Bonjour!

Je vous reviens aujourd'hui avec quelques circuits électroniques.

Les circuits dont je vais vous parler sont des chenillards à diode électroluminescente (DEL), en anglais LEDs chaser.

Je vais vous expliquer les méthodes qu'ils utilisent pour inverser la direction du mouvement apparent de la DEL allumée.

 

Pour le premier circuit, un 4011 (Quadruple porte NAND) est le coeur du changement de direction.

Le compteur 40193 à 2 entrées d'horloge : Clock Up et Clock Down. Une seule entrée peut-être active à la fois.

Aussi pendant qu'une entrée d'horloge est activée, l'autre entrée d'horloge est maintenue à un niveau logique haut

pour la désactiver.

 

Table de vérité d'une porte NAND

Entrée       Sortie    A     B           S    0     0           1    0     1           1     1     0           1     1     1           0

La table montre que si l'entrée A :

• est au niveau logique bas (0), la sortie S est toujours au niveau logique haut (1) quel que soit l'état logique de l'entrée B, 
• est au niveau logique haut (1), la sortie S sera au niveau logique inverse de celui de l'entrée B.

 

Ainsi, en faisant passer le signal de la broche 3 du Timer 555, au travers de 2 portes du 4011 pour atteindre le compteur 40193,

on peut laisser passer le signal du 555 dans une porte et le bloquer dans l'autre porte simplement en gardant l'autre entrée de

chacune des 2 portes (broche 2 et 6 du 4011) sur des niveaux logiques opposés :

                                                                                               une entrée sur un niveau haut et l'autre entrée sur un niveau bas.

Lorsque le décodeur 4515 active sa sortie Q0 (broche 11) ou sa sortie Q15 (broche 15)

•  Les niveaux logiques sur les broches 10 et 11 du 4011 basculent. La sortie haute devient basse et vice-versa.
•  L'entrée d'horloge du compteur 40193 qui était active devient désactivée.
•  L'entrée d'horloge qui était désactivée devient active.

 

Ce qui provoque le changement de direction dans le mouvement apparent des DELs.

 

Les 2 portes NAND (broche 8,9, 10 et 11, 12,13 du 4011) forment un verrou RS (SR NAND latch)

qui mémorise les niveaux logiques sur ses sorties Q et Q barre.

Quand un pulse négatif arrive sur l'une des 2 entrées du verrou RS (les broches 8 et 12 du 4011 dans notre circuit)

les valeurs sur ses 2 sorties (les broches 10 et 11 du 4011) basculent (Q prend la valeur de Q barre et vice-versa).

Voici 2 liens qui expliquent les bascules et les verrous RS : une page Wikipédia et un fichier PDF.

 

Ci-dessous une image montre ce chenillard assemblé sur une plaquette de montage sans soudure (breadboard solderless).

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Le second circuit utilise un 4013 (Double bacule D) et un XOR 4030 (Quadruple porte Ou Exclusif)

Pour comprendre le fonctionnement de ce circuit, il faut connaître la table de vérité d'une porte "ou exclusif".

Entrée        Sortie    A      B            S    0      0            0    0      1            1    1      0            1     1      1            0

En observant cette table nous voyons que si l'entrée A est maintenue à 0, la sortie S a le même niveau logique que l'entrée B.

Par contre, si on maintient l'entrée A à 1 le niveau logique de la sortie S sera inversée par rapport à l'entrée B.

Ainsi dans ce circuit le compteur 40161 ne fait que compter. Il ne compte jamais à rebours.

La valeur sur ses sorties 14, 13, 12 et 11 sont inversées sur les sorties 3, 4, 10 et 11 du XOR 4030

lorsque les entrées 2, 6, 9  et 13 du XOR 4030 sont maintenues au niveau logique 1.

Le signal de retenu (Carry out), broche 15 du compteur 40161, sert de signal d'horloge à la bascule D du 4013.

