Multivibrateur astable

Le monostable

Monostable avec le 555

Au départ C n’est pas chargé VC = 0

V(-) du comparateur 2 = 0   =>    R = 1

V(+) du comparateur 1 = 0   => S = 0

Q est alors = 0 et Non Q = 1, le condensateur se charge à travers de R.

Lorsque Vc >1.67 V, R passe à 0, Q reste à 0 et (Non Q) à1, le condensateur continue à se charger.

Lorsque Vc > 3.33 V alors S = 1 et Q = 1, (Non Q) = 0, le condensateur se décharge à travers de la résistance R.

À Vc < 1.67 V, le cycle recommence.

T = 2.4 x R x C

Un circuit numérique qui possède beaucoup de points communs avec la bascule est la monostable, dit aussi multivibrateur monostable parce qu’il n’a qu’un état stable.

Comme la bascule, il possède deux sorties Q et (Non Q) opposées. Toutefois, contrairement à la bascule, le monostable n’a qu’un état stable (normalement Q = 0 et (Non Q) = 1) état dans lequel le monostable demeure tant qu’un signal d’entrée ne vient pas le déclencher.

Dès que le monostable est déclenché, ses sorties passent dans l’état opposé (Q = 1 et (Non Q)=0).

Le monostable conserve cet état dit quasi stable pendant une durée fixée généralement par une constante de temps RC.

Après cette durée, les sorties du monostable reviennent à leur état stable de repos jusqu’au prochain signal de déclenchement.

État stable : Q = 0 ; (Non Q) = 1

État quasi stable : Q = 1 ; (Non Q) = 0

Monostable avec des portes « Non-Ou »

Initialement T = 0

État initial Q = 1. Le transistor est saturé, C est branché à la masse

Vc = 0   => S = 0 ; R = 0 état mémoire Q = 1, Non Q = 0

La durée de l’impulsion de sortie est déterminée par le temps que prend le condensateur pour se charger de 0 à 3.33 V.

Ainsi chaque impulsion négative appliquée sur (2) donne naissance à une impulsion ayant la durée d’environ 1.2 x R x C.

Option :

Il est possible de raccorder des bascules pour qu’elles fonctionnent comme des compteurs ou des registres.

Toutes les entrées J et K sont supposées à 1.

1.      Les impulsions d’horloge sont appliquées à la borne Clk de la bascule A. Celle-ci commute (passe à l’état opposé) chaque fois qu’arrive un front descendant (transition niveau haut à niveau bas), J = K = 1;

2.      La sortie de la bascule A fait office de signal d’horloge pour la bascule B, de sorte que cette dernière commute chaque fois que le signal provenant de A passe de 1 à 0.

De la même manière, C commute quand la sortie B passe de 1 à 0, et D commute quand C passe de 1 à 0;

3.      Tableau montrant la suite des états binaires pris par les bascules après chaque impulsion d’horloge;

4.      Après la 15ème impulsion d’horloge, les bascules du compteur sont dans la condition 1111.

Quand la 16^ème impulsion atteint la borne Clk de la bascule A, la sortie de la bascule A passe de 1 à 0, ce qui fait commuter la bascule B dont la sortie passe de 1 à 0 et ainsi de suite jusqu’à ce que le compteur affiche 0000.

Le compteur a parcouru un cycle entier (0000 à 1111) et est revenu à son état initial.

On dit que le compteur est recyclé et qu’il recommence le cycle de dénombrement des impulsions qui arrivent.

Ce type de compteur, dans lequel la sortie de chaque bascule agit comme le signal d’horloge de la suivante, est appelé un compteur asynchrone.

Ce nom vient du fait que les quatre bascules ne changent pas d’état toutes en même temps à la transition du signal d’horloge. Seule la bascule A commute quand arrivent les impulsions d’horloge.

À cause de son type de fonctionnement, on désigne souvent ce circuit sous le nom de compteur à propagation. 

5.      Le compteur précédent possède 16 états distincts (0000 à 1111), on dit alors que c’est un compteur à propagation Modulo-16;

Le modulo est toujours égal au nombre d’états occupés par le compteur pendant un cycle complet avant son recyclage à l’état initial;

Modulo = 2^N où N est le nombre de bascules raccordées comme dans la figure précédente.

Exemple : il nous faut un compteur qui puisse dénombrer les articles circulant sur une bande de convoyeur. On a recours à une cellule photoélectrique et à une source lumineuse pour produire une impulsion chaque fois qu’un article coupe le faisceau.

Ce compteur doit pourvoir compter jusqu’à mille articles. Dites combien de bascules sont nécessaires.

Il faut que N ait une valeur telle que 2^N ≥ 1000

2¹⁰  = 1024                 2⁹ = 512

Il faut dix bascules pour compter jusqu’à 1023₁₀ = 1111111111. 

6.      Division de la fréquence

En règle générale, la sortie de la dernière bascule d’un compteur est une onde dont la fréquence est celle du signal d’horloge d’entrée divisée par le modulo du compteur.

Un compteur modulo-16 est un compteur diviseur par 16. 

7.      Compteur à modulo < 2^N

Les compteurs à propagation peuvent avoir des modulos différents de 2^N où N est le nombre de bascules. Cette valeur (2^N) est en réalité le modulo maximal que l’on peut réaliser avec N bascules.

Il est possible de modifier ce compteur pour obtenir des modulos inférieurs à 2^N en permettant au compteur de sauter certaines sections de la suite des nombres binaires.

L’une des méthodes les plus courantes pour y parvenir est la suivante :

Si on ne tient pas compte de la porte Non-Et, c’est un compteur asynchrone modulo-8 qui affiche la suite des nombres de 000 à 111.

