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Calculateurs Temps Rel
Cours Informatique Industrielle
Lotfi BOUSSAIDDpartement de Gnie lectrique Ecole Nationale dIngnieurs de Monastir
Email : LotfiBoussaid@yahoo.frLotfi BOUSSAID
Anne Universitaire 2009 - 2010Cours Informatique Industrielle
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Chane de montage Citron AXQuelles sont les comptences ncessaires ?
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Technologies des Circuits Intgrs Les Alimentations lectriques Architecture des Microordinateurs PC Motorisation et Commande de Machines Les Microcontrleurs
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Technologies des Circuits Intgrs Les Alimentations lectriques Architecture des Microordinateurs PC Motorisation et Commande de Machines Les Microcontrleurs
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Introduction La Famille TTL La Famille CMOS
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IntroductionNiveau dintgration des circuits intgrs Classification selon le nombre de transistors par botier
Catgorie SSI : Small Scale of Integration MSI : Medium Scale of Integration LSI : Large Scale of Integration VLSI : Very Large Scale of Integration
Nombre de portes (n) n ~ 100 ~ 1000 10 000 < n < 100 000 0.1 < n < 1 Million
Taux dintgration actuellement : Plus de 1 Million de portes
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IntroductionFamille de circuits intgrs utilisant des transistors bipolaires
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IntroductionFamille de circuits intgrs utilisant des transistors bipolaires Classification selon la nature des lments utiliss Logique satureDeux tats : Bloqu ou SaturRTL (Resistor Transistor Logic) : Logique rsistance en entre et transistor en sortie DTL (Diod Transistor Logic) : Logique diode en entre et transistor en sortie TTL (Transistor Transistor Logic) : Logique transistor en entre et transistor en sortie Srie N (Normale), H (High Speed), L (Low power)
Logique non satureDeux tats : Conducteur ou BloquTTL LS (Low Power Schottkey) ALS (Advanced Schottkey) S (Schottkey) ECL (Emmitter Coupled Logic) : Couplage lectrique des metteurs lectronique numrique trs rapide
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IntroductionFamille de circuits intgrs utilisant des Transistors Effet de Champ Grille IsolMOS (Metal Oxid Semiconductor) : Compos au dpart par des transistors canal P (PMOS) puis canal N (NMOS)
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IntroductionCMOS (Complementary MOS) : Compos par deux paires de 2 MOS diffrents
Cohabitation NMOS/PMOS Pas de consommation statique Longueur de canal technologie moderne 0.09um
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IntroductionLes BotiersLes botiers plats (Flat Package) :
Les botiers DIL (Dual In Line) :
Encoche
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IntroductionLes BotiersLes botiers SO (Small Outline) :
Les botiers Chip Carrier
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IntroductionLes BotiersLes botiers Pin Grid Array (rseau de connexion)
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IntroductionGamme de tempraturesIl existe deux sries : Srie militaire : -55C +125C Srie commerciale : 0C +70C
Caractristiques lectriques Statiques Tension dalimentation : Cest la diffrence de potentiel appliquer au circuit pour un fonctionnement correct
Courant consomm : Courant fourni par le gnrateur dlivrant la tension nominale
Puissance statique : Tension dalimentation x Courant consomm Pour les circuits TTL, elle dpend du niveau logique On prend une valeur moyenne entre 1et 100 mW par porte
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IntroductionCaractristiques lectriques Statiques (Suite) Niveaux logiques : Un circuit dlivre une tension pouvant avoir deux niveaux logiques haut (H: High) et bas (L: Low)Exemple de caractristiques dun inverseur VIL Voltage Input Low VIH Voltage Input High VOL Voltage Output Low VOH Voltage Output High 1. 2. 3. VI < VIL (niveau logique 0) : Tension de sortie est VOH (niveau logique 1) VIL < VI < VIH : Rgime linaire, inverseur fonctionne en amplificateur VI > VIH : la tension de sortie est VOL
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IntroductionCaractristiques lectriques Statiques Immunit au bruit : Insensibilit aux parasites. Cest le degr avec lequel une porte logique peut supporter des variations en entre sans modifications en sortie. Entrance et Sortance : Entrance est le nombre maximal dentres indpendantes supportes par la porte. La Sortance est le nombre maximal dentres quune porte peut alimenter sans modification du niveau haut ni du niveau bas. Vitesse de commutation Temps de propagation : Cest le temps moyen que met le signal pour franchir loprateur logique (2 100 ns)
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Problmatique
Les niveaux HAUT et BAS, en entre et en sortie, VIH, VOH, VIL et VOL sont dfinis par : - Niveaux bas en entre si 0 Ve VIL - Niveaux bas en sortie si 0 Vs VOL - Niveaux haut en entre 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 quil ny ait pas ambigut.
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Problmatique
Pour assurer que le circuit B comprend bien les signaux issus du circuit A, on doit avoir :
VOHMIN > VIHMIN VOLMAX < VILMAX
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HistoriqueResistor-Transistor Logic (Technologie Obsolte)
640
470
NON
NOR
OR
Diod -Transistor Logic (Technologie Obsolte)
NOR
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)Alimentation : 5V 5%
S= E0 . E1 Architecture interne
Identification dun circuit TTL : (ex: SN 74 AS 169 N)
SN, DM : champ littral qui indique le constructeur. 74 ou 54 : gamme de tempratures normale (0C 70C) ou militaire (-55C +125C). AS, S, ...: technologie ici advanced shottky, shottky. 169, 283, ...: fonction logique. N, J, P, NT...: type de botier (ici DIL plastique ou cramique).
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)
Consommation non ngligeable : Quelques milliwatts par porte Frquences maximales de fonctionnement comprises entre 10 et 100 Mhz suivant les versions.
