Le compteur numérique à base de bascule D
Durant cette activité de découverte, vous allez réaliser un compteur binaire asynchrone en utilisant un composant séquentiel; la bascule type D. Vous modélisez le schéma proposé dans notre cours sous la solution de simulation LTSpice, afin de démontrer son mode de fonctionnement.
Pour rappel, la bascule D est un composant séquentiel dont son mode de fonctionnement est de copier la valeur qui se présente à son entrée D au prochain front actif de l'horloge quand il arrive. Sa table de vérité se présente ainsi comme suit :
| D | \( Q \) | \( \overline{Q} \) |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Le schéma de base d'un compteur asynchrone à base de bascule D
Pour réaliser notre compteur binaire, nous allons modéliser le schéma ci-dessous sous la solution de simulation LTSpice:
Pour réaliser ce montage, nous vous demandons de configurer l'ensemble des composants de votre circuit; la bascule D et l'horloge H sous LTspice telle que:
- U1, U2 et U3 = 74HC74. Pour retrouver ce composant, vous devez la sélectrionner à partir de la fenêtre composant sous la solution Ltpsice. Pour afficher cette fenêtre, vous pouvez taper directement la lettre P ou à partir du menu Edit et ensuite le sous-menu Components
- CLK sera l'horloge de notre compteur numérique asynchrone que nous allons le modéliser en tant qu'un signal carré d'une fréquence de 1 Hz tel que les premiers 0.5s = 0 et ensuite ça bascule à 5V et ainsi de suite sans fin. L'image ci-dessous vous montre les différents paramètres à saisir pour ce générateur à impulsion :
Et finalement pour que vous puissiez lancer la simulation sous LTspice tout, vous deviez choisir le mode Transient dans la fenêtre de configuration de notre analyse telle que le vous montre l'image de la fenêtre "Edit simulation Command" ci-dessous:
Ajoutez maintenant dans différents graphes supperposés les trois traces de Q1, Q2 et Q3 dans la même fenêtre de graphe. Que pouvez vous lire ?
Réalisation et explication
Partie I : configuration et simulation
En appliquant les consignes de notre énoncé, nous pouvons ainsi modéliser le schéma d'un compteur asynchrone à base de bascule D sous LTspice comme suit :
Comme vous pouvez le constater, nous avons rajouté une deuxième source d'énergie de 5V pour modéliser la VCC et relier les deux bornes CLR et PRE des 3 bascules à 5V. Il est à noter que ces deux bornes sont utilisées pour:
- CLR : pour effacer l'information stockée dans la bascule. Soit donc pour l'effacement de l'état de notre bascule D.
- PRE : pour forcer la bascule à stocker la valeur 1 dans sa mémoire.
Étant donné que ces deux ports sont des entrées inversées, nous les lions à VCC comme nous l'avons indiqué.
Dès que nous avons finalisé la modélisation de notre projet et la configuration des différents composants de notre layout, nous pouvons maintenant lancer la simulation à partir de l'icône Run située dans la barre d'accès rapide ou directement via le raccourci claiver ALT + R .
Une fois le calcul est terminé, vous pouvez ajouter les trois traces de Q1, Q2 et Q3 dans la même fenêtre de graphe sur des plots différents, comme le démontre la capture ci-dessous :
Partie II : analyse et constatations
Une fois que nous avons obtenu notre résultat, regardons-le maintenant de près afin de relever les différents états binaires de notre compteur :
Ainsi, comme nous pouvons le constater, les trois graphes Q1, Q2 et Q3 commencent les 3 à une valeur à 1 logique ensuite change de valeur dans le temps. Traçons cela dans un tableau pour mieux comprendre que fait notre circuit :
| Q1 | Q2 | Q3 | Signification et explicaton |
| 1 | 1 | 1 | indéfini, notre système commence |
| 0 | 0 | 0 | le mot 0 en banaire |
| 1 | 0 | 0 | le mot 1 en banaire |
| 0 | 1 | 0 | le mot 2 en banaire |
| 1 | 1 | 0 | le mot 3 en banaire |
| 0 | 0 | 1 | le mot 4 en banaire |
| 1 | 0 | 1 | le mot 5 en banaire |
| 0 | 1 | 1 | le mot 6 en banaire |
| 1 | 1 | 1 | le mot 7 en banaire |
| 0 | 0 | 0 | le mot 0 en banaire, notre compteur repart de 0 |
A partir ainsi de ce tableau, il nous est possible d’interpréter les différentes valeurs binaires obtenues à la sortie du compteur en leurs équivalents décimaux. Ainsi, nous obtenons un compteur binaire dont la séquence de comptage commence de 0 et finit à 7.
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