Compteurs synchrones
Les compteurs synchrones sont ceux dans lesquels chaque bascule connectée en cascade est cadencée simultanément et donc toutes les sorties changent d'état simultanément.
Dans les bascules synchrones, toutes les entrées d'horloge C des bascules sont connectées à la même horloge et toutes les bascules sont déclenchées en même temps.
Les compteurs synchrones sont également appelé compteurs parallèles.
Les différents types de compteur synchrone sont :
• Compteur binaire synchrone (up counter)
i. Compteur binaire synchrone 3 bits
ii. Compteur binaire synchrone 4 bits
• Compteur décroissant binaire synchrone (down counter)
i. Compteur décroissant binaire synchrone 4 bits
• Compteur up/down binaire synchrone
i. Compteur/décompteur binaire synchrone 3 bits
• Compteur BCD
Discutons de chacun d’eux un par un.
Compteur binaire synchrone
i. Compteur binaire synchrone 3 bits :
Le compteur binaire synchrone peut être déclenché soit par une impulsion d'horloge sur front positif, soit par une impulsion d'horloge sur front négatif (descendant).
Un compteur binaire synchrone à front négatif de 3 bits est illustré à la figure ci-dessous:
Comme le montre la figure, il existe trois bascules: 1, 2, 3 et 2 portes AND.
L'entrée de la porte AND 1 est JK et Q1.
Notez que J et K sont tous deux au niveau logique 1, donc l'entrée de la porte AND 1 est 1 et Q.
La sortie de la porte AND 1 est Q1.
En fonction de Q1, les entrées J et K de la bascule 2 obtiendront soit 0, soit 1.
Si Q1=1, l'entrée JK de la bascule 2 est 1.
Si Q1=0, l'entrée JK de la bascule 2 est 0.
L'entrée de la porte AND 2 est Q1Q2
En fonction de Q2Q, les entrées J et K de FF3 obtiendront soit 0, soit 1.
Les trois bascules, c'est-à-dire les bascules 1, 2 et 3 reçoivent une entrée d'horloge. à partir de la même impulsion d'horloge.
Ainsi, les sorties Q1, Q2, et Q3 des bascules 1, 2 et 3 changeront respectivement tous leurs états en même temps (dans la même impulsion d'horloge).
Le chronogramme est présenté sur la figure ci-dessous:
Le processus de travail est expliqué ci-dessous.
Initialement tous les Q3, Q2, Q1 = 000 et JK = 11.
À l'arrivée de la première impulsion d'horloge négative,
La sortie la bascule 1 Q1 change d'état et Q1 devient 1.
L'entrée la bascule 2 JK reçoit l'entrée de la sortie de la porte NAND 1 et la sortie de la porte NAND est Q1.
Notez que la première entrée de la porte NAND 1 est toujours « 1 » et la deuxième entrée est Q1 donc l'entrée de la bascule 2 JK = Q1
Si Q =1, la bascule 2 change d'état.
Si Q1=0 alors la bascule 2 ne change pas d'état et la sortie Q2 reste inchangée.
Notez maintenant qu'à l'arrivée de la première impulsion d'horloge négative, Q1 est toujours « 0 ». Q1 devient « 1 » seulement après la première impulsion de front négatif.
Donc à l'arrivée de la première impulsion d'horloge négative Q1=0 donc la bascule 2 ne change pas d'état et Q2=0.
L'entrée JK de la bascule 3 reçoit l'entrée de la sortie de la porte NAND 2 et la sortie de la porte NAND 2 est Q1Q2.
Ainsi la bascule 3, JK = Q1, Q2.
Ainsi, lorsque Q1 et Q2 valent tous deux « 1 », alors seul la bascule 3 change d'état.
Donc après la première impulsion d'horloge négative Q1=1 mais Q2=0 Donc Q3=0.
À l'arrivée de la deuxième impulsion d'horloge négative
Q1 est toujours 1, donc Q2 devient 1.
