Générateur impulsions 3

Ce générateur produit un train d'impulsions sur commande, dont le nombre précis peut être ajusté entre 1 et 99999. Il est construit autour d'un diviseur de fréquence programmable à base de roues codeuses et compteurs de types CD4522, dont le schéma de base est présenté à la page Diviseur de fréquence 3. Pour un montage similaire mais où le nombre d'impulsions peut (ou doit) être spécifié en binaire avec microswitches ou bus 16 bits quelconque, merci de vous reporter à la page Générateur d'impulsions 4.

Le schéma

Le schéma est basé sur des compteurs programmables de type CD4522, qui sont assez anciens mais que l'on arrive encore à trouver. L'idée, au fond, n'est pas tant de vouloir à tout prix utiliser ces circuits, mais d'étudier et comprendre un principe de fonctionnement transposable avec d'autres types de circuits assurant la même fonction.

gene_imp_003

Le principe général

Il consiste à mettre en cascade plusieurs compteurs BCD programmable de type CD4522, qui disposent chacun de quatre entrées (4 bits) permettant de spécifier la valeur du prépositionnement (programmation de la valeur du comptage), d'une entrée d'horloge (pour le comptage effectif), d'une sortie de détection de fin de comptage et d'une sortie cascade permettant de chaîner plusieurs compteurs les uns derrière les autres. Ainsi, un seul compteur permet de compter entre 1 et 9, deux compteurs permettent de compter entre 1 et 99, et cinq compteur (c'est le cas ici) permettent de compter entre 1 et 99999.

Génération du bon nombre d'impulsions dès la mise sous tension

Les composants D1, D2, R1, R2 et C1 ne seraient pas absolument obligatoires dans le cadre d'un diviseur de fréquence, mais ici ils le sont. En les ignorant et en reliant simplement la sortie Fout (borne 12 de U1) à l'entrée PE (Preset Enable) de chaque compteur, les compteurs ne seraient convenablement "préparés" (repositionnés) qu'à partir de la deuxième demande de génération d'impulsions. Lors de la première demande, le nombre d'impulsions générées en sortie serait toujours de 100000 (99999 + 1), quelque soit le nombre programmé avec les roues codeuses, car chaque chiffre de roue codeuse n'est pris en compte par son compteur que lorsque l'entrée PE correspondante reçoit une impulsion positive. Pour cette raison, il fallait forcer le prépositionnement de tous les compteur à la bonne valeur (celle des roues codeuse) dès la mise sous tension. Pour cela, rien de bien compliqué, sachant que les entrées de prépositionnement doivent finalement être lues sous deux conditions :

- à la mise sous tension
- quand la sortie O de U1 (Fout) passe à l'état logique 1.

Ces conditions peuvent être remplies grâce à un simple "ou" à diodes. La diode D1 permet de fournir aux entrées PE, une impulsion positive qui émane de la sortie principale du diviseur (sortie O de U1 / Fout), et la diode D2 permet de fournir aux entrées PE, une impulsion positive au moment de la mise sous tension. L'impulsion positive à la mise sous tension est créée par le couple R1 / C1, la résistance R2 n'est là que pour forcer les entrées PE à l'état logique bas quand les diodes ne reçoivent aucune tension positive sur leur anode, et aussi pour polariser la cathode de ces mêmes diodes à une tension de zéro volt pour leur permettre d'être passante quand leur anode est positive.

Démarrage et blocage du compteur

Les compteurs et les roues codeuses à eux seuls offrent la fonction de comptage (ou de diviseur de fréquence), mais il n'existe pas de notion de démarrage ni d'arrêt. Le but de ce générateur d'impulsions étant de produire un nombre d'impulsions parfaitement maîtrisé, il convient d'ajouter une circuiterie qui permet aux impulsions de sortir à partir du moment où on le demande, et qui permet de ne plus rien laisser passer quand le nombre d'impulsions désiré est atteint. Cela est assez simple à faire et ne requiert que peu de composants additionnels : une bascule D (de type CD4013) et deux portes AND (de type CD4081). La bascule D est utilisée pour la fonction marche / arrêt; ses entrées D et CLK ne sont pas utilisées et sont reliées à la masse, et on n'utilise que ses entrées de mise à 1 (S pour SET) et de mise à zéro (R pour RESET) de la sortie Q. Les portes AND sont utilisées pour laisser passer ou bloquer les impulsions d'horloge en entrée principale. Voyons maintenant ce qui se passe à la mise sous tension et quand on active le système.

Initialisation à la mise sous tension

La source des impulsions (horloge de base) est considérée comme toujours active, les impulsions se succèdent sur l'entrée Fin. Mais pour parvenir à l'entrée principale du compteur (entrée CLK, broche 6 de U1), ces impulsions d'horloge passent par la porte AND U7:A, qui sert de "porte électronique" dont l'ouverture est conditionnée par l'état logique de la broche 2. Si cette broche 2 est à l'état haut, les impulsion présentées en broche 1 se retrouvent en sortie 3. Si cette broche 2 est à l'état bas, les impulsion présentées en broche 1 sont bloquées et la sortie 3 reste muette, figée à l'état bas : le compteur ne reçoit rien. Ce second état est celui qui existe à la mise sous tension, car la bascule D est tout de suite mise à zéro grâce au réseau R5 / C2 et à la diode D3 : la sortie Q de la bascule est à l'état bas. 

Commande de démarrage

L'appui sur le bouton poussoir SW6 / Start conduit la sortie Q de la bascule D (point noté Cde, pour Commande) à passer à l'état logique haut. La porte U7:A est "débloquée" et les impulsions arrivant sur Fin sont transmises au compteur, qui se met alors à compter. Les choses restent ainsi tant que le nombre d'impulsions arrivant au compteur est inférieur au nombre programmé. Une fois le nombre programmé atteint, la sortie O de U1 (qui correspond aussi à Fout) produit une impulsion positive, qui est transmise à la broche de remise à zéro de la bascule D, au travers de la diode D4. La sortie Q de la bascule repasse à l'état bas, les impulsions sont bloquées par la porte AND U7:A et le compteur s'arrête de compter. La sortie principale Out suit le même régime que l'entrée principale du compteur, au travers de la porte AND U7:B : les impulsions d'horloge de l'entrée principale ne sont transmises en sortie Out que si la sortie de la bascule D (Cde) est activée. Bien entendu, il aurait également été possible de prélever les impulsions de sortie sur la sortie de la première porte AND U7:A, puisque les deux portes du schéma U7:A et U7:B produisent exactement les mêmes signaux. Mais le boitier CD4081 contient quatre portes du même type, et ne mettre en place un nouveau CI que pour une porte... Ah, mais j'y pense, il est aussi possible de se servir de la bascule D restante (un CD4013 en contient deux) pour réaliser une porte AND, c'est ce que montre le schéma suivant.

gene_imp_003_porte_avec_bascule

Je vous laisse méditer sur la question...
 

 

 

 

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