Compteur BCD asynchrone : principe, schéma et réalisation avec un 74LS90

Dans la continuité de l'activité modélisée sous la solution de simulation SimulIDE intitulée le compteur asynchrone modulo 10, nous allons créer ce projet en vrai sur une plaque d'essai avec le circuit intégré 74LS90N. 

Ce compteur est capable de compter de 0 à 9, puis revient automatiquement à sa valeur initiale décimale 0. Ce qui justifie son appellation de compteur modulo 10 (ou compteur décimal) puisqu'il possède un cycle de comptage à seulement de dix états.

Schéma proposé du compteur BCD asynchrone

Pour cela, découvrons ensemble le schéma de notre montage à réaliser :

Comme nous pouvons le constater, nous allons chercher la liste des composants cités ci-dessous pour réaliser notre montage ci-dessus :

• une plaque d'essai,
• un circuit intégré portant la référence 7400 74LS90N.
• deux (02) résistances d'une valeur 5K Ohm chacune. Vous pouvez vérifier la valeur ohmique en lisant les bandes de la gauche à la droite : vert, noir, noir, marron et marron,
• quatre (04) résistances d'une valeur chacune 330 Ohm. Vous pouvez vérifier la valeur de ces résistances en lisant de la gauche à la droite les bandes suivantes : orange, orange, noir, noir et marron,
• deux (02) interrupteurs à 2 positions,
• quatre (04) diodes LED, nous avons sélectionné la couleur jaune pour cette activité. Vous pouvez choisir la couleur que vous souhaitez pour votre réalisation, le mixte des couleurs est possible aussi.
• des fils de connexion,
• une source d'alimentation électrique de 5V.

Pour plus de détails, l'image ci-dessous nous présente ces composants dont nous aurons besoin pour la suite de cette fiche :

Comme toujours, pour protéger une diode LED d'un courant fort possible de la détériorer, et comme vous l'avez remarqué sûrement, les quatre résistances de valeur résistive 330Ω seront montées en série avec les diodes LED. Si ce composant est branché directement à une source de tension (soit 5V dans notre cas), le courant qui la traverse sera fort et pourra endommager la diode LED.

Comment lire une résistance ? Si vous cherchez à vérifier la valeur d'une résistance à 4, 5 ou 6 bandes de couleurs, Electro & Robot vous offre une solution rapide et facile : Calculatrice de codes couleur des résistances

Maintenant que nous avons préparé tous les composants nécessaires pour notre montage, nous pouvons commencer son installation (mise en place et câblage).

Comment réaliser le signal d'hrologe ? La remise à zéro ?

Comme nous le remarquons, nous avons mis en place deux interrupteurs à deux positions pour créer respectivement un signal horloge H et la mise à zéro "RAZ" de ce compteur RESET. Et pour protéger notre circuit contre les micro-variations lorsqu'on passe de la valeur logique 1 à 0 et inversement sur l'un ou l'autre.

Sans cette résistance, a été ajouté pour créer un système pull-down par protection. La valeur à la sortie de cet interrupteur peut flotter rapidement et aléatoirement entre les deux valeurs logiques 0L et 1L (ie en anglais floating) si nous utilisons un petit interrupteur à deux positions; ce qui nous donne une succession de valeurs logiques 0 et 1; Ce résultat est le produit de micro-parasites électriques possibles. Ainsi, ce système pull-down, fonctionnera comme suit :

• lorsque l'interrupteur est en position 0, la résistance relie l'entrée à la valeur logique 0, soit donc la masse de notre montage (0V), et la résistance de protection absorbe les micro-oscillations possibles.
• lorsque l'interrupteur passe à la position 1, l'entrée du circuit est alimentée directement par une tension d'une valeur 5V, soit l'équivalent du 1 logique.

Le schéma de ce montage est le suivant :

Pour comprendre ce principe de fonctionnement, le schéma ci-dessous vous explique comment un signal carré est créé à partir d'un simple interrupteur à 2 positions quand on ne dispose pas d'un générateur d'un signal carré; soit donc la position 0L pour 0V et la position 1L pour 5V (ou VCC) :

Réalisation d’un montage électrique et test

Câblage du schéma électrique

Comme demandé dans le schéma de montage de ce compteur asynchrone (tout en haut de cette fiche d'activité), nous vous recommandons de câbler les deux sous-parties de ce montage: le circuit pull-down pour générer le signal de l'horloge, et le circuit RAZ. Ensuite, le boîtier intégré 74LS90N et enfin les quatre diodes LED pour lire les différentes valeurs du cycle de comptage de ce BCD. Une fois l'ensemble des composants est installé, le montage obtenu sera le suivant :

Comme toute activité pratique, il est fortement recommandé de vérifier votre câblage avant de l'alimenter par une source d'alimentation afin de ne pas griller aucun composant: circuit intégré, diode LED, résistance, etc.

Exécution et conclusion

Maintenant, lorsque notre montage est correctement cablé, vérifiez que les interrupteurs H et RESET sont mis à la position 0L, soit la position 0V, et alimentez ensuite votre circuit par une source d'alimentation de 5V continue. A ce stade, aucune diode LED ne s'allumera. Pour commencer à incrémenter votre compteur et lire les différentes valeurs décimales, mettez l'interrupteur H vers la valeur 1L, soit la valeur 5V, et ensuite remettez-le à la position 0L quelques secondes après, soit la valeur 0V. Notre compteur s'incrémente de +1 et la valeur binaire affichée passe de 0000 à 0001, et ainsi de suite. 

À chaque fois que vous jouez avec l'interrupteur de l'horloge H en le faisant passer de la valeur 0L et à la valeur 1L, puis de nouveau à la valeur 0L, ce qui correspond à un 0V puis 5V et 0V de nouveau, vous créez une impulsion d'horloge H manuellement, le compteur s'incrémente d'une unité. Ces différentes valeurs qui vous seront affichées sont présentées ci-après:

• La valeur binaire 0000 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 0 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0001 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 1 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0010 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 2 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0011 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 3 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0100 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 4 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0101 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 5 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0110 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 6 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 0111 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 7 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 1000 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 8 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

• La valeur binaire 1001 s'affiche à la sortie de ce compteur BCD; soit l'équivalent de la valeur 9 décimal. La capture ci-dessous vous le montre :

Ainsi, nous avons réalisé un compteur asynchrone BCD qui nous permet de compter de 0 à 9 en utilisant uniquement le circuit intégré 74LS90N.