555 : un testeur de réflexes - Étape 2 : comptage
Électronique

Étape 2 : comptage

Heureusement, nous avons à notre disposition un circuit intégré 4026, qui compte les impulsions qu'il reçoit et qui crée une sortie fonctionnant avec un afficheur à sept segments à même de représenter les chiffres 0 à 9.

Le seul problème est qu'il s'agit d'un circuit CMOS plutôt désuet et sensible à l'électricité statique
(lisez l'encadré « Se relier à la terre »).

Coupez l'alimentation et connectez ses fils en haut de la platine de montage, sachant que nous aurons besoin pour cette expérience d'une alimentation négative et d'une alimentation positive des deux côtés.

Pour plus d'informations, voir la fig. 4.

Figure 4
Lors de montages de circuits, il est pratique de disposer d'une alimentation positive et d'une alimentation négative de chaque côté de la platine de montage. Pour le minuteur de réaction, une alimentation de 9 V avec un condensateur de lissage 100 μF peut être configuré ainsi. Si les colonnes de trous de la plaque de montage ne sont pas identifiées par un code couleur, je vous conseille de les repèrera l'aide d'un marqueur.

Si votre plaque de montage ne possède pas de colonnes de trous repérées par des couleurs, je vous conseille d'utiliser un marqueur permanent pour les identifier et éviter les erreurs de polarité susceptibles de griller les composants.

Le circuit 4026 est à peine assez puissant pour alimenter les LED de notre afficheur quand il reçoit une alimentation de 9 V. Assurez-vous que le circuit est dans le bon sens et insérez-le sur la plaque de montage juste au-dessus de l'afficheur à trois chiffres, en ne les séparant que par une seule rangée de trous.

Le schéma de la fig. 5 montre comment les broches du circuit 4026 doivent être connectées.

Figure 5
IC3estun compteur décimal 4026. IC4 est un sept segments de 3 chiffres. Les flèches indiquent les broches de l'afficheur à LED qui doivent être reliées à celles du compteur.

Les flèches indiquent quelles broches de l'afficheur doivent être connectées au compteur.

La fig. 6 présente les fonctions des broches d'un circuit 4026.

Figure 6
Le compteur décima 4026 est un circuit CMOS qui reçoit des impulsions d'horloge sur la broche 1, gère un total compris entre 0 et 9. et délivre en sortie ce dernier via les broches servant d'interface avec un afficheur numérique à sept segments composé de LED.

Comparez le schéma avec celui de la fig. 5.

Insérez un interrupteur tactile entre l'alimentation positive et la broche 1 du circuit 4026, ainsi qu'une résistance de 10K pour que l'entrée du compteur demeure négative tant que l'utilisateur n'appuie pas sur le bouton.

Vérifiez que toutes les branches positives et négatives sont correctes et branchez l'alimentation. Vous devez remarquer que lorsque vous tapotez légèrement l'interrupteur tactile, le compteur déroule l'affichage numérique de 0 à 9, puis recommence à partir de 0.

Il se peut aussi que le circuit n'interprète pas toujours correctement la pression sur le bouton, et compte deux, voire trois chiffres à la fois.

Je reviendrai sur ce problème un peu plus loin. La lueur émise par les segments de LED ne sera pas très vive, car les résistances en série d'1Κ les privent de la puissance qu'elles devraient recevoir. Mais ces résistances sont nécessaires pour éviter une surcharge des sorties du compteur.

Si votre compteur commande avec succès le premier chiffre de l'afficheur numérique, vous êtes alors prêt à ajouter deux autres compteurs, qui contrôleront les deux chiffres restants.

Le premier compteur comptera en unités, le second en dizaines et le troisième en centaines.

Sur la fig. 7, j'ai continué à utiliser des flèches et des nombres pour indiquer comment relier les broches du compteur à celles de l'afficheur numérique.

Figure 7
Ce circuit test, disposé tel que vous le monteriez sur une platine de montage, permet de déclencher un compteur manuellement et de vérifier que l'affichage s'incrémente de 000 à 999.

Câblez les broches de sortie des circuits IC1, IC2 et IC3. aux broches d'IC4, conformément aux numéros précédés de flèches.
Pour des raisons de clarté, nous n'avons pas représenté les fils réels. Sinon, le schéma ne serait qu'un enchevêtrement de fils ! Vérifiez le brochage d'IC4.

Ne soyez pas effrayé par le nombre de connexions :

avec une platine de montage, il ne vous faudra pas plus d'une demi-heure pour mener à bien cette phase du projet. Je vous conseille de vous accrocher, car voir s'afficher les nombres de 0 à 999 a quelque chose de magique !