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)Niveaux d'entre et de sortie
Voh mini = 2,4V Vih mini = 2 V
Vol maxi = 0,4 V Vil maxi = 0,8 VLotfi BOUSSAID
L'immunit aux bruits est de 0,4 VCours Informatique Industrielle
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)Courant l'entre et la sortie A l'tat bas une entre TTL a besoin d'un courant sortant Iil maxi = 1,6mA A l'tat haut le courant d'entre est Iih maxi = 40A La sortie peut dlivrer Ioh maxi = 400A au 1L et absorber Iol maxi = 16mA au 0LLa sortance est donc de 10 en TTL : La sortance correspond au nombre d'entres qu'une sortie peut commander
Paramtres dynamiquesLe passage du 0L au 1L dune sortie logique (ou inversement du 1L au 0L ) n'est pas instantan. Il faut tenir compte du temps de propagation tp qui dpend du temps de monte tm et du temps de descente td.
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)Temps de propagation
Tp varie selon la sous-famille de 10ns (TTL " N ") 1,5ns (TTL " AS ")
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)Interfaage : Sortie collecteur ouvert
Pull-up R1
Pull-down
R2
R1 doit imposer 1L sur l'entre quand l'interrupteur est ouvert. R1 = 10 k R2 doit imposer 0L sur l'entre quand l'interrupteur est ouvert. R2 = 390Lotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
par exemple par exemple25
Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa famille TTL (Transistor-Transistor Logic)Sortie collecteur ouvert : 3 tats1. 2. 3. Soit la sortie est l'tat haut Soit la sortie est l'tat bas Soit la sortie est en haute impdance (T1 et T2 ouverts)
Une entre est ddie la mise en haute impdance du circuitLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
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OL 1L Inverseur CMOS
1L OL
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)Il existe deux familles de technologies CMOS :1. Circuits spcialiss trs faible tension dalimentation (1,5 V), trs faible consommation, o la vitesse nintervient pas, ou peu (montres, calculettes simples, etc...). 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 quivalentes aux familles TTL, mais le brochage des circuits est parfois diffrent, la lettre T indique la compatibilit de niveaux lectriques avec les familles TTL.
2.
Consommation ngligeable : 0.1 milliwatts par porte Frquences plus rapides pour les familles HC,HCT et ACTLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Porte NOR
Porte NAND
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)Alimentation : 3V 18V Identification dun circuit CMOS : 1. CMOS classique : Srie 4000B - 74Cxx 2. CMOS rapides ( High Speed CMOS ) : 74HCxx, 74HCTxx.
Immunit aux bruits :
Voh mini = 0,95.Vcc Vih mini = 0,55.Vcc
Vol maxi = 0,05.Vcc Vil maxi = 0,45.VccLotfi BOUSSAID
L'immunit aux bruits est de 0,4.VccCours Informatique Industrielle
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)Courant l'entre et la sortie
Les courants d'entre sont infrieurs 1A et les sorties peuvent vhiculer plus de 1 mA.
La sortance est limite non pas par les courants d'entre-sortie mais par les capacits parasites (5pF) d'entre qui rduisent les temps de commutation.
Paramtres dynamiques Tp varie en fonction du niveau de l'alimentation Vcc. La vitesse augmente quand on fait crotre Vcc.Mais chaque entre CMOS prsente une capacit parasite de 5pF. La capacit vue par la sortie influe fortement sur le temps de rponse.
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)Temps de propagation
Le temps de propagation Tp augmente quand lalimentation diminue
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsLa Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Pull-up Pull-down :
R1
R2
R1 = R2 = 10 k
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsComparaison TTL - CMOS
TTL - Trs large gamme de fonctions - Bonne immunit aux bruits - Bonne sortance - Temps de propagation faible
CMOS - Tension dalimentation variable - Excellente immunit aux bruits - Consommation statique quasi-nulle - Densit dintgration leve - Sortance faible - tages amplificateurs ncessaires - Sortance leve avec ACT, FACT - Temps de propagation important
Avantages
- Consommation statique Inconvnients importante - Densit dintgration rduite
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Calculateurs Temps Rel Technologies des Circuits IntgrsAdaptation TTL - CMOSFonction OUI (Bufferisation)
Exemples de circuits CMOS : 4010, 4050 TTL : 7407, 7417, 5407, 5417
Autres Exemples de circuits intgrs : Buffer inverseur CMOS : 4009, 4049 TTL : 7404, 7405, 7406, 7416.
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Plan du cours
Technologies des Circuits Intgrs Les Alimentations lectriques Architecture des Microordinateurs PC Motorisation et Commande de Machines Les Microcontrleurs : tude de cas Le 16F84
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique
Puissance < 100 Watt
1. 2. 3. 4. 5.
