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Calculateurs Temps Réel

Cours Informatique Industrielle [email protected]

ENIM – Université de Monastir 2007 - 2008

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Chaîne de montage Citroën AX Quelles sont les compétences nécessaires ?

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Plan du cours

• Technologies des Circuits Intégrés • Les Alimentations Électriques • Architecture des Microordinateurs PC • Motorisation et Commande de Machines • Les Microcontrôleurs : Étude de cas – Le 16F84

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Plan du cours

• Technologies des Circuits Intégrés • Les Alimentations Électriques • Architecture des Microordinateurs PC • Motorisation et Commande de Machines • Les Microcontrôleurs : Étude de cas – Le 16F84

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• Introduction • La Famille TTL • La Famille CMOS • La Famille ECL

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Introduction Niveau d’intégration des circuits intégrés Classification selon le nombre de transistors par boîtier

Catégorie

Nombre de portes (n)

SSI : Small Scale of Integration

n ~ 100

MSI : Medium Scale of Integration

~ 1000

LSI : Large Scale of Integration

10 000 < n < 100 000

VLSI : Very Large Scale of Integration

0.1 < n < 1 Million

Taux d’intégration actuellement : Plus de 1 Million de portes

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Introduction Famille de circuits intégrés utilisant des transistors bipolaires

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Introduction Famille de circuits intégrés utilisant des transistors bipolaires Classification selon la nature des éléments utilisés Logique Logique non non saturée saturée

Logique Logique saturée saturée Deux états : Bloqué ou Saturé

Deux états : Conducteur ou Bloqué

RTL (Resistor Transistor Logic) :

TTL

Logique à résistance en entrée et transistor en sortie

LS (Low Power Schottkey)

DTL (Diod Transistor Logic) :

ALS (Advanced Schottkey)

Logique à diode en entrée et transistor en sortie

S (Schottkey)

TTL (Transistor Transistor Logic) :

ECL (Emmitter Coupled Logic) :

Logique à transistor en entrée et transistor en sortie

Couplage électrique des émetteurs

Série N (Normale), H (High Speed), L (Low power)

Électronique numérique très rapide

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Introduction Famille de circuits intégrés utilisant des Transistors à Effet de Champ à Grille Isolé MOS (Metal Oxid Semiconductor) : Composé au départ par des transistors à canal P (PMOS) puis à canal N (NMOS)

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Introduction CMOS (Complementary MOS) : Composé par deux paires de 2 MOS différents

Cohabitation NMOS/PMOS Pas de consommation statique Longueur de canal technologie moderne 0.09um

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Introduction Les Boîtiers Les boîtiers plats (Flat Package) :

Les boîtiers DIL (Dual In Line) :

Encoche

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Introduction Les Boîtiers Les boîtiers SO (Small Outline) :

Les boîtiers Chip Carrier

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Introduction Les Boîtiers Les boîtiers Pin Grid Array (réseau de connexion)

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Introduction Gamme de températures Il existe deux séries :

Î Série militaire : -55°C à +125°C Î Série commerciale : 0°C à +70°C

Caractéristiques Électriques Statiques Î Tension d’alimentation : C’est la différence de potentiel à appliquer au circuit pour un fonctionnement correct Î Courant consommé : Courant fourni par le générateur délivrant la tension nominale

Î Puissance statique : Tension d’alimentation x Courant consommé Pour les circuits TTL, elle dépend du niveau logique On prend une valeur moyenne entre 1et 100 mW par porte

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Introduction Caractéristiques Électriques Statiques (Suite) Î Niveaux logiques : Un circuit délivre une tension pouvant avoir deux niveaux logiques haut (H: High) et bas (L: Low) Exemple de caractéristiques d’un inverseur Î VIL Voltage Input Low Î VIH Voltage Input High Î VOL Voltage Output Low Î VOH Voltage Output High 1.

VI < VIL (niveau logique 0) : Tension de sortie est VOH (niveau logique 1)

2.

VIL < VI < VIH : Régime linéaire, inverseur fonctionne en amplificateur

3.

VI > VIH : la tension de sortie est VOL

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Introduction Caractéristiques Électriques Statiques Î Immunité au bruit : Insensibilité aux parasites. C’est le degré avec lequel une porte logique peut supporter des variations en entrée sans modifications en sortie. Î Entrance et Sortance : Entrance est le nombre maximal d’entrées indépendantes supportées par la porte. La Sortance est le nombre maximal d’entrées qu’une porte peut alimenter sans modification du niveau haut ni du niveau bas. Î Vitesse de commutation – Temps de propagation : C’est le temps moyen que met le signal pour franchir l’opérateur logique (2 à 100 ns)

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Calculateurs Temps Réel Technologies des Circuits Intégrés

Problématique

Les niveaux HAUT et BAS, en entrée et en sortie, VIH, VOH, VIL et VOL sont définis par : - Niveaux bas en entrée si 0 ≤ Ve ≤ VIL - Niveaux bas en sortie si 0 ≤ Vs ≤ VOL - Niveaux haut en entrée si VIH ≤ Ve ≤ Vcc - Niveaux haut en sortie si VOH ≤ Vs ≤ Vcc

Entre Entre le le niveau niveau haut haut et et le le niveau niveau bas bas doit doit exister exister une une «« plage plage interdite interdite », », pour pour qu’il qu’il n’y n’y ait ait pas pas ambiguïté. ambiguïté.

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Calculateurs Temps Réel Technologies des Circuits Intégrés

Problématique

Pour assurer que le circuit B comprend bien les signaux issus du circuit A, on doit avoir :

V > V IHMIN VOHMIN OHMIN > VIHMIN V < V ILMAX VOLMAX OLMAX < VILMAX

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Historique Resistor-Transistor Logic (Technologie Obsolète) 640

470

NON

NOR

OR

Diod -Transistor Logic (Technologie Obsolète)

NOR

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic) Alimentation : 5V ± 5%

S= E0 . E1

Architecture interne

Identification d’un circuit TTL : (ex: SN 74 AS 169 N)

− SN, DM : champ littéral qui indique le constructeur. − 74 ou 54 : gamme de températures normale (0°C à 70°C) ou militaire (-55°C à +125°C). − AS, S, ...: technologie ici advanced shottky, shottky. − 169, 283, ...: fonction logique. − N, J, P, NT...: type de boîtier (ici DIL plastique ou céramique).

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic)

• Consommation non négligeable : Quelques milliwatts par porte • Fréquences maximales de fonctionnement comprises entre 10 et 100 Mhz suivant les versions.

