diviseur frequence par 2

Comment fonctionne un diviseur de fréquence?

Dans les tutoriels de logique séquentielle, nous avons vu comment fonctionnent les bascules de type D et comment elles peuvent être reliées entre elles pour former un Data Latch.

Une autre caractéristique utile de la bascule de type D est qu’elle peut être utilisée comme diviseur binaire, pour la division de fréquence ou comme compteur “diviser par 2”. Ici, la borne de sortie inversée Q (NOT-Q) est directement connectée à la borne d’entrée de données D, ce qui donne au dispositif une “rétroaction” comme indiqué ci-dessous.

diviseur de fréquence par 2


Les formes d’onde de fréquence ci-dessus montrent qu’en “renvoyant” la sortie de Q à la borne d’entrée D, les impulsions de sortie à Q ont une fréquence qui est exactement la moitié ( ƒ ÷ 2 ) de celle de l’horloge d’entrée. En d’autres termes, le circuit produit une division de la fréquence puisqu’il divise maintenant la fréquence d’entrée par un facteur de deux (une octave).

Cela produit alors un type de compteur appelé “compteur d’ondulation” et dans les compteurs d’ondulation, l’impulsion d’horloge déclenche la première bascule dont la sortie déclenche la deuxième bascule, qui à son tour déclenche la troisième bascule et ainsi de suite à travers la chaîne produisant un effet d’ondulation (d’où leur nom) du signal de synchronisation lorsqu’il passe à travers la chaîne.

La bascule


Un autre type d’appareil numérique qui peut être utilisé pour la division des fréquences est la bascule de type T ou Toggle. Avec une légère modification d’une bascule JK standard, nous pouvons construire un nouveau type de bascule appelé bascule Toggle.

Les toggle flip-flops peuvent être fabriquées à partir de toggle de type D comme indiqué ci-dessus, ou à partir de toggle JK standard comme la 74LS73. Le résultat est un appareil avec seulement deux entrées, l’entrée “Toggle” elle-même et l’entrée “Clock” à contrôle négatif, comme indiqué.

Tong à bascule


Une “bascule” tire son nom du fait que la bascule a la capacité de basculer ou de passer d’un état à l’autre, l'”état de basculement” et l'”état de mémoire”. Comme il n’y a que deux états, une bascule de type T est idéale pour une utilisation dans la division de fréquence et la conception de compteurs binaires.

Les compteurs d’ondulation binaires peuvent être construits à l’aide de “Toggle” ou de “T-type flip-flops” en connectant la sortie d’une bascule à l’entrée d’horloge de la suivante. Les bascules à bascule sont idéales pour construire des compteurs d’ondulation car elles permettent de basculer d’un état à l’autre (de HAUT à BAS ou de BAS à HAUT) à chaque cycle d’horloge, de sorte que des circuits simples de division de fréquence et de comptage d’ondulation peuvent facilement être construits en utilisant des circuits de bascules de type T standard.

Si nous connectons en série deux bascules en T, la fréquence d’entrée initiale sera “divisée par deux” par la première bascule ( ƒ ÷ 2 ), puis “divisée par deux” à nouveau par la deuxième bascule ( ƒ ÷ 2 ) ÷ 2, ce qui donne une fréquence de sortie qui a été effectivement divisée quatre fois, puis sa fréquence de sortie devient un quart (25%) de la fréquence d’horloge initiale ( ƒ ÷ 4 ).

Chaque fois que nous ajoutons une autre bascule ou une bascule de type “T” à la chaîne, la fréquence d’horloge de sortie est divisée par deux ou par deux à nouveau et ainsi de suite, ce qui donne une fréquence de sortie de 2n où “n” est le nombre de bascules utilisées dans la séquence.

La bascule ou flip-flop de type T est alors un dispositif de division par 2 déclenché par le front, basé sur la bascule standard de type JK et qui est déclenché sur le front montant du signal d’horloge. Le résultat est que chaque bit se déplace vers la droite d’une bascule. Toutes les bascules peuvent être réinitialisées de manière asynchrone et peuvent être déclenchées pour activer soit le front avant soit le front arrière du signal d’horloge d’entrée, ce qui en fait un dispositif idéal pour la division de fréquence.

Ce type de circuit de comptage utilisé pour la division de fréquence est communément appelé compteur binaire asynchrone à 3 bits car la sortie sur l’AQ vers le CQ, qui est de 3 bits de large, est un comptage binaire de 0 à 7 pour chaque impulsion d’horloge.

Dans un compteur asynchrone, l’horloge est appliquée uniquement au premier étage, la sortie d’un étage de bascule fournissant le signal d’horloge pour l’étage de bascule suivant et les étages suivants dérivent l’horloge de l’étage précédent, l’impulsion d’horloge étant divisée par deux par chaque étage.

Cette disposition est communément appelée asynchrone, car chaque événement de synchronisation se produit indépendamment, tous les bits du compteur ne changeant pas en même temps. Le compteur compte séquentiellement dans le sens ascendant de 0 à 7. Ce type de compteur est également connu sous le nom de compteur “ascendant” ou “direct” (CTU) ou de “compteur ascendant asynchrone à 3 bits”. Le compteur asynchrone à trois bits illustré est typique et utilise des bascules en mode alterné. Des compteurs asynchrones “bas” (CTD) sont également disponibles.