Transformateur Pont de redressement Filtrage Rgulation Filtrage
- Rendement : entre 25 50 % - Pas chre fabriquer - Pour une puissance de 300W il faut fournir 900w (Pertes 600W)
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique1. Le transformateur
U = 4,44 . Bmax . N . S . F U1 = K . n1 et U2=K . N2 (avec K = 4,44 . Bmax . S. F)F : frquence du rseau S : section du circuit magntique du transformateur N : nombre de spires de l'enroulement considr Bmax : valeur maxi de l'induction
Pertes fer sont trs faibles (valeur typique 1,1 W/kg)
U1 I1 ~ U2 I2 U1 / U2 = I2 / I1Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique2. Les montages de redressement
Le montage va et vient ou parallle (P2)
Transformateur point milieu
Les diodes doivent supporter une tension inverse :
Vinv = 2v 2
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique2. Les montages de redressement (suite) Le montage en pont de Graetz ou parallle double (PD2)
Les diodes doivent supporter une tension inverse :
Vinv = v 2
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique3. Filtrage 10ms
La valeur de la capacit dpendra du courant absorb et du V Exemple : Si l'on dsire un U maxi de 0,5 V avec un courant moyen de 110 mA, on aura :
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique4. Les Rgulateurs de Tensions
Un rgulateur sert rguler ou stabiliser un potentiel sur sa broche de sortie , il peut tre fixe ou rglable ( vis de rglage 25 tours ) et tre positif ou ngatif par rapport la masse ( ex: 7805 positif avec en sortie +5V et 7905 ngatif avec en sortie -5V ) Le " L " est utilis pour les botiers TO 92 , I max 100mA
Le " T " est utilis pour les botiers TO220 , I max 1,5A
Le " K" ou " CK " pour des botiers TO3 , I max 3 A
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique4. Les Rgulateurs de Tensions (suite)
UsType 7805 78L05 78T05 7806 7808 7809 7812 78L12 78T12 7815 7818 7824 Tension de sortie +5V +5V +5V +6V +8V +9V + 12 V + 12 V + 12 V + 15 V + 18 V + 24 V
IsIntensit de sortie MAX 1A 0,1 A 3A 1A 1A 1A 1A 0,1 A 3A 1A 1A 1A
C1Condensateur de filtrage MINI 2200 mF - 16 V 220 mF - 16 V 4700 mF - 16 V 2200 mF - 16 V 2200 mF - 25 V 2200 mF - 25 V 2200 mF - 35 V 220 mF - 35 V 4700 mF - 35 V 2200 mF - 35 V 2200 mF - 40 V 2200 mF - 40 V
D1Pont ou Diodes 1,5A 100V 0,5A 100V 4 A 100V 1,5A 100V 1,5A 100V 1,5A 100V 1,5A 100V 0,5A 100V 4 A 100V 1,5A 100V 1,5A 100V 1,5A 100V
TR1Puissance transfo 16 VA 1 VA 30 VA 16 VA 16 VA 16 VA 16 VA 3 VA 48 VA 26 VA 26 VA 26 VA
Utr1Tension transfo 9V 9V 9V 9V 12 V 12 V 15 V 15 V 15 V 18 V 24 V 24 V
Fu1Fusible secteur 100 mA 100 mA 200 mA 100 mA 100 mA 100 mA 100 mA 100 mA 400 mA 200 mA 200 mA 200 mA
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classique4. Les Rgulateurs de Tension (suite) Uo suprieur ou gal U rgulateur + 2 3 V
en ne dpassant pas 35 V, pour U rgulateur < 18 V, ou en ne dpassant pas 40V, pour U rgulateur > 20V.Lotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classiqueRalisation pratique Alimentation symtrique + 12 V -12 V / 1 A (1 ampre sur chaque sorties) Il faudra tenir compte: de la variation de tension du rseau 220 V + ou - 10 %, de la chute de tension des diodes, de la valeur de la tension stabiliser.
Solution :
Transformateur 220 V - 2 x 15 V
U max = 15 2 = 21,2V-10% = - 2,1 V -chute de tension des diodes = -1,2 V
Umax = 17,9VU = [ 17,9 V ( U rgulateur + 2V ) ] avec U rgulateur = 12V
U=3,9 V
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation stabilise classiqueRalisation pratique Alimentation symtrique + 12 V -12 V / 1 A (1 ampre sur chaque sorties)
C=
I 1A = = 2564mF 100.DU 100 3,9
On choisira C = 3300uF / 25V en valeur normalise
- Tension de service (15 x racine de 2 = 21, 2V) : Normalise 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 produirent 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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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation dcoupage
Principe du dcoupage d'une alimentation
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsConvertisseur Fly-Back
Mise sous tension du circuit secteurLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsConvertisseur Fly-Back
Etablissement 310V et tension de service Usp ou polarisation BuLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsConvertisseur Fly-Back
Initialisation CI et dmarrage oscillateur ou procdure de startLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsConvertisseur Fly-Back
Mise en saturation du BULotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsConvertisseur Fly-Back
Blocage du BULotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsConvertisseur Fly-Back
Action du circuit de rgulation ; reposLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation dcoupage PC
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LesCalculateurs Temps Rel lectriques AlimentationsAlimentation dcoupage PC
Pertes dues au dcoupageLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Architecture du 80x86-Pentium
Unit dinterface de bus
Unit dexcution
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Les registres du 80x86-PentiumAccumulateur Base Count Data Stack Pointer Base Pointer Source Index Destination index Code Segment Data Segment Stack Segment Extra Segment Registres pointeurs
Registres Gnraux
Registres index
Registre compteur de programme Registres de Segment Registre des indicateurs
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Organisation dune carte mre base dun PC
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Architecture dun PC
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Les interruptions du 8086Il existe 2 catgories dinterruptions: les interruptions hardware et les interruptions Software
- Les interruptions hardware surviennent lorsque les lignes RST, NMI ou INTR du 8086 sont actives. - Les interruptions software surviennent lorsque linstruction INT apparat ou lors dexceptions logiciel (exemples: dbordement de pile (stack overflow), division par zro). - Les sauts conditionnels ou inconditionnels ainsi que les appels de sous-routines ne sont pas des interruptions. - Une interruption de haute priorit peut interrompre une interruption de priorit infrieure. - Une interruption de basse priorit ne peut pas interrompre une interruption de priorit gale ou suprieure. Linterruption Reset est la plus prioritaire.
