Cours Info-Indus Meca 2

Cours Informatique Industrielle

Calculateurs Temps Réel

Lotfi BOUSSAID 1


Année Universitaire 2009 - 2010Email : [email protected]

Lotfi BOUSSAIDDépartement de Génie Électrique Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir



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Chaîne de montage Citroën AX

Quelles sont les compétences nécessaires ?



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• Technologies des Circuits Intégrés

• Les Alimentations Électriques

• Architecture des Microordinateurs PC

• Motorisation et Commande de Machines

• Les Microcontrôleurs

Plan du cours



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Plan du cours








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Technologies des Circuits Intégrés

• Introduction

• La Famille TTL

• La Famille CMOS



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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

Introduction

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



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Famille de circuits intégrés utilisant des transistors bipolaires

Introduction



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Famille de circuits intégrés utilisant des transistors bipolaires

Classification selon la nature des éléments utilisés

Deux états : Bloqué ou Saturