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Calculateurs Temps Réel

Cours Informatique Industrielle

Lotfi BOUSSAID Département de Génie Électrique Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir

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Année Universitaire 2009 - 2010 Lotfi BOUSSAID

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Calculateurs Temps Réel

Chaîne de montage Citroën AX Quelles sont les compétences nécessaires ?

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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

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Calculateurs Temps Réel

Plan du cours

• Technologies des Circuits Intégrés • Les Alimentations Électriques • Architecture A hit t d Mi des Microordinateurs di t PC • Motorisation et Commande de Machines • Les Microcontrôleurs

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

• Introduction • La Famille TTL • La Famille CMOS

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

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

T Taux d’intégration d’i té ti actuellement t ll t : Pl Plus d de 1 Milli Million d de portes t

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Introduction Processus de dopage

Dopage Type N (Phosphore)

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Dopage Type P (Bore)

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Introduction Wafer ou plaque de semi-conducteur

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Introduction Procédé de fabrication des circuits intégrés

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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 non saturée

Logique 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 p y 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 L Boîtiers Les B îti Les boîtiers plats (Flat Package) :

Les boîtiers DIL (Dual In Line) :

Encoche

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Introduction L Boîtiers Les B îti Les boîtiers SO (Small Outline) :

Les boîtiers Chip Carrier

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

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

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 T i d’alimentation d’ li i : C’est C’ lla diffé différence d de potentiel i l à appliquer li au circuit i i 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 g Output p Low Î VOL Voltage 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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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Introduction Caractéristiques Électriques Statiques Î Immunité au bruit : Insensibilité aux parasites. C’est le degré avec lequel une porte logique gq p peut supporter pp des variations en entrée sans modifications en sortie. Î Entrance et Sortance : Entrance est le nombre maximal d’entrées indépendantes pp p par la p porte. La Sortance est le nombre maximal supportées d’entrées qu’une porte peut alimenter sans modification du niveau haut ni du niveau bas. p de propagation p p g : C’est le temps p moyen y q que met le Î Vitesse de commutation – Temps 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 le niveau haut et le niveau bas doit exister une « plage interdite », pour qu’il n’y ait pas ambiguïté. p g

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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 A, on doit avoir :

VOHMIN > VIHMIN VOLMAX < VILMAX

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Calculateurs Temps Technologies desRéelCircuits Intégrés

Historique Resistor-Transistor Logic g ((Technologie g 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 S= Architecture interne

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

− SN,, DM : champ p littéral qui q indique q 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 yp de boîtier ((ici DIL p plastique q ou céramique). q )

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

• Consommation non négligeable : Quelques milliwatts par porte • Fréquences q maximales de fonctionnement comprises p 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 l entrée et à la sortie Î A l'état bas une entrée TTL a besoin d'un courant sortant Iil maxi = 1,6mA Î A l'état l état haut le courant dd'entrée entrée est Iih maxi = 40µA Î La sortie peut délivrer Ioh maxi = 400µA au 1L et absorber Iol maxi = 16mA au 0L La sortance est donc de 10 en TTL : La sortance correspond au nombre d'entrées qu'une sortie peut commander

P Paramètres èt dynamiques d i Le passage du 0L au 1L d’une sortie logique (ou inversement du 1L au 0L ) n'est pas instantané. Il ffautt tenir t i compte t du d temps t de d propagation ti tp t quii dé dépend dd du ttemps d de montée té tm t ett du d ttemps de d descente 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 28

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 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 NOR

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

Vol maxi = 0 0,05.Vcc 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 l entrée et à la sortie Î Les courants d'entrée sont inférieurs à 1µA et les sorties peuvent véhiculer plus de 1 mA.

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

P Paramètres èt dynamiques d i Tp varie en fonction du niveau de l'alimentation Vcc. La vitesse augmente quand on fait croître Vcc. Mais M i chaque h entrée t é CMOS présente é t une capacité ité parasite it de d 5pF. 5 F La L capacité ité vue par la l sortie ti iinflue fl fortement sur le temps de réponse.