Chaque fois que le compteur 40161 atteint 16, le signal de retenu fait basculer la sortie Q barre (broche 2 du 4013) de la bascule D.

Si Q barre (broche 2 du 4013) est sur un niveau logique bas, il passe à un niveau logique haut et vice-versa.

 

Les chiffres binaires sur les sorties Q3, Q2, Q1 et Q0 du compteur 40161 pour ceux qui ne connaissent pas le binaire.

Un zéro (0) sur une sortie est un niveau logique bas. Un un (1) sur une sortie est un niveau logique haut.

Les sorties du compteur  40161                     Les sorties du 4030 quand elles sont inversées

           Q3   Q2   Q1   Q0                                 11   10     4    3

            8      4     2     1                                  8     4      2     1    <------- valeur de chaque sortie en valeur décimale

 0 =      0      0     0     0                                  1     1      1     1   = 15   (une valeur décimale de 15 vaut 1111 en binaire)

 1 =      0      0     0     1                                  1     1      1     0   = 14

 2 =      0      0     1     0                                  1     1      0     1   = 13

 3 =      0      0     1     1                                  1      1     0     0   = 12

 4 =      0      1     0     0                                  1      0     1     1   = 11

 5 =      0      1     0     1                                  1      0     1     0   = 10

 6  =     0      1     1     0                                  1      0     0     1   =   9

 7  =     0      1     1     1                                  1      0     0     0   =   8

 8  =     1      0     0     0                                  0      1     1     1   =   7

 9  =     1      0     0     1                                  0      1     1     0   =   6

10 =     1      0     1     0                                  0      1      0    1   =   5

11 =     1      0     1     1                                  0      1      0    0   =   4

12 =     1      1     0     0                                  0      0      1     1  =   3

13 =     1      1     0     1                                  0      0      1     0  =   2

14 =     1      1     1     0                                  0      0      0     1  =   1

15 =     1      1     1     1                                  0      0      0     0  =   0 

Les sorties du 4030 quand elles ne sont pas inversées sont identiques aux sorties du compteur 40161.

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Le troisième circuit utilise une bascule D pour inverser la direction du mouvement apparent des DELs.

Lorsque le 4028 active sa sortie Q9 (broche 5) il fait faire un Reset (mise à 0) sur la bascule D (broches 1, 3, 4, 5, 6 du 4013).

Ceci place un niveau logique bas sur la sortie Q (broche 1 du 4013) et du coup sur la broche 10 (Up/Down) du compteur 4510.

Le compteur 4510 est alors en mode décompte ou compte à rebours si vous préférez.

Par contre lorsque le 4028 active sa sortie Q0 (broche 3) il fait faire un Set (mise à 1) sur la bascule D.

La sortie Q (broche 1 du 4013) passe à un niveau logique haut amenant la broche 10 du compteur 4510 sur un niveau logique haut.

Le compteur 4510 passe alors en mode de comptage normal.

 

Comme vous pouvez le constater,

• un niveau logique bas sur la broche 10 du compteur 4510 le fait décompter
• un niveau logique haut sur la broche 10 du compteur 4510 le fait compter.

 

De plus puisqu'un circuit 4013 contient 2 bascules D, la bascule D qui serait inutilisée si on utilisait un Timer 555 par exemple,

est ici utilisée comme un oscillateur pour fournir le signal d'horloge au compteur décimal 4510.

La bascule D peut osciller car le temps de charge des 2 condensateurs de 220nF n'est pas identique.

Le premier condensateur sur le Reset se charge au travers de 2 résistances, une 47K plus un potentiomètre de 1M.

Tandis que le second condensateur sur le Set se charge au travers d'une résistance de 200K.

Le potentiomètre de 1 mégaohm permet de faire varier la vitesse de mouvement apparent des DELs.

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Le quatrième circuit est un peu plus complexe. Il utilise une bascule D pour inverser la direction du mouvement apparent des DELs.