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Interruptions matrielles (1)
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Interruptions matrielles (2)
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Interface Parallle de lImprimante (LPT1 PIO 8255)Connecteur DB25 - Femelle
Paramtrage du BIOS
Adressage du port parallle
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Interface Parallle de lImprimante (2)Le connecteur parallle LPT comprend 3 Ports :
Port de donnes
Port dtat
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Interface Parallle de lImprimante (3)
Port de commande
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Interface Parallle de lImprimante (3)Le contrleur de linterface parallle (PIO) est le composant 8255 Contrleur PIO 8255 de liaison parallle
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Programmation de lInterface Parallle(Dos, Win 9x)En assembleur Mov Ax,0378h Mov Dx,Ax Mov Al,33h Out Dx,Al ; 33h sur port Data Mov Ax,0379h Mov Dx,Ax In Al,Dx ; lire le port dtat En pascal Port[$378]:=$33; { 33h sur port Data } Data:=Port[$379]; {lire le port dtat } En Turbo C Outportb(0x378,0x33); /* 33h sur port Data */ Inportb(0x379,Data); /* lire le port dtat */
Windows 2000 et XP (Mode protg) :(2) Utilisation dune DLL ex : Inpout.dll
(1) Utilisation dun driver Porttalk http://www.beyondlogic.org/porttalk/porttalk.htm
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.htmlLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Le Port Srie du PCUART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)Format de transmission srie asynchrone Cot PC Cot Ligne de Transmission
Rception des Donnes 1 Caractre la fois Attente de transmission
Dcalage de Rception 1 Bit la fois Dcalage de transmission
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Le Port Srie du PC Le 8250 : est apparu sur les PC-XT Le 16450 Il permet des vitesses de transmission de 38.4 kbits/s sans problme Le 16550 Contrairement au 16450 ou on ne pouvait lire ou crire qu'un seul octet la fois, le 16550 peut stocker en mmoire 16 octets avec un buffer pour la rception et un buffer pour l'mission. On peut alors atteindre des vitesses de transfert de 115.2 kbits/s. Une autre amlioration apporte par le 16550 tait l'utilisation du contrleur DMA
Format max d'une donne asynchrone de l'UART 8250
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Le Port Srie du PCGomtrie du port srie Description et attribution des signaux
DCD : Lorsque cette ligne est active haute, elle signale au PC qu'une liaison a t tablie avec un correspondant. RX : cette ligne est une entre. C'est ici que transitent les informations du correspondant vers l'ordinateur. TX : cette ligne est une sortie. Les donnes du PC vers le correspondant sont vhicules par son intermdiaire. DTR : Lorsque cette ligne est active haute, elle permet au PC de signaler au correspondant que le port srie a t libr et qu'il peut tre utilis s'il le souhaite. GND : c'est la masse. DSR . Cette ligne est une entre active haute. Elle permet au correspondant de signaler qu'une donne est prte. RTS : Lorsque cette ligne est active haute, elle indique au correspondant que le PC veut lui transmettre des donnes. CTS : cette ligne est une entre active haute. Elle indique au PC que le correspondant est prt recevoir des donnes. RI : cette ligne est une entre active haute. Elle permet l'ordinateur de qu'un correspondant veut initier une communication avec lui.Cours Informatique Industrielle
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Le Port Srie du PC
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Le Port Srie du PC
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Le Port Srie du PC et le Modem
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Le Port Srie USB (Universal Serial Bus)Introduction :- Interface srie haut dbit - Connexion srie est plus conomique que la connexion parallle
Architecture du bus USB :- Connexions se font point point - Jusqu 127 priphriques - longueur maximale : 5 mtres
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Le Port Srie 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 Srie USB (Universal Serial Bus)Vitesse de transmission :Le bus USB propose plusieurs vitesses de communication : - Haute Vitesse (High Speed) : 480 Mbits/s : Priphriques trs haut dbit ; ex :camera... - Pleine Vitesse (Full Speed) : 12 Mbits/s : Priphriques haut dbit : scanners, imprimantes.... - Basse Vitesse (Low Speed) : 1,5 Mbits/s : Priphriques d'interface utilisateur : claviers, souris,
Identification de la vitesseBasse vitesse
Pleine vitesse
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Calculateurs Temps Rel Architecture des Microordinateurs PC
Le Port Srie USB (Universal Serial Bus)Les caractristiques matrielles du bus :La norme USB dfinie 3 tats sur les lignes du bus : tat diffrentiel 0 quand : Data+ - Data- < -200mV tat diffrentiel 1 quand : Data+ - Data- > 200mV tat Single Ended Zero (SE0) : -200mV < Data+ - Data- < 200 mV Rinitialisation d'un appareil s'il est maintenu plus de 10 ms
Codage des donnes NRZI (Non Retour Zro Invers)
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Le Port Srie 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 7 bits 4 bits 5 bits
Composition d'un paquet DATA : 8 bits 8 bits 0 to 512 bits 16 bits SYNC PID PAYLOAD CRC
ADDRESS ENDP CRC
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Calculateurs Temps Rel
Plan du cours
Technologies des Circuits Intgrs Les Alimentations lectriques Architecture des Microordinateurs PC Motorisation et Commande de Machines Les Microcontrleurs : tude de cas Le 16F84
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
Les Moteurs lectriquesI. Moteur courant continu1. 2. 3. 4. 5. Excitation srie Excitation spare Micromoteur Servomoteur Moteur Brushless
II. Moteur pas pas1. 2. 3. A aimant permanent A rluctance variable Hybride
III. Moteur Alternatif1. 2. 3. 4.Lotfi BOUSSAID
Universel Monophas Triphas Moteur Synchrone 82
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
Les Moteurs lectriquesComment choisir le moteur adquat pour mon application ?
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Critres de choix dun Moteur1. Critres dpendant de lapplication- Application de puissance (lectropompes, traction, etc.) - Application embarque (alimente par batterie) - Application vitesse constante - Application couple important au dmarrage - Application grand public (Machine laver, Chyniol, lectromnager, etc.) - Application de prcision - Application de modlisme
2. Critres spcifiques au Moteur- Couple et couple au dmarrage - Rendement - Vitesse (constante ou variable) - Cot - Taille et poids (encombrement) - Charge (Constante ou variable)Lotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
Fonction dun moteur
puissance lectriquefournie par lalimentation lectrique (puissance absorbe)
moteur
puissance mcaniqueDisponible sur larbre du moteur (puissance utile)
Pertes = (Puissance absorbe Puissance utile)
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Bilan de puissancesPuissance absorbe : Pa = Um Im Pertes joule : Pj = R Ieff Puissance lectrique : Pe = E Im (Puissance lectrique transmise la partie tournante) Pertes constantes : Pc Ces pertes sont la somme des pertes mcaniques et magntiques. Elles sont constantes une vitesse donne et peuvent se dterminer vide. Puissance utile : Pu Pu = C W (Couple en N m . Vitesse en rad / seconde) C'est la puissance mcanique fournie par le moteur pour entraner 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/PaLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
Force de Laplace
rgle des 3 doigts de la main droite : courant champ - force Le module de la force F est proportionnel : - la valeur absolue de l'intensit du courant |I|, - la longueur L de la partie du conducteur plonge dans le champ magntique ici L , - l'intensit B du champ magntique, - au sinus de l'angle a forme par le conducteur et le vecteur champ magntique B
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I. Le Moteur Courant ContinuPrincipe de fonctionnement Lorsque les conducteurs sont parcourus par un courant, ils sont soumis des forces F1 et F2 qui tendent 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 conserv.
