Chapitre 9
LES COMPTEURS
I - Présentation.
Les compteurs sont constitués de bascules synchrones. On peut les concevoir et les intégrer dans des circuits programmables
(PAL, GAL, PIC). Dans chaque technologie, il existe des compteurs intégrés comptant en binaire et en BCD.
Les compteurs intégrés sont utilisés pour compter ou décompter des impulsions électriques issues ou non de capteurs. Ils sont
aussi utilisés pour réaliser des diviseurs de fréquence par N (entier).
Il existe deux types de compteurs :
• Les compteurs asynchrones ou à report séquentiel dont les sorties changent d’état à des instants différents (décalés
dans le temps par rapport au front actif d’horloge).
• Les compteurs synchrones dont les sorties changent d’état au moment du front actif d’horloge.
Il y a deux symboles normalisés différents (norme IEEE).




Le compteur synchrone possède un bloc commun dans lequel figure l’horloge commune (broche 14) à toutes les bascules
internes et l’horloge de pré-positionnement (broche 11) commune. Le 74HC190 est un compteur décompteur synchrone 4 bits
décimal à pré-positionnement synchrone. Les 74HC190 sont cascadables grâce à l’entrée CTEN (autorisation de comptage)
et à la sortie RCO (retenue en fin de comptage ou de décomptage). Tous ces renseignements sont contenus dans le symbole
IEEE.

Le compteur asynchrone CD4040 ne possède pas de bloc commun, car seule la première bascule interne reçoit l’horloge
externe. La sortie complémentée de la première bascule sert d’horloge à la seconde, la sortie complémentée de la deuxième
bascule sert d’horloge à la troisième… Le front actif d’horloge est le front descendant
II - Capacité de comptage.
Les compteurs disposant de N sorties peuvent compter de 0 à 2N-1.
En diviseur de fréquence, un compteur disposant de N sorties pourra diviser par 2 à 2N la fréquence d’horloge.
ATTENTION! il existe des compteurs dont toutes les sorties NE sont PAS disponibles (Ex : CD4060 ou 74HC4060). N sera
alors le nombre total d’étages (bascules) qui composent le compteur.
On verra, plus loin, qu’il est possible de faire compter un compteur de 0 à X avec X<2N-1.
III - Différences entre comptage synchrone et asynchrone.
Dans le cas d’un compteur 4 bits (de 0 à 15), on peut observer à fréquence élevée (proche de la fréquence maxi pour chaque
technologie) les signaux suivants :
III.A - Compteur synchrone
Le trait en gras représente la remise à 0 (RAZ).




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Les retards en sortie sont identiques et correspondent au temps de propagation d’une seule bascule (toutes les bascules sont
identiques dans un seul circuit intégré). Les sorties sont considérées comme synchrones au front actif d’horloge.
III.B - Compteur asynchrone




On remarque que le retard est proportionnel au poids de la sortie donc au nombre de bascules en cascade qui précèdent cette
sortie. La mise en cascade des bascules entraîne l’addition des temps de propagation.
À part A, les autres sorties ne sont plus synchrones au front actif d’horloge.
IV - Comptage modulo M ou division de fréquence par M.
Un compteur 4 bits peut compter naturellement de 0 à 15 mais il est possible, en provoquant une RAZ à 12, de le faire
compter de 0 à 11. Comme il y aura 12 combinaisons des sorties possibles, on appellera ce compteur, un compteur modulo
12.
De même avec un compteur prépositionnable, on pourra réaliser un compteur modulo 5 de 9 à 13 en réalisant une mise à 9 dès
que le compteur arrive à 14.
Un compteur modulo M est un diviseur de fréquence par M sur sa sortie de poids le plus fort. ATTENTION, il s’agit
de la sortie de poids le plus fort utilisée dans la Raz, car les sorties de poids plus élevé seront toujours à 0.
Exemple n°1 :
On veut réaliser un compteur modulo 28 comptant de 0 à 27 à l’aide d’un CD4040.
La remise à 0 automatique du compteur doit se faire à 28 soit 11100 en binaire.
On ne prend que les bits à 1 que l’on relie à un et dont la sortie sera reliée à la RAZ du compteur.