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic) Niveaux d'entrée et de sortie

Voh mini = 2,4V Vih mini = 2 V

Vol maxi = 0,4 V Vil maxi = 0,8 V Lotfi BOUSSAID

L'immunité aux bruits est de 0,4 V Cours Informatique Industrielle

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic) Courant à l'entrée et à la sortie Î ÎA A l'état l'état bas bas une une entrée entrée TTL TTL aa besoin besoin d'un d'un courant courant sortant sortant IIilil maxi maxi == 1,6mA 1,6mA Î ÎA A l'état l'état haut haut le le courant courant d'entrée d'entrée est est IIihih maxi maxi == 40µA 40µA Î Î La La sortie sortie peut peut délivrer délivrer Ioh Ioh maxi maxi == 400µA 400µA au au 1L 1L et et absorber absorber Iolmaxi Iolmaxi == 16mA 16mA au au 0L 0L La La sortance sortance est est donc donc de de 10 10 en en TTL TTL :: La La sortance sortance correspond correspond au au nombre nombre d'entrées d'entrées qu'une qu'une sortie sortie peut peut commander commander

Paramètres dynamiques Le Le passage passage du du 0L 0L au au 1L 1L d’une d’une sortie sortie logique logique (ou (ou inversement inversement du du 1L 1L au au 0L 0L )) n'est n'est pas pas instantané. instantané. IlIl faut faut tenir tenir compte compte du du temps temps de de propagation propagation tp tp qui qui dépend dépend du du temps temps de de montée montée tm tm et et du du temps temps de de descente descente td. td.

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic) Temps de propagation

Tp varie selon la sous-famille de 10ns (TTL " N ") à 1,5ns (TTL " AS ")

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic) Interfaçage : Sortie collecteur ouvert

Pull-down

Pull-up R1

R2

R1 doit imposer 1L sur l'entrée quand l'interrupteur est ouvert. R1 = 10 k R2 doit imposer 0L sur l'entrée quand l'interrupteur est ouvert. R2 = 390 Lotfi BOUSSAID

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par exemple par exemple 25

Calculateurs Temps Réel Technologies des Circuits Intégrés La famille TTL (Transistor-Transistor Logic) Sortie collecteur ouvert : 3 états 1. 2. 3.

Soit la sortie est à l'état haut Soit la sortie est à l'état bas Soit la sortie est en haute impédance (T1 et T2 ouverts)

Une entrée est dédiée à la mise en haute impédance du circuit Lotfi BOUSSAID

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Technologies des Circuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

OL

1L

1L

OL Inverseur CMOS

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Calculateurs Temps Réel Technologies des Circuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

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Calculateurs Temps Réel Technologies des Circuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Il existe deux familles de technologies CMOS : 1.

Circuits spécialisés à très faible tension d’alimentation (1,5 V), très faible consommation, où la vitesse n’intervient pas, ou peu (montres, calculettes simples, etc...).

2.

Circuits qui concurrencent les familles TTL, rapides, avec une consommation statique pratiquement nulle : 4000B, 74 C, 74HC, 74 HCT, 74 ACT, 74 FACT etc... Les familles 74xxx sont fonctionnellement équivalentes aux familles TTL, mais le brochage des circuits est parfois différent, la lettre ‘T’ indique la compatibilité de niveaux électriques avec les familles TTL.

• Consommation négligeable : 0.1 milliwatts par porte • Fréquences plus rapides pour les familles HC,HCT et ACT Lotfi BOUSSAID

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Calculateurs Temps Réel Technologies des Circuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Porte Porte NOR NOR

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Porte Porte NAND NAND

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Alimentation : 3V à 18V Identification d’un circuit CMOS : 1. CMOS classique : Série 4000B - 74Cxx 2.

CMOS rapides ( High Speed CMOS ) : 74HCxx, 74HCTxx.

Immunité aux bruits :

Voh mini = 0,95.Vcc Vih mini = 0,55.Vcc

Vol maxi = 0,05.Vcc Vil maxi = 0,45.Vcc Lotfi BOUSSAID

L'immunité aux bruits est de 0,4.Vcc Cours Informatique Industrielle

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Courant à l'entrée et à la sortie Î Î Les Les courants courants d'entrée d'entrée sont sont inférieurs inférieurs àà 1µA 1µA et et les les sorties sorties peuvent peuvent véhiculer véhiculer plus plus de de 11 mA. mA.

La La sortance sortance est est limitée limitée non non pas pas par par les les courants courants d'entrée-sortie d'entrée-sortie mais mais par par les les capacités capacités parasites parasites (5pF) (5pF) d'entrée d'entrée qui qui réduisent réduisent les les temps temps de de commutation. commutation.

Paramètres dynamiques Tp Tp varie varie en en fonction fonction du du niveau niveau de de l'alimentation l'alimentation Vcc. Vcc. La La vitesse vitesse augmente augmente quand quand on on fait fait croître croître Vcc. Vcc.

Mais Mais chaque chaque entrée entrée CMOS CMOS présente présente une une capacité capacité parasite parasite de de 5pF. 5pF. La La capacité capacité vue vue par par la la sortie sortie influe influe fortement fortement sur sur le le temps temps de de réponse. réponse.

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Temps de propagation

Le temps de propagation Tp augmente quand l’alimentation diminue

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Pull-up

Pull-down :

R1

R2

R1 = R2 = 10 k

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La Famille ECL (Emitter-Coupled Logic )

Vcc = Gnd Vee = -5,2V 1L = -1V 0L = -1,6V

4 entrées Or / Nor

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés La Famille ECL (Emitter-Coupled Logic ) - Technologie Très rapides, TP inférieur à la nanoseconde par porte - Temps d’accès de moins de 10ns pour les mémoires - Incompatible TTL

Les domaines d’applications des technologies ECL sont : les « super ordinateurs », et les parties hautes fréquences des systèmes de télécommunication

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés Comparaison TTL - CMOS

TTL

Avantages

- Très large gamme de fonctions - Bonne immunité aux bruits - Bonne sortance - Temps de propagation faible

- Consommation statique Inconvénients importante - Densité d’intégration réduite

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CMOS - Tension d’alimentation variable - Excellente immunité aux bruits - Consommation statique quasi-nulle - Densité d’intégration élevée - Sortance faible - Étages amplificateurs nécessaires - Sortance élevée avec ACT, FACT - Temps de propagation important

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés Adaptation TTL - CMOS Fonction OUI (Bufferisation)

Autres Exemples de circuits intégrés : Buffer inverseur CMOS : 4009, 4049 TTL : 7404, 7405, 7406, 7416.

Exemples de circuits CMOS : 4010, 4050 TTL : 7407, 7417, 5407, 5417

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Plan du cours

• Technologies des Circuits Intégrés • Les Alimentations Électriques • Architecture des Microordinateurs PC • Motorisation et Commande de Machines • Les Microcontrôleurs : Étude de cas – Le 16F84

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique

Puissance < 100 Watt

1.

Transformateur

2.

Pont de redressement

3.

Filtrage

4.

Régulation

5.