Quand vous maintenez enfoncé le bouton S1, qui est relié à la broche clock disable d'IC1, le compteur cesse de compter. Comme IC1 contrôle IC2 et qu'IC2 commande IC3, si vous bloquez IC1, les deux autres compteurs devront attendre qu'il reprenne.

Par conséquent, vous n'aurez pas besoin d'utiliser leur fonction clock disable.

Quand vous maintenez enfoncé le bouton S2, qui est connecté aux broches reset des trois compteurs, ceux-ci sont réinitialisés.

S3 envoie manuellement des impulsions positives à la broche dock input du premier compteur.

S1, S2 et S3 sont tous câblés en parallèle avec des résistances d'1K connectées à la branche négative de l'alimentation. Ainsi, lorsque les boutons ne sont pas enfoncés, les résistances de rappel vers le niveau bas maintiennent les broches à une tension proche de zéro (masse).

Quand l'utilisateur appuie sur l'un des boutons, la tension positive est directement connectée au circuit et remplace la tension négative. De cette façon, les broches demeurent dans un état absolument positif ou un état absolument négatif.

Si vous déconnectez l'une de ces résistances de rappel vers le niveau bas, vous risquez de voir l'affichage numérique s'agiter de manière erratique. Le circuit d'affichage numérique possède quelques broches non connectées, mais ce n'est pas gênant, car il s'agit d'un circuit passif composé uniquement de segments de LED.

Reconnectez toujours les broches d'un circuit CMOS de telle sorte qu'elles soient positives ou négatives
(voir « Pas de broches flottantes ! »).

Je vous suggère de connecter d'abord tous les fils illustrés sur le schéma. Puis coupez des fils de diamètre 0,6 mm environ pour joindre les broches restantes des supports de circuits intégrés d'IC1, IC2 et IC3 vers IC4.

Branchez l'alimentation et appuyez sur S2. Trois zéros apparaissent sur l'afficheur numérique.

Chaque fois que vous appuyez sur S3, le compteur doit avancer d'une unité. Si vous appuyez sur S2, il doit se réinitialiser et afficher trois zéros. Si vous maintenez S1 enfoncé et appuyez sur S3 à plusieurs reprises, les compteurs doivent demeurer bloqués et ignorer les impulsions de S3.

Rebond de contact

Quand vous appuierez sur S3, vous constaterez parfois que le compteur s'accroit de plus d'une unité.

Cela ne veut pas dire que votre circuit a un problème, mais que vous êtes en présence d'un phénomène appelé rebond de contact.

À une échelle microscopique, on constate que les contacts d'un interrupteur à bouton-poussoir ne se ferment pas instantanément. Ils vibrent pendant quelques microsecondes avant de se positionner :

le circuit compteur détecte cette vibration comme une série d'impulsions, et non comme une seule.

Plusieurs circuits permettent d'annuler ce rebond de contact. L'option la plus simple consiste à placer un petit condensateur en parallèle avec l'interrupteur, afin d'absorber les fluctuations ; toutefois, ce n'est pas la solution idéale.

 Le rebond de contact n'est pas un problème dans le cas de notre circuit, car nous allons remplacer S3 par un timer 555 qui produit des impulsions sans rebond, très précises.

Génération d'impulsions

Un timer 555 convient parfaitement pour commander un circuit compteur. Vous avez déjà appris à câbler un temporisateur 555 pour créer un flux d'impulsions faisant du bruit dans un haut-parleur.

Sur la fig.8, j'ai reproduit ce même circuit dans une forme simplifiée, en reprenant la configuration d'alimentation du projet en cours. J'y ai ajouté la connexion entre les broches 2 et 6 de la façon la plus réaliste possible, via un fil qui forme une boucle au-dessus du circuit.

Figure 8
Circuit astable simple pour commander le compteur décimal du schéma précédent. La sortie équivaut à 4 impulsions par seconde environ.
R7.1K  R8 : 2K2  C2.68μF  C3 :0,1 μF  IC5: timer 555

Pour cette expérience, j'ai suggéré les valeurs initiales des composants qui permettront de générer quatre impulsions par seconde. Si le nombre d'impulsions est supérieur, vous ne pourrez pas vérifier que les compteurs fonctionnent correctement.

Installez IC5 et ses composants associés sur la platine de montage, juste au-dessus d'IC1. Ne laissez aucun intervalle entre les circuits.

Débranchez S3 et R3 et connectez directement un fil entre la broche 3 (sortie) d'IC5 et la broche 1 (horloge) d'IC1, le compteur le plus haut.

Branchez à nouveau l'alimentation. Les chiffres doivent croitre rapidement, mais à un rythme régulier.

Si vous maintenez S1 enfoncé, le comptage doit s'interrompre.

Si vous relâchez S1, il doit reprendre.

Si vous appuyez sur S2, le compteur doit revenir à zéro, même si vous pressez en même temps S1.