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I. Le Moteur Courant ContinuPrincipe de fonctionnement Les bobinages d'induit Le collecteur est constitu de bagues conductrices o frottent 2 balais appels charbon. L'induit se comporte comme une seule et mme bobine lorsqu'il est aliment par les balais.
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu1. STATOR La carcasse, les ples principaux et les ples de commutation sont entirement feuillets. Les composants du stator sont souds ensemble dans un bti de fixation qui aligne et presse les tles ensemble en une unit monobloc.
2. INDUIT (Rotor) Le noyau d'induit est constitu de disques en tles lectromagntiques isoles. L'enroulement d'induit est en cuivre isol verni. Les bobinages de cuivre sont placs dans l'isolant des encoches.Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu1. Les moteurs excitation parallle
Moteur courant continu
Moteur excitation parallle
2. Les moteurs excitation srie
M
Moteur courant continu aimant Permanent Induit + inducteur
Moteur excitation srie
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu2 modes dalimentation
Rrotor E
I
Rrotor U E
Rstator
I U
Excitation spare - inducteur = circuit indpendant (donc 2 alimentations) - alimentation continue pour linduitLotfi BOUSSAID
Excitation srie - induit et inducteur dans le mme circuit - une alimentation unique en continu
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continuquations lectriques
Loi dOhm
U (V ) = E '+ RI
(convention rcepteur)
excitation spare : R = Rrotor excitation srie : R = Rrotor + Rstator
Fc.e.m induite
E ' (V ) = K E 'FW
F flux travers les spires de linduit (Wb) W vitesse de rotation (rad/s) K constante Vitesse de rotation W = E / KE F = (U-RI) /KE F W(rad/s) = N(tr/mn).2p/60 = n(tr/s).2pLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuRelation Puissance - Couple
P=C. W
Puissance = Couple . Vitesse
Watts = (N.m) . (Rad/s)
A tout terme de puissance on peut donc associer un coupleLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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I. Le Moteur Courant ContinuCouplesRelation de dfinition Putile = Cmot . W (1) Pfer + Pmca = Cpertes . W (2) Cemag = Cpertes + Cmot
Couple moteur
Couple de pertes collectives
Couple lectromagntique
(1) : la puissance se rpartit entre couple moteur et vitesse (2) : pertes constantes, mesures par un essai vide (3) : Cemag = KCFILotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuRendement Dfinition gnrale
Putile h= PabsorbeCmot W h= UI
Moteur excitation srie
Moteur excitation spare :- inducteur aimant permanent pas de pertes dans le circuit inducteur
- inducteur bobin pertes dans le circuit inducteur
Cmot W h= UI Cmot W h= UI + PJ inducteur96
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuApplications- Applications ncessitant un couple de dmarrage important - Couple / vitesse de pente importante - Applications pouvant tre aliment par batterie - Applications fonctionnant vitesse constante Avantages : - Rgulation de vitesse plus facile - Rendement relativement lev Utilisation : - Moteurs excitation parallles : Pompes hydrauliques, Ventilateurs, etc. - Moteurs excitation srie : (gros couple au dmarrage et faible vitesse) dmarreurs d'automobiles, traction (locomotives), mtro, etc. Choix du moteur : - Vitesse de 1000 5000 tr/mn Moteur direct - Vitesse < 500 tr/mn Moteur rducteur de vitesse Puissance utile : - Pu (w) = (2/60) C(N.m) N(tr/mn)Lotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
Inconvnients : - Cot relativement lev pour des puissances importantes - Usure du systme collecteur / charbons
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
I. Le Moteur Courant ContinuExercice : Un moteur excitation indpendante actionne un monte-charge. Il soulve une masse de deux tonnes la vitesse dun mtre par seconde. Le moteur est aliment sous 1500 V, sa rsistance dinduit est de 1,6 W , le rendement de lensemble du systme est de 70 % (on ngligera les pertes du stator). Calculer la puissance absorbe par le moteur ainsi que le courant appel lors de la monte. Puissance utile fournie par le moteur : P = M . g . v Rponse : Puissance utile fournie par le moteur : P = M . g . v
Pu = 2 103 9,8 1 = 19600W Pu = 28000 W Puissance absorbe par le moteur P = 0 ,7P = UII= P 28000 = = 18,7 A U 1500
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
I. Le Moteur Courant Continu3. Le Micromoteur Courant Continu
- Stator (Inducteur) aiment permanent - Rotor (Induit) bobin
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuCommande de Micromoteur Courant Continu
1- Commande par un transistor, un seul sens de rotation
La consommation dun tel moteur est denviron 100mA, il est donc impossible de le connecter directement sur une patte du PIC
Solution 1 : Transistor MOS : BUZ11
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuCommande de Micromoteur Courant Continu2- Commande par relais 12V/600 ohms, un seul sens de rotation Porte TTL sortie collecteur ouvert : 74ALS16
+V
Iol max=40mALe courant ncessaire pour le relais est gal : Io = 12/600 = 20mA
M
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
I. Le Moteur Courant ContinuCommande de Micromoteur Courant Continu3- Commande par relais 12V/10 ohms, un seul sens de rotation
Transistor Darlington : Ex: TIP121 Pouvant fournir jusqu 5 A
La commande du relais se fait avec un "0" logique
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuCommande de Micromoteur Courant Continu3- Commande par pont en H, deux sens de rotation
Solution 2 : Pont en H
L298
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuApplications base de Micromoteur Courant Continu
- Robotique - Modlisme - Applications encombrement minimum - Applications portables (ex: mini-perceuses) - Informatique stockage de donnes - les tlcoms (portables, satellites, les cblages et relais...) - Domaine mdicale ((prothses et greffes, endoscopie, instruments chirurgicaux...) - Micro-outillage
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu4. Le ServomoteurDfinition : - Un servomoteur est un moteur conu pour gnrer le mouvement prcis d'un lment mcanique selon une commande externe. - Un servomoteur est un systme motoris capable d'atteindre des positions prdtermines, puis de les maintenir. - La position est : dans le cas dun moteur rotatif, une position d'angle et, dans le cas dun moteur linaire une position de distance. Constitution dun servomoteur : Le servomoteur est constitu dun moteur courant continu reli un rducteur, et asservit par un potentiomtre et un circuit de contrle
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu4. Le Servomoteur Principe de fonctionnementCommande + _
M
Rducteur
Potentiomtre
Commande dun Servomoteur
On doit appliquer des impulsions selon la norme suivante
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu4. Le Servomoteur
Commande dun Servomoteur
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant ContinuApplications base de ServomoteurManoeuvre des vannes industrielles
Modlisme
Servomoteurs multi tours
Servomoteurs fraction de tours
Servomoteurs dplacement linaire (bouchon de baignoire)
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu5. Le Moteur Brushless (Sans balais)
- Un rotor aimant tournant de 2 ou 4 ples. - Le stator, compos dun bobinage de 3 4 phases, aliment par une lectronique de puissance - Un aimant servant exciter les capteurs effet Hall qui sont utiliss par llectronique qui assure lalimentation successive des phases.