Filtrage

- Rendement : entre 25 – 50 % - Pas chère à fabriquer - Pour une puissance de 300W il faut fournir 900w (Pertes 600W)

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 1. Le transformateur

U = 4,44 . Bmax . N . S . F U1 = K . n1 et U2=K . N2 (avec K = 4,44 . Bmax . S. F) F : fréquence du réseau S : section du circuit magnétique du transformateur N : nombre de spires de l'enroulement considéré Bmax : valeur maxi de l'induction

Pertes fer sont très faibles (valeur typique 1,1 W/kg)

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U1• U1• I1 I1 ~~ U2• U2• I2 I2 Î Î U1 U1 // U2 U2 == I2 I2 // I1 I1 Cours Informatique Industrielle

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 2. Les montages de redressement

Le Le montage montage va va et et vient vient ou ou parallèle parallèle (P2) (P2)

Transformateur à point milieu

Les diodes doivent supporter une tension inverse :

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Vinv = 2v 2

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 2. Les montages de redressement (suite) Le Le montage montage en en pont pont de de Graetz Graetz ou ou parallèle parallèle double double (PD2) (PD2)

Les diodes doivent supporter une tension inverse :

Vinv = v 2

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 3. Filtrage

10ms

La La valeur valeur de de la la capacité capacité dépendra dépendra du du courant courant absorbé absorbé et et du du ΔV ΔV Exemple : Si l'on désire un ΔU maxi de 0,5 V avec un courant moyen de 110 mA, on aura :

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 4. Les Régulateurs de Tensions

Un régulateur sert à réguler ou stabiliser un potentiel sur sa broche de sortie , il peut être fixe ou réglable ( vis de réglage 25 tours ) et être positif ou négatif par rapport à la masse ( ex: 7805 positif avec en sortie +5V et 7905 négatif avec en sortie -5V ) Le " L " est utilisé pour les boîtiers TO 92 , I max 100mA

Le " T " est utilisé pour les boîtiers TO220 , I max 1,5A

Le " K" ou " CK " pour des boîtiers TO3 , I max 3 A

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 4. Les Régulateurs de Tensions (suite)

Us Type

Tension de sortie

Is

C1

D1

TR1

Utr1

Fu1

Intensité de sortie MAX

Condensateur de filtrage MINI

Pont ou Diodes

Puissance transfo

Tension transfo

Fusible secteur

7805

+5V

1A

2200 μF - 16 V

1,5A 100V

16 VA

9V

100 mA

78L05

+5V

0,1 A

220 μF - 16 V

0,5A 100V

1 VA

9V

100 mA

78T05

+5V

3A

4700 μF - 16 V

4 A 100V

30 VA

9V

200 mA

7806

+6V

1A

2200 μF - 16 V

1,5A 100V

16 VA

9V

100 mA

7808

+8V

1A

2200 μF - 25 V

1,5A 100V

16 VA

12 V

100 mA

7809

+9V

1A

2200 μF - 25 V

1,5A 100V

16 VA

12 V

100 mA

7812

+ 12 V

1A

2200 μF - 35 V

1,5A 100V

16 VA

15 V

100 mA

78L12

+ 12 V

0,1 A

220 μF - 35 V

0,5A 100V

3 VA

15 V

100 mA

78T12

+ 12 V

3A

4700 μF - 35 V

4 A 100V

48 VA

15 V

400 mA

7815

+ 15 V

1A

2200 μF - 35 V

1,5A 100V

26 VA

18 V

200 mA

7818

+ 18 V

1A

2200 μF - 40 V

1,5A 100V

26 VA

24 V

200 mA

7824

+ 24 V

1A

2200 μF - 40 V

1,5A 100V

26 VA

24 V

200 mA

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique 4. Les Régulateurs de Tension (suite) Uo supérieur ou égal à U régulateur + 2 à 3 V

en ne dépassant pas 35 V, pour U régulateur < 18 V, ou en ne dépassant pas 40V, pour U régulateur > 20V. Lotfi BOUSSAID

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique Réalisation pratique Alimentation symétrique + 12 V -12 V / 1 A (1 ampère sur chaque sorties) Il faudra tenir compte: ~ de la variation de tension du réseau 220 V à + ou - 10 %, ~ de la chute de tension des diodes, ~ de la valeur de la tension à stabiliser.

Solution Solution ::

Transformateur Transformateur 220 220 V V -- 22 xx 15 15 V V

U max = 15 2 = 21,2V -10% = - 2,1 V -chute de tension des diodes = -1,2 V

Umax Umax == 17,9V 17,9V ΔU = [ 17,9 V – ( U rιgulateur + 2V ) ] avec U régulateur = 12V Î

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ΔU=3,9 ΔU=3,9 V V

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique Réalisation pratique Alimentation symétrique + 12 V -12 V / 1 A (1 ampère sur chaque sorties)

C=

I 1A = = 2564 μF 100.ΔU 100 ⋅ 3,9

On choisira C = 3300uF / 25V en valeur normalisée

-- Tension ée àà 25V Tension de de service service (15 (15 xx racine racine de de 22 == 21, 21, 2V) 2V) :: Normalis Normalisée 25V -- Le Le pont pont redresseur redresseur (PT1 (PT1 et et 2) 2) :: 50V 50V // 11 A A -- Le transformateur : 220 V, 2 x 15 V, 30 Le transformateur : 220 V, 2 x 15 V, 30 VA VA minimum minimum Note Note :: les les deux deux enroulements enroulements du du secondaire secondaire du du transformateur transformateur doivent doivent produirent produirent chacun chacun 11 A. A. Soit Soit 22 A A au au total total pour pour deux deux sorties. sorties. -- La minimum La puissance puissance du du transformateur transformateur sera sera donc donc :: 15V 15V .. 2A 2A == 30VA 30VA au au minimum. minimum.

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage

Principe du découpage d'une alimentation

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage Principe écoupage Principe de de fonctionnement fonctionnement d'une d'une alimentation alimentation àà ddécoupage

Pertes écoupage Pertes dues dues au au ddécoupage Lotfi BOUSSAID

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage

S écurité utilis ée dans écoupage Sécurité utilisée dans les les alimentations alimentations àà ddécoupage

Production érentes tensions Production des des diff différentes tensions DC DC Lotfi BOUSSAID

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage PC

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Architecture du 80x86-Pentium

Unité d’interface de bus

Unité d’exécution

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Les registres du 80x86-Pentium Accumulateur Base

Registres Généraux

Count Data Stack Pointer Base Pointer Source Index Destination index Code Segment Data Segment Stack Segment Extra Segment

Registres pointeurs Registres index

Registre compteur de programme Registres de Segment Registre des indicateurs

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Organisation d’une carte mère à base d’un PC

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Architecture d’un PC

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Les interruptions du 8086 Il existe 2 catégories d’interruptions: les interruptions hardware et les interruptions Software - Les interruptions hardware surviennent lorsque les lignes RST, NMI ou INTR du 8086 sont activées. - Les interruptions software surviennent lorsque l’instruction INT apparaît ou lors d’exceptions logiciel (exemples: débordement de pile (stack overflow), division par zéro…). - Les sauts conditionnels ou inconditionnels ainsi que les appels de sous-routines ne sont pas des interruptions. - Une interruption de haute priorité peut interrompre une interruption de priorité inférieure. - Une interruption de basse priorité ne peut pas interrompre une interruption de priorité égale ou supérieure. L’interruption Reset est la plus prioritaire.

