génération d'horloge très basse fréquence avec CD4060

[invitee05a3fcc]

Projet : génération d'horloge (issue d'une discussion sur le Forum électronique)

Le problème de base :
Voila j'ai acheté dernièrement une ancienne horloge de Gare de marque BRILLIE. Ces Horloges fonctionnaient avec une horloge mère qui envoyait des impulsions de polarité inversée toutes les 30 secondes à toutes les horloges secondaires ce qui permettait d'avoir exactement la même heure à toutes les horloges en même temps. Cependant n'ayant pas d'horloge mère, et n'étant pas intéressé pour en acquérir une (trop chère, et pas collectionneur) celle la me suffit, et j'aimerai la faire fonctionner.
http://forums.futura-sciences.com/sh...highlight=4060

Une solution

L'idée est d'utiliser un 4060 qui contient 14 diviseurs par deux et a la possibilité d'utiliser un quartz pour avoir une bonne stabilité. Le 4060 existe en deux technologies avec la même fonctionnalité pour notre application :
- CD4060 (alimentation Vdd = 5 à 15V) http://www.datasheetcatalog.net/data...0/CD4060.shtml
- 74HC4060 (alimentation Vdd = 2 à 6V) http://www.datasheetcatalog.com/data...74HC4060.shtml

Avec un quartz " horloger " de 32768 Hz, il est possible de générer des fréquences très basses ( 2 Hz). Hélas, c'est une fréquence encore trop élevée pour la pendule qui demande 1/60 Hz pour fonctionner. Donc, on utilise un deuxième 4060 pour obtenir la bonne fréquence. On pourrait utiliser un 4040 ou un 4020, mais c'est plus facile pour l'approvisionnement, d'utiliser le même composant. Le 2 Hz est donc divisé par le second 4060 par 128 et on obtient une fréquence de 1/64 Hz avec la stabilité du quartz. Comme c'est dommage, il fallait 1/60 Hz ! On reverra le problème plus tard.

Le signal de sortie du 4060 est en 0V/Vdd, mais on ne peut pas tirer beaucoup de courant, moins de un milliampère. Donc pour alimenter la bobine réceptrice, il faut :
- Augmenter le courant de sortie : Ceci est fait avec deux transistors NPN et PNP montés en suiveur (n'importe quel transistor est utilisable)
- Générer une impulsion négative et une impulsion positive : Un condensateur de 470µF en série avec une résistance de 22 ohms fait le travail (ces valeurs ont été déterminées expérimentalement et dépendent de la valeur de Vdd et de la sensibilité mécanique et électrique de l'horloge)

Il faut maintenant résoudre le problème du diviseur par 60 à la place de 64, sinon notre horloge retardera systématiquement.

Le compteur par 64 est composé de 6 bascules binaire et ce qu'il faut, c'est remettre le compteur à zéro quand il y a eu 60 impulsions (et non 64). La valeur de 60 (décimal) se code en binaire 111100
60 = 1*32 + 1*16 +1*8 + 1*4 + 0*2 + 0*1
Donc il faut détecter que les quatre bascules de poids forts sont dans l'état " 1 " et, dans ce cas, forcer une remise à "000000".

Ceci se fait facilement avec une porte AND à quatre entrées. En fait, on utilise une porte NAND de type CD4012 qui est plus facile à trouver, suivis de l'autre moitié du CD4012 montée en inverseur. Donc quand le compteur arrive à la valeur décimale 60 (111100 en binaire ou 0x3C en hexadécimal), la sortie du AND passe à l'état "1", qui est juste le niveau qu'il faut pour remettre le 4060 à zéro. Le seul (léger) inconvénient de ce montage, c'est que la sortie d'horloge à 1/60 Hz reste 32 secondes à l'état "0" et 28 secondes à l'état "1", mais cela ne présente aucun problème pour la précision de la minute.

La première image représente le schéma final
La deuxième image représente le chronogramme du compteur par 60
La troisième image représente une simulation (simulation MicroCap 9) des signaux envoyés à l'horloge
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[BastienBastien]

Bonjour,

Pas mal. Et si on voulait avoir 30 et 30 et pas 28 et 32 ? Par exemple, pour faire une horloge avec des 4060+quartz puis des décodeurs BCD -> aff7seg ?

