Le décompteur synchrone binaire modulo 16
Durant la présente fiche d'activité dirigée, nous vous proposons de réaliser et simuler ensemble un décompteur binaire modulo 16 en utilisant la solution de simulation en temps réel électronique SimulIDE, en utilisant deux circuits intégrés de la référence CD4013 encapsulant chacun 2 bascules D. Pour réaliser un compteur ou un décompteur module 16, nous aurons besoin de réaliser une solution à 4 bits. D'où notre besoin des 4 bascules pour notre montage.
Pour réaliser cela, mettons-nous dans la création de notre montage électrique tel que nous le montre l'image ci-dessous :
A l'aide des différentes diodes LED, relevez les différentes valeurs affichées. Schématisez le diagramme d'état de notre montage.
Que constatez-vous ?
Réalisation et simulation : Le décompteur asynchrone modulo 16
Création du décompteur modulo 16 sous simulIDE
Comme nous le démontre la capture proposée dans l'énoncé de notre activité, nous pouvons facilement reproduire le montage électrique sous la solution SimulIDE. L'image ci-dessous nous démontre cela :
Pour vous apporter plus de détails, nous avons utilisé les composants suivants pour modéliser notre circuit dans sa totalité :
- Quatre diodes LED pour visualiser les différentes sorties binaires de nos 4 bascules \( D_{0}, D_{1}, D_{2} \) et \( D_{3} \) que nous avons nommé respectivement \( Q_{0}, Q_{1}, Q_{2} \) et \( Q_{3} \). Pour les retrouver dans la bibliothèque, nous avons cherché le label "LED". L'image ci-dessous nous présente son icône :
- De résistances ohmiques que nous avons paramétré à une valeur ohmique de 330Ω. Ces résistances sont disponibles dans la bibliothèque sous le nom "Resistance" dans la sous-catégorie "Resistors". L'image ci-dessous nous montre l'icône de ce composant au niveau de la bibliothèque :
- De deux circuits intégrés de la référence binaire à CD4013 (2 Bascules D). Pour retrouver ce circuit dans la bibliothèque de composants de notre solution de simulation, nous avons juste à chercher la référence de notre circuit comme nous le montre la capture ci-dessous, afin de le placer dans notre espace projet :
- d'une horloge, que nous avons appelée "Horloge" dans notre montage d'une valeur 5V et d'une fréquence 1 Hz. Nous pouvons retrouver facilement cette source d'alimentation sous la catégorie "Sources" prédéfinie dans la bibliothèque de notre outil de simulation sous le nom "Horloge". L'image ci-dessous nous présente son icône :
- de plusieurs points de mise à la terre, que nous pouvons les retrouver facilement dans la bibiliothèque de composants sous le nom "Masse(0V)". L'image ci-dessous nous montre comment est présentée l'icône de ce composant :
Petite remarque : pour vous faciliter la tâche et créer rapidement ce circuit, vous pouvez opérer comme suit :
- Réalisez les différentes connexions entre les deux bascules \( D_{0}, D_{1} \) pour un seul circuit intégré CD4013.
- Puis copiez l'ensemble de ce premier circuit avec ces différents fils (sans l'horloge) et collez-le à gauche du premier.
- Connecter l'entrée \( 1CLK \) du deuxième circuit collé, qui n'est que l'entrée de l'horloge de notre 3ème bascule, avec la sortie \( 2Q \) du premier circuit; qui n'est que la \( Q_{1} \) de notre décompteur.
Simulation du décompteur modulo 16 sous simulIDE
Une fois que nous avons correctement réalisé notre décompteur, il est demandé de lancer la simulation en cliquant sur le bouton "Start Simulation" afin que notre décompteur fonctionne. Pour cela, l'image ci-dessous nous démontre les différentes icônes disponibles dans la barre simulation implémentée dans la solution SimulIDE :
Remarque : Si une erreur empêche le simulateur de fonctionner correctement, un message d'erreur s'affichera dans la fenêtre "Output" disponible sous la zone schématique, au bas de l'interface, et le simulateur s'arrête immédiatement.
Simulation, exécution et lecture des différents valeurs affichées à la sortie du décompteur modulo 16
Comme demandé dans l'énoncé de cette fiche d'activité, nous allons lancer la simulation et lire les différentes valeurs binaires affichées \( Q_{0}, Q_{1}, Q_{2}, Q_{3} \) une par une. La vidéo ci-dessous nous cela :
Comme nous pouvons le constater, à l'aide des différentes diodes LED \( Q_{0}, Q_{1}, Q_{2}, Q_{3} \), nous pouvons tracer dans un premier temps le chronogramme de l'évolution des différentes diodes LED de notre circuit :
Et à partir de ce chronogramme, nous pouvons donc lire les valeurs binaires suivantes :
Ce qui correspond ces différents état à un décomptage de 1111 à 0000 en binaire affiché sur 4 bits.
Schématisons maintenant le diagramme d'état de notre montage :
Ce diagramme d'état commence de la valeur 15 en décimal, décrémente à chaque pas d'un pas d'une valeur -1. Une fois arrivé à la valeur 0, le système recommence son décomptage depuis la valeur 15.
Que constatons-nous ?
Nous constatons que nous avons réalisé en utilisant 2 circuits intégrés CD4013 un décompteur asynchrone binaire capable de décompter de la valeur binaire à la valeur binaire . Les différentes valeurs décomptés sont affichés sur 4 diodes LED.
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