Avouons-le d'emblée: voici un projet de "chronomètre" (appareil à mesurer le temps) qui, de par sa conception et les composant utilisés, s'apparente davantage à un vulgaire gadget qu'à un instrument de précision! Mais le but est ici essentiellement pédagogique, puisque nous allons exploiter deux circuits intégrés très répandus: le compteur décimal 4017, épaulé par le 4060 qui lui fournira son signal d'horloge. Grâce à eux, nous pourrons visualiser, de dixième en dixième, l'écoulement d'un laps de temps donné (1 minute, 2 minutes, etc...).

Brochage des 4017B et 4060B

Tout d'abord, présentation des deux circuits intégrés que nous utiliserons. Ils comportent chacun 16 broches. Les broches "alimentation" et "masse" sont en noir, les sorties en rouge, les entrées d'une autre couleur.

Le 4060, oscillateur et compteur/diviseur binaire à 14 étages

Nous ne reviendrons pas sur le 4017, que nous connaissons bien. En revanche, le 4060 mérite quelques commentaires. Et pour commencer, une petite mise en garde: selon la version choisie (HCF, HEF, HCT...), les caractéristiques ne sont pas tout à fait les mêmes! Donc méfiance. Nous aurons ici recours aux services d'un très classique 4060B, en version HCF. En cas de doute, on se reportera, comme d'habitude, à la data sheet.

Le 4060 réalise deux choses: (1) il génère une fréquence de base, que nous appellerons f_(osc) et (2) il divise cette fréquence f_(osc) par un nombre binaire pouvant atteindre 2¹⁴, soit 13.384.

Supposons que f_(osc) soit égale à 26,76 kHz (soit 26.760 Hz), on obtiendra sur la sortie notée Q14 une fréquence de 2 Hz, donc un train d'impulsions dont la période sera de 0,5 seconde.

Ceci revient à dire que le 4060 "compte", dans un système 2ⁿ, le nombre d'impulsions qu'il génère lui-même. A noter que le comptage s'effectue en logique négative, donc sur front descendant du créneau.

La fréquence f_(osc) est obtenue par divers moyens, le plus simple étant le montage de deux résistances et d'un condensateur externes, selon le schéma suivant:

Attention: la valeur minimale de Ct doit être de 100 pF (0,1 nF) et celle de Rt doit être d'au moins 1 kilo-ohm. Quant à la résistance désignée R2, sa valeur conseillée est environ dix fois supérieure à celle de Rt.

Signalons en outre la présence d'une entrée RESET (pin 12), qui remet à zéro l'oscillateur et toutes les sorties lorsqu'elle est portée à l'état haut.

Nous n'irons pas plus loin dans la description de ce circuit intégré, car nous en savons maintenant assez pour le faire travailler. Rappelons toutefois que la tension d'alimentation ne devra pas excéder 18 volts.

Mise en oeuvre du 4060

Passons aux choses sérieuses et commençons à construire notre générateur de signaux qui, nous le verrons plus loin, fournira au 4017 son signal d'horloge.

On observe que le 4060 est alimenté (broche 16) par une pile de 9 volts (ou une alimentation régulée), la broche 8 étant bien entendu reliée à la masse. On reconnait les trois composants externes Rt, Ct et R2 (470 k) qui nous permettront de déterminer la fréquence f(osc) selon la formule donnée à droite. Sur la sortie Q14 (broche 3), cette fréquence sera divisée par 2¹⁴, donc 16.384. Toutes les autres sorties resteront inutilisées (sauf si vous envisagez "d'améliorer" le schéma!). Enfin, on notera la présence d'un bouton-poussoir qui, lorsqu'il est appuyé, provoque la remise à zéro du 4060.

Etape suivante: nous allons nous offrir la possibilité de "mesurer" non pas une durée pré-définie, mais cinq, au choix! Voici comment:

Pas de panique: nous n'avons fait que rajouter un commutateur rotatif à 2 ciruits et 6 positions par circuit. Le rôle de ce commutateur est double: (1) il fait office, sur les positions 1/7, d'interrupteur général et (2) il autorise le choix d'une durée pré-définie parmi cinq.

Commutateur rotatif 2 circuits / 6 positions. Les positions sont repérées en clair face au picot correspondant.

Si ce schéma vous laisse perplexe, voici comment ça marche. Le commutateur étant sur 1/7 (OFF), le circuit de la pile est ouvert, le montage n'est pas alimenté. On tourne d'un cran: sur la position 2 (circuit A) on insère Rt1 entre la broche 10 du 4060 et la résistance R2 de 470 k, tandis que simultanément, sur la position 8 (circuit B), on ferme le circuit de la pile, qui alimente la broche 16 du 4060. On tourne encore d'un cran: sur la position 3 (circuit A) on insère Rt2 à la place de Rt1, tandis que sur la position 9 (circuit B) le circuit de la pile reste fermé (et il en sera de même sur 10, 11 et 12, puisque toutes ces positions sont reliées entre elles). Et ainsi de suite. Pigé, cette fois?

