Contrairement aux compteurs asynchrones dont la sortie d’une étape est directement liée à l’entrée d’horloge de l’étape suivante dans la chaîne. Le compteur synchrone synchronise tous ses étages en même temps.

Le problème avec les compteurs asynchrones est qu’ils souffrent de ce qu’on appelle le « délai de propagation », où le signal d’horloge est retardé d’une fraction à travers chaque flip-flop.

Cependant, avec le compteur synchrone, le signal d’horloge externe est connecté à l’entrée d’horloge de TOUS les flip-flops individuels au sein du compteur, de sorte que tous les flip-flops soient synchronisés ensemble simultanément (en parallèle) au même moment, ce qui crée une relation temporelle fixe. En d’autres termes, les changements dans la sortie se produisent en « synchronisation » avec le signal d’horloge.

Le résultat de cette synchronisation est que tous les bits de sortie individuels changent d’état exactement en même temps en réponse au signal d’horloge commun, sans effet de ripple et donc, sans délai de propagation.

Compteur Synchronous Binaire 4 Bits

Il peut être observé ci-dessus que les impulsions d’horloge externes (impulsions à compter) sont directement envoyées à chacun des flip-flops J-K dans la chaîne du compteur et que les entrées J et K sont toutes reliées ensemble en mode toggle, mais seulement dans le premier flip-flop, le flip-flop FFA (LSB), elles sont connectées à HAUT, logique « 1 », permettant au flip-flop de basculer à chaque impulsion d’horloge. Ensuite, le compteur synchrone suit une séquence d’états prédéterminée en réponse au signal d’horloge commun, progressant d’un état pour chaque impulsion.

Les entrées J et K du flip-flop FFB sont directement connectées à la sortie Q_A du flip-flop FFA, mais les entrées J et K des flip-flops FFC et FFD sont pilotées par des portes ET séparées qui reçoivent également des signaux de l’entrée et de la sortie de l’étape précédente. Ces portes ET supplémentaires génèrent la logique requise pour les entrées JK de l’étape suivante.

Si nous activons chaque flip-flop JK pour basculer en fonction de savoir si les sorties de tous les flip-flops précédents (Q) sont « HAUTES », nous pouvons obtenir la même séquence de comptage que celle du circuit asynchrone, mais sans l’effet de ripple, puisque chaque flip-flop de ce circuit sera synchronisé exactement en même temps.

Ensuite, comme il n’y a pas de délai de propagation inhérent dans les compteurs synchrones, parce que toutes les étapes du compteur sont déclenchées en parallèle au même moment, la fréquence de fonctionnement maximale de ce type de compteur de fréquence est beaucoup plus élevée que celle d’un circuit de compteur asynchrone similaire.

Diagramme de Timing d’un Compteur Synchronous Binaire 4 Bits

Comme ce compteur synchrone 4 bits compte séquentiellement à chaque impulsion d’horloge, les sorties résultantes comptent de 0 ( 0000 ) à 15 ( 1111 ). Par conséquent, ce type de compteur est également connu sous le nom de Compteur Synchronous 4 Bits.

Cependant, nous pouvons facilement construire un Compteur Synchronous 4 Bits Descendant en connectant les portes ET à la sortie Q des flip-flops comme indiqué pour produire un diagramme de timing d’onde inversé à celui ci-dessus. Ici, le compteur commence avec toutes ses sorties HAUTES ( 1111 ) et compte à rebours lors de l’application de chaque impulsion d’horloge jusqu’à zéro, ( 0000 ) avant de recommencer.

Compteur Synchronous Binaire 4 Bits Descendant

Les compteurs synchrones étant formés en connectant des flip-flops ensemble, n’importe quel nombre de flip-flops peut être connecté ou « en cascade » pour former un compteur binaire « divisé par n », les modulos ou nombres « MOD » s’appliquent toujours comme pour les compteurs asynchrones, de sorte qu’un compteur de Décade ou un compteur BCD comptant de 0 à 2ⁿ-1 peut être construit ainsi que des séquences tronquées. Tout ce que nous devons faire pour augmenter le compte MOD d’un compteur synchrone ascendant ou descendant est un flip-flop supplémentaire et une porte ET le reliant.