Pour une dure de vie optimale du moteur, le rotor est mont sur roulements billes
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Calculateurs Motorisation et Temps Rel Commande de Machines
I. Le Moteur Courant Continu5. Le Moteur Brushless (Sans balais)
Les moteurs Brushless est particulirement adapte des applications ncessitant : - Longues dures de vie - Vitesses leves, - Fonctionnements en conditions dutilisation difficiles. - Industrie Automobile - Applications industrielles - Modlisme
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pas
Rsolution : de 4 400 pas
Signal lectrique numrique
Positionnement angulaire de caractre incrmental
On peut distinguer trois catgories technologiques : - Moteur aimants permanents - Moteur reluctance variable. - Moteur hybride
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pas1. Moteur aimants permanentsUn aimant permanent est solidaire de l'axe du moteur (rotor). Des bobines excitatrices sont places sur la paroi du moteur (stator) et sont alimentes chronologiquement. Le rotor s'oriente suivant le champ magntique cr par les bobines.
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II. Le Moteur pas pas2. Moteur reluctance variable Il s'agit d'un moteur qui comporte un rotor encoches se positionnant dans la direction de la plus faible rluctance : ce rotor, en fer doux, comporte moins de dents qu'il n'y a de ples au stator. (la rluctance est le quotient de la force magntomotrice d'un circuit magntique par le flux d'induction qui le traverse)
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pas3. Moteur hybride Le moteur hybride est une combinaison du moteur reluctance variable et du moteur aimant permanent.
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pasComparaison des trois moteurs Comparaison des performances des trois types de moteurs pas pasType de Moteur Rsolution (nombre de pas/tour) Couple moteur Moteur aimant permanent Moyenne leve Il dpend du : - Sens du courant - Ordre dalimentation des bobines Faible Moteur reluctance variable Bonne Faible Moteur Hybride leve leve
Sens de rotation
Il dpend du : Il dpend uniquement - Sens du courant de lordre dalimentation - Ordre dalimentation des bobines des bobines Grande Grande
Frquence de travail
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pas
I22 I2 I21
I11 I1
I12
Moteur Unipolaire Moteur Bipolaire
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pasLes diffrents types dexcitation2 phases I1 I2 I11 I12 4 phases I21 I22
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pasCommande du moteur pas pas Unipolaire : 2 phases On
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
II. Le Moteur pas pasCommande du moteur pas 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 pasCommande du moteur pas pas Unipolaire : 2 phases On (3)
Un Transistor BDX53C (NPN) : Peut fournir 3 A Un Transistor TIP122 (NPN) : Peut fournir 5 ALotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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II. Le Moteur pas pasCommande du moteur pas pas BipolaireMoteur Bipolaire
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II. Le Moteur pas pasApplicationsLes photocopieurs, imprimantes bancaires, priphriques informatiques, tables traantes, instrumentation, pompes mdicales, pousses seringues, automobiles, climatisation, rgulation, etc. Sans balais, Fonctionnement en boucle ouverte et plusieurs pas angulaires sont disponibles
1- Moteur pas pas aimant permanent :- Faible cot - Peu dinertie - Applications : priphriques dordinateurs, positionnement de tte dimpression dimprimantes, etc.