En résumé, on commencera par tourner le commutateur rotatif sur la position désirée (1 minute, 2 minutes...), puis on lancera le "chronomètre" en appuyant sur le BP RAZ.

Si le commutateur rotatif vous pose problème, supprimez-le et n'en parlons plus. D'autres solutions existent: une unique résistance Rt, ou pourquoi pas un potentiomètre en série avec une résistance talon de 1 k, ce qui ouvre d'autres possibilités...

Calculons les valeurs de Rt et Ct

Partons de ce postulat: notre durée de base sera de 1 minute et les quatre autres durées pré-définies seront des multiples (2, 3, 4 et 5 minutes). Si ces durées ne vous conviennent pas, vous pourrez aisément les modifier.

Nous voulons obtenir en sortie du 4060 un train d'impulsions dont la période sera non pas de 60 secondes, mais de 60 secondes divisées pas 10, soit 6 secondes, puisque le 4017 allumera 10 DEL à tour de rôle, de manière à matérialiser la progression de l'écoulement du temps.

Oui, mais... Ce serait trop simple!

En effet, il faut considérer qu'à la RAZ, le 4017 allumera d'office la DEL de la sortie "0" (broche 3), qui s'éteindra lors du prochain front montant, c'est-à-dire le premier. Autrement dit, la première DEL restera allumée pendant une demie période seulement, tandis que toutes les autres s'allumeront pendant une période du signal d'horloge. Donc, au total, il faudra diviser notre minute par 9½...

Reprenons: 60 secondes divisées pas 9½ font 6,315 secondes.

Sachant que la sortie Q14 divise f_osc par 16.384, la période t du signal de base sera alors de 0,000385 seconde. D'où une fréquence f_osc de 2597 Hz (puisque f=1/t).

Simplifions et contentons-nous de f_osc égale à 2,6 kHz. Continuons:

Reste maintenant à choisir Rt et Ct... Prenons Ct = 0,01 µF, ou 10 nF, une valeur courante. En d'autres mots: 10 x 10^-9 F.

La suite est facile: Rt vaudra 0,000167 divisé par 10 x 10^-9, ce qui nous donne:

Et nous voici arrivés au bout de nos peines...

Pour une durée double (2 minutes), il suffit de doubler Rt: 33,4 k. Pour une durée triple, on triple: 50,1 k. Et pour 30 secondes, on divise par deux: 8,3 k.

Ces valeurs n'étant pas normalisées, on prendra la valeur la plus proche, ou on mettra en série des résistances de valeurs adéquates.

Le schéma complet

Le voici!

Par rapport à ce que nous avons déjà vu, on observe que la sortie Q14 (broche 3) du 4060 est reliée à la broche 14 du 4017, c'est-à-dire son entrée d'horloge. Ce que le 4017 va compter, ce sont donc les créneaux issus du 4060. Le reste appelle peu de commentaires, si ce n'est que le BP RAZ provoque non seulement la RAZ du 4060, mais aussi, on l'a dit, celle du 4017 (broche 15). Cela parait en effet préférable pour la synchronisation... Ensuite, les DEL s'allument à tour de rôle, de la première à la dernière... puis ça recommence. Eh oui, il n'a pas été prévu, ici, de stopper le comptage une fois la durée totale atteinte.

Petite question: comment faire pour que le compteur s'arrête au terme de la durée définie? Souvenez-vous que la broche 13 du 4017 (clock inhibit), lorsqu'elle est portée à l'état haut, assure précisément cette fonction! Il suffit donc de relier la broche 11 (dernière DEL) à la broche 13 et le tour est joué!

Conclusion

Répétons-le, ce projet de "chronomètre" à vocation purement pédagogique ne prétend nullement à une précision d'horloge suisse! Au demeurant, un esprit astucieux verra bien vite les nombreuses améliorations ou modifications qu'il est possible d'y apporter. Par exemple, on pourrait faire clignoter la dernière DEL, ou déclencher une alarme sonore, ou étendre le comptage décimal jusqu'à 100 (avec deux 4017 en cascade). On pourrait encore exploiter une ou plusieurs autres des sorties du 4060, qui sont entre elles dans un rapport de division fixe. Bref, la richesse potentielle de ces deux c.i. ouvre de vastes horizons aux cerveaux fertiles!