L’étudiant en électronique ou le passionné aime toujours créer divers circuits pour sa maison ou son école, en particulier ceux qui font clignoter quelques lumières. Il existe de nombreux circuits et kits sur le marché capables de faire clignoter n’importe quel nombre de LED ou de lumières de manière périodique, aléatoire ou séquentielle, mais un circuit intégré (CI) très polyvalent qui peut être utilisé pour produire un circuit simple de clignotement LED est appelé compteur à repli binaire.

Les compteurs à repli, comme nous l’avons discuté dans le tutoriel sur les compteurs, sont en gros des bascules de type flip-flop qui peuvent être utilisés comme diviseurs de fréquence pour diviser l’entrée d’horloge de référence par un montant défini afin de donner une nouvelle fréquence plus basse que nous pouvons utiliser dans notre conception simple de clignotement LED.

Ces types de compteurs sont de nature asynchrone, car toutes les bascules ne changent pas ou ne « basculent » pas ensemble avec l’application d’une impulsion d’horloge externe. En général, le basculement se produit sur le flanc négatif de l’impulsion d’horloge.

La bascule ou « bascule de type T » est l’élément de base de tous les compteurs, les compteurs asynchrones étant communément appelés « compteurs à repli » car l’impulsion d’horloge d’entrée semble « rippler » à travers le compteur, l’horloge d’entrée pour un étage étant générée à partir de la sortie de l’étage précédent. Le résultat est un effet de ripples à mesure que chaque étage change en séquence, et nous pouvons mettre cela à bon escient en tant que circuit simple de clignotement LED.

Les compteurs à repli sont construits à partir d’un certain nombre de bascules de type T divisées par 2, en cascade pour former un diviseur de fréquence divisé par N, où N est égal au nombre de bits du compteur. Des CI de compteur à repli binaire disponibles couramment incluent le 74LS93 4-bits (÷16), le CMOS 4024 7-bits (÷128), le CMOS 4040 12-bits (÷4096) ou le grand compteur CMOS 4060 14-bits (÷16,384).

Ensuite, leur comptage de sortie, (Qn), serait défini comme l’étage « N-th » du compteur. Par exemple, la sortie Q6 est 2⁶ = 64 (¹/₆₄ de la fréquence d’horloge) et Q12 est 2¹² = 4096 (¹/₄₀₉₆ de la fréquence d’horloge), et ainsi de suite.

Comme nous l’avons vu, il existe de nombreux compteurs binaires disponibles qui peuvent faire clignoter n’importe quel nombre de lumières de manière périodique, aléatoire ou séquentielle. Cependant, l’un des CI très polyvalents que le passionné ou l’étudiant peut utiliser pour produire un simple clignotement LED pour une variété d’affichages d’éclairage est le CMOS CD4040B 12-bits Compteur Binaire.

Le CD4040B est un compteur à repli binaire de 12 bits à commutation rapide, complet avec douze sorties entièrement décodées (ce qui fait un total de 12 séquences LED individuelles). Ces douze sorties basculent séquentiellement avec l’arrivée de chaque flanc négatif de l’impulsion d’horloge, produisant une séquence de sortie binaire comme le montre le diagramme de chronométrage.

Diagramme de Chronométrage du Compteur 4040

Avant de pouvoir utiliser le compteur 4040B comme partie de notre circuit simple de clignotement LED, nous devons produire un signal de chronométrage. Il existe de nombreuses façons de produire un signal de chronométrage ou d’horloge, la liste est interminable. Cependant, une méthode très simple et efficace de production d’un signal de chronométrage à onde carrée avec un minimum de composants consiste à utiliser un CI de chronométrage dédié comme le NE555 Timer Astable.

La période de temps T dépend de la fréquence d’horloge d’entrée choisie, où T = 1/ƒ. Donc, par exemple, si nous choisissons le compteur 4040 12-bits (÷4096) comme partie de notre circuit simple de clignotement LED, et que nous voulons que notre plus longue période de temps sur le 12ème bit soit de 4 secondes (2 secondes ON et 2 secondes OFF) ou 0,25 Hz, alors la fréquence d’horloge d’entrée sur la broche 10 du compteur 4040 devrait être d’environ 1 kHz (0,25 x 4096), comme montré.

Circuit Simple de Clignotement LED

En connectant les LED à différentes sorties, elles clignoteront une à la fois mais à des rythmes différents les unes des autres (chaque sortie à moitié de la fréquence de la précédente) et ne seront pas toutes « ALLUMÉES » ou toutes « ÉTEINTES » ensemble, ce qui les rend idéales pour notre circuit simple de clignotement LED.