(Je précise, sans utiiser de PIC ou autre µC !).

Merci.

[invite783b0b62]

Bonjour
Tout d'abord un grand bravo pour l'auteur qui en plus de rendre service donne l'explication du fonctionement, les differentes étapes du resonement d'un manière comprehensible pour tous le monde
C'est comme cela que je comprend le forum, La solution ,oui, c'est bien mais avec l'explication ça c'est le top. il n'y a que comme cela que les choses peuvent être comprisent.

[invitee05a3fcc]

Et si on voulait avoir 30 et 30 et pas 28 et 32 ?

La sortie du premier CD4060 est à 2 Hz
1/ si on veut faire une pendule qui compte la seconde de base
- On divise par 2 pour avoir la seconde (une partie du 74HC93 ou du 74HC92)
- On divise par 10 (avec un afficheur 0-9) avec un 74HC90
- On divise par 6 (avec un afficheur 0-6) avec l'autre partie du 74HC93 et on le remet à zéro quand il arrive à 110 ou on utilise l'autre partie du 74HC92
2/ si on veut faire une pendule qui compte la minute de base
Le fait d'avoir une horloge 28/32 ne gène absolument pas
- On divise par 10 (avec un afficheur 0-9) avec un 74HC90
- On divise par 6 (avec un afficheur 0-6) avec un 74HC93) et on le remet à zéro quand il arrive à 110 ou on utilise une partie d'un 74HC92

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec115831d]

C'est marrant il y a quelque temps mon grand pere m'a demandé un montage similaire pour un ami à lui ! J'ai utilisé à peu près le même principe, sauf que j'ai utilisé le 50Hz d'edf comme base de temps, que ma division du 100Hz obtenu après le pont de diode je l'ai faite avec quatre 4017 cascadés et cablés pour avoir en sortie un front toutes les 30s. Et derriere j'avais un flip flop (4013), qui commandait un push-pull, derriere lequel j'avais le même principe du condensateur de forte valeur pour simuler une inversion de polarité sur la bobine de l'horloge toutes les 30sec.

[jules]

Bonsoir,

Ayant réalisé ce montage (qui marche au poil), je tiens à remercier Daudet78 pour ce schéma et celle belle explication.

Pour ceux qui désirent mettre leur pendule à l'heure, la solution la plus simple (que j'ai adoptée) semble de mettre un petit bouton poussoir entre la pin 1 et la pin 7 du premier CD4060, ce qui permet de faire (vite) avancer les aiguilles dans la limite du raisonnable pour la mécanique!

Bonne soirée à tous!

[LTHOMAS]

Bonjour,

Est-ce que la capacité variable peut être remplacée par une capacité fixe de 33pF ?
Est-ce normal qu'il n'y ait pas de résistance de base pour la commande des transistors ?

Merci pour vos explications.

[gienas]

Bonjour LTHOMAS et tout le groupe

En l'absence de Daudet, je vais essayer de répondre à sa place.

... Est-ce que la capacité variable peut être remplacée par une capacité fixe de 33pF ? ...

Je ne le pense pas. Il faut voir expérimentalement par quelle valeur fixe la remplacer.
Les ajustables, dans les oscillateurs à quartz, sevent à assurer le démarrage, ajuster la dérive, et compenser les différences du câblage (capacités parasites). Ces valeurs sont donc imprévisibles, et expliquent la raison de l'ajustement prévu.

... Est-ce normal qu'il n'y ait pas de résistance de base pour la commande des transistors ? ...

Une résistance de base, sert, en général, à ajuster/régler/fixer/limiter le courant base.

Là, comme on a affaire à un émetteur suiveur, l'impédance d'entrée sur la base dépend du gain beta du transistor et de la charge dans l'émetteur. La résistance de base est donc inutile, voire néfaste.

[LTHOMAS]

Merci pour ces précisions.
Je possède plusieurs condensateurs variables, sans pour autant connaitre leurs valeurs. Mais je pense que quasi tous les condensateurs variables sont de l'ordre du pF donc peu importe quelle valeur monter, il suffit de l'ajuster par la suite ?

