Compteur asynchrone (ondulation)

Conception logique numérique

Voir aussi : Compteurs

Les compteurs asynchrones sont ceux dans lesquels les bascules en cascade ne sont pas cadencées simultanément, mais la sortie de chaque bascule en cascade est connectée à l'entrée de la bascule d'ordre supérieur suivante en série.

La première bascule est pilotée par une impulsion d'horloge et toutes les autres bascules en cascade sont pilotées par la sortie de leur bascule précédente.

Différents types de compteurs asynchrones (ondulations) sont :

• Compteur binaire asynchrone

i. Compteur binaire asynchrone 2 bits

ii. Compteur binaire asynchrone 3 bits

iii. Compteur binaire asynchrone 4 bits

• Compteur décroissant binaire asynchrone

i. Compteur décroissant binaire asynchrone 2 bits

ii. Compteur décroissant binaire asynchrone 3 bits

iii. Compteur décroissant binaire asynchrone 4 bits

• Compteur/décompteur binaire asynchrone

i. Compteur/décompteur binaire asynchrone 3 bits

• Compteur d'ondulation BCD (compteur de décennie)

Discutons de chacun d’eux ci-dessus un par un.

Compteur binaire asynchrone (ondulation)

Les compteurs binaires asynchrones sont ceux qui suivent la séquence binaire.

Un compteur asynchrone (ondulation) 'n' bits peut compter un total d'états de 2ⁿ (0 à 2^n-1) et se compose donc d'une bascule 'n' connectée en cascade.

Dans le compteur binaire, la sortie est extraite de Q au lieu de Q'

i. Compteur binaire asynchrone (ondulation) 2 bits

La figure ci-dessous montre un compteur binaire d'ondulation de 2 bits utilisant une bascule JK.

Un compteur binaire ondulé de 2 bits peut compter 2² = 4 états.

Il se compose de deux bascules JK déclenchées par un front négatif connectées en cascade (le front négatif déclenché signifie que la bascule JK ne fonctionnera que sur le front négatif (descendant) de l'impulsion d'horloge).

 La sortie Q1 de la première bascule va à l'entrée d'horloge C de la deuxième bascule.

Les entrées J et K de la bascule JK sont reliées ensemble et disposent d'un moyen d'entrée logique «1», J=K=1.

La sortie Q1 de la bascule 1 fait office de LSB et la sortie Q2 de la bascule 2 fait office de MSB.

Le fonctionnement est expliqué ci-dessous.

Fonctionnement:

Avant l'arrivée de la première impulsion d'horloge sur front négatif (état initial) la sortie de toutes les bascules sont à 0 logique, cela signifie Q1=0 et Q2=0 voir la section 1 de la figure   ci-dessous:

Après l'arrivée du 1er front négatif, l'impulsion d'horloge est déclenchée.

L'entrée d'horloge C de la première bascule reçoit une impulsion d'horloge sur front négatif et donc elle devient active et avec l'entrée J=K= 1, la sortie Q1 de la bascule est maintenant Q1=1.

La sortie de la deuxième bascule ne change pas et donc la sortie Q2 reste uniquement à 0. En effet, la deuxième bascule est déclenché par la sortie Q1 de la première voir la section 2 de la figure. La sortie est donc Q1=1 et Q2=0.

Après l'arrivée de la 2ème impulsion d'horloge sur front négatif

Lorsque la deuxième impulsion d'horloge de front négatif est appliquée à l'entrée d'horloge C de de la première bascule, comme le montre la figure. 

Alors Q, passe de 1 à 0, ce qui signifie que Q1 = 0.

Q1 est appliqué à l'entrée d'horloge C de la deuxième bascule et cette impulsion déclenchée par front négatif (Q1 = 0) fait que la deuxième bascule devient actif et donc la sortie Q2 bascule et devient 1 voir la section 3 de la figure.

La sortie est donc Q1=0 et Q2=1.

A noter qu'avec 2 bits il y a 2²=4 états possibles (0 à 2ⁿ - 1).

Ceux-ci sont:

Q2Q1 = 00, Q2Q1 = 01, Q2Q1 = 10, Q2Q1 =11.

Après Q2Q1 =11, encore une fois Q2 et Q1 devient 0 signifie Q2Q1 =00.

Après l'arrivée de la 3ème impulsion d'horloge sur front négatif

La sortie est Q1=1 et Q2=1 voir la section 4 de la figure.

Après l'arrivée du 4ème front négatif de l'horloge (retour à l'état initial)

La sortie est Q1=0 et Q2=0 voir la section 5 de la figure.

ii. Compteur binaire asynchrone (ondulation) 3 bits :

La figure ci-dessous montre un compteur binaire d'ondulation de 3 bits utilisant une bascule JK.

