sortie LSB vers la connexion de sa sortie MSB. Les compteurs à propagation sont disponibles sous forme d’IC standard, du 74LS393 compteur dual 4 bits au 74HC4060, qui est un compteur à propagation de 14 bits avec son propre oscillateur d’horloge intégré et produit d’excellentes divisions de fréquence de la fréquence fondamentale.

Résumé de la Division de Fréquence

Pour la division de fréquence, des bascules en mode toggle sont utilisées dans une chaîne comme compteur divisé par deux. Une bascule divisera l’horloge, ƒ_IN par 2, deux bascules diviseront ƒ_IN par 4 (et ainsi de suite). Un avantage d’utiliser des bascules toggle pour la division de fréquence est que la sortie à tout moment a un cycle de service exact de 50%.

Le signal d’horloge de sortie final aura une fréquence égale à la fréquence du signal d’horloge d’entrée divisée par le numéro MOD du compteur. De tels circuits sont connus sous le nom de compteurs “divisé par n”. Les compteurs peuvent être formés en connectant des bascules individuelles et sont classés en fonction de la manière dont ils sont horodatés.

Dans les compteurs asynchrones (compteur à propagation), la première bascule est horodatée par l’impulsion d’horloge externe, puis chaque bascule successive est horodatée par la sortie de la bascule précédente. Dans les compteurs synchrones, l’entrée d’horloge est connectée à toutes les bascules afin qu’elles soient horodatées simultanément.

Dans le prochain tutoriel, nous examinerons les compteurs asynchrones, et nous verrons que la caractéristique principale d’un compteur asynchrone est que chaque bascule dans la chaîne tire sa propre horloge de la bascule précédente et est donc indépendante de l’horloge d’entrée.