Compteur Synchronous Décade 4 Bits

Un compteur synchrone décade 4 bits peut également être construit en utilisant des compteurs binaires synchrones pour produire une séquence de comptage de 0 à 9. Un compteur binaire standard peut être converti en un compteur décade (décimal 10) avec l’aide de logique supplémentaire pour mettre en œuvre la séquence d’état désirée. Après avoir atteint le comptage de « 1001 », le compteur recycle à « 0000 ». Nous avons maintenant un compteur décade ou Modulo-10.

Compteur Synchronous Décade 4 Bits

Les portes ET supplémentaires détectent lorsque la séquence de comptage atteint « 1001 », (Binaire 10) et provoquent le basculement du flip-flop FF3 lors de la prochaine impulsion d’horloge. Le flip-flop FF0 bascule à chaque impulsion d’horloge. Ainsi, le comptage est réinitialisé et recommence à « 0000 », produisant un compteur décade synchrone.

Nous pourrions facilement réarranger les portes ET supplémentaires dans le circuit du compteur ci-dessus pour produire d’autres nombres de compte comme un compteur Mod-12 qui compte 12 états de « 0000 » à « 1011 » (0 à 11) puis répète, les rendant utiles pour des horloges, etc.

Déclencher le Compteur

Les compteurs synchrones utilisent des flip-flops déclenchés sur front qui changent d’état soit sur le « front positif » (front montant) soit sur le « front négatif » (front descendant) de l’impulsion d’horloge sur l’entrée de contrôle, entraînant un seul comptage lorsque l’entrée d’horloge change d’état.

En général, les compteurs synchrones comptent sur le front montant qui est la transition de bas en haut du signal d’horloge et les compteurs à ripple asynchrones comptent sur le front descendant qui est la transition de haut en bas du signal d’horloge.

Il peut sembler inhabituel que les compteurs à ripple utilisent le front descendant du cycle d’horloge pour changer d’état, mais cela facilite la liaison des compteurs ensemble, car le bit le plus significatif (MSB) d’un compteur peut piloter l’entrée d’horloge du suivant.

Cela fonctionne car le bit suivant doit changer d’état lorsque le bit précédent change de haut en bas – le point auquel un report doit se produire vers le bit suivant. Les compteurs synchrones ont généralement une broche de report sortant et d’entrée pour lier les compteurs entre eux sans introduire de délais de propagation.

Résumé du Tutoriel

Pour résumer certains des points principaux concernant les compteurs synchrones :

• Les compteurs synchrones peuvent être réalisés avec des flip-flops toggle ou de type D.
• Les compteurs synchrones sont plus faciles à concevoir que les compteurs asynchrones.
• Ils sont appelés compteurs synchrones parce que l’entrée d’horloge des flip-flops
  est synchronisée ensemble au même moment avec le même signal d’horloge.
• En raison de cette impulsion d’horloge commune, tous les états de sortie basculent ou changent simultanément.
• Avec toutes les entrées d’horloge reliées, il n’y a pas de délai de propagation inhérent.
• Les compteurs synchrones sont parfois appelés compteurs parallèles car l’horloge est alimentée en parallèle à tous les flip-flops.
• Le circuit mémoire inhérent garde une trace de l’état actuel des compteurs.
• La séquence de comptage est contrôlée à l’aide de portes logiques.
• Une opération globale plus rapide peut être réalisée par rapport aux compteurs asynchrones.

Dans le prochain tutoriel sur les compteurs, nous examinerons les compteurs bi-directionnels qui peuvent compter dans une direction ascendante et une direction descendante.