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Dernière mise à jour : 22/11/2009
Présentation
Voici là quelques petits montages d'initiation, conçus autour
de circuits intégrés bon marché et faciles
à trouver. Le premier permet d'allumer une led
différente
à chaque nouvel appui sur un bouton poussoir. Il s'agit d'un
chenillard manuel. Le second schéma intègre un
oscillateur,
ce qui
permet d'allumer de façon automatique les
leds les unes après les autres, sans intervention manuelle. Pour
ce second montage, la vitesse de défilement est réglable.
Dans les deux cas, il y a dix leds. Puis d'autres schémas
présentent des possibilités d'extension pour ces deux
chenillards de base. Voir aussi Bases - Chenillard
et le
chenillard
002
qui est une version 6 voies avec fonction aller-retour.
Le schéma du chenillard manuel
Les leds s'allument les unes après les autres à chaque
appui sur le bouton poussoir.
Le compteur CD4017
Le CD4017 est un compteur décimal qui possède une
entrée d'horloge CLK et dix sorties distinctes Q0
à Q9, dont une seule peut être active à un instant
donné. Les sorties sont activées séquentiellement,
c'est à dire les unes après les autres, à chaque
nouvelle impulsion sur l'entrée d'horloge CLK. Par impulsion,
entendez deux changements d'état logique successifs, par exemple
passage de l'état bas (0V) à l'état haut (+V),
puis retour de l'état haut à l'état bas. Ainsi, si
vous appliquez une série de dix impulsions sur
l'entrée d'horloge CLK, les dix sorties seront
activées les unes après les autres. Le schéma
ci-avant montre que c'est la troisième sortie (Q2) qui est
activée et qui provoque l'allumage de la led D3, une impulsion
envoyée sur l'entrée d'horloge aura donc pour effet de
désactiver cette sortie puis d'activer la suivante (Q3),
allumant la led D4. Une autre impulsion, et c'est la sortie Q4 qui sera
activée et donc la led D5 allumée, etc. Dans le cas
présent, l'impulsion appliquée à l'entrée
d'horloge CLK est produite par un bouton poussoir, qui lorsqu'il est
enfoncé, amène la tension de +9V sur l'entrée CLK.
Quand le poussoir est relaché, l'entrée CLK est
portée à un potentiel nul, grace à la
présence de la résistance R2 reliée à la
masse (0V).
Anti-rebonds
La présence du condensateur C1 aux bornes du bouton poussoir
permet de s'affranchir des rebonds mécaniques provoqués
par le bouton poussoir quand on le manipule, et qui provoquent
plusieurs impulsions successives non désirées. Si vous
retirez ce condensateur, vous verrez qu'à chaque appui sur le
bouton poussoir, plusieurs leds s'allument à tour de rôle
très rapidement, comme si vous aviez appuyé plusieurs
fois très rapidement au lieu d'une seule fois. Je vous conseille
vivement de retirer temporairement le condensateur C1 et de
faire
le test au moins une fois pour vous
rendre compte de ce qui se passe.
Commande des leds
Vous pouvez noter la présence d'une seule résistance de
limitation de courant (R1) pour l'ensemble des leds. Cela n'est
possible ici que parce qu'une seule sortie du CD4017 n'est active
à la fois. Bon, en pratique, il arrive parfois que plusieurs
sorties du CD4017 soient actives en même temps lors de la mise
sous tension, mais ne vous inquiétez pas, la conséquence
première est que les leds brillent moins que la normale, pas de
risque de cramer le circuit intégré.
Le schéma du chenillard automatique
Les leds s'allument les unes après les autres de façon
automatique, au rythme de l'oscillateur construit autour du NE555,
rythme qui dépend de la position du potentiomètre RV1.
