Le compteur numérique

Un compteur numérique est un circuit logique séquentiel qui permet de compter les impulsions du front montant ou front descendant reçues à son entrée d'horloge (appelée aussi en anglais clock). Le résultat à la sortie de ce circuit logique est une valeur numérique exprimée sous forme d’un mot binaire qui n’est que la représentation d’un nombre dans le système binaire. La particularité de ce circuit c'est qu'il nous permet de compter ou d'enregistrer le nombre des impulsions, des événements, d’objets ou de passages en fonction de notre besoin.

Pour modéliser ce circuit, en général, nous retrouvons le schéma ci-dessous assez souvant pour représenter ou modéliser un compteur :

Avec une ou plusieurs entrées et plusieurs sorties. Nous pouvons retenir à ce stade que la principale entrée est nommée CLK; qui représente l'entrée d'enclenchement, et les sorties Q_i représentent le nombre en format binaire issu de notre comptage.

Comment fonctionne un compteur ?

Pour vous résumer c'est quoi un compteur numérique, nous pouvons le définir comme un circuit logique qui change la valeur numérique de sa sortie à chaque fois qu’il reçoit l’ordre à son entrée pour incrémenter la valeur calculée ou la décrémenter.

C’est compliqué tout ça ? On vous simplifie les choses ! Imaginons que nous souhaitons calculer de 0 à 7. Pour le faire dans le monde de l'électronique numérique, nous aurons besoin d'un un circuit logique qui sera capable de nous énumérer les différentes valeurs décimales de 0 à 7 à chaque fois que nous donnons l’ordre de le faire; soit de rajouter la valeur 1 à la valeur déjà calculée soit de la soustraire. Le graphe ci-dessous nous détaille les différentes sorties Q₁, Q₂ et Q₃ pour un compteur binaire ascendant :

Si notre compteur est un compteur descendant; qui nous permet de décompter, le graphe de ces sorties Q₁, Q₂ et Q₃ sera comme suit:

C’est dans ce principe de fonctionnement qu'un compteur numérique reçoit des impulsions numériques; ce qui représente une valeur décimale de 1 (un) ou 0 (zéro); soit en signal électrique, la valeur représentée par 5V, 12V ou toute autre valeur et la valeur 0V). Puis à chaque impulsion, il incrémente ou décrémente d’une unité la valeur mémorisée dans sa mémoire. Ce qui représente un mot binaire que nous pouvons le décoder dans le système décimale ou le transcoder dans un autre système de numérotation; soit +1 ou +N avec N qui représente un entier naturel supérieur à 0.

Les types des compteurs numériques

Nous pouvons trouver plusieurs types de compteurs dans le monde de l’électronique numérique. Les plus utilisés sont les suivants :

• Le compteur binaire : c’est le compteur le plus basique qui va nous permettre de compter dans le système de numérotation binaire. Soit 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 et 111 si notre compteur est un compteur à 3 bits. Soit le circuit logique dispose de 3 sorties : Q₁, Q₂ et Q₃.
• Le compteur décimal, appelé aussi le BCD pour son nom en anglais Binary-Coded Decimal : Ce compteur est un compteur binaire sauf que sa particularité réside dans les différentes valeurs lues à la sortie du compteur. C’est un compteur qui compte de 0 à 9, mais chaque chiffre est représenté en binaire sur 4 bits. Une fois le compteur affiche 9, la valeur suivante sera 0 puisque c’est un compteur décimal dont la sortie est codée en binaire.
• Le compteur ascendant, descendant et bidirectionnel : Ces types de compteur représente un mode de fonctionnement particulier. Le premier est un compteur qui augmente sa valeur à chaque impulsion, le deuxième diminue sa valeur à chaque ordre et le 3^ème type est un compteur permettant les deux premiers modes.

Réalisation d'un compteur numérique à base d'une carte programmable Alors, vous souhaitez réaliser votre premier compteur numérique chez vous ? Rien n'est compliqué, Electro-robot vous propose de réaliser, sous forme d'une activité de découverte, un compteur numérique à l'aide d'un afficheur LED à 7 segments et une carte programmable Arduino UNO : Réalisation d'un compteur numérique avec une carte Arduino UNO

Les entrées/sorties dans un compteur ?

Un compteur dispose généralement d’une entrée pour ordonner l’incrémentation de la valeur mémorisée, cette entrée est aussi appelée horloge, ou clock en anglais, d’une entrée de remise à zéro, appelée aussi CLR, MR ou R pour Clear, Master Reset ou Reset en anglais.

Dans certains compteurs, nous pouvons trouver aussi une entrée pour activer ou désactiver le comptage ; appelée CE pour Count Enable (la terminologie est en anglais).

Les compteurs : synchrone ou asynchrone ?

Dans le domaine de l’électronique numérique, nous pouvons trouver deux types de compteurs numériques :

• Le compteur asynchrone: c’est un compteur qui ne dispose pas d’une entrée de synchronisation, soit l'équivalent d'une horloge pour cadencer le rythme de son fonctionnement et peut compter à chaque fois qu’il reçoit l’ordre d’incrémenter sa sortie. Le schéma ci-dessous nous présente la modélisation d'un compteur binaire à 3 digits asynchrone modélisé par 3 bascules de type D :

Le compteur numérique asynchrone à base de bascule D Pour vous familiariser avec ce type de compteur asynchrone, Electro-robot vous propose une activité de travaux dirigés que vous pouvez simuler à l'aide de la solution Ltspice, le compteur numérique à base de bascule D : Le compteur numérique à base de bascule D (comptage de 0 à 7 sur 3 bits)

• Le compteur synchrone: est tout simplement un compteur asynchrone mais cadencé sur une horloge pour synchroniser quand peut-il augmenter ou décrémenter sa sortie. Cette horloge de synchronisation, appelée H pour horloge en français ou CK pour Clock en anglais, et ne peut compter qu’au front montant ou descendant du signal de l’horloge et que chaque fois qu’il reçoit une impulsion à son entrée.