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Les chronogrammes seront :




La fréquence de Q4 et celle de RAZ est égale à celle de H divisée par 28. Les sorties sur les broches 1, 2, 4, 12, 13, 14, 15
restent à 0.
VDD−VSS
RAZ a une amplitude égale à VT, la tension de basculement propre à chaque technologie ( VT= en CMOS et
2
VT=1.5V en TTL).
Exemple n°2 :
Avec un CD4029, on veut réaliser un compteur modulo 7 comptant de 6 à 12. La « RAZ » devra se faire lorsque le compteur
atteint 13.




V - Mise en cascade de compteurs.

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 V.A - Pour obtenir un compteur asynchrone avec une plus grande plage
de comptage.
Lorsqu’on met en cascade deux compteurs synchrones ou asynchrones en donnant la sortie de poids le plus fort du premier
compteur comme horloge du second, on obtient un compteur asynchrone.
Il faut relier la sortie de poids le plus fort (dernière bascule du premier compteur) à l’entrée d’horloge complémentée du
deuxième compteur. Si les compteurs utilisés ne disposent pas d’entrée d’horloge inverseuse, il faut inverser la sortie de poids
le plus fort du premier compteur.
Exemple :




V.B - Pour obtenir un compteur synchrone avec une plus grande plage
de comptage.
Pour obtenir un compteur synchrone, il faut utiliser des compteurs possédant une entrée de « gèle de comptage » et une sortie
de « retenue » de fin de cycle de comptage. C’est le cas du 74HC190.




L’entrée CTEN lorsqu’elle est à 1 bloque le comptage du deuxième compteur. La sortie RCO du premier compteur est à 0
pendant tout l’état bas de l’horloge et le front montant suivant lorsque le premier compteur est à 9.
On obtient les chronogrammes suivants :




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Comme le deuxième compteur s’incrémente sur un front actif d’horloge, ce compteur de 0 à 99 est un compteur synchrone.
On pourrait connecter un troisième compteur de la même façon pour réaliser un compteur synchrone de 0 à 999.
VI - Décomptage modulo (pour information).
Lorsque l’on veut décompter d’un nombre B vers un nombre A avec A quelconque y compris 0, on peut procéder de façon
empirique ou de façon méthodique.
La méthode empirique ne concerne que les exemples simple de compteurs binaires complets :
Soit un compteur binaire 4 bits comptant de 0 à 15 et complémentons toutes ses sorties.




On remarque que sur D
CB
A , le compteur décompte de 15 à 0.
ATTENTION, cette méthode ne fonctionne que pour la plage entière de comptage d’un compteur binaire.

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Exemple qui ne fonctionne pas :
On inverse les sorties d’un compteur décimal et on obtient un décompteur de 15 à 6 au lieu de 9 à 0.
VI.A - Réalisation d’un décompteur modulo de Y vers X avec un compteur
décompteur intégré (pour information).
Ce paragraphe est donné pour information, car les applications pratiques sont rares.
Soit à réaliser un décompteur de 13 à 4 dont le schéma est ci-dessous




On remarque que toutes les sorties du compteur sont utilisées pour composer le mot binaire de « RAZ ».
Pour décompter de Y vers X, il suffit de faire la remise à Y à X-1. Pour une remise à 4, on met à 0 la broche 11 du circuit
lorsque DCBA=0011 (3) ce qui se traduit par l’équation de « RAZ », RAZ= D⋅ ̄
̄C⋅B⋅A .
Lorsque le compteur doit décompter jusqu’à 0, on fait la remise à Y pour le plus grand nombre que peut fournir le compteur
(15 pour un compteur binaire 4 bits et 9 pour un compteur décimal 4 bits).
VII - Exercices
1. Former un compteur binaire asynchrone 8 bits à partir de deux compteurs asynchrones ou synchrones 4 bits
(simulateur).
2. Former un compteur synchrone BCD 3 digits (12 bits) à partir de 3 compteurs synchrones 4 bits CMOS (simulateur).




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