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Interruptions matérielles (1)

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Interruptions matérielles (2)

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Interface Parallèle de l’Imprimante (LPT1 – PIO 8255) Connecteur DB25 - Femelle

Paramétrage du BIOS

Adressage du port parallèle

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Interface Parallèle de l’Imprimante (2) Le connecteur parallèle LPT comprend 3 « Ports » :

Port de données

Port d’état

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Interface Parallèle de l’Imprimante (3)

Port de contrôle

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Interface Parallèle de l’Imprimante (3) Le contrôleur de l’interface parallèle (PIO) est le composant 8255 Contrôleur PIO 8255 de liaison parallèle

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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Programmation de l’Interface Parallèle (Dos, Win 9x) En assembleur

En pascal

En Turbo C

Mov Ax,0378h Mov Dx,Ax Mov Al,33h Out Dx,Al ; 33h sur port Data

Port[$378]:=$33; { 33h sur port Data }

Outportb(0x378,0x33); /* 33h sur port Data */

Data:=Port[$379]; {lire le port d’état }

Inportb(0x379,Data); /* lire le port d’état */

Mov Ax,0379h Mov Dx,Ax In Al,Dx ; lire le port d’état

Windows 2000 et XP (Mode protégé) :

(1) Utilisation d’un driver « Porttalk » http://www.beyondlogic.org/porttalk/porttalk.htm

(2) Utilisation d’une DLL ex : « Inpout.dll » implementation function Inp32(port:integer):integer;Stdcall;external 'inpout32.dll' name 'Inp32'; function Out32(port, valeur:integer):integer;Stdcall;external 'inpout32.dll' name 'Out32'; Out32 (base, 170) ; recu := Inp32 (add.value+1); http://logix4u.net/Legacy_Ports/Parallel_Port/Inpout32.dll_for_Windows_98/2000/NT/XP.html Lotfi BOUSSAID

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Le Port Série du PC UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) Format de transmission série asynchrone Coté PC

Coté Ligne de Transmission

Réception Réception des des Données Données

Décalage Décalage de de Réception Réception 1 Bit à la fois

1 Caractère à la fois Attente Attente de de transmission transmission

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Décalage Décalage de de transmission transmission

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Le Port Série du PC • Le 8250 : est apparu sur les PC-XT • Le 16450 Il permet des vitesses de transmission de 38.4 kbits/s sans problème • Le 16550 Contrairement au 16450 ou on ne pouvait lire ou écrire qu'un seul octet à la fois, le 16550 peut stocker en mémoire 16 octets avec un buffer pour la réception et un buffer pour l'émission. On peut alors atteindre des vitesses de transfert de 115.2 kbits/s. Une autre amélioration apportée par le 16550 était l'utilisation du contrôleur DMA

Format max d'une donnée asynchrone de l'UART 8250

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Le Port Série du PC Géométrie du port série

Description et attribution des signaux

DCD : Lorsque cette ligne est active haute, elle signale au PC qu'une liaison a été établie avec un correspondant. RX : cette ligne est une entrée. C'est ici que transitent les informations du correspondant vers l'ordinateur. TX : cette ligne est une sortie. Les données du PC vers le correspondant sont véhiculées par son intermédiaire. DTR : Lorsque cette ligne est active haute, elle permet au PC de signaler au correspondant que le port série a été libéré et qu'il peut être utilisé s'il le souhaite. GND : c'est la masse. DSR . Cette ligne est une entrée active haute. Elle permet au correspondant de signaler qu'une donnée est prête. RTS : Lorsque cette ligne est active haute, elle indique au correspondant que le PC veut lui transmettre des données. CTS : cette ligne est une entrée active haute. Elle indique au PC que le correspondant est prêt à recevoir des données. RI : cette ligne est une entrée active haute. Elle permet à l'ordinateur de qu'un correspondant veut initier une communication avec lui. Lotfi BOUSSAID

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Le Port Série du PC

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Le Port Série du PC

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Le Port Série du PC et le Modem

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Le Port Série USB (Universal Serial Bus) Introduction : - Interface série à haut débit - Connexion série est plus économique que la connexion parallèle

Architecture du bus USB : - Connexions se font point à point - Jusqu’à 127 périphériques - longueur maximale : 5 mètres

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Le Port Série USB (Universal Serial Bus) Connectique :

Connecteur Type A

Connecteur Type B

Identification des fils : 1 rouge : 2 blanc : 3 vert : 4 noir :

alimentation Vbus (+5V) DD+ masse

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Le Port Série USB (Universal Serial Bus) Vitesse de transmission : Le bus USB propose plusieurs vitesses de communication : - Haute Vitesse (High Speed) : 480 Mbits/s : Périphériques très haut débit ; ex :camera... - Pleine Vitesse (Full Speed) : 12 Mbits/s : Périphériques haut débit : scanners, imprimantes.... - Basse Vitesse (Low Speed) : 1,5 Mbits/s : Périphériques d'interface utilisateur : claviers, souris,

Identification de la vitesse Basse vitesse

Pleine vitesse

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Le Port Série USB (Universal Serial Bus) Les caractéristiques matérielles du bus : La norme USB définie 3 états sur les lignes du bus : État différentiel ‘0’ quand : Data+ - Data- < -200mV État différentiel ‘1’ quand : Data+ - Data- > 200mV État Single Ended Zero (SE0) : -200mV < Data+ - Data- < 200 mV Réinitialisation d'un appareil s'il est maintenu plus de 10 ms

Codage des données NRZI (Non Retour à Zéro Inversé)

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Le Port Série USB (Universal Serial Bus) Protocole de communication du bus : Il existe deux types de paquets principaux : - Les paquets JETON (TOKEN) - Et les paquets DONNEE (DATA) :

Composition d'un paquet TOKEN : 8 bits

8 bits

SYNC

PID

Composition d'un paquet DATA :

5 bits

8 bits

ADDRESS ENDP CRC

SYNC

7 bits

4 bits

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8 bits 0 to 512 bits 16 bits PID

PAYLOAD

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CRC

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Calculateurs Temps Réel

Plan du cours

• Technologies des Circuits Intégrés • Les Alimentations Électriques • Architecture des Microordinateurs PC • Motorisation et Commande de Machines • Les Microcontrôleurs : Étude de cas – Le 16F84

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Les Moteurs Électriques I. Moteur à courant continu 1.

Excitation série

2.

Excitation séparée

3.

Micromoteur

4.

Servomoteur

5.

Moteur Brushless

II. Moteur pas à pas 1.

A aimant permanent

2.

A réluctance variable

3.

Hybride

III. Moteur Alternatif

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1.