[invite897678a3]

Bonjour à tous,

Des condensateurs variables , il en existe de une multitude !
De gauche à doite les valeurs s'échelonnent de ...disons de 560 pF à quelques pF.

Amicalement.

[LTHOMAS]

Merci pour le lien intéressant.

[LTHOMAS]

Bonjour,

J'ai réalisé le montage, mais celui-ci n'oscille pas !
J'ai monté un condensateur variable 4,5 pF - 70 pF ou 5,5 pF - 65 pF, pour la résistance de 15M j'ai mis 8,2M + 6,8M en série.

[LTHOMAS]

Quelques mesures :

Au niveau du 1er diviseur :
patte 11 : signal continu de 2V
patte 10 : signal quasi carré à 32,760kHz
patte 1 : signal carré de fréquence 8Hz au lieu de 2Hz

la prériode est fausse en sortie : environ 27s au lieu de 60s

[invite897678a3]

Bonjour,

Tu utilises bien le schéma de DAUDET78 visible au # 1 de cette discussion ?
Ton quartz est bien un minuscule quartz "horloger" cylindrique à 32 768 Hz ?

Le schéma précise bien pour une période:
32" à l'état bas, et 28" à l'état haut.

[LTHOMAS]

Bonjour,

Tu utilises bien le schéma de DAUDET78 visible au # 1 de cette discussion ?
Ton quartz est bien un minuscule quartz "horloger" cylindrique à 32 768 Hz ?

Le schéma précise bien pour une période:
32" à l'état bas, et 28" à l'état haut.

oui j'ai réalisé le schéma à l'identique
oui le quartz est bon
Pour la période : Thaut + Tbas = 27s chez moi

[invite897678a3]

Bonjour,

Une suggestion:
sur le condensateur fixe de 10 pf situé à l'extrême gauche du schéma,
tu peux essayer d'ajouter en parallèle un autre condensateur céramique de 10 ou de 30 pf

Thaut + Tbas = 27s chez moi

Là, ce n'est pas normal!

[invite5637435c]

Salut,

tu mesures avec quoi, n'oublies pas qu'un scope va apporter sa propre capacité et donc perturber le montage autour du quartz qui est en haute impédance.
Tu constates ces écarts avec ton appareil de mesures branché ou non?

[LTHOMAS]

Pour l'oscillo j'utilise une sonde pour limiter les dégats.
J'ai également testé avec un multimètre en fréquencemètre (Fluke donc pas 10€ du supermarché !)

Les mesures sont critiques au niveau du quartz, mais même si l'appareil constitue un parasite, on ne devrait pas trouver 8Hz à la sortie du 1er diviseur (appareil débranché bien sûr).

Est-ce qu'il y aurait d'autres pattes "sensibles" au niveau des 4060 qu'il faudrait relier à la masse ou je ne sais trop quoi ?

D'ailleurs si la sortie du 1er diviseur est à 8Hz, on devrai avoir T = (1/8) * 60 = 7,5s en sortie du montage au lieu de 27s, ce qui prouve que le reste du montage débloque aussi, alors que les circuits intégrés sont neufs !!

[invite5637435c]

Tu parles de quel schéma?

Si c'est celui de Daudet au post#1 tu dois trouver 8Hz sur Q12: Fn=FQuartz/2^n
Donc F(12)=32768/2^12=8Hz

Si tu as bien 8Hz sur l'entrée horloge du 2eme 4060 tu dois trouver les bonnes fréquences il n'y a pas de raison, vérifie bien ton câblage.

[invite5637435c]

Quelques mesures :

Au niveau du 1er diviseur :
patte 11 : signal continu de 2V
patte 10 : signal quasi carré à 32,760kHz
patte 1 : signal carré de fréquence 8Hz au lieu de 2Hz

la prériode est fausse en sortie : environ 27s au lieu de 60s

Pourquoi veux-tu trouver 2Hz sur la patte 1?

[LTHOMAS]

Pourquoi veux-tu trouver 2Hz sur la patte 1?

Salut, ben j'avais lu ceci (#1) :

Le 2 Hz est donc divisé par le second 4060 par 128 et on obtient une fréquence de 1/64 Hz avec la stabilité du quartz. Comme c'est dommage, il fallait 1/60 Hz ! On reverra le problème plus tard.