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

L temps Le t de d propagation ti Tp augmente t quand d l’alimentation l’ li t ti diminue di i

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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 Comparaison TTL - CMOS

TTL

A t Avantages

- Très large gamme de fonctions - Bonne o e immunité u té aux au bruits b u ts - Bonne sortance - Temps de propagation faible

- Consommation statique Inconvénients importante - Densité d’intégration réduite

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CMOS - Tension d’alimentation variable - Excellente ce e te immunité u té aux au bbruits u ts - 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 F Fonction ti OUI (Bufferisation) (B ff i ti )

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

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

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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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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique

Puissance < 100 Watt

1.

Transformateur

2 2.

P t de Pont d redressement d t

3.

Filtrage

4.

Régulation

5.

Filtrage

- Rendement R d t : entre t 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 b d de spires i d de l'l'enroulement l t considéré idé é Bmax : valeur maxi de l'induction

P t fer Pertes f sontt très t è faibles f ibl (valeur ( l ttypique i 1 1,1 1 W/k W/kg))

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

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

Le montage va et vient ou parallèle (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 montage en pont de Graetz ou parallèle double (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 3.

10 10ms

La valeur de la capacité dépendra du courant absorbé et du ∆V Exemple : Si l'on désire un ∆U 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 d sortie de i

Is

C1

D1

TR1

Utr1

Fu1

Intensité de sortie MAX

Condensateur de filtrage d fil MINI

Pont ou Di d Diodes

Puissance transfo f

Tension transfo f

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) 4. Uo supérieur ou égal à U régulateur + 2 à 3 V

en ne dépassant p p pas 35 V, p pour U régulateur g < 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 p pratique q 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 :

Transformateur 220 V - 2 x 15 V

U max = 15 2 = 21,2V -10% = - 2,1 V -chute chute de tension des diodes = -1,2 12V

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

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∆U=3 9 V ∆U=3,9

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation stabilisée classique Réalisation p pratique q 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 de service (15 x racine de 2 = 21, 2V) : Normalisée à 25V - Le pont redresseur (PT1 et 2) : 50V / 1 A - Le transformateur : 220 V, 2 x 15 V, 30 VA minimum Note : les deux enroulements du secondaire du transformateur doivent produire chacun 1 A. Soit 2 A au total pour deux sorties. - La puissance du transformateur sera donc : 15V . 2A = 30VA au minimum minimum.

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50

Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage

Principe du découpage d'une alimentation

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51

Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations

Convertisseur Fly-Back

Mise sous tension du circuit secteur Lotfi BOUSSAID

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52

Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations

Convertisseur Fly-Back

Et bli Etablissement t 310V ett ttension i d de service i U Usp ou polarisation l i ti B Bu Lotfi BOUSSAID

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53

Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations

Convertisseur Fly-Back

I iti li ti CI ett démarrage Initialisation dé oscillateur ill t ou procédure éd d de start t t Lotfi BOUSSAID

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54

Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations

Convertisseur Fly-Back

Mi en saturation Mise t ti du d BU Lotfi BOUSSAID

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations

Convertisseur Fly-Back

Blocage du BU Lotfi BOUSSAID

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56

Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations

Convertisseur Fly-Back

Action du circuit de régulation ; repos Lotfi BOUSSAID

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage PC

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Temps Réel Électriques LesCalculateurs Alimentations Alimentation à découpage PC

Pertes dues au découpage Lotfi BOUSSAID

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• 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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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

Architecture du 80x86-Pentium

Unité U ité d’interface d’i t f 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 R i Registres iindex d

Registre compteur de programme Registres de Segment Registre des indicateurs

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62

Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

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

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63

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 L iinterruptions t ti h hardware d surviennent i t llorsque lles lilignes RST RST, NMI ou INTR d du 8086 sont activées. - Les interruptions software surviennent lorsque l’instruction 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 d iinterruptions. t ti - 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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Calculateurs Temps Réel Architecture des Microordinateurs PC

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 commande

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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 http://www.beyondlogic.org/porttalk/porttalk.htm

(2) Utilisation d’une DLL ex : « Inpout.dll » implementation function Inp32(port:integer):integer;Stdcall;external 'inpout32 inpout32.dll dll' name 'Inp32'; Inp32 ; function Out32(port, valeur:integer):integer;Stdcall;external 'inpout32.dll' name 'Out32'; Out32 (base, 170) ; recu := : Inp32 (add.value+1); (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) F Format t de d transmission t i i série é i asynchrone h Coté PC