2- Moteur pas pas rluctance variable :- Faible couple (torque) - Applications de petites tailles : Table de micro-positionnement
3- Moteur pas pas hybride :- Meilleure rsolution - Couple (torque) plus important - Applications : positionnement avec couple importantLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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III. Le Moteur Alternatif1. Le Moteur Universel
- Un moteur universel peut tre aliment par une F.E.M alternative ou continue - Moteur de perceuse, aspirateur, robot mnager etc...(appareils lectroportatifs en gnral). - En gnral, il est utilis pour les appareils ne demandant qu'un couple modr
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
III. Le Moteur Alternatif1. Le Moteur Universel
- Stator et rotor sont monts en srie et aliments en alternatif ou en continu - Le rotor comporte plusieurs bobinages, aliments successivement par les lames du collecteur qui se trouvent au contact des balais. - Lalimentation du stator cre un champ qui tend attirer celui du rotor. En alternatif, quand le courant sinverse, le champ magntique rsultant sinverse aussi bien dans le stator que dans le rotor qui sont aliments en srie. - Le collecteur provoque une succession d'alimentations puis de coupures des bobinages du rotor : Il en rsulte lapparition dtincelle
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
III. Le Moteur Alternatif2. Le Moteur Asynchrone Monophas
- Stator portant un bobinage p paires de ples
- Rotor cage d'cureuil en court circuit
A l'arrt, le rotor est sollicit par deux champs tournant en sens inverse
Ce moteur ne dmarre donc pas spontanment
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III. Le Moteur Alternatif2. Le Moteur Asynchrone MonophasEn lanant le rotor ( la main par exemple) il peut alors dmarrer dans un sens ou dans l'autre Second bobinage dcal de 90 dans les encoches restantes alimente travers un artifice de dphasage : (ex: condensateur)
le couple du champ qui tourne dans le mme sens que le rotor est le plus grand et tend augmenter avec la vitesse
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III. Le Moteur Alternatif2. Le Moteur Asynchrone MonophasLa 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 monophass existent : Moteur induction avec condensateur Moteur induction sans condensateur
Applications :- Faible puissance, faible couple au dmarrage, dcrochage possible en cas de charge - Fonctionnement intermittent : lectromnager, commande de vanne, pompes
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III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone TriphasLe principe du champ tournant :
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III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone Triphas Constituants :Stator bobin X paires de ples1 paire de ples N=3000 tr/mn 2 paires de ples N=1500 tn/mn
Rotor bobin Ou cage dcureuil
Symboles :
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III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone Triphas Branchement :
U=220V~
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone TriphasDispositifs de scurit et commande
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone TriphasSectionneur Contacteur Relais thermique
Variateur de vitesse
le courant est modul par largeur d'impulsions (PWM). Le courant rsultant est proche d'une sinusodale
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III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone TriphasVariateur de vitesse
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone TriphasPlaques signaltiquesClasse d'isolation F Temprature ambiante de fonctionnement Anne et mois de production
Masse Indice de protection
Branchement
Courant nominal
Frquence dalimentation Nombre de tours par minute Puissance nominaleLotfi BOUSSAID
Facteur de puissance
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III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone Triphas Avantages :- Faible cot d'achat - Faible cot dentretien - Puissance importante
Inconvnients :- Couple de dmarrage faible - Glissement Asservissement en vitesse difficile - Manque de "confort" mcanique ( dmarrage brutal) - La vitesse dpend de la charge - Courant de dmarrage 3 5 fois suprieur au courant nominal
Applications : Machines-outils Ascenseurs Treuils Pompes
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Calculateurs Commande de Machines Motorisation et Temps Rel
III. Le Moteur Alternatif4. Le Moteur Synchrone Constituants :- Moteur rotor aimant permanent ( petite puissance) ou rotor bobin - Prsence de 2 collecteurs sur l'axe du rotor bobin
Caractristiques lectriques :- Alimentation du stator en triphas alternatif; - Alimentation du rotor en courant continuLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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III. Le Moteur Alternatif4. Le Moteur Synchrone- Vitesse de rotation gale ou sous multiple entier de la vitesse du champ tournantnombre de paire de ples pas polaire en degr vitesse du champ tournant en s-1 vitesse du rotor en tours/minute 50 1 180 50 3000 2 90 25 1500 3 60 16.6 1000 5 33 10 600 10 18 5 300
Symboles :
Exemples d'utilisation:(avec des onduleurs thyristor pour des puissances > 1000 kW) T.G.V. Atlantique , propulsion de gros navire, malaxeur (industrie chimique), circulateur (centrale nuclaire)Lotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Calculateurs Temps Rel
Plan du cours
Technologies des Circuits Intgrs Les Alimentations lectriques Architecture des Microordinateurs PC Motorisation et Commande de Machines Les Microcontrleurs
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CalculateursMicrocontrleurs Les Temps Rel
Von NeumannMMOIRE
Von Neumann vs. Harvard CPU
IO
IO
IO
Harvard
BUS SYSTME BUS INSTRUCTIONS
MMOIRE DONNES
MMOIRE PROGRAMME
CPU
IO
IO
IO
BUS DONNESLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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CalculateursMicrocontrleurs Les Temps Rel
Les processeurs CISC(Complex Instructions Set Computer)
Les avantages Instructions plus proches d'un langage de haut niveau Programmation plus compact criture plus rapide et plus lgante des applications Moins d'occupation mmoire des programmes Excution ncessite moins d'octets mmoire
Les inconvnients beaucoup trop de codes d'instruction diffrents taille des instructions leve et variable (1 15 bytes octets par instruction) structure des instructions non standardises: excution complexe, peu performante
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CalculateursMicrocontrleurs Les Temps Rel
Les processeurs RISC(Reduced Instructions Set Computer)
Nette sparation entre les instructions d'accs mmoire et les autres Instructions standardises, en taille et en dure d'excution Unit de dcodage cble, non microcode architecture pipeline, superscalaire Trs nombreux registres usage gnral Un ou plusieurs cache (s) internes(s) ainsi que des tampons internes et un jeu d'instruction rduit aux instructions simples
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CalculateursMicrocontrleurs Les Temps Rel
Le pipeline (ou pipelining)
LI : Lecture de l'Instruction (en anglais FETCH instruction) depuis le cache ; DI : Dcodage de l'Instruction (DECODe instruction) et recherche des oprandes; EX : Excution de l'Instruction (EXECute instruction) MEM : Accs mmoire (MEMory access), criture ou chargement de la mmoire ; ER : Ecriture (Write instruction) de la valeur calcule dans les registres.
Objectif du pipeline : tre capable de raliser chaque tape en parallle avec les tapes amont et aval
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CalculateursMicrocontrleurs Les Temps Rel
Le PICs de MICROCHIPQuest-ce quun PIC ?
Un PIC est un microprocesseur lequel on a rajout des priphriquesLes PICs sont des composants dits RISC (Reduced Instructions Set Computer)
Les familles des PICs : La famille Base-Line : mots dinstructions 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 les PICs Mid-Range ont un jeu de 35 instructions, stockent chaque instruction dans un seul mot de programme, et excutent chaque instruction (sauf les sauts) en 1 cycle.
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CalculateursMicrocontrleurs Les Temps Rel
Le PICs de MICROCHIP (2)Identification dun PICq PIC16 indique un PIC Mid-Rangeq C indique que la mmoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM q CR pour indiquer une mmoire de type ROM q F pour indiquer une mmoire de type FLASH q Les derniers chiffres identifient le PIC q -XX reprsente la frquence dhorloge maximale Un composant quon ne peut reprogrammer est appel O.T.P. pour One Time Programming
un 16F84-04 est un PIC Mid-Range (16) donc la mmoire programme est de type FLASH (F) donc rinscriptible de type 84 et capable daccepter une frquence dhorloge de 4MHz.