Universel

2.

Monophasé

3.

Triphasé

4.

Moteur Synchrone

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Les Moteurs Électriques Comment choisir le moteur adéquat pour mon application ?

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Critères de choix d’un Moteur 1. Critères dépendant de l’application - Application de puissance (électropompes, traction, etc.) - Application embarquée (alimentée par batterie) - Application à vitesse constante - Application à couple important au démarrage - Application grand public (Machine à laver, Chyniol, électroménager, etc.) - Application de précision - Application de modélisme

2. Critères spécifiques au Moteur - Couple et couple au démarrage - Rendement - Vitesse (constante ou variable) - Coût - Taille et poids (encombrement) - Charge (Constante ou variable) Lotfi BOUSSAID

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Fonction d’un moteur

puissance électrique

moteur

puissance mécanique Disponible sur l’arbre du moteur (puissance utile)

fournie par l’alimentation électrique (puissance absorbée)

Pertes = (Puissance absorbée – Puissance utile)

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Bilan de puissances Puissance absorbée : Pa = Um × Im Pertes joule : Pj = R × Ieff² Puissance électrique : Pe = E × Im (Puissance électrique transmise à la partie tournante) Pertes constantes : Pc Ces pertes sont la somme des pertes mécaniques et magnétiques. Elles sont constantes à une vitesse donnée et peuvent se déterminer à vide. Puissance utile : Pu Pu = C × Ω (Couple en N m . Vitesse en rad / seconde) C'est la puissance mécanique fournie par le moteur pour entraîner la charge. Un Un couple couple de de 1Nm 1Nm signifie signifie que que l'on l'on peut peut exercer exercer une une force force de de 1N 1N (100g) (100g) au au bout bout d'une d'une tige tige de de 1m 1m

Rendement : R = Pu/Pa Lotfi BOUSSAID

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Force de Laplace

règle des 3 doigts de la main droite : courant – champ - force Le module de la force F est proportionnel : - à la valeur absolue de l'intensité du courant |I|, - à la longueur L de la partie du conducteur plongée dans le champ magnétique ici L , - à l'intensité B du champ magnétique, - au sinus de l'angle a formée par le conducteur et le vecteur champ magnétique B

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I. Le Moteur à Courant Continu Principe de fonctionnement Lorsque les conducteurs sont parcourus par un courant, ils sont soumis à des forces F1 et F2 qui tendent à faire tourner le rotor. Le collecteur permet d'inverser le sens du courant dans les conducteurs lorsque ceux-ci passent le plan vertical. Ainsi le sens du couple des forces F1 et F2 et donc le sens de rotation du moteur est conservé.

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Calculateurs Temps Réel Motorisation et Commande de Machines

I. Le Moteur à Courant Continu Principe de fonctionnement Les bobinages d'induit Le collecteur est constitué de bagues conductrices où frottent 2 balais appelés charbon. L'induit se comporte comme une seule et même bobine lorsqu'il est alimenté par les balais.

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I. Le Moteur à Courant Continu 1. STATOR La carcasse, les pôles principaux et les pôles de commutation sont entièrement feuilletés. Les composants du stator sont soudés ensemble dans un bâti de fixation qui aligne et presse les tôles ensemble en une unité monobloc.

2. INDUIT (Rotor) Le noyau d'induit est constitué de disques en tôles électromagnétiques isolées. L'enroulement d'induit est en cuivre isolé verni. Les bobinages de cuivre sont placés dans l'isolant des encoches. Lotfi BOUSSAID

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I. Le Moteur à Courant Continu 1. Les moteurs à excitation parallèle

Moteur courant continu

Moteur à excitation parallèle

2. Les moteurs à excitation série

Moteur courant continu à aimant Permanent Induit + inducteur

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Moteur à excitation série

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I. Le Moteur à Courant Continu 2 modes d’alimentation

Rrotor

I

E’

Rrotor U

Excitation Excitation séparée séparée -- inducteur inducteur == circuit circuit indépendant indépendant (donc (donc 22 alimentations) alimentations) -- alimentation alimentation continue continue pour pour l’induit l’induit Lotfi BOUSSAID

Rstator

I U

E’

Excitation Excitation série série -- induit induit et et inducteur inducteur dans dans le le même même circuit circuit -- une une alimentation alimentation unique unique en en continu continu

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I. Le Moteur à Courant Continu Équations électriques

Loi d’Ohm

U (V ) = E '+ RI

(convention récepteur)

excitation séparée : R = Rrotor excitation série : R = Rrotor + Rstator

Fc.e.m induite

E ' (V ) = K E 'ΦΩ

Φ flux à travers les spires de l’induit (Wb) Ω vitesse de rotation (rad/s) K constante Vitesse de rotation Ω = E’ / KE’ Φ = (U-RI) /KE’ Φ Ω(rad/s) = N(tr/mn).2π/60 = n(tr/s).2π Lotfi BOUSSAID

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I. Le Moteur à Courant Continu Relation Puissance - Couple

P=C. Ω

Puissance = Couple . Vitesse

Watts = (N.m) . (Rad/s)

A tout terme de puissance on peut donc associer un couple Lotfi BOUSSAID

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I. Le Moteur à Courant Continu Couples Relation de définition Couple moteur

Putile = Cmot . Ω (1)

Couple de pertes collectives

Pfer + Pméca = Cpertes . Ω (2)

Couple Électromagnétique

Cemag = Cpertes + Cmot

(1) : la puissance se répartit entre couple moteur et vitesse (2) : pertes constantes, mesurées par un essai à vide (3) : Cemag = KCΦI Lotfi BOUSSAID

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I. Le Moteur à Courant Continu Rendement ¾ Définition générale

Putile η= Pabsorbée

Moteur à excitation série

Cmot ⋅ Ω η= UI

Moteur à excitation séparée : - inducteur à aimant permanent pas de pertes dans le circuit inducteur

- inducteur bobine pertes dans le circuit inducteur Lotfi BOUSSAID

Cmot ⋅ Ω η= UI Cmot ⋅ Ω η= UI + PJ inducteur

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I. Le Moteur à Courant Continu Applications - Applications nécessitant un couple de démarrage important - Couple / vitesse de pente importante - Applications pouvant être alimenté par batterie - Applications fonctionnant à vitesse constante Inconvénients :

Avantages : - Régulation de vitesse plus facile - Rendement relativement élevé

- Coût relativement élevé pour des puissances importantes - Usure du système collecteur / charbons

Utilisation : - Moteurs à excitation parallèles : Pompes hydrauliques, Ventilateurs, etc. - Moteurs à excitation série : (gros couple au démarrage et faible vitesse) démarreurs d'automobiles, traction (locomotives), métro, etc. Choix du moteur : - Vitesse de 1000 à 5000 tr/mn Î Moteur direct - Vitesse < 500 tr/mn Î Moteur à réducteur de vitesse Puissance utile : - Pu (w) = (2π/60) C(N.m) N(tr/mn) Lotfi BOUSSAID

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I. Le Moteur à Courant Continu Exercice : Un moteur à excitation indépendante actionne un monte-charge. Il soulève une masse de deux tonnes à la vitesse d’un mètre par seconde. Le moteur est alimenté sous 1500 V, sa résistance d’induit est de 1,6 Ω , le rendement de l’ensemble du système est de 70 % (on négligera les pertes du stator).

