Compteur en anneau
Un compteur en anneau est un registre à décalage connecté en boucle où une seule bascule est active à la fois. Il y a donc dans la sortie un seul bit 1, qui se décale de façon cyclique: \(0010 \rightarrow 0001 \rightarrow 1000 \rightarrow 0100 \rightarrow 0010, \ldots\) La figure suivante illustre un compteur en anneau de quatre bits. Une entrée *Init` permet d’injecter un bit 1 dans le registre au début. La trace montre les formes d’onde obtenues.
On utilise fréquemment ce type de compteur pour générer des signaux de synchronisation. En effet, chaque sortie devient active à son tour dans le cycle, pendant une période d’horloge.
Compteur Johnson à 4 bits
| No | $$a$$ | $$b$$ | $$c$$ | $$d$$ | ET requis |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | $$a^\prime d^\prime $$ |
| 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | $$a b^\prime $$ |
| 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | $$b c^\prime $$ |
| 4 | 1 | 1 | 1 | 0 | $$c^\prime d^\prime $$ |
| 5 | 1 | 1 | 1 | 1 | $$a d^\prime $$ |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 1 | $$a^\prime b $$ |
| 7 | 0 | 0 | 1 | 1 | $$b^\prime c $$ |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 1 | $$c^\prime d $$ |
On peut construire des signaux de synchronisation distincts en combinant deux par deux au moyen d’une porte ET des signaux de sortie voisins (dans le cycle) ou leurs compléments. Le tableau 4 donne les paires de sorties à combiner pour ce faire avec le compteur Johnson de quatre bits.
Nous avons appliqué ce principe à un compteur Johnson de deux bits, présenté sur la figure ci-dessous. La figure montre une trace d’exécution avec les signaux de sortie. On y voit que chacun des quatre signaux est activé à son tour.
Compteur Johnson à 2 bits et circuit de décodage pour signaux de synchronisation
Si on s’intéresse aux sorties des bascules de ce même compteur Johnson, on peut voir sur la trace d’exécution de la figure suivante qu’on obtient des signaux en quadrature, c’est-à-dire que les sorties sont déphasées de 90 degrés les unes par rapport aux autres, comme le sont des fonctions \(\sin(), \cos(), -\sin(), -\cos()\).
Signaux en quadrature obtenus au moyen d’un compteur Johnson à 2 bits
Diviseur de fréquence
Un compteur peut être utilisé pour diviser la fréquence d’un signal périodique. Par exemple, la sortie d’un compteur à un bit change d’état à tous les deux coups d’horloge, ce qui constitue une division par deux de la fréquence d’horloge. Cette approche permet naturellement des divisions par des puissances de deux.
On peut aussi utiliser un compteur Johnson, qui permettra alors, selon le nombre d’étages du compteur, des divisions de fréquence par des diviseurs, comme trois ou cinq, qui ne sont pas des puissances de deux.
Compteur à chargement parallèle
Un compteur à chargement parallèle est illustré à la figure
suivante. En activant l’entrée Compte, le comptage se fait vers le
haut. En activant l’entrée Charge, les entrées \(I_i, i=0, \ldots,
3\) sont insérées dans les bascules. Il y a aussi une sortie ov qui
indique lorsque le compteur atteint sa valeur maximale. Cette sortie
peut être utilisée pour activer un autre compteur pour des bits de
plus haut niveau.
Compteur à chargement parallèle
La trace d’exécution de la figure suivante montre le comptage de 4
jusqu’à 15 et retour à 0. On voit le signal ov s’activer sur 15.
Trace d’exécution, de 0 à 15
La trace de la figure suivante montre le compteur qui passe de 0 à 5, puis un chargement parallèle de la valeur 12.
Trace d’exécution, de 0 à 5 et chargement de 12
Compteur modulo
On peut réaliser aisément un compteur modulo dont le cycle est plus court que le maximum possible, en utilisant un compteur avec chargement parallèle. Par exemple, pour réaliser un compteur qui compte de 0 jusqu’à 12, il suffit de décoder au moyen d’une porte ET l’état qui doit être le dernier du cycle, et d’utiliser le signal de sortie obtenu pour charger la valeur 0 dans le compteur. On obtient ainsi un compteur modulo-13, dont le cycle compte 13 états. La figure illustre le compteur modulo-13, de même qu’une trace d’exécution sur laquelle on voit le passage de 12 à 0.
Compteur modulo-13
On pourrait aussi réaliser un compteur qui compte par exemple de 4 à
15, en utilisant cette fois la sortie ov pour activer le chargement
d’une valeur initiale 4.