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Le PIC 16F84-04
Principales caractristiques :- 35 instructions - Instructions codes sur 14 bits - Donnes 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'interruption - 1000 cycles d'effacement/criture pour la mmoire flash, 10.000.000 pour la mmoire de donne EEPROM
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Le PIC 16F84-04Brochage et fonction des pattes- VSS, VDD : Alimentation - OSC1,2 : Horloge - RA0-4 : Port A - RB0-7 : Port B - T0CKL : Entre de comptage - INT : Entre d'interruption - MCLR : Reset : 0V - Choix du mode programmation : 12V - 14V - Excution : 4.5V - 5.5V
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Le PIC 16F84-04Architecture interne
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Le PIC 16F84-04Organisation de la mmoire
Mmoire donnes 2 x 128 bits
Architecture Harvard
Mmoire programme 1K x 14 bits
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Le PIC 16F84-04Organisation des instructionsQuatre types dinstructions :1- Les instructions orientes octet Elles sont codes de la manire suivante : - 6 bits pour linstruction : 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 rsultat obtenu doit tre conserv dans le registre de travail de lunit de calcul (W pour Work) ou sauv dans loprande (F pour File). - Reste 7 bits pour encoder loprande (File)
2- Les instructions orientes bits Manipulation directement des bits dun registre particulier. Elles sont codes de la manire suivante : - 4 bits pour linstruction (dans lespace rest libre par les instructions prcdentes) - 3 bits pour indiquer le numro du bit manipuler (bit 0 7 possible), et de nouveau : - 7 bits pour indiquer loprande.
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Le PIC 16F84-04Organisation des instructions (2)3- Les instructions gnrales Instructions qui manipulent des donnes. Elles sont codes de la manire suivante : - Linstruction est code sur 6 bits - Elle est suivie dune valeur IMMEDIATE code sur 8 bits (donc de 0 255). 4- Les sauts et appels de sous-routines Ce sont les instructions qui provoquent une rupture dans la squence de droulement du programme. Elles sont codes de la manires suivante : - Les instructions sont cods sur 3 bits - La destination code sur 11 bits
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Le PIC 16F84-04Liste des instructions
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Le PIC 16F84-04Organisation dun programme assembleurq Les de commentaires sont prcds par le symbole ; q Les DIRECTIVES sont des commandes destines lassembleur ORG 0x000 __CONFIG _CP_ON & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _HS_OSC q Les fichiers include #include q Les assignations mavaleur EQU 0x05 q Les dfinitions #DEFINE monbit PORTA,1 q Les macros LIREIN macro comf PORTB,0 andlw 1 endm q La zone des variables q CBLOCK 0x00C ; dbut de la zone variables w_temp :1 ; Zone de 1 byte status_temp : 1 ; zone de 1 byte mavariable : 1 ; je dclare ma variable ENDC ; Fin de laLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
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Le PIC 16F84-04Les diffrents types dadressage :q Adressage immdiat q movlw 0x50 q Adresage direct movf 0x10,w q Adressage indirect movlw 0x50 movwf mavariable movlw mavariable movwf FSR movf INDF,w ; W 0x50 ; W (0x10) contenu de lemplacement mmoire ; W 0x50 ; mavariable 0x50 ; W 0x0E ; on place ladresse de destination dans FSR. ; FSR POINTE sur mavariable ; w 0x50
Incf f,dd : destination elle peut avoir : f : rsultat dans lemplacement mmoire. w : rsultat est laiss dans le registre de travail,
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Le PIC 16F84-04Ports d'entres/SortiesPort A - 5 pattes d'entre/sortie bidirectionnelles, notes RAx avec x={0,1,2,3,4} - Le registre PORTA, d'adresse 05h dans la banque 0, permet d'y accder en lecture ou en criture. - Le registre TRISA, d'adresse 85h dans la banque 1, permet de choisir le sens de chaque patte (entre ou sortie) : un bit 1 positionne le port en entre, un bit 0 positionne le port en sortie. Cblage interne d'une patte du port A : - "Data Latch" : Mmorisation de la valeur crite quand le port est en sortie. - "TRIS Latch" : Mmorisation du sens (entre ou sortie) de la patte. - "TTL input buffer" : Buffer de lecture de la valeur du port. La lecture est toujours ralise sur la patte, pas la sortie de la bascule d'criture. - Transistor N : En criture : Satur ou bloqu suivant la valeur crite. - En lecture : Bloqu. - Transistor P : Permet d'alimenter la sortie.Lotfi BOUSSAID
Cblage interne dune patte dun Port 154
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Le PIC 16F84-04Port B - 8 pattes d'entre/sortie bidirectionnelles, notes RBx avec x={0,1,2,3,4,5,6,7} - Le registre PORTB, d'adresse 06h dans la banque 0, permet d'y accder en lecture ou en criture. - Le registre TRISB, d'adresse 86h dans la banque 1, permet de choisir le sens de chaque patte (entre ou sortie) : un bit 1 positionne le port en entre, un bit 0 positionne le port en sortie. - Les quatre bits de poids fort (RB7-RB4) peuvent tre utiliss pour dclencher une interruption sur changement d'tat. - RB0 peut aussi servir d'entre d'interruption externe.
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Le PIC 16F84-04Le Compteur (Timer)
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La ProgrammationPCProgrammateur
PIC
Langage C / BASIC
Hexadcimal
Langage AssembleurHaut niveauLotfi BOUSSAID Cours Informatique Industrielle
Bas niveau 157
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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 ; slectionner bank 1 movlw b11111111' ; Port B en entre movwf TRISB
movlw b00000000'movwf TRISA bcf STATUS,RP0 boucle btfsc PORTB,2 bcf PORTA,2 btfss PORTB,2 bsf PORTA,2 teinte goto boucle end
; Port A en sortie; slectionner 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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2ime exemple : Faire clignoter une LED (Langage C)
#include #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000) #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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3ime exemple : Commande de moteur pas pasLa fonction avance() permet de faire tourner le moteur pas pas de n*4 pas#include #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000) Void avance(int i){ Int j; For(j=0;j