Tableau de vérité pour un compteur ascendant asynchrone à 3 bits
Modèle de bits de sortie du cycle d’horloge

On peut donc voir que la sortie de la bascule de type D est à la moitié de la fréquence de l’entrée, c’est-à-dire qu’elle compte en 2. En mettant en cascade plusieurs bascules de type D ou à bascule, nous pouvons produire un circuit de division par 2, par 4, par 8, etc. qui divisera la fréquence de l’horloge d’entrée par 2, 4 ou 8 fois, en fait n’importe quelle valeur à la puissance de 2 que nous voulons pour faire un circuit de compteur binaire.

Compteurs binaires


Ainsi, nous pouvons voir qu’un compteur n’est rien d’autre qu’un registre spécialisé ou un générateur de motifs qui produit un motif de sortie ou une séquence de valeurs binaires (ou d’états) spécifiés sur l’application d’un signal d’impulsion d’entrée appelé “horloge”.

L’horloge est en fait utilisée pour le transfert de données dans ces applications. En général, les compteurs sont des circuits logiques qui peuvent incrémenter ou décrémenter un compte d’une unité, mais lorsqu’ils sont utilisés comme compteurs asynchrones de division par n, ils sont capables de diviser ces impulsions d’entrée en produisant un signal de division d’horloge.

Les compteurs sont formés en connectant des bascules ensemble et n’importe quel nombre de bascules peut être connecté ou “cascadé” ensemble pour former un compteur binaire “diviseur par n” où “n” est le nombre d’étages de comptage utilisés et qui est appelé le module. Le module ou simplement “MOD” d’un compteur est le nombre d’états de sortie par lesquels le compteur passe avant de revenir à zéro, c’est-à-dire un cycle complet.

Ensuite, un compteur avec trois bascules comme le circuit ci-dessus comptera de 0 à 7, c’est-à-dire 2n-1. Il possède huit états de sortie différents représentant les nombres décimaux de 0 à 7 et est appelé compteur Modulo-8 ou MOD-8. Un compteur avec quatre bascules comptera de 0 à 15 et est donc appelé compteur Modulo-16 et ainsi de suite.

Un exemple de ceci est donné comme suit.

Compteur binaire à 3 bits = 23 = 8 (modulo-8 ou MOD-8)
Compteur binaire à 4 bits = 24 = 16 (modulo-16 ou MOD-16)
Compteur binaire à 8 bits = 28 = 256 (modulo-256 ou MOD-256)
et ainsi de suite…
Le nombre Modulo peut être augmenté en ajoutant plus de bascules au compteur et la mise en cascade est une méthode permettant d’obtenir des compteurs à module plus élevé. Ensuite, le nombre modulo ou MOD peut simplement être écrit comme : Numéro de MOD = 2n

Compteur Modulo-16 à 4 bits

Les compteurs asynchrones multi-bits connectés de cette manière sont également appelés “compteurs d’ondulation” ou diviseurs d’ondulation car le changement d’état à chaque étape semble se “onduler” lui-même à travers le compteur depuis la sortie LSB jusqu’à sa connexion de sortie MSB. Les compteurs d’ondulation sont disponibles sous forme de circuit intégré standard, du 74LS393, un compteur double de 4 bits, au 74HC4060, un compteur d’ondulation de 14 bits avec son propre oscillateur d’horloge intégré, qui produit une excellente division de la fréquence fondamentale.

Résumé de la division de fréquence


Pour la division des fréquences, des bascules en mode alterné sont utilisées dans une chaîne comme diviseur par deux compteurs. Une bascule divisera l’horloge, ƒIN par 2, deux bascules diviseront ƒIN par 4 (et ainsi de suite). L’un des avantages de l’utilisation de bascules à bascule pour la division de fréquence est que la sortie à n’importe quel point a un cycle d’utilisation exact de 50 %.

Le signal d’horloge de sortie final aura une valeur de fréquence égale à la fréquence d’horloge d’entrée divisée par le numéro de MOD du compteur. Ces circuits sont connus sous le nom de compteurs “divisés par n”. Les compteurs peuvent être formés en connectant des bascules individuelles ensemble et sont classés selon la façon dont ils sont cadencés.

Dans les compteurs asynchrones, (compteur d’ondulation) la première bascule est cadencée par l’impulsion d’horloge externe et ensuite chaque bascule successive est cadencée par la sortie de la bascule précédente. Dans les compteurs synchrones, l’entrée de l’horloge est connectée à toutes les bascules de manière à ce qu’elles soient synchronisées simultanément.

Dans le prochain tutoriel, nous examinerons les compteurs asynchrones, et nous verrons que la principale caractéristique d’un compteur asynchrone est que chaque bascule de la chaîne dérive sa propre horloge de la précédente et est donc indépendante de l’horloge d’entrée.

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