Un compteur BCD est un type spécial de compteur numérique qui peut compter jusqu’à dix à l’application d’un signal d’horloge.
Nous avons vu précédemment que les bascules T de type bascule peuvent être utilisées comme des compteurs individuels à division par deux. Si nous connectons plusieurs bascules en série, nous pouvons produire un compteur BCD numérique qui enregistre ou affiche le nombre de fois qu’une séquence de comptage particulière a eu lieu.
Les bascules T synchronisées fonctionnent comme un compteur binaire à division par deux et, dans les compteurs asynchrones, la sortie d’un stade de comptage fournit l’impulsion d’horloge pour le stade suivant. Ainsi, un compteur à bascule a deux états de sortie possibles, et en ajoutant davantage de stades de bascule, nous pouvons réaliser un compteur à division par 2N. Mais le problème avec les compteurs binaires 4 bits est qu’ils comptent de 0000 à 1111, c’est-à-dire de 0 à 15 en décimal.
Pour réaliser un compteur numérique qui compte de 1 à 10, nous devons faire en sorte que le compteur ne compte que les nombres binaires de 0000 à 1001, c’est-à-dire de 0 à 9 en décimal. Heureusement pour nous, des circuits de comptage sont facilement disponibles sous forme de circuits intégrés, l’un d’eux étant le compteur décennal 74LS90 asynchrone.
Les compteurs numériques comptent vers le haut à partir de zéro jusqu’à une valeur de comptage prédéterminée lors de l’application d’un signal d’horloge. Une fois la valeur de comptage atteinte, un réinitialisation les ramène à zéro pour recommencer.
Un compteur décennal compte dans une séquence de dix et revient à zéro après le comptage de neuf. Il est évident que 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 du compteur BCD
Un compteur décennal a donc quatre bascules et 16 états potentiels, dont seulement 10 sont utilisés, et si nous connectons plusieurs compteurs ensemble, nous pourrions compter jusqu’à 100, 1 000 ou à tout autre nombre final que nous choisissons.
Le nombre total de comptages qu’un compteur peut atteindre est appelé son MODULUS. Un compteur qui revient à zéro après n comptages est appelé un compteur modulo-n, par exemple un compteur modulo-8 (MOD-8), ou un compteur modulo-16 (MOD-16), etc. Pour un “compteur n bits”, l’intervalle complet de comptage est de 0 à 2n-1.
Mais comme nous l’avons vu dans le tutoriel des compteurs asynchrones, un compteur qui se réinitialise après dix comptages avec une séquence de comptage à division par 10, depuis le binaire 0000 (décimal “0”) jusqu’à 1001 (décimal “9”), est appelé “compteur décimal codé binaire” ou compteur BCD pour faire court, et un compteur MOD-10 peut être construit avec un minimum de quatre bascules à bascule.
Il est appelé compteur BCD parce que sa séquence d’état de dix est celle d’un code BCD et n’a pas de motif régulier, contrairement à un compteur binaire simple. Un compteur BCD à stade unique comme le 74LS90 compte donc de 0 décimal à 9 décimal, et est donc capable de compter jusqu’à un maximum de neuf impulsions. Notez également qu’un compteur numérique peut compter vers le haut ou vers le bas ou compter dans les deux sens (bidirectionnel) en fonction d’un signal de contrôle d’entrée.
Le code décimal codé 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. L’avantage principal 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 décennal MOD-10 qui produit un code de sortie BCD. Le 74LS90 se compose de quatre bascules JK maître-esclave connectées en interne pour fournir un compteur MOD-2 (comptage jusqu’à 2) et un compteur MOD-5 (comptage jusqu’à 5). Le 74LS90 a une bascule JK à bascule indépendante entraînée par l’entrée CLK A et trois bascules JK à bascule qui forment un compteur asynchrone entraîné par l’entrée CLK B comme montré.
Compteur BCD 74LS90
Les quatre sorties du compteur sont désignées par le symbole de lettre Q avec un indice numérique égal au poids binaire du bit correspondant dans le code des circuits du compteur BCD. Par exemple, QA, QB, QC et QD. La séquence de comptage 74LS90 est déclenchée sur le flanc descendant du signal d’horloge, c’est-à-dire lorsque le signal d’horloge CLK passe de logique 1 (HAUT) à logique 0 (BAS).
Les broches d’entrée supplémentaires R1 et R2 sont des broches de “réinitialisation” du compteur tandis que les entrées S1 et S2 sont des broches de “réglage”. Lorsqu’elles sont connectées à la logique 1, les entrées de réinitialisation R1 et R2 réinitialisent le compteur à zéro, 0 (0000), et lorsque les entrées de réglage S1 et S2 sont connectées à la logique 1, elles règlent le compteur sur la valeur maximum, ou 9 (1001) indépendamment du nombre de comptage actuel ou de la position.