Le NE555 est un circuit intégré génial,
très connu des électroniciens qui l'emploient pour
diverses taches, même si la plus courante et la plus connue est
sans aucun doute l'oscillateur
astable permettant de produire un signal
rectangulaire périodique ou le monostable
permettant
de produire une impulsion de durée calibrée. Comme chez
nous on aime faire simple,
le NE555 est ici cablé en oscillateur astable (j'aime ce mot
parce qu'il me fait penser à aller manger). Le signal
rectangulaire qui permet de faire avancer pas à pas le compteur
CD4017, est disponible sur la broche de sortie 3 du NE555, et va
directement sur l'entrée d'horloge CLK du CD4017. Ah ba non, les
signaux d'horloge ne sont pas appliqués sur l'entrée CLK
du CD4017, cette broche est d'ailleur reliée au +V. Bizarre. Une
erreur, sans doute ? Et bien non, vous pouvez aussi faire avancer le
compteur CD4017 en reliant son entrée CLK au +V, et en
appliquant les signaux d'horloge sur son entrée de validation E,
broche 13. En somme, le
NE555 remplace bêtement le bouton poussoir de notre premier
montage, et nous évite des crampes dans nos petits doigts, et
surtout, permet au compteur de continuer de tourner même quand on
s'est endormi devant le montage (les leds qui avancent ont un terrible
pouvoir hypnotique, comme les poissons dans un aquarium). Les
composants R1, R2 et C1 déterminent la plage de fréquence
de fonctionnement, c'est grace à leur valeur que l'on
décide si le défilement des leds doit se faire
globalement rapidement ou lentement. Bien entendu, un réglage de
vitesse par potentiomètre est disponible, car il n'y a rien de
plus casse-pied que de devoir changer une résistance ou un
condensateur pour changer la cadence du défilement.
Autre chose qu'un NE555 ?
Le NE555 vous donne des boutons ? Vous avez à disposition une
porte logique de type trigger de schmitt style CD4093 ou CD40106 et
vous aimeriez bien l'exploiter ? Aucun problème, puisqu'une
telle porte peut être utilisée pour réaliser un
oscillateur astable. C'est ce que montre le schéma suivant :
Si vous voulez en savoir plus, jetez donc un coup d'oeil à la
page Oscillateur
rectangulaire à base de CD4093.
Proto réalisé avec un CD4017 et CD4093
Le tout monté dans un petit boitier plastique, comme l'attestent
les photos suivantes. Les leds "tournent" quand on appuye sur le bouton
poussoir flanqué en plein milieu du boitier.
(clic pour aggrandir)
Les leds ont été fixées avec de la colle fondue
avec un pistolet électrique. Ca fait presque aussi moche que mon
feu follet :
Mais revenons à nos moutons...
Même chose avec le CD40106 en remplacement du CD4093, celà fonctionne là
aussi très bien :
Plus de voies de sortie avec plusieurs CD4017 ?
Il va de
soi que les 10 sorties du CD4017 sembleront un peu justes à certains,
qui réclameront 12 sorties, 16 sorties ou même 30 sorties. Qu'à cela ne
tienne, il est possible de chaîner plusieurs CD4017 en vue d'augmenter
le nombre de sorties. Le schéma suivant, décrit en détail à la page Chenillard 014, présente un tel exemple d'extension à 16 voies de sortie.
Dans
la réalité, on ne peut pas exploiter les dix sorties de chaque CD4017,
mais qu'importe, la perte est faible : pour le premier CD4017 on peut
utiliser 9 sorties sur les dix, et pour chaque CD4017 suivant, on peut
exploiter 8 sorties sur les dix. Une autre façon de procéder
consisterait à utiliser un compteur BCD associé à un décodeur BCD /
Décimal (par exemple un CD4040 et un CD4514 pour 16 sorties, ou un
CD4040 et deux CD4514 pour 32 sorties).
Autre chose que des leds en sortie ?
Vous pouvez brancher autre chose que des leds en sortie du CD4017. Par
exemple, des optocoupleurs (ou optotriacs) avec des triacs, pour
permettre un
branchement sur secteur 230V, pour un pilotage d'ampoules 230V (voir
page interface
secteur 230V).
Vous pouvez également n'utiliser que de simples triacs, sans
isolation électrique entre sorties du CD4017 et élements
de puissance, mais vous devez alors faire encore plus attention car une
des bornes du secteur se retrouve alors reliée à la basse
tension qui alimente les circuits intégrés de commande
(voir page Chenillard
007). En restant dans le domaine des basses
tensions, vous
pouvez aussi cabler des petites ampoules à incandescence qui
s'allume instantanement et s'éteignent progressivement (exemple
en page Chenillard
005).