Notez que Q1 et Q2 ne passent de 1 à 0 qu'après la deuxième impulsion d'horloge négative.
Avec Q1=0 et Q2=0, nous avons Q3=0.
Ainsi, après la deuxième impulsion d'horloge négative Q1= 0 , Q2=0 et Q3=0.
De même après la 3ème impulsion d'horloge négative Q1= 1, Q2=1 et Q3=0 et ainsi de suite.
Après la 8ème impulsion négative Q1=0 , Q2=0 et Q3=0 (retour à l'état initial).
Le tableau d'état est présenté dans le tableau ci-dessous:
Tableau d'état du compteur binaire synchrone à 3 bits
| C (clk) | Q3 | Q2 | Q1 | Description |
| 0 | 0 | 0 | 0 | État initial |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 2 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 3 | 0 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 4 | 1 | 0 | 0 | Tous les Q1, Q2 et Q3 changements |
| 5 | 1 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 6 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 7 | 1 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 8 | 0 | 0 | 0 | Retour à l'état initial |
i. Compteur binaire synchrone 4 bits :
La figure ci-dessous montre un compteur binaire synchrone 4 bits (déclenchement par front négatif).
Le fonctionnement est le même que celui du compteur binaire synchrone 3 bits.
Avec 4 bits, le nombre total est de 24 = 16 (0000 à 1111).
Q1 change d'état après chaque front négatif.
Q2 change d'état lorsque Q1=1, Q3 change d'état qui Q1Q2=1 et Q4 change d'état lorsqueQ,Q2,Q3=1.
Le tableau d'état est présenté dans le tableau ci-dessous:
Table d'état du compteur binaire synchrone 4 bits
| C (clk) | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 | Description |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | État initial |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | Tous les Q1, Q2, Q3 et Q4 changements |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 10 | 1 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 11 | 1 | 0 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 12 | 1 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 13 | 1 | 1 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 14 | 1 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 15 | 1 | 1 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 16 | 0 | 0 | 0 | 0 | Retour à l'état initial |
Down Compteur binaire synchrone
Le Down décompteur binaire synchrone compte de manière décroissante.
Avec 2 bits au total, 22=4 comptes (11 à 00) sont possibles.
Avec 3 bits, 23=8 comptes (111, 110,.. ,001,000) sont possibles et avec 4 bits, 24= 16 comptes (1111,1110,..., 0001,0000) sont possibles.
Ici, dans le down compteur
binaire synchrone, Q' est utilisé comme entrée de la porte AND au lieu de Q
(comme dans le compteur ascendant).
i. Down Compteur binaire synchrone 4 bits :
La figure ci-dessous montre un down décompteur binaire synchrone 4 bits (déclenchement par front négatif).
Comme le montre la figure, les 4 bascules reçoivent l'entrée d'horloge de la même impulsion d'horloge.
L'entrée JK de la bascule 1 est connectée au logique 1
La bascule 1 bascule à chaque impulsion d'horloge sur front négatif.
L'entrée JK de la bascule 2 reçoit la sortie de la porte ET 1.
Les deux entrées de la porte AND 1 sont - Q1' et le logique 1.
Ainsi, la sortie de la porte AND 1 est Q1', qui est introduite comme entrée dans JK de la bascule 2.
Lorsque Q1'=0, la bascule 2 ne change pas d'état, mais lorsque Q1=1, la bascule 2 change d'état.
L'entrée JK de la bascule 3 reçoit la sortie de la porte AND 2.
Les deux entrées de la porte AND 2 sont : Q2' et Q1'.
Ainsi, la bascule 3 entre JK=Q1'Q2'.
Lorsque Q1' et Q2' sont tous deux '1', alors seul la bascule 3 change d'état.
L'entrée JK de la bascule 4 reçoit la sortie de la porte AND 3.
Les deux entrées de la porte AND 3 sont Q1 'Q2' et Q3'.