Toutefois la porte Non-Et perturbe cette suite de la manière suivante :

a.       La sortie de la porte Non-Et est connectée aux entrées RAZ de chaque bascule. Tant que cette sortie reste à 1, le compteur n’est pas affecté. Lorsqu’elle devient 0, toutes les bascules sont ramenées à 0 et le compteur se remet immédiatement à compter à partir de l’état 000.

b.      Les entrées de la porte Non-Et sont les sorties des bascules B et C de sorte que la sortie de cette porte passe à 0 lorsque B = C = 1.

Cette condition survient quand le compteur passe de l’état 101 à l’état 110.

À la 6ème impulsion le niveau bas de la porte Non-Et place immédiatement (généralement en quelques nanosecondes) le compteur à l’état 000.

Dès que les bascules ont été mises à 0, la sortie de la porte revient à 1, puisque la condition   B = C = 1 n’existe plus.

Bien que le compteur passe par l’état 110, c’est à peine pour quelques nanosecondes avant son recyclage à 000.

On peut donc dire que ce compteur va de 000 (zéro) à 101 (cinq) puis recyclé à 000.

Exercice :

Déterminez le modulo du compteur et calculez la fréquence du signal à la sortie D.

Nous avons un compteur de 4 bits, qui normalement parcourt la suite des nombres de 0000 à 1111.

Les entrées, de la porte Non-Et sont D, C et B, ce qui signifie que le compteur est recyclé immédiatement à 0 lorsqu’il atteint l’état 1110 (14).

Donc, ce compteur a 14 états stables de 0000 à 1101, et c’est donc un compteur Modulo-14.

F d’entrée = 30 KHZ => fréquence de sortie de D : 30KHZ / 14 = 2.14KHZ

Marche générale à suivre  pour construire un compteur qui débute à l’état 0 et qui possède un modulo X :

1.         Trouvez le nombre de bascules tel que 2^N ≥ X et raccordez ces bascules de manière à construire un compteur. Si 2^N = X, les étapes 2 et 3 sont inutiles.

2.         Connectez la sortie d’une porte Non-Et aux entrées asynchrones RAZ de toutes les bascules.

3.         Déterminez quelles bascules sont à 1 quand le nombre est X ; raccordez alors les sorties normales des bascules ainsi déterminées aux entrées de la porte Non-Et.

Exemple 1 : construire un compteur modulo-10 qui dénombre les états 0000 à 1001 (9).

1.         2³ = 8 ; 2⁴ = 16 ; donc il nous faut 4 bascules.

2.         Comme le compteur doit avoir un fonctionnement stable jusqu’au nombre 1001, il doit être ramené à 0 lorsqu’il atteint le nombre 1010.

            Il faut donc raccorder les sorties D et B à la porte Non-Et. 

Compteur à décade : un compteur modulo-10 est également appelé compteur à décade.

Exemple 2 : construire un compteur Modulo-60 pour diviser la fréquence de 60HZ du secteur et obtenir un signal de 1 HZ.

2⁵ = 32 ; 2⁶ = 64 => 6 bascules

Le compteur est réinitialisé lorsqu’il atteint la nombre 60 (111100). Donc les sorties des bascules qu’il faut raccorder à la porte Non-Et sont FEDC. 

8.      Compteur asynchrone intégré

Il existe de nombreux compteurs intégrés asynchrones, autant en technologie TTL qu’en technologie CMOS;

7490 : compteur asynchrone à décade

7493 : compteur asynchrone 4 bits.

Détails du 7493

R0 = Reset Out                                   Vcc = 5

MR = Master Reset                            GND = 10

Toutes les entrées J et K sont à 1.

a.       Le 7493 contient quatre bascules JK dont les sorties sont A, B, C et D

b.      Chaque bascule dispose d’une entrée d’horloge (Clk). Les entrées d’horloge des bascules A et B nommées Clk0 et Clk1 sont accessibles par l’extérieur.

c.       Chaque bascule possède une entrée asynchrone de remise à zéro. Ces entrées sont raccordées à la sortie d’une porte Non-Et à deux entrées RO(1) et RO(2) ou MR1, MR2 (Reset Out ou Master Reset).

d.       Les bascules B, C et D sont déjà connectées comme un compteur à propagation à 3 bits. La bascule A n’est raccordée à rien par l’intérieur. Cela permet à l’utilisateur de relier A à l’entrée d’horloge de B pour former un compteur à 4 bits ou de laisser la bascule A isolée.

Exemple 1: Montrez comment raccorder les bornes de la puce 7493 pour obtenir un compteur modulo 16 synchronisé par un signal d’horloge de 10 Khz.

Pour que ce compteur fonctionne avec un modulo 16, il doit parcourir toute la suite 0000 à 1111. Il faut donc que la porte Non-Et de réinitialisation soit invalidée c’est-à-dire que sa sortie soit toujours à 1 (RO(1)=RO(2) = 0).

Table de vérité (Compteur / Reset)

Exemple 2 : Montrez comment on peut câbler une puce 7493 pour constituer un compteur modulo 14.

Exemple 3 : Réalisez un compteur modulo 60 en utilisant deux puces 7493 (modulo 10 et modulo 6).

La division de fréquence par 60 se fait en deux étapes : le compteur 7493 de droite réalise un compteur modulo 10 dont la fréquence du signal à sa sortie D est égale à la fréquence d’entrée / 10). Ce signal est appliqué au deuxième compteur à modulo 6 à l’entrée Clk1. La fréquence de sortie = fréquence d’entrée/10/6 = fréquence d’entrée/60.

Les états d’un décompteur régressent, c’est-à-dire qu’ils partent d’un nombre maximal pour arriver jusqu’à zéro.

  Décompteur de 6 à 0 

Retour au début

Sommaire

Accueil