Le projet ci-dessous met en oeuvre deux c.i. de la famille 4000, à savoir le 4518, double compteur BCD, et le 4511, décodeur BCD vers afficheur 7 segments.

Si le schéma, à première vue, peut paraître spectaculaire, voire intimidant, ce montage demeure relativement simple dans sa conception. L'objectif est de réaliser un module capable de compter deux évènements différents et d'afficher le résultat, en clair, sur deux afficheurs 7 segments. Notons tout de suite qu'il s'agit d'afficheurs "cathode commune".

Analysons le schéma

Le schéma comporte trois blocs fonctionnels:

1. un double compteur (le 4518), qui compte le nombre de créneaux arrivant sur ses deux entrées et donne le résultat dans le système BCD
2. un décodeur/pilote (le 4511), qui traduit le code BCD en décimal, d'une part, et pilote directement un afficheur 7 segment; pour exploiter pleinement les capacités du 4518, on utilise ici deux exemplaires du 4511
3. un afficheur 7 segments cathode commune pour chacun des deux 4511; ce composant affiche le résultat obtenu, de 1 à 0.

En résumé, on compte et on affiche le résultat en clair (dans la limite des unités)...

A la question "on compte quoi au juste?", bornons-nous à répondre: les signaux de forme rectangulaire présentés sur les entrées du 4518. Ce module, autrement dit, n'a en soi aucune utilité particulière, mais il peut devenir intéressant dès lors qu'on le rajoute à un montage en amont.

Le 4518, double compteur BCD

Etudions de plus près le pedigree du 4518, disponible en version HCF ou HEF. Son brochage est le suivant:

CP0A, CP0B: entrées d'horloge (clock), déclenchement sur front montant (LOW to HIGH triggered) CP1A, CP1B: entrées d'horloge (clock), déclenchement sur front descendant (HIGH to LOW triggered) MRA, MRB: entrées de RAZ (master reset) O0A à O3A ; O0B à O3B: sorties VDD: tension d'alimentation VSS: masse (ground)

Nous avons donc deux compteurs 4 bits (désignés ici A et B), qui peuvent au choix être déclenchés sur le front montant ou sur le front descendant du signal carré présenté en entrée. Le tableau ci-dessous résume les possibilités offertes:

Si, pour un compteur donné, on désire qu'il avance sur front montant, le signal sera présenté sur CP0, CP1 étant à l'état haut (relié à VDD) et MR à l'état bas (relié à VSS). Si on préfère qu'il avance sur front descendant, le signal sera présenté sur CP1 et CP0 sera forcé à l'état bas. La remise à zéro de ce compteur s'opère en portant MR à l'état haut, d'où un état bas sur toutes les sorties (dernier cas du tableau ci-contre). Sur le schéma ci-dessus, on compte sur front montant (logique positive).

Voici pour finir le timing diagram du 4518, c'est-à-dire l'image des différentes entrées et sorties dans le temps:

Le signal carré, tout à gauche, est présenté sur CP₀, CP₁ étant à l'état haut et MR à l'état bas. On observe que la sortie O₀ est haute, les trois sorties O₁, O₂, et O₃ étant basses. Le code BCD se lit, de bas en haut: 0001, soit 1 en décimal. Un deuxième front montant arrive sur CP₀, la sortie O₀ bascule à l'état bas, O₁ passe à l'état haut, O₂ et O₃ demeurent basses. On lit: 0010, soit 2 en décimal. Etc. A partir du onzième créneau, le chronogramme est donné pour un comptage en logique négative, sur font descendant. A l'extrême droite, on visualise l'effet d'une RAZ: MR étant porté à l'état haut, toutes les sorties passent à l'état bas (soit 0000 en BCD et 0 en décimal).

4511, décodeur BCD vers afficheur 7 segments

Voyons maintenant le 4511, dont le rôle sera d'une part de décoder les chiffres binaires fournis par le 4518, et d'autre part de piloter, directement, un afficheur 7 segments à DEL. En effet, le 4511 peut fournir (source, en anglais) 25 mA en sortie, soit un courant amplement suffisant pour alimenter un afficheur.

Les résistances, toutes identiques, figurant sur le schéma, servent à limiter la valeur du courant dans les segments de l'afficheur. A titre purement indicatif, on pourra choisir une valeur de 330 ohms avec +V égal à 9 V. On trouvera la formule exacte et la valeur des paramètres utiles dans la data sheet.

Voici le brochage du 4511:

B, C, D et A (broches 1, 2, 6 et 7) sont les entrées destinées à recevoir les 4 bits du code BCD. Les sorties e, d, c, b, a, g et f (broches 9 à 15 dans cet ordre) pilotes les segments de l'afficheur à cathode commune. L'entrée LT, pour lamp test (broche 3) permet d'allumer tous les segments de l'afficheur. L'entrée BL (blanking) permet d'éteindre l'afficheur. L'entrée LE/STROBE permet de "geler" un chiffre sur l'afficheur. VDD: tension d'alimentation VSS: masse

Nous n'entrerons pas dans le détail de toutes les possibilités offertes par ce c.i.: sa table de vérité, ci-dessous, permet de comprendre son fonctionnement et l'utilité, au besoin, des entrées LT, BL et LE (latch enable).

Un 0 signifie état bas, un 1 état haut, un X, état indifférent (don't care, disent les anglo-saxons, littéralement: on s'en fiche!). L'en-tête "display" désigne bien entendu l'afficheur. On notera que les entrées LT et Bl sont activées en les portant à l'état bas, ce qui provoque soit l'allumage, soit l'extinction (blank) de tous les segments. L'entrée LE est au contaire activée lorsqu'elle est portée à l'état haut, ce qui a pour effet de figer l'affichage à cet instant. Sur notre schéma, aucune de ces fonctions n'est exploitée.

Réalisation pratique du module

Le nombre de composants requis est relativement restreint puisque le montage s'articule autour de trois c.i. (un 4518 et deux 4511), de deux afficheurs à cathode commune et d'une poignée de résistances, toutes identiques. Aucune difficulté particulière n'est à signaler.

La question à se poser concerne la tension d'alimentation (+V sur le schéma, V_DD pour le brochage des c.i.). A priori, et hormis contraintes particulières, une tension d'environ 10 volts (avec V_SS égal à 0 V) conviendra parfaitement. On a dans ce cas des temps de propagation de l'ordre de 60 ns typique. On se reportera aux data sheets des c.i. pour toute précision utile.