Calculer la puissance absorbée par le moteur ainsi que le courant appelé lors de la montée. Puissance utile fournie par le moteur : P = M . g . v Réponse : Puissance utile fournie par le moteur : P = M . g . v

Pu = 2 ⋅ 103 × 9,8 ×1 = 19600W Pu = 28000 W Puissance absorbée par le moteur P = 0 ,7 P = UI

⇒I=

P 28000 = = 18,7 A U 1500

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I. Le Moteur à Courant Continu 3. Le Micromoteur à Courant Continu

- Stator (Inducteur) à aiment permanent - Rotor (Induit) bobiné

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I. Le Moteur à Courant Continu Commande de Micromoteur à Courant Continu

11- Commande Commande par par un un transistor, transistor, un un seul seul sens sens de de rotation rotation

La consommation d’un tel moteur est d’environ 100mA, il est donc impossible de le connecter directement sur une patte du PIC

Solution Solution 11 :: Transistor Transistor MOS MOS :: BUZ11 BUZ11

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I. Le Moteur à Courant Continu Commande de Micromoteur à Courant Continu 22- Commande Commande par par relais relais 12V/600 12V/600 ohms, ohms, un un seul seul sens sens de de rotation rotation Porte TTL à sortie collecteur ouvert : 74ALS16

+V

Iol max=40mA Le courant nécessaire pour le relais est égal à: Io = 12/600 = 20mA

M

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I. Le Moteur à Courant Continu Commande de Micromoteur à Courant Continu 33- Commande Commande par par relais relais 12V/10 12V/10 ohms, ohms, un un seul seul sens sens de de rotation rotation

Transistor Darlington : Ex: TIP121 Pouvant fournir jusqu’à 5 A

La commande du relais se fait avec un "0" logique

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I. Le Moteur à Courant Continu Commande de Micromoteur à Courant Continu 33- Commande Commande par par pont pont en en H, H, deux deux sens sens de de rotation rotation

Solution Solution 22 :: Pont Pont en en H H

L298

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I. Le Moteur à Courant Continu Applications à base de Micromoteur à Courant Continu

- Robotique - Modélisme - Applications à encombrement minimum - Applications portables (ex: mini-perceuses) - Informatique stockage de données - les télécoms (portables, satellites, les câblages et relais...) - Domaine médicale ((prothèses et greffes, endoscopie, instruments chirurgicaux...) - Micro-outillage

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I. Le Moteur à Courant Continu 4. Le Servomoteur Définition : - Un servomoteur est un moteur conçu pour générer le mouvement précis d'un élément mécanique selon une commande externe. - Un servomoteur est un système motorisé capable d'atteindre des positions prédéterminées, puis de les maintenir. - La position est : dans le cas d’un moteur rotatif, une position d'angle et, dans le cas d’un moteur linéaire une position de distance. Constitution d’un servomoteur : Le servomoteur est constitué d’un moteur à courant continu relié à un réducteur, et asservit par un potentiomètre et un circuit de contrôle

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I. Le Moteur à Courant Continu 4. Le Servomoteur Principe de fonctionnement Commande

+ _

M

Réducteur Réducteur

Potentiomètre Potentiomètre

Commande d’un Servomoteur On doit appliquer des impulsions selon la norme suivante

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I. Le Moteur à Courant Continu Applications à base de Servomoteur Manoeuvre des vannes industrielles

Modélisme

Servomoteurs multi tours

Servomoteurs à fraction de tours

Servomoteurs à déplacement linéaire (bouchon de baignoire)

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I. Le Moteur à Courant Continu 5. Le Moteur Brushless (Sans balais)

- Un rotor à aimant tournant de 2 ou 4 pôles. - Le stator, composé d’un bobinage de 3 à 4 phases, alimenté par une électronique de puissance - Un aimant servant à exciter les capteurs à effet Hall qui sont utilisés par l’électronique qui assure l’alimentation successive des phases.

Pour une durée de vie optimale du moteur, le rotor est monté sur roulements à billes

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Calculateurs Temps Réel Motorisation et Commande de Machines

I. Le Moteur à Courant Continu 5. Le Moteur Brushless (Sans balais)

Les moteurs Brushless est particulièrement adaptée à des applications nécessitant :

- Longues durées de vie - Vitesses élevées, - Fonctionnements en conditions d’utilisation difficiles. - Industrie Automobile - Applications industrielles - Modélisme

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II. Le Moteur pas à pas

Résolution : de 4 à 400 pas

Positionnement angulaire de caractère incrémental

Signal électrique numérique

On peut distinguer trois catégories technologiques : - Moteur à aimants permanents - Moteur à reluctance variable. - Moteur hybride

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II. Le Moteur pas à pas 1. Moteur à aimants permanents Un aimant permanent est solidaire de l'axe du moteur (rotor). Des bobines excitatrices sont placées sur la paroi du moteur (stator) et sont alimentées chronologiquement. Le rotor s'oriente suivant le champ magnétique créé par les bobines.

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II. Le Moteur pas à pas 2. Moteur à reluctance variable Il s'agit d'un moteur qui comporte un rotor à encoches se positionnant dans la direction de la plus faible réluctance : ce rotor, en fer doux, comporte moins de dents qu'il n'y a de pôles au stator. (la réluctance est le quotient de la force magnétomotrice d'un circuit magnétique par le flux d'induction qui le traverse)

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II. Le Moteur pas à pas 3. Moteur hybride Le moteur hybride est une combinaison du moteur à reluctance variable et du moteur à aimant permanent.