Coté Ligne de Transmission

Réception des Données

Décalage de Réception 1 Bit à la fois

1 Caractère à la fois Attente de transmission

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Décalage de 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 d 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 Jusqu’à 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) D 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 :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’ 0 quand : Data+ - DataData < -200mV 200mV État différentiel ‘1’ quand : Data+ - Data- > 200mV État Single Ended Zero (SE0) : -200mV 200mV < Data+ - DataData < 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 bit bits

8 bits

SYNC

PID

7 bits

4 bits

Composition d'un paquet DATA :

5 bits

8 bit bits

ADDRESS ENDP CRC

SYNC

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8 bits 0 to 512 bits 16 bits PID

PAYLOAD

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CRC

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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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Les Moteurs Électriques I. Moteur à courant continu 1.

Excitation série

2.

Excitation séparée

3 3.

Mi Micromoteur t

4.

Servomoteur

5.

Moteur Brushless

II. Moteur pas à pas 1.

A aimant permanent

2 2.

A réluctance variable

3.

Hybride

III. Moteur Alternatif

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1.

Universel

2.

Monophasé

3.

p 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 1. 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 é - Application de modélisme

2 Critères 2. C itè spécifiques é ifi au Moteur M t - 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 I ff² Puissance électrique : Pe = E × Im (Puissance électriquee transmise à la partie to tournante) (P issance électriq rnante) Pertes constantes : Pc Ces pertes sont la somme des pertes mécaniques et magnétiques. Ell sontt constantes Elles t t à une vitesse it donnée d é ett peuventt se déterminer dét i à vide. id 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 couple de 1Nm signifie que l'on peut exercer une force de 1N (100g) au bout d'une tige de 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 l intensité B du champ magnétique 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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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, carcasse les pôles principaux et les pôles de commutation sont entièrement feuilletés. 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 encoches. Lotfi BOUSSAID

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

Moteur courant continu

Moteur à excitation parallèle

2. Les moteurs à excitation série

Moteur courant continu i à aimant i 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 séparée - inducteur = circuit indépendant (donc 2 alimentations) - alimentation continue pour l’induit Lotfi BOUSSAID

Rstator

I U

E’

Excitation série - induit et inducteur dans le même circuit - une alimentation unique q en 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 it ti série é i : 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’ / KEE’ Φ = ((U-RI)) /KEE’ 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

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 C Couples l Relation de définition Couple p 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 R d Rendement t ¾ Définition générale

Putile η= Pabsorbée

Moteur à excitation série

Cmott ⋅ Ω η= UI

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

- inducteur bobiné 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 hydrauliques, Ventilateurs Ventilateurs, etc 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 y est de 70 % ((on négligera g g les pertes du stator).

Calculer la puissance absorbée par le moteur ainsi que le courant appelé lors de la montée. P i Puissance utile til fournie f i par le l moteur t :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

1- Commande par un transistor, un seul sens de rotation 1

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

Solution 1 : Transistor MOS : BUZ11

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I. Le Moteur à Courant Continu Commande de Micromoteur à Courant Continu 2- Commande par relais 12V/600 ohms, un seul sens de 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 3- Commande par relais 12V/10 ohms, un seul sens de 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 3- Commande par pont en H, deux sens de rotation

Solution 2 : Pont en 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) mini perceuses) - Informatique stockage de données - les télécoms (portables, satellites, les câblages et relais...) - Domaine médicale ((prothèses et greffes, endoscopie, instruments chirurgicaux...) - Micro-outillage Mi ill

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I. Le Moteur à Courant Continu Moteur cc avec encodeur optique

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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 d un moteur rotatif, rotatif une position d'angle d angle et et, dans le cas d’un d un moteur linéaire une position de distance. Constitution d’un servomoteur : Le servomoteur est constitué d d’un un moteur à courant continu relié à un réducteur 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

Potentiomètre

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

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I. Le Moteur à Courant Continu 4. Le Servomoteur

Commande d’un Servomoteur

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

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

Les moteurs Brushless sont particulièrement adaptée à des applications nécessitant :

