Compteurs binaires synchrones : Conception, fonctionnement Up/Down et applications encodeurs

Qu'est-ce qu'un compteur synchrone ?

Un compteur synchrone diffère d'un compteur asynchrone (ripple) en ce que tous les bits de sortie changent d'état simultanément. En reliant l'entrée d'horloge de chaque bascule à la même impulsion d'horloge, nous évitons le délai de ripple qui caractérise les compteurs ripple.

En utilisant des bascules J-K, les entrées d'horloge sont câblées ensemble pour que chaque dispositif reçoive exactement le même front d'horloge au même instant :

Le défi est de régler les entrées J et K. Pour maintenir le timing divise-par-deux qui produit un comptage binaire, chaque bascule doit opérer en mode bascule, ce qui requiert J=K=1 aux moments appropriés. Simplement relier toutes les entrées J et K à Vcc causerait le basculement de chaque bascule à chaque impulsion d'horloge, détruisant la séquence binaire :

Au lieu de cela, nous exploitons un motif prévisible dans la séquence binaire : un bit bascule juste avant que tous les bits d'ordre inférieur ne soient hauts. Ce motif nous permet de conditionner le basculement de chaque bascule sur l'état des sorties précédentes.

Compteur synchrone Up (montant)

Dans un compteur synchrone montant, chaque bascule J-K est activée pour basculer seulement quand toutes les sorties d'ordre inférieur sont hautes. La première bascule (peu significative) bascule à chaque impulsion d'horloge, donc ses entrées J et K sont permanemment liées à haut (vers Vcc). La seconde bascule bascule chaque fois que la première sortie est haute — pas de porte nécessaire. Pour les bascules d'ordre supérieur, une porte ET alimente les entrées J et K avec la conjonction de toutes les sorties précédentes.

Le résultat est un compteur synchrone montant 4 bits qui reproduit la séquence de comptage binaire sans ripple, car tous les étages réagissent au même front d'horloge.

Compteur synchrone Down (descendant)

Compter à l'envers inverse la condition de bascule : un bit bascule juste avant que tous les bits d'ordre inférieur ne soient bas. Les sorties Q' des bascules J-K fournissent le signal « bas » nécessaire, donc le basculement de chaque bascule est activé quand ses sorties inférieures sont basses.

Compteur Up/Down avec mode sélectionnable

En ajoutant une ligne de contrôle qui sélectionne entre les réseaux de portes ET « up » et « down », nous pouvons construire un seul compteur qui compte dans les deux directions. Une porte OU alimente ensuite la sortie du réseau ET sélectionné vers les entrées J et K de chaque bascule.

La ligne de contrôle bascule quel réseau ET est actif : haut pour comptage montant, bas pour comptage descendant. Les diagrammes d'exemple montrent le circuit avec les sections inactives grisées.

Applications pratiques

Les compteurs up/down sont indispensables en contrôle de mouvement. Les encodeurs d'arbre rotatif génèrent des impulsions d'horloge qui pilotent le compteur pour suivre la position. Quand seul le déplacement total importe, un encodeur à canal unique suffit. Pour capturer aussi la direction, un encodeur quadrature fournit deux signaux déphasés.

Une bascule de type D distingue la relation de phase entre les deux signaux d'encodeur, réglant le compteur pour incrémenter ou décrémenter en conséquence.

De tels circuits sous-tendent la robotique, l'outillage CNC, et toute application nécessitant une mesure précise de mouvement mécanique réversible.

Feuilles d'exercices connexes

• Feuille d'exercices sur les compteurs synchrones