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II. Le Moteur pas à pas Comparaison des trois moteurs Comparaison des performances des trois types de moteurs pas à pas Type de Moteur

Moteur à aimant permanent

Moteur à reluctance variable

Moteur Hybride

Résolution (nombre de pas/tour)

Moyenne

Bonne

Élevée

Couple moteur

Élevée

Faible

Élevée

Sens de rotation

Il dépend du : - Sens du courant - Ordre d’alimentation des bobines

Fréquence de travail

Faible

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Il dépend du : Il dépend uniquement - Sens du courant de l’ordre d’alimentation - Ordre d’alimentation des bobines des bobines Grande Cours Informatique Industrielle

Grande

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II. Le Moteur pas à pas

I22 I22 I2 I2

I21 I21

I11 I11

I12 I12

I1 I1

Moteur Unipolaire Moteur Bipolaire

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II. Le Moteur pas à pas Les différents types d’excitation 22 phases phases I1 I1

44 phases phases

I2 I2

I11 I11

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I12 I12

I21 I21

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I22 I22

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II. Le Moteur pas à pas Commande du moteur pas à pas Unipolaire : 2 phases On

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II. Le Moteur pas à pas Commande du moteur pas à pas Unipolaire : 2 phases On (2)

Une Sortie ULN2003 : Peut fournir 500 mA

Remarque : Pour un courant de 1A on peut utiliser 2 voies du circuit ULN2003 par bobine

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II. Le Moteur pas à pas Commande du moteur pas à pas Unipolaire : 2 phases On (3)

Un Transistor BDX53C (NPN) : Peut fournir 3 A Un Transistor TIP122 (NPN) : Peut fournir 5 A Lotfi BOUSSAID

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II. Le Moteur pas à pas Commande du moteur pas à pas Bipolaire Moteur Bipolaire

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II. Le Moteur pas à pas Applications Les photocopieurs, imprimantes bancaires, périphériques informatiques, tables traçantes, instrumentation, pompes médicales, pousses seringues, automobiles, climatisation, régulation, etc. Sans balais, Fonctionnement en boucle ouverte et plusieurs pas angulaires sont disponibles

1- Moteur pas à pas à aimant permanent : - Faible coût - Peu d’inertie - Applications : périphériques d’ordinateurs, positionnement de tête d’impression d’imprimantes, etc.

2- Moteur pas à pas à réluctance variable : - Faible couple (torque) - Applications de petites tailles : Table de micro-positionnement

3- Moteur pas à pas hybride : - Meilleure résolution - Couple (torque) plus important - Applications : positionnement avec couple important Lotfi BOUSSAID

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III. Le Moteur Alternatif 1. Le Moteur Universel

- Un moteur universel peut être alimenté par une F.E.M alternative ou continue - Moteur de perceuse, aspirateur, robot ménager etc...(appareils électroportatifs en général). - En général, il est utilisé pour les appareils ne demandant qu'un couple modéré

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III. Le Moteur Alternatif 1. Le Moteur Universel

- Stator et rotor sont montés en série et alimentés en alternatif ou en continu - Le rotor comporte plusieurs bobinages, alimentés successivement par les lames du collecteur qui se trouvent au contact des balais. - L’alimentation du stator crée un champ qui tend à attirer celui du rotor. En alternatif, quand le courant s’inverse, le champ magnétique résultant s’inverse aussi bien dans le stator que dans le rotor qui sont alimentés en série. - Le collecteur provoque une succession d'alimentations puis de coupures des bobinages du rotor : Il en résulte l’apparition d’étincelle

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III. Le Moteur Alternatif 2. Le Moteur Asynchrone Monophasé

- Stator portant un bobinage à p paires de pôles

- Rotor à cage d'écureuil en court circuit

A l'arrêt, le rotor est sollicité par deux champs tournant en sens inverse

Ce moteur ne démarre donc pas spontanément

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III. Le Moteur Alternatif 2. Le Moteur Asynchrone Monophasé En lançant le rotor (à la main par exemple) il peut alors démarrer dans un sens ou dans l'autre Second bobinage décalé de 90° dans les encoches restantes alimentée à travers un artifice de déphasage : (ex: condensateur)

le couple du champ qui tourne dans le même sens que le rotor est le plus grand et tend à augmenter avec la vitesse

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III. Le Moteur Alternatif 2. Le Moteur Asynchrone Monophasé La vitesse de synchronisme : Nsyn (tr/min) = ( 60.f ) / p La vitesse du rotor N (tr/min) = [ ( 60.f ) / p ] (1-g) - Plusieurs types de moteurs monophasés existent : • Moteur à induction avec condensateur • Moteur à induction sans condensateur

Applications : - Faible puissance, faible couple au démarrage, décrochage possible en cas de charge - Fonctionnement intermittent : Électroménager, commande de vanne, pompes

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Le principe du champ tournant :

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Constituants :

Rotor bobiné Stator bobiné

Ou à cage d’écureuil

X paires de pôles 1 paire de pôles Î N=3000 tr/mn 2 paires de pôles Î N=1500 tn/mn

Symboles :

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Branchement :

U=220V~

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Dispositifs de sécurité et commande

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Sectionneur

Contacteur

Relais thermique

Variateur de vitesse

le courant est modulé par largeur d'impulsions (PWM). Le courant résultant est proche d'une sinusoïdale

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Variateur de vitesse

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Classe d'isolation F

Plaques signalétiques

Température ambiante de fonctionnement Année et mois de production

Masse

Indice de protection

Branchement

Courant nominal

Fréquence d’alimentation

Facteur de puissance

Nombre de tours par minute Puissance nominale Lotfi BOUSSAID

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé Avantages : - Faible coût d'achat - Faible coût d’entretien - Puissance importante

Inconvénients : - Couple de démarrage faible - Glissement Î Asservissement en vitesse difficile - Manque de "confort" mécanique ( démarrage brutal) - La vitesse dépend de la charge - Courant de démarrage 3 à 5 fois supérieur au courant nominal

Applications : Machines-outils Ascenseurs Treuils Pompes

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III. Le Moteur Alternatif 4. Le Moteur Synchrone Constituants : - Moteur à rotor à aimant permanent ( petite puissance) ou à rotor bobiné - Présence de 2 collecteurs sur l'axe du rotor bobiné

Caractéristiques électriques : - Alimentation du stator en triphasé alternatif; - Alimentation du rotor en courant continu Lotfi BOUSSAID

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III. Le Moteur Alternatif 4. Le Moteur Synchrone - Vitesse de rotation égale ou sous multiple entier de la vitesse du champ tournant nombre de paire de pôles

1

2

3

5

10

pas polaire en degré

180

90

60

33

18

vitesse du champ tournant en s-1

50

25

16.6

10

5

3000

1500

1000

600

300

vitesse du rotor en tours/minute 50

Symboles :

Exemples d'utilisation: (avec des onduleurs à thyristor pour des puissances > 1000 kW) T.G.V. Atlantique , propulsion de gros navire, malaxeur (industrie chimique), circulateur (centrale nucléaire) Lotfi BOUSSAID

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Plan du cours

• Technologies des Circuits Intégrés • Les Alimentations Électriques • Architecture des Microordinateurs PC • Motorisation et Commande de Machines • Les Microcontrôleurs : Étude de cas – Le 16F84

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Le PICs de MICROCHIP Qu’est-ce qu’un PIC ?

Un Un PIC PIC est est un un microprocesseur microprocesseur àà lequel lequel on on aa rajouté rajouté des des périphériques périphériques Les Les PICs PICs sont sont des des composants composants dits dits RISC RISC (Reduced (Reduced Instructions Instructions Set Set Computer) Computer)

Les familles des PICs : • La famille Base-Line : mots d’instructions de 12 bits • La famille Mid-Range, qui utilise des mots de 14 bits (16F84, 16F876, ..) • La famille High-End, qui utilise des mots de 16 bits. Tous Tous les les PICs PICs Mid-Range Mid-Range ont ont un un jeu jeu de de 35 35 instructions, instructions, stockent stockent chaque chaque instruction instruction dans dans un un seul seul mot mot de de programme, programme, et et exécutent exécutent chaque chaque instruction instruction (sauf (sauf les les sauts) sauts) en en 11 cycle. cycle.