Comme nous l’avons dit précédemment, le compteur 74LS90 se compose d’un compteur à division par 2 et d’un compteur à division par 5 dans le même boîtier. Nous pouvons alors utiliser l’un ou l’autre des compteurs pour produire un compteur de fréquence à division par 2 uniquement, un compteur de fréquence à division par 5 uniquement ou les deux ensemble pour produire notre compteur BCD à division par 10 souhaité.
Compteur à Division par 2 74LS90
Pour produire un compteur à division 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) avec le signal de sortie étant pris à partir de la broche 11 (QD) comme montré.
Compteur à Division par 5 74LS90
Notez qu’avec cette configuration de compteur à division par 5, la forme d’onde de sortie n’est pas symétrique mais a un rapport marque/espace de 4:1. Ainsi, quatre signaux d’horloge d’entrée créent une sortie BASSE ou logique “0” et le cinquième signal d’horloge d’entrée produit une sortie HAUTE ou logique “1”.
Pour produire un compteur décennal BCD à division par 10, les deux circuits de compteur internes sont utilisés, ce qui donne une valeur de division de 2 fois 5. Étant donné que la première sortie QA de la bascule “A” n’est pas connectée en interne aux stades suivants, le compteur peut être étendu pour former un compteur BCD 4 bits en connectant cette sortie QA à l’entrée CLKB comme montré.
Compteur à Division par 10 74LS90
Nous pouvons donc voir que les compteurs BCD sont des compteurs binaires qui comptent de 0000 à 1001 puis se réinitialisent car ils ont la capacité de vider toutes leurs bascules après le neuvième compte. Si nous connectons un interrupteur à bouton poussoir (SW1) à l’entrée d’horloge CLKA, chaque fois que le bouton est relâché, le compteur comptera d’un. Si nous connectons des diodes électroluminescentes (LED) aux bornes de sortie, QA, QB, QC et QD comme montré, nous pouvons visualiser le comptage décimal codé binaire au fur et à mesure qu’il se déroule.
Compteur Décennal BCD 74LS90
Des applications successives de l’interrupteur à bouton poussoir, SW1, augmenteront le compte jusqu’à neuf, 1001. À la dixième application, les sorties ABCD se réinitialiseront à zéro pour commencer une nouvelle séquence de comptage. Avec un tel nombre d’impulsions MOD-10, nous pouvons utiliser le compteur décennal pour piloter un affichage numérique.
Si nous voulons afficher la séquence de comptage à l’aide d’un afficheur à sept segments, la sortie BCD doit être décodée appropriément avant d’être affichée. Un circuit numérique qui peut décoder les quatre sorties de notre compteur BCD 74LS90 et allumer les segments nécessaires de l’affichage est appelé un Décodeur.
Commande d’un Affichage
Heureusement pour nous, quelqu’un a déjà conçu et développé un circuit intégré décodeur BCD à affichage à 7 segments comme le 74LS47 pour cela. Le 74LS47 a quatre entrées pour les chiffres BCD A, B, C et D et des sorties pour chacun des segments de l’afficheur à sept segments.
Notez qu’un afficheur à LED 7 segments standard a généralement huit connexions d’entrée, une pour chaque segment LED et une qui agit comme une borne ou connexion commune pour tous les segments d’affichage internes. Certains affichages ont également une option de point décimal (DP).
74LS47 Décodeur BCD à Affichage 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 BASSE (logique-0) éclairera un segment LED tandis qu’une sortie HAUTE (logique-1) l’éteindra. Pour un fonctionnement normal, les broches LT (test de lampes), BI/RBO (entrée d’occultation/Sortie d’occultation de ripple) et RBI (entrée d’occultation de ripple) doivent toutes être ouvertes ou connectées à la logique-1 (HAUT).
Notez que bien que le 74LS47 ait des sorties actives BASSES et soit conçu pour décoder un afficheur LED à anode commune, le décodeur/driver 74LS48 est exactement le même sauf qu’il a des sorties actives HAUTES conçues pour décoder un afficheur à cathode commune à sept segments. Donc, selon le type d’afficheur LED à sept segments que vous avez, vous aurez peut-être besoin d’un décodeur 74LS47 ou 74LS48.
Les entrées décimales codées binaires du 74LS47 peuvent être connectées aux sorties correspondantes du compteur BCD 74LS90 pour afficher la séquence de comptage sur l’afficheur à sept segments, à chaque fois que le bouton poussoir SW1 est pressé. En changeant la position du bouton poussoir et de la résistance de 1kΩ, le comptage peut être modifié lors de l’activation ou du relâchement de l’interrupteur à bouton poussoir SW1.
Schéma Final du Circuit de Compteur BCD 4 bits
Notez qu’un affichage à sept segments est constitué de sept diodes électroluminescentes individuelles pour former l’affichage. La meilleure méthode pour limiter le courant à travers un affichage à sept segments est d’utiliser une résistance limitant le courant en série avec chacune des sept LED, comme indiqué. Cependant, nous pouvons faire cela de deux manières.