En utilisant des diviseurs de fréquence divisés par 2 avec plusieurs LED connectées à leurs sorties, il est possible de produire un effet d’étoile scintillante ou de lumières clignotantes ou n’importe quel affichage de lumières LED clignotantes de votre choix, en fonction de la sortie à repli à laquelle vous connectez les LED et de la façon dont vous les arrangez physiquement.

Sortie du Compteur à Repli

Les sorties des compteurs Q1 à Q12 ont la capacité de « Plomber » ou de « Fournir » un courant de charge allant jusqu’à un maximum d’environ 15mA, ce qui est suffisant pour alimenter directement les LEDs.

La capacité du compteur 4040 à à la fois « Plomber » (absorber) et « Fournir » (fournir) du courant signifie que les LED peuvent être connectées entre la borne de sortie du compteur et l’alimentation pour plomber le courant de charge, ou entre la borne de sortie et la terre pour fournir le courant de charge. Par exemple :

Plomber et Fournir les Sorties

Dans le premier circuit ci-dessus, la LED est connectée entre la ligne d’alimentation positive ( +Vcc ) et la sortie, ici Q8. Cela signifie que le courant « Plombera » (absorbera) ou circulera vers la borne de sortie du compteur 4040 et que la LED sera « ALLUMÉE » lorsque la sortie est « ÉTEINTE ».

Le deuxième circuit ci-dessus montre que la LED est connectée entre la sortie, Q8 et la terre ( 0v ). Cela signifie que le courant « Fournira » (fournira) ou circulera de la borne de sortie du compteur 4040 et que la LED sera « ALLUMÉE » lorsque la sortie est « ALLUMÉE ».

La capacité du compteur à repli de « plomber » et de « fournir » son courant de sortie signifie que plusieurs LED peuvent être connectées à une seule borne de sortie, augmentant ainsi le nombre de LEDs que nous pouvons utiliser dans notre circuit simple de clignotement LED. Cependant, une seule LED sera « ALLUMÉE » à un moment donné en fonction de l’état de sortie qui est « ALLUMÉ » ou « ÉTEINT ».

Le circuit à gauche montre un exemple de cela. Les deux LED seront alternativement « ALLUMÉES » et « ÉTEINTES » en fonction de la sortie, créant une action de clignotement alternée. Des résistances en série peuvent être utilisées si nécessaire pour limiter le courant LED à moins de 15mA.

Nous avons dit plus tôt que le courant de sortie maximum pour plomber ou fournir le courant de charge via les broches de sortie est d’environ 15mA, et cette valeur est largement suffisante pour piloter ou commuter les LED ou les petites lampes, etc. Mais que faire si nous voulons commuter ou contrôler des appareils à puissance plus élevée tels que des moteurs, des électroaimants ou des relais au lieu de ce simple clignotement LED. Dans ce cas, nous devrions utiliser des Transistors pour fournir un courant suffisamment élevé pour alimenter la charge.

Driver Transistor pour Compteur à Repli

Le transistor dans les deux exemples ci-dessus peut être remplacé par un dispositif MOSFET de puissance ou des transistors Darlington si le courant de la charge est élevé. Lors de l’utilisation d’une charge inductive telle qu’un moteur, un relais ou un électroaimant, il est conseillé de connecter une « diode de roue libre » directement à travers les bornes de la charge pour absorber les tensions de retour générées par le dispositif inductif lorsque l’état change.

Il est également possible d’ajouter plus de LED à la sortie, mais n’oubliez pas qu’en général, chaque LED nécessite environ 15 à 20mA à 1,2V pour s’illuminer complètement, donc gardez cela à l’esprit lors de la connexion du circuit à une batterie ou à une alimentation. Un avantage du CI 4040 est qu’il limite automatiquement son courant maximum d’entrée/sortie, donc les LED peuvent être connectées directement sans avoir besoin de résistances limitant le courant.

Résumé du Clignotement LED

Nous avons vu que nous pouvons créer un circuit de clignotement LED très simple en utilisant juste quelques composants largement disponibles, un NE555 Timer pour créer le signal d’horloge et un compteur à repli binaire asynchrone CMOS 4040 de 12 bits pour interfacer avec les LEDs. Le circuit de clignotement LED le plus simple peut être construit en utilisant simplement des bascules T de bit unique si nécessaire, car la fonctionnalité de basculement est naturellement adaptée à l’implémentation de l’opération de comptage.

Les compteurs à repli multi-bits peuvent être en cascade pour produire de plus grands diviseurs de ripples (ou compteurs) de votre choix ou décodés pour se réinitialiser après un certain compte binaire. Le 4060B est un compteur binaire à repli de 14 bits qui a son propre circuit d’oscillateur intégré, donc en ajoutant simplement un condensateur de chronométrage et deux résistances, un circuit de clignotement LED très simple peut être construit sans avoir besoin d’un circuit de chronométrage NE555 supplémentaire.