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Le PICs de MICROCHIP (2) Identification d’un PIC ‰ PIC16 Î indique un PIC Mid-Range ‰ C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM ‰ CR pour indiquer une mémoire de type ROM ‰ F pour indiquer une mémoire de type FLASH ‰ Les derniers chiffres identifient le PIC ‰ -XX représente la fréquence d’horloge maximale Un composant qu’on ne peut reprogrammer est appelé O.T.P. pour One Time Programming

un un 16F84-04 16F84-04 est est un un PIC PIC Mid-Range Mid-Range (16) (16) donc donc la la mémoire mémoire programme programme est est de de type type FLASH FLASH (F) (F) donc donc réinscriptible de type 84 et capable d’accepter une fréquence d’horloge de 4MHz. réinscriptible de type 84 et capable d’accepter une fréquence d’horloge de 4MHz.

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Le PIC 16F84-04 Architecture interne

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Le PIC 16F84-04 Organisation de la mémoire

Mémoire données 2 x 128 bits

Architecture Architecture Harvard Harvard

Mémoire programme 1K x 14 bits

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Le PIC 16F84-04 Organisation des instructions Quatre types d’instructions : 1- Les instructions « orientées octet » Elles sont codées de la manière suivante : - 6 bits pour l’instruction : logique, car comme il y a 35 instructions, il faut 6 bits pour pouvoir les coder toutes - 1 bit de destination(d) pour indiquer si le résultat obtenu doit être conservé dans le registre de travail de l’unité de calcul (W pour Work) ou sauvé dans l’opérande (F pour File). - Reste 7 bits pour encoder l’opérande (File)

2- Les instructions « orientées bits » Manipulation directement des bits d’un registre particulier. Elles sont codées de la manière suivante : - 4 bits pour l’instruction (dans l’espace resté libre par les instructions précédentes) - 3 bits pour indiquer le numéro du bit à manipuler (bit 0 à 7 possible), et de nouveau : - 7 bits pour indiquer l’opérande.

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Le PIC 16F84-04 Organisation des instructions (2) 3- Les instructions générales Instructions qui manipulent des données. Elles sont codées de la manière suivante : - L’instruction est codée sur 6 bits - Elle est suivie d’une valeur IMMEDIATE codée sur 8 bits (donc de 0 à 255).

4- Les sauts et appels de sous-routines Ce sont les instructions qui provoquent une rupture dans la séquence de déroulement du programme. Elles sont codées de la manières suivante : - Les instructions sont codés sur 3 bits - La destination codée sur 11 bits

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Le PIC 16F84-04 Organisation d’un programme assembleur ‰ Les de commentaires sont précédés par le symbole « ; » ‰ Les DIRECTIVES sont des commandes destinées à l’assembleur • ORG 0x000 • __CONFIG _CP_ON & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _HS_OSC ‰ Les fichiers « include » • #include ‰ Les assignations • mavaleur EQU 0x05 ‰ Les définitions • #DEFINE monbit PORTA,1 ‰ Les macros LIREIN macro comf PORTB,0 andlw 1 endm ‰ La zone des variables ‰ CBLOCK 0x00C ; début de la zone variables w_temp :1 ; Zone de 1 byte status_temp : 1 ; zone de 1 byte mavariable : 1 ; je déclare ma variable ENDC ; Fin de la Lotfi BOUSSAID

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Le PIC 16F84-04 Les différents types d’adressage : ‰ Adressage immédiat ‰ movlw 0x50 ‰ Adresage direct • movf 0x10,w ‰ Adressage indirect • movlw 0x50 • movwf mavariable • movlw mavariable • movwf FSR • • movf INDF,w

; W Í 0x50 ; W Í (0x10) contenu de l’emplacement mémoire ; W Í 0x50 ; mavariable Í 0x50 ; W Í 0x0E ; on place l’adresse de destination dans FSR. ; FSR POINTE sur mavariable ; w Í 0x50

Incf Incf f,d f,d dd :: destination destination elle elle peut peut avoir avoir :: •• ff :: résultat résultat dans dans l’emplacement l’emplacement mémoire. mémoire. •• w w :: résultat résultat est est laissé laissé dans dans le le registre registre de de travail, travail, Lotfi BOUSSAID

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Calculateurs Calculateurs à Temps baseRéel de Microcontrôleurs

La Programmation PC Programmateur

Co

Langage Langage C C // BASIC BASIC

pi m n tio la

s As

PIC

Hexadécimal Hexadécimal

ge a l b em

Langage Langage Assembleur Assembleur Haut niveau

Bas niveau Lotfi BOUSSAID

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1er Exemple : Allumer une LED par bouton poussoir

LIST p=16F84 include "P16F628.inc“ __CONFIG _CP_ON & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _HS_OSC org 0x0000 bsf STATUS,RP0 ; sélectionner bank 1 movlw b‘11111111' ; Port B en entrée movwf TRISB

movlw b‘00000000' movwf TRISA bcf STATUS,RP0 boucle btfsc PORTB,2 bcf PORTA,2 btfss PORTB,2 bsf PORTA,2 goto boucle end

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; Port A en sortie ; sélectionner bank 0 ; tester RB2, sauter si vaut 0 ; sinon on allume la LED ; tester RB2, sauter si vaut 1 ; RB2 vaut 0, donc LED éteinte

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2ième exemple : Faire clignoter une LED (Langage C)

#include <16F84.h> #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000) #define LED PIN_RB7 Void main(){ while( 1 ){ Output_bit(LED,1); Delay_ms(500); Output_bit(LED,0); Delay_ms(1000); } }

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3ième exemple : Commande de moteur pas à pas La fonction avance() permet de faire tourner le moteur pas à pas de n*4 pas #include <16F876a.h> #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000) Void avance(int i){ Int j; For(j=0;j<=i;j++){ Output_b(6); //1ère position Delay_ms(5); //pause entre 2 pas Output_b(5); //2ème position Delay_ms(5); //pause entre 2 pas Output_b(9); //3ème position Delay_ms(5); //pause entre 2 pas Output_b(10); //4ème position Delay_ms(5); //pause entre 2 pas } Return; } Void main(){ Avance(4); //Fait tourner le moteur de 16 pas }

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23

22

21

20

RB3 A

RB2 B

RB1 C

RB0 D

Port B

Etat1

0

1

1

0

6

Etat2

0

1

0

1

5

Etat3

1

0

0

1

9

Etat4

1

0

1

0

10

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4ième exemple : Commande d’un panneau solaire

LDRE LDRE

LDRO LDRO

FDCE FDCE

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FDCO FDCO

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