Résistances Limitant le Courant
Résistance Unique – ici, une seule résistance de limitation de courant en série, R, est utilisée. Si vous n’êtes pas particulièrement soucieux d’une régularité de luminosité d’affichage, c’est alors l’option la plus simple pour contrôler l’afficheur à sept segments.
La quantité de lumière émise par une LED varie avec le courant à travers le dispositif, le courant qui passe à travers la résistance étant partagé entre le nombre de segments d’affichage. Ainsi, la luminosité de l’affichage dépend maintenant de combien de segments sont illuminés en même temps.
Résistances Multiples – ici, chaque segment a sa propre résistance limitante de courant comme montré dans notre circuit compteur BCD simple ci-dessus.
En général, les affichages à sept segments nécessitent environ 12 à 20 milli-amps pour illuminer les segments, donc la valeur résistive de la résistance limitant le courant (toutes identiques) est choisie pour limiter le courant dans ces valeurs. Notez que certains affichages peuvent être détruits s’ils sont alimentés à 40mA et plus.
L’avantage ici est que la luminosité d’un segment LED particulier ne dépend pas de l’état des autres six LED, ce qui donne à l’affichage une luminosité constante. Les valeurs des résistances limitantes de courant peuvent être choisies pour fournir la juste quantité de luminosité car la quantité de lumière ambiante déterminera également l’intensité LED requise.
Notre circuit montre un simple compteur numérique de 0 à 9 utilisant un compteur BCD 74LS90 et un pilote d’afficheur à sept segments 74LS47. Pour compter au-delà de 10 et produire un compteur à deux chiffres de base dix et un affichage, nous aurions besoin de cascader deux compteurs à division par dix séparés. Un compteur BCD à deux chiffres compterait en décimal de 00 à 99 (0000 0000 à 1001 1001) et ensuite se réinitialiserait à 00. Notez qu’il ne sera pas un compteur à deux chiffres, les valeurs représentant les nombres hexadécimaux de A à F ne sont pas valides dans ce code.
Pareillement, si nous voulions compter de 0 jusqu’à 999 (0000 0000 0000 à 1001 1001 1001), alors trois compteurs décennaux en cascade seraient nécessaires. En fait, plusieurs compteurs décennaux peuvent être construits simplement en cascades de circuits de compteur BCD individuels, un pour chaque décennie comme montré.
Compteur BCD à 2 Chiffres de 00 à 99
Résumé du Compteur BCD
Dans ce tutoriel, nous avons vu qu’un compteur BCD est un dispositif qui passe par une séquence de dix états lorsqu’il est horloge et revient à 0 après le compte de 9. Dans notre exemple simple ci-dessus, les impulsions d’horloge d’entrée proviennent d’un bouton poussoir, mais les compteurs peuvent être utilisés pour compter de nombreux événements du monde réel tels que 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 totalement aléatoires.
Dans de nombreux circuits électroniques numériques et applications, les compteurs numériques sont implémentés à l’aide de bascules à bascule ou de tout autre type de bascule pouvant être connectée pour donner la fonction de commutation requise, ou par l’utilisation de CI de comptage dédiés tels que le 74LS90. Les compteurs binaires sont des compteurs qui traversent une séquence binaire et un compteur binaire n bits est composé de « n » bascules comptant de 0 à 2n-1.
Les compteurs BCD suivent une séquence de dix états et comptent à l’aide de numéros BCD de 0000 à 1001 et se réinitialisent alors à 0000 et recommencent. Un tel compteur doit avoir au moins quatre bascules à bascule pour représenter chaque chiffre décimal, car un chiffre décimal est représenté par un code binaire avec au moins quatre bits, donnant un compte MOD-10.
Nous avons également vu que la sortie codée BCD peut être affichée à l’aide de quatre LED ou d’un affichage numérique. Mais pour afficher chaque numéro de 0 à 9, un circuit décodeur est requis, qui traduit une représentation de nombre codé binaire en niveaux logiques appropriés sur chacun des segments de l’affichage.
Les circuits décodeurs d’affichage peuvent être construits à partir d’éléments de logique combinatoire et il existe de nombreux circuits intégrés dédiés sur le marché pour exécuter cette fonction, tels que le circuit intégré décodeur/driver 74LS47 BCD à 7 segments.
La plupart des affichages à sept segments sont généralement utilisés dans des applications de comptage multi-chiffres, donc en cascade davantage de compteurs BCD, des compteurs de 4 chiffres offrant des affichages avec une lecture maximale de 9999 peuvent être construits.
Le compteur BCD 74LS90 est un circuit de comptage très flexible et peut être utilisé comme diviseur de fréquence ou configuré pour diviser tout comptage entier de 2 à 9 en renvoyant les sorties appropriées aux entrées de Réinitialisation et de Réglage du CI.