Ou pour rester plus simple, des ampoules qui s'allument et
s'éteignent normalement, au travers d'un simple transistor de
moyenne ou forte puissance, comme le montre l'exemple suivant :
Dans ce schéma, Q1 est un transistor de type Darlington, c'est
à dire qu'il possède un très grand gain, qui le
rend apte à commuter un courant important (une ampoule de
puissance consommant 1 A en régime établi, par exemple)
avec un courant de commande aussi faible (quelques mA) que celui
limité d'une sortie d'un circuit CMOS tel le CD4017. Q10 en
revanche est un modèle un peu plus "faiblard", qui convient pour
piloter des courants de quelques dizaines de mA, voire de 100 mA (il
pourrait commuter un courant plus important si on pouvait lui fournir
un courant de base plus conséquent). Vous l'avez compris, le
choix du transistor doit se faire en fonction de la charge
commandée. Pour quelques dizaines de mA, vous pouvez vous
contenter d'un 2N2222 ou d'un 2N1711, pour des courants de plusieurs
ampères il faut s'orienter vers des transistors de forte
puissances, darlington (par exemple TIP122) ou MOSFET (par exemple
IRF540 ou IRFZ44).
Vous pouvez aussi câbler des potentiomètres
réglés différement, pour fournir une suite
(séquence) de tensions différentes, attaquant par exemple
l'entrée d'un VCO, ce qui transforme alors le chenillard en
boite à musique programmable. En ajoutant un condensateur, vous
pouvez
même obtenir une tension qui passe d'une valeur à l'autre
de
façon progressive (pour obtenir une effet de glissando par
exemple).
Le schéma précédent ne le montre pas, mais il est
préférable d'ajouter une diode sur chaque sortie pour
isoler les sorties entre elles et éviter ainsi qu'elles ne
puissent interagir entre elles. Un exemple pratique d'un petit
séquenceur musical 10 voies tenant compte de ce point est
donné à la page VCO
003.
Vous pouvez aussi fort bien exploiter les sortie du CD4017 pour
sélectionner une source audio parmi plusieurs, voir par exemple
le montage expérimental Commutateur audio 010 qui utilise des diodes classiques au silicium "pilotées" par un 4017 pour faire passer ou bloquer des signaux audio.
Autre chose qu'un CD4017 ?
Oui, le CD4022 par exemple, qui dispose de 8 sorties contre 10 avec le
CD4017. Mais si cela vous suffit, n'hésitez pas !
Le
câblage est similaire à celui du CD4017, les broches CLK (horloge), E
(validation) et MR (remise à zéro) doivent être utilisées de la même
façon.
Séquence unique
Vous
avez envie que les leds s'allument toutes à tour de rôle, mais sur un
cycle unique : une fois la dernière led allumée, vous voulez que tout
s'arrête. Pour cela, il faut bloquer l'oscillateur ou le compteur quand
la première passe est achevée. Un exemple pratique est proposé sur le
schéma suivant.
La
dernière sortie de U2 / CD4017 (Q9), qui alimente la led
D10, pilote le transistor Q1 via R5, ce transistor est monté en
commutation (fonctionnement en tout ou rien). Tant que la sortie Q9 est
à l'état bas, le transistor Q1 ne conduit pas (la jonction C-E se
comporte comme un interrupteur ouvert), et la broche 4 de U1 / NE555
est portée à un état logique haut grâce à la résistance R4. Dès que la
sortie Q9 s'active (passe à l'état haut), le transistor Q1 reçoit sur
sa base un courant suffisant pour le saturer, et la jonction C-E se
comporte alors comme un interrupteur fermé, dont la résistance, si elle
n'est pas nulle, n'en est pas moins bien plus faible que celle de R4 :
l'entrée 4 de U1 / NE555 passe a l'état logique bas et l'oscillateur se
bloque aussitôt. Le compteur U2 / CD4017 ne recevant plus aucune
impulsion d'horloge, il reste sur sa position, c'est à dire avec D10
allumée en continu. Si on souhaite que D10 reste allumée aussi
longtemps que les autres leds et s'éteigne à son tour une fois le cycle
terminé, il faut ajouter une logique supplémentaire.
Variation progressive de l'intensité lumineuse ?
La
luminosité des leds peut évoluer de façon régulière à chaque changement
de led, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un arsenal de composants
additionnels. Une façon de procéder est décrite à la page chenillard 010.