- Longues durées de vie - Vitesses élevées 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 U i t permanentt estt solidaire lid i d de l'l'axe d du moteur t ((rotor). t ) D Des b bobines bi excitatrices it t i sontt placées l é 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 ss'agit agit d'un 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 p moteur

Élevée

Faible

Élevée

Sens de rotation

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

Fréquence de travail

Faible Lotfi BOUSSAID

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

Grande

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II. Le Moteur pas à pas

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I21

I12

I11

Moteur Unipolaire

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II. Le Moteur pas à pas

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II. Le Moteur pas à pas Les différents types d’excitation 2 phases I1

4 phases

I2

I11

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I12

I21

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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 5 A Un Transistor TIP122 (NPN) : Peut fournir 3 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 F ibl coût ût - Peu d’inertie - Applications : périphériques d’ordinateurs, positionnement de tête d’impression d’imprimantes, etc.

2 Moteur 2M t pas à pas à réluctance él t variable i bl : - 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 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, l' êt le l rotor t estt sollicité lli ité par d deux champs h tournant t t en sens inverse i

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 S db bobinage bi dé décalé lé d de 90° dans d lles encoches h restantes t t 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, puissance faible couple au démarrage 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 d’écureuil écureuil

X paires de pôles 1 paire i d de pôles ôl Î N=3000 N 3000 ttr/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 S ti Sectionneur

Contacteur

Relais thermique

Variateur de vitesse

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

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III. Le Moteur Alternatif 3. Le Moteur Asynchrone Triphasé V i t Variateur de d vitesse it

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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

M 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 p de démarrage g 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 T il 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 y p pour des p 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

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• Von Neumann MÉMOIRE

• Harvard

MÉMOIRE DONNÉES

Von Neumann vs. Harvard CPU

IO

IO

IO

•••••

BUS SYSTÈME BUS INSTRUCTIONS

MÉMOIRE PROGRAMME

CPU

IO

IO

IO

•••••

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Les processeurs CISC (Complex Instructions Set Computer)

Les avantages • Instructions plus proches dd'un un langage de haut niveau • Programmation plus compact • Écriture plus rapide et plus élégante des applications d occupation mémoire des programmes • Moins d'occupation • Exécution nécessite moins d'octets mémoire

Les inconvénients i é i • beaucoup trop de codes d'instruction différents • taille des instructions élevée et variable (1 à 15 bytes – octets par instruction) • structure des instructions non standardisées: exécution complexe, peu performante

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Les processeurs RISC (Reduced Instructions Set Computer)

• Nette séparation entre les instructions d'accès mémoire et les autres • Instructions standardisées, en taille et en durée d'exécution • Unité de décodage câblée, non microcodée architecture pipeline, superscalaire • Très nombreux registres à usage général • Un ou plusieurs cache (s) internes(s) ainsi que des tampons internes et un jeu d'instruction réduit aux instructions simples p

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Le pipeline (ou pipelining)

• LI : Lecture de l'Instruction (en anglais FETCH instruction) depuis le cache ; • DI : Décodage de l'Instruction (DECODe instruction) et recherche des opérandes; • EX : Exécution de l'Instruction (EXECute instruction) • MEM : Accès mémoire (MEMory access), access) écriture ou chargement de la mémoire ; • ER : Ecriture (Write instruction) de la valeur calculée dans les registres.

Objectif du pipeline : Être capable de réaliser chaque étape en parallèle avec les étapes amont et aval

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

Un PIC est un microprocesseur à lequel on a rajouté des périphériques Les PICs sont des composants dits RISC (Reduced Instructions Set 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 L ffamille ill Hi High-End, h E d quii utilise tili d des mots t de d 16 bits. bit Tous les PICs Mid-Range ont un jeu de 35 instructions, stockent chaque instruction dans un seu u seul mot o de p programme, og a e, e et e exécutent écu e cchaque aque instruction s uc o (sau (sauf les es sau sauts) s) e en 1 cyc cycle. e