Donc ou le 2Hz est faux ou le 8Hz est faux !

[invite5637435c]

Justement tu as mal lu.
La première partie était pour expliquer le cas du 1/64Hz.
Lis la suite, tu verras que tout est dit pour la génération de 1/60Hz.

[LTHOMAS]

Bonjour,

Le montage marche enfin, c'était une petite erreur de cablage J'ai aussi remplacé la résistance de 15M par une 6,8M et la capacité variable par une 22pf.

Pour ceux qui désirent mettre leur pendule à l'heure, la solution la plus simple (que j'ai adoptée) semble de mettre un petit bouton poussoir entre la pin 1 et la pin 7 du premier CD4060, ce qui permet de faire (vite) avancer les aiguilles dans la limite du raisonnable pour la mécanique!

Le fait de relier la pin1 avec la 7 ne risque pas de détruire le circuit ? (2 sorties reliées ensemble...)

[gienas]

Bonsoir LTHOMAS et tout le groupe

... Le fait de relier la pin1 avec la 7 ne risque pas de détruire le circuit ? (2 sorties reliées ensemble...)

Tu as raison

Je pense que l'idée de jules, en #6, était de multiplier la vitesse de l'aiguille par 256 (Q7 au lieu de Q12), en remplaçant provisoirement le 1 par le 7. Le bouton doit donc procéder à une permutation du signal:

1- au repos, on entre le 1

2- appuyé, on entre le 7

J'imagine que si rebonds il y a, cela doit être peu sensible sur l'aiguille des minutes.

[invite1c20f11a]

Pour plaisanter, je dirai que la solution la plus sûre, c'est de se procurer le régulateur d'origine, équipé de sa pile étalon au mercure (élément Weston), dont le 4e chiffre de tension était garanti à vie de la pile et écrit à la main au contrôle de sortie de fabrication. Je suis l'heureux possesseur d'une telle Horloge, car en plus de faire régulateur, elle a un cadran donc peut servir d'horloge. Mais j'ai aussi une autre horloge, Suisse, atomique, au rubidium, qui garantit une dérive de moins d'une seconde en 600 ans, vous vérifierez pour moi quand ça sera venu!
. .En fait c'est pour vérifier mon fréquencemètre.
pont.

[invite1c20f11a]

Bonsoir Daudet,

Je me demande si un PIC ne consommerait pas moins que deux CD4060?
Pic16F88, 1,8µA avec 2volts?
(Et horloge arrêtée, il descend à 0,1µA)
pont

[invitee05a3fcc]

Je me demande si un PIC ne consommerait pas moins que deux CD4060?

Peux importe ! il vaut mieux deux 4060s que l'on peut acheter et câbler qu'un PIC que l'on ne sait pas programmer

PS: rien ne t'empêche de proposer la solution PIC avec le hard et le soft ... la section projet est là pour ça.

[invite5f543060]

Bonjour,

Ca fait un petit temps que la conversation a démarré mais j'aurai une question sur ce sujet. J'espere sincèrement que j'aurai une réponse.

Je voulais juste savoir ds le modèle expliqué par Daudet. Comment et pourquoi a t il choisi ses sorties cad Q6 Q7 Q8 et Q9 pcq pour moi ca devrait etre Q2 Q3 Q4 et Q5. Cependant Q0, Q1, Q2 et Q3 ne sont pas accessibles.

Je remercie la personne d'avance pour sa réponse.

[invitee05a3fcc]

Cependant Q0, Q1, Q2 et Q3 ne sont pas accessibles.

Le bon motif !

[invite5f543060]

Qu entendez vous par la?
Je vois pas pourquoi c est Q6 Q7 Q8 et Q9? car dans les datasheet du cd4060: Q6= 2^6 (ou autre ca dépend des références)
mais on est bie d'accord que ces sorties doivent correspondre à 60 en binaire =111100 (60 = 1*32 + 1*16 +1*8 + 1*4 + 0*2 + 0*1)
Donc ma question est la suivante comment avez déterminer que Q6= par exemple à 2^2? arbitraiement