Séquenceur LED avec timer 555 et compteur 4017 — Division de fréquence et anti-rebond

COMPOSANTS ET MATÉRIEL

• 4017 compteur/décimal décade (Radio Shack catalogue # 276-2417)
• CI temporisateur 555 (Radio Shack catalogue # 276-1723)
• Barregraphe LED 10 segments (Radio Shack catalogue # 276-081)
• Un interrupteur SPST
• Une pile 6 volts
• Résistance de 10 kΩ
• Résistance de 1 MΩ
• Condensateur 0,1 µF (Radio Shack catalogue # 272-135 ou équivalent)
• Condensateur de couplage, 0,047–0,001 µF
• Dix résistances de 470 Ω
• Détecteur audio avec écouteurs

Attention ! Le CI 4017 est CMOS et donc sensible à l'électricité statique.

Tout interrupteur simple (SPST) fonctionne ; un interrupteur domestique suffit et est largement disponible.

Le détecteur audio aide à évaluer la fréquence du signal. Si vous avez un oscilloscope, vous pouvez l'omettre.

RÉFÉRENCES CROISÉES

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapitre 3 : « Portes logiques »

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapitre 4 : « Interrupteurs »

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapitre 11 : « Compteurs »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Générer des impulsions d'horloge avec un multivibrateur astable 555.
• Utiliser un compteur décade 4017 pour produire une séquence d'impulsions un-sur-dix.
• Employer le 4017 comme diviseur de fréquence.
• Mesurer la fréquence à l'aide d'un chronomètre et de la sortie du compteur.
• Expliquer le rôle d'une résistance de tirage vers le bas (pulldown).
• Comprendre les effets du rebond d'interrupteur sur les circuits numériques.
• Implémenter un anti-rebond basé sur le 555 pour un interrupteur mécanique.

SCHÉMA ÉLECTRIQUE

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Le CI 4017 est un compteur décade CMOS avec dix broches de sortie. Lorsqu'une transition bas-haut se produit sur sa broche d'horloge (broche 14), la puce avance d'un pas, mettant la sortie suivante à l'état haut tandis que les autres restent basses. Avec un timer 555 configuré comme oscillateur astable, le compteur parcourt les dix sorties, allumant chaque LED à tour de rôle puis redémarrant la séquence. Ajuster les valeurs de résistance et de condensateur du 555 change le taux de clignotement.

Déconnectez le cavalier de la broche 14 (horloge) vers la broche 3 (sortie) et tenez l'extrémité libre. Le bruit de secteur 60 Hz pilotera le compteur de sorte que les LED clignotent rapidement, démontrant la sensibilité du compteur aux signaux externes de haute fréquence.

La broche 15 (Reset) et la broche 13 (Clock Enable) sont reliées à la masse pour que le compteur tourne librement. Tirer Reset à l'état haut remet le compteur à zéro (broche 3 haute, autres basses). Tirer Clock Enable à l'état haut met le comptage en pause. Connecter Reset à l'une des broches de sortie raccourcit la séquence ; expérimentez en déplaçant un cavalier de la masse vers chaque sortie et observez quelles LED s'allument.

Images :

Puisque le 4017 est un diviseur de fréquence, une horloge à 200 Hz du 555 produit une impulsion à 20 Hz sur n'importe quelle sortie lorsque la séquence complète à dix pas est activée. En général, chaque sortie délivre une impulsion une fois par dix cycles d'horloge.

Pour entendre cette division, connectez un condensateur de couplage de 0,047–0,001 µF depuis la sortie 0 (broche 3) vers la masse et alimentez-le dans un détecteur audio. Avec Reset à la masse, vous entendrez un « clic » chaque fois que la LED 0 s'allume — un dixième de la fréquence du 555.

Utilisez un chronomètre pour compter les clics en une minute. Multipliez le compte par dix et divisez par 60 pour obtenir la fréquence du 555 en Hz. Dans mon montage (1 MΩ, 0,1 µF, 13 V d'alimentation), 79 clics par minute ont donné 13,17 Hz.

Pour entendre l'horloge non divisée, connectez le détecteur audio à la broche 3 du 555. Le bourdonnement résultant est la fréquence brute de l'oscillateur.

En reliant Reset à une sortie intermédiaire, vous pouvez créer des rapports de division de 1/9, 1/8, …, 1/2. Par exemple, connecter Reset à la sixième LED donne un rapport 1/5, produisant environ le double du taux de clics de la configuration 1/10.

Remplacez la résistance de temporisation de 1 MΩ par une valeur plus petite (ex: 10 kΩ) pour augmenter la fréquence du 555. Écoutez les tons variés en déplaçant le cavalier Reset — des octaves apparaissent lorsque le facteur de division est 2, 4 ou 8.

Démonstration du rebond d'interrupteur : Déconnectez le 555 et connectez un interrupteur SPST en série avec une résistance de tirage de 10 kΩ vers la broche 14. La résistance de tirage assure un état bas défini lorsque l'interrupteur s'ouvre, prévenant une entrée flottante et des comptages parasites. Lorsque vous basculez l'interrupteur, le compteur peut sauter des étapes en raison du rebond rapide des contacts.

Pour éliminer le rebond, utilisez le 555 comme monoflop anti-rebond : connectez l'interrupteur à la broche Trigger, et utilisez la sortie du 555 pour piloter l'horloge du compteur. Assurez-vous que le temps de charge du condensateur dépasse la période de stabilisation de l'interrupteur mais reste assez court pour ne pas manquer des activations rapides.

Avec le circuit anti-rebond, chaque pression d'interrupteur resulta en un seul comptage, restaurant la séquence LED attendue.