Un compteur binaire ondulatoire 3 bits peut compter 2³ = 8 états (000 à 111). Après 111, le compteur revient à son état initial, soit 000.

Le fonctionnement est le même que celui du compteur binaire d'ondulation 2 bits.

La sortie Q1 de la bascule 1 agit comme LSB et la sortie Q3 de la bascule 3 agit comme MSB.

Les entrées J et K de la bascule JK sont reliées ensemble et disposent d'un moyen d'entrée logique « 1 » J=K=1. Le compteur est déclenché par front négatif.

Le chronogramme est présenté dans la figure ci-dessous:

Le travail est résumé dans le tableau ci-dessous:

Après l'arrivée de la 8ème impulsion d'horloge déclenchée par un front négatif, tous les Q1, Q2 et Q3 deviennent 0 (retour à l'état initial).

iii. Compteur binaire d'ondulation 4 bits :

La figure ci-dessous montre un compteur d'ondulations 4 bits.

Avec 4 bits au total, 2⁴=16 états sont possibles (0000 à 1111). Le fonctionnement est le même que celui des compteurs d'ondulation 2 bits et 3 bits.

Compteur binaire asynchrone

Le compteur décroissant binaire asynchrone (ondulation) est le même que celui du compteur croissant binaire, sauf que la sortie est tirée de Q' (complément de Q) au lieu de Q.

Ainsi, le fonctionnement et le chronogramme dépendent de Q'.

Le compteur dégressif est utilisé pour diminuer le décompte. Avec les bits 'n', des états 2ⁿ sous formes descendantes (2ⁿ - 1 à 0) sont possibles.

i. Compteur décroissant asynchrone (ondulation) 2 bits :

La figure ci-dessous montre un compteur dégressif de déclenchement sur front négatif de 2 bits.

Avec 2²=4 états (11 à 00), le décompte (décroissant) est possible.

Comme le montre la figure, la première bascule 1 (l'entrée d'horloge 'C est connectée à l'horloge.

La deuxième entrée d'horloge de la bascule 2 est connectée pour compléter la sortie Q}' de la première bascule.

Donc Q/ agit comme une impulsion d'horloge à l'entrée C de FF2.

Ainsi, chaque bascule connectée en cascade pilote la bascule d'ordre supérieur suivante en série.

Dans le complément du compteur décroissant binaire, la sortie Q' est utilisée pour se connecter à la bascule d'ordre supérieur suivante en série au lieu de la sortie Q (telle qu'utilisée dans le compteur).

La sortie binaire est prise uniquement à partir de Q1 et Q2.

Le chronogramme est illustré à la figure ci-dessous:

Fonctionnement:

Avant l'arrivée de la première impulsion d'horloge sur front négatif (état initial)

Que la sortie des deux bascules (1 et 2) soit à 0 logique signifie Q1 = Q2 = 0 voir section 1 de la figure.

Après l'arrivée de la 1ère impulsion d'horloge sur front négatif

L'entrée d'horloge C de la bascule 1 reçoit une impulsion d'horloge sur front négatif.

Ainsi la bascule 1 devient actif avec J=K=1.

La sortie Q1 de la bascule 1 bascule et maintenant Q= 1 et Q1'=0. Ce Q1' est connecté à l'entrée d'horloge de la bascule 2.

Ainsi, Q1 = 0 agit comme une impulsion d'horloge de front négatif vers la bascule 2 et la bascule 2 devient également actif.

Ainsi la sortie Q2 de la bascule 2 bascule et devient 1.

Ainsi, la sortie est Q1=1 et Q2=1 voir section 2 de la figure.

Après l'arrivée du 2ème front négatif (descendant) de l'impulsion d'horloge

Lorsque la deuxième impulsion d'horloge à front négatif arrive à l'entrée d'horloge C de la bascule 1, la sortie passe de 1 à 0.

Q1' devient 1. Ce Q1' est appliqué à l'entrée d'horloge de la bascule 2.

Puisque Q1'=1, cela signifie une impulsion d'horloge sur front positif, il n'y a donc aucun changement dans la sortie Q2 de la bascule 2 (puisque la bascule reste inactif).

Ainsi, la sortie est Q1=0 et Q2=1 voir  la section 3 de la figure.

Après l'arrivée du 3ème front négatif (descendant), la sortie d'impulsion d'horloge est Q1 = 1 et Q2 = 0 (voir section 4 de la figure.

Après l'arrivée du 4ème front négatif (descendant), la sortie d'impulsion d'horloge est Q1 = 0 et Q2 = 0 voir la section 5 de la figure.

Lorsque la sortie est Q1 = 0 et Q2 = 0, le compte redémarre depuis l'état initial à l'arrivée de la 5ème impulsion d'horloge.

ii. Compteur décroissant binaire d'ondulation 3 bits

La figure ci-dessous montre un compteur décroissant binaire d'ondulation de 3 bits.