Mais sur sa sortie, ce n'est pas un décodeur 1 parmi 16  mais 2 décodeurs 1 parmi 8.

Quand le décodeur pour allumer les 8 premières DELs est actif, le second décodeur est désactivé en maintenant sa broche 6

à un niveau logique haut. Quand le compteur atteint les chiffres 9 à 16 c'est au tour du premier décodeur d'être désactivé

pendant que le second décodeur affiche les nombres de 9 à 16.

De plus, pour produire le signal d'horloge du compteur, trois portes NAND du 4011 cablées en oscillateur sont utilisées.

La dernière porte NAND du 4011 (broche 11, 12 et 13) sert uniquement à inverser le signal de la  broche 2 du compteur 4516.

 

Le signal de la broche 2 du compteur 4516 sert à désactiver les 2 décodeurs 4051.

 

Maiis il ne faut pas désactiver les 2 décodeurs en même temps.

C'est pour cette raison qu'on inverse le signal de cette broche sur le second décodeur 4051 en le faisant passer au travers d'une

porte NAND cablée comme un inverseur (broche 12, 13 et 11 du circuit 4011).

Ainsi on a toujours un décodeur activé pendant que l'autre décodeur est désactivé.

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Ci-bas les datasheets des circuits intégrés utilisés dans les 4 chenillards :

• Datasheet du Timer 555
• Datasheet du 4011 (Quadruple porte NAND)
• Datasheet du 4013 (Double Bascule D)
• Datasheet du 4030 (Quadruple porte XOR)
• Datasheet du 4510 (Compteur décimal)
• Datasheet du 4516 (Compteur binaire)
• Datasheet du 40161 (Compteur binaire)
• Datasheet du 40193 (Compteur binaire)
• Datasheet du 4028 (Décodeur 1 parmi 10)
• Datasheet du 4051 (Décodeur 1 parmi 8)
• Datasheet du 4515 (Décodeur 1 parmi 16)

 

Noter que pour les liens ci-dessus, ils peuvent fonctionner ou non car l'électronique est un monde toujours en mouvement.

Il suffit simplement de mettre dans Google le mot datasheet suivi par le numéro désiré, exemple datasheet 40161.

 

En tout dernier pour ceux qui n'aiment pas se casser la tête, un kit pour construire un chenillard  à 16 DELs.

On peut l'acheter en kit et l'assembler soi-même (15 dollar US)

ou bien l'acheter complètement assemblé et testé (28 dollar US).

Il y a aussi des options disponibles comme choisir des DELs plus grosses ou bien plus petites, un transfo, etc.

 

Quelques liens pour augmenter vos connaissances en électronique.

• Lien 1 : Caractéristiques des portes logiques TTL (série 54/74) (TTL = Transistor Transistor Logic)
• Lien 2 : Liste des circuits TTL, série 7400
• Lien 3 : Caractéristiques des porte CMOS (série 4000) (CMOS - Complementary Metal Oxyde Semi-conductor)
• Lien 4 : Liste des circuits CMOS (série 4000)
• Lien 5 : Explique la technologie CMOS puis donne de l'information sur les familles CMOS (4000, 74HC et 74HCT)
• Lien 6 : Brève description de la technologie CMOS sur Wikipédia
• Lien 7 : Explication de nombreux termes utilisés en électronique numérique
• Lien 8 : Description des technologies TTL et CMOS
• Lien 9 : Questions/Réponses sur les circuits CMOS
• Lien 10 : Information sur le calcul de la résistance à mettre en série avec une DEL (en anglais LED - Light Emitted Diode)
• Lien 11 : Une page web expliquant le fonctionnement du circuit Timer 555
• Lien 12 : SimulPorte, un logiciel qui permet d'apprendre le fonctionnement des portes logiques

 

Voilà! Bon bricolage!

Mes amis!

À la prochaine!