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

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Le PIC 16F84-04

Principales caractéristiques : - 35 instructions - Instructions I t ti codées dé sur 14 bits bit - Données sur 8 bits - 1 cycle machine par instruction, sauf pour les sauts (2 cycles machine) - Vitesse maximum 10 MHz soit une instruction en 400 ns (1 cycle machine = 4 cycles d'horloge) - 4 sources d'i d'interruption t ti - 1000 cycles d'effacement/écriture pour la mémoire flash, 10.000.000 pour la mémoire de donnée EEPROM

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Le PIC 16F84-04 Brochage et fonction des pattes - VSS, VDD : Alimentation - OSC1,2 : Horloge - RA0-4 RA0 4 : Port A - RB0-7 : Port B - T0CKL : Entrée de comptage - INT : Entrée d'interruption - MCLR : Reset : 0V - Choix du mode programmation : 12V - 14V - Exécution : 4.5V - 5.5V

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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 octets

Architecture Harvard

Mémoire programme 1K x 14 bits

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Le PIC 16F84-04 Organisation des instructions Quatre types yp d’instructions : 1- Les instructions « orientées octet » Elles sont codées de la manière suivante : - 6 bits pour l’instruction l instruction : logique logique, car comme il y a 35 instructions 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 l manières la iè suivante i t : - Les instructions sont codés sur 3 bits - La destination codée sur 11 bits

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Le PIC 16F84-04 Liste des instructions

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Le PIC 16F84-04 Organisation g d’un programme p g 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 L zone d des variables i bl ‰ CBLOCK 0x00C ; début de la zone variables w_temp :1 ; Zone de 1 byte status_temp : 1 ; zone de 1 byte mavariable i bl : 1 ; je j dé déclare l ma variable i bl ENDC ; Fin de la Lotfi BOUSSAID

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Le PIC 16F84-04 Les différents types d’adressage 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

I f f,d Incf fd d : destination elle peut avoir : • f : résultat dans l’emplacement mémoire. • w : résultat é l est llaissé i éd dans lle registre i d de travail, il Lotfi BOUSSAID

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Le PIC 16F84-04 Ports d'entrées/Sorties Port A - 5 pattes d'entrée/sortie bidirectionnelles, notées RAx avec x={0,1,2,3,4} - Le registre PORTA, d'adresse 05h dans la banque 0, permet d'y accéder en lecture ou en écriture. - Le registre TRISA, d'adresse 85h dans la banque 1, permet de choisir le sens de chaque patte (entrée ou sortie) : un bit à 1 positionne le port en entrée, un bit à 0 positionne le port en sortie. Câblage interne d'une patte du port A : - "Data Latch" : Mémorisation de la valeur écrite quand le port est en sortie. - "TRIS Latch" : Mémorisation du sens (entrée ou sortie) de la patte. - "TTL input buffer" : Buffer de lecture de la valeur du port. La lecture est toujours réalisée sur la patte, pas à la sortie de la bascule d'écriture. - Transistor N : En écriture : Saturé ou bloqué suivant la valeur écrite. - En lecture : Bloqué. - Transistor P : Permet d'alimenter la sortie. Lotfi BOUSSAID

Câblage interne d’une patte d’un Port

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Le PIC 16F84-04 Port B - 8 pattes d'entrée/sortie bidirectionnelles, notées RBx avec x={0,1,2,3,4,5,6,7} - Le registre PORTB, d'adresse 06h dans la banque 0, permet d'y accéder en lecture ou en écriture. - Le registre TRISB, d'adresse 86h dans la banque 1, permet de choisir le sens de chaque patte (entrée ou sortie) : un bit à 1 positionne le port en entrée, un bit à 0 positionne le port en sortie. - Les quatre bits de poids fort (RB7-RB4) peuvent être utilisés pour déclencher une interruption sur changement d'état. - RB0 peutt aussii servir i d'entrée d' t é d'interruption d'i t ti externe. t

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Le PIC 16F84-04 Le Compteur (Timer)

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La Programmation PC Programmateur

Langage C / BASIC

PIC

Hexadécimal

Langage Assembleur Haut niveau

Bas niveau Lotfi BOUSSAID

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1er Exemple : Allumer une LED par bouton poussoir

LIST p=16F84 include "P16F84.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 b boucle l 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

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

#include #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=4000000) de ay(c oc 000000) #define LED PIN_RA2 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 #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000) Void avance(int i){ Int j; For(j=0;j