Le fonctionnement est le même que celui du compteur dégressif binaire 2 bits.

Avec 3 bits au total, 2³=8 états (111 à 000) sont possibles.

Compteur/décompteur d'ondulation 3 bits

iii. Compteur dégressif binaire d'ondulation 4 bits

La figure ci-dessous montre un compteur décroissant de 4 bits.

Le travail est le même que celui des compteurs dégressifs binaires ondulatoires 2 bits et 3 bits.

Compteur/décompteur binaire asynchrone (ondulation)

i. Compteur/décompteur asynchrone (ondulation) 3 bits

La figure ci-dessous montre un compteur/décompteur d'ondulation de 3 bits.

Comme le montre la figure, il existe une entrée supplémentaire « M » (MODE).

Cette entrée agit comme entrée de contrôle pour contrôler le fonctionnement du compteur/décompteur.

Lorsque M=0, le compteur fera office de compteur ascendant et lorsque M=1, le compteur fera office de compteur décroissant.

L'entrée M décide si la sortie Q (sortie normale) sera envoyée comme impulsion d'horloge à la bascule d'ordre supérieur suivante en cascade afin que le compteur fonctionne comme un compteur ascendant (000 à 111).

Ou si Q' (sortie complémentaire) sera alimenté comme horloge d'impulsion vers la bascule d'ordre supérieur suivante en cascade afin que le compteur fonctionne comme un compteur dégressif (111 à 000).

Le processus de travail est expliqué comme suit :

Lorsque M = 1, les portes AND 1 et 3 sont activées et les portes AND 2 et 4 sont désactivées.

Ainsi, Q1 et Q2 sont connectés à leur impulsion d'horloge d'ordre supérieur respective.

Ce qui signifie que Q1 est connecté à l'entrée d'impulsion d'horloge C de la bascule 2 et Q2 est connecté à l'entrée d'horloge C de la bascule 3.

Le compteur agit donc comme un compteur d'ondulation.

Lorsque M=0, les portes AND 2 et 4 sont activées et les portes AND 1 et 3 sont désactivées.

Ainsi la sortie Q1' est reliée à l'entrée d'horloge C de la bascule 2 et Q2' est reliée à l'entrée d'horloge C de la bascule 3.

Le compteur fait donc office de décompteur d'ondulation.

 Compteur d'ondulations BCD (décimal codé binaire) :

Le compteur d'ondulations BCD (Binary Coded Decimal) (également appelé compteur de décades ou compteur d'ondulations MOD-10) compte de 0000 à 1010.

Pour compter dix états de 0 à 10, quatre bascules connectées en cascade sont nécessaires, où chaque bascule stocke 1 bit.

Ainsi avec 4 bits (4 bascules), 2⁴ = 16 états sont possibles, mais seuls 0000 à 1010 états sont utilisés, les six autres états ne sont pas pris en compte.

Une fois que la sortie du compteur atteint 1010, toutes les quatre bascules sont réinitialisées (remises à 0).

Le compteur BCD utilisant la bascule JK est illustré à la figure ci-dessous:

Le processus de travail est expliqué comme suit :

Comme le montre la figure, l'entrée d'impulsion d'horloge est connectée à l'entrée C de la première la bascule 1 uniquement.

La sortie Q1 de la bascule 1 connectée à l'entrée d'horloge de la bascule 2.

La sortie Q2 de la bascule 2 est connectée à l'entrée d'horloge de la bascule 3, Q3 est connectée à l'entrée d'horloge de la bascule 4.

Q1 représente LSB et Q4 représente MSB. Il existe également une porte NAND.

Les 2 entrées de la porte NAND sont les sorties Q2 et Q4.

La sortie de NAND va à l'entrée d'effacement (réinitialisation) des 4 bascules.

Ce compteur de décades compte vers le haut, soit de 0000 à 1010 et est déclenché par un front négatif.

Le chronogramme est illustré à la figure ci-dessous:

Comme le montre le chronogramme de la figure, initialement Q4, Q3, Q2, Q1 = 0000 et la sortie de la porte NAND CLR est à 1 logique, donc toutes les bascules sont en mode actif. Une fois que la sortie Q4, Q3, Q2, Q1 devient 1010.

La porte NAND reçoit les entrées Q4=1 et Q2=1. Ainsi, la sortie « Y » de la porte NAND devient « 0 ».

Ainsi, réinitialisez (efface) toutes les sorties des bascules à « 0 ».

Par conséquent, après la 9ème impulsion d'horloge de front négatif Q4, Q3, Q2, Q1 devient 0000 au lieu que Q4, Q3, Q2, Q1 deviennent 1010.

Notez que les entrées de porte NAND Q4 et Q2 sont toutes deux à « 1 » une seule fois à 1010.

Voici différents circuits intégrés de conteurs