Ainsi, la bascule 4 entre JK=Q1'Q2'Q3'.
Lorsque toutes les entrées Q1',Q2' et Q3' sont à 1 alors seul la bascule 3 change d'état.
Le tableau d'état est présenté dans le tableau ci-dessous:
| C (clk) | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 | Description |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | État initial |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 3 | 1 | 1 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 6 | 1 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 7 | 1 | 0 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | Tous les Q1, Q2, Q3 et Q4 changements |
| 9 | 0 | 1 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 10 | 0 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 11 | 0 | 1 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 12 | 0 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 13 | 0 | 0 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 14 | 0 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 15 | 0 | 0 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 16 | 0 | 0 | 0 | 0 | Retour à l'état initial |
Compteur/décompteur binaire synchrone (Up/Down Counter)
Un compteur binaire synchrone Up/Down peut compter à la fois vers le haut et vers le bas. L'entrée de contrôle contrôle le fonctionnement du compteur, s'il compte à la hausse ou à la baisse.
i. Compteur/décompteur binaire synchrone 3 bits :
Un compteur/décompteur synchrone de 3 bits compte 000, 001,..., 110, 111 dans le sens ascendant et 111 110,... , 001 000 dans le sens descendant.
La figure ci-dessous montre un compteur binaire synchrone Up/Down (haut/bas) 3 bits déclenché par front négatif.
Comme le montre la figure, le compteur UP/Down synchrone 3 bits se compose d'une entrée de commande UP/Down, de 4 portes AND et de 2 portes OR en plus de 3 bascules JK en cascade.
La première entrée de la bascule la bascule 1, JK est définie sur le logique 1.
Lorsque l'entrée de commande Up/Down = 1, cela active (active) la porte AND 1 et la porte AND 3.
L'entrée de la porte AND 1 est Q1.
Ainsi, la sortie de la porte AND 1 est Q1.
Ce Q1 arrive à l'entrée JK de la bascule 2.
Si Q1=0, la bascule 2 ne change pas, mais si Q1=1, la bascule 2 change d'état.
De même, la porte AND 3 reçoit les entrées logiques « 1 » et Q2.
Ainsi, la sortie de la porte AND 3 est Q2.
Ce Q2 atteint l'entrée JK de la bascule 3.
Ainsi si Q2=0, la bascule 3 ne change pas d'état.
Quand Q2=1, la bascule 3 change d'état.
Lorsque l'entrée de contrôle Up/Down = 0, cela active (active) la porte AND 2 et la porte AND 4.
Ainsi, l'entrée de la porte AND 2 est logique 1 et Q1'.
Ainsi, la sortie de la porte AND 2 est Q1'.
Ce Q1' atteint l’entrée JK de la bascule 2.
Si Q1'=0, la bascule 2 ne change pas d'état.
Si Q1'=1, la bascule 2 change d'état.
De même, la porte AND 4 reçoit les entrées logiques « 1 » et Q2 ».
Ainsi, la sortie de la porte AND 2 est Q2'.
Ce Q2' atteint l'entrée JK de la bascule 3.
Si Q2'=0 ,la bascule 3 ne change pas d'état.
Si Q2'=1, la bascule 3 change d'état.
Par conséquent, Up/Down=1, le conteur fonctionne comme compteur UP et Up/Down=0 , le conteur fonctionne comme compteur Down.
Le tableau d'état est présenté dans le tableau ci-dessous:
Tableau d'état du compteur/décompteur (Up/Down) binaire synchrone 3 bits
| Up/Down | C (clk) | Q3 | Q2 | Q1 | Description |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | État initial |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 1 | 2 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 1 | 3 | 0 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 1 | 4 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 1 | 5 | 1 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 1 | 6 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 1 | 7 | 1 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 1 | 8 | 0 | 0 | 0 | Retour à l'état initial |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | État initial |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 0 | 2 | 1 | 1 | 0 | Seulement Q1 change |
| 0 | 3 | 1 | 0 | 1 | Q1 et Q2 changements |
| 0 | 4 | 1 | 0 | 0 | Seulement Q1 change |
| 0 | 5 | 0 | 1 | 1 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 0 | 6 | 0 | 1 | 0 | Seulement Q1 change |
| 0 | 7 | 0 | 0 | 1 | Q1 et Q2 changements |
| 0 | 8 | 0 | 0 | 0 | Retour à l'état initial |
Q1 change d'état à chaque impulsion d'horloge de front négatif pour les compteurs Up et Down.
Q2 change d'état lorsque Q1=1 à chaque front négatif du compteur Up.
Q2 change d'état lorsque Q1'=1 à chaque front négatif du compteur décroissant.
Q3 change d'état lorsque Q1Q2 = 1 à chaque front négatif du compteur Up.
Q3 change d'état lorsque Q1'Q2' = 1 à chaque front négatif du compteur décroissant.
Compteur DECADE synchrone ou compteur BCD synchrone
Le compteur BCD synchrone est également appelé compteur décennal synchrone.
La figure ci-dessous montre un compteur de décades synchrone déclenché par un front négatif.
Comme le compteur de décades asynchrone, le compteur de décades synchrone peut également compter un total de 10 états - 0000 à 1001.
Pour compter ces 10 états au total, 4 bascules sont utilisées, c'est-à-dire 24 = 16 mais « 6 » états (1011 à 1111) ne sont pas utilisés (pas valide).
Comme le montre la figure, il existe quatre bascules JK en cascade.
Le JK de de la bascule 1 est à '1' logique.
La sortie Q change à chaque impulsion d'horloge de front négatif.
Le JK de la bascule 2 reçoit l'entrée de la sortie de la porte AND 1.
Donc JK de la bascule 2=Q1Q4'
Le JK de la bascule 3 reçoit l'entrée de la sortie de la porte AND 2.
Donc JK de la bascule 3=Q1Q2.
Le JK de la bascule 4 reçoit l'entrée de la combinaison des portes AND 3, AND 4 et OR.
Ainsi JK de la bascule 4=Q1Q2Q3+Q1Q4.
La table d'état est présentée dans le tableau ci-dessous:
| C (clk) | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 | Description |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | État initial |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | Seul Q1 change |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 et Q3 changements |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 1 | Seulement Q1 change |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | Q1 et Q2 changements |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | Seulement Q1 change |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | Tous les Q1, Q2, Q3 et Q4 changements |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | Seul Q1 change |
Le chronogramme du compteur décennal synchrone déclenché par front négatif est illustré à la figure ci-dessous:
Voici différents circuits intégrés de conteurs
| 4026BE | 7 segment dysplay decade counter |
| 4510BE | Presettable BCD up/down Counter |
| 4017BE | Decade counter |
| 4520 | Double compteur binaire |
| 74HC191 | Presettable Binary Up/Down Counter |
| 4029BCN | Presettable Binary/Decade Up/Down Counter |
| 14029BCP | Presettable Binary/Decade Up/Down Counter |
| 74HC193 | 4-Bit Synchronous Up/Down Counters (Dual Clock With Clear). |
| 74LS469NS | 8-Bit Binary Up-Down Counter |
| 74LS 592N | 8 Bit binary counters with intput registers |
| 74LS90 | Divide-by-12 counter decade counter and 4-Bit binary counter |
| 74LS 92N | Divide-by-12 counter decade counter |
| 74HC393 | Double compteur binaire |
| 4020 | 14-Stage Ripple Carry Binary Counters |
| 4040 | 12-Stage Ripple Carry Binary Counters |
| 74HC4060 | 14-stages binary ripple counter with oscillator |
| 4060 | 14-stages binary ripple counter with oscillator |
| 4521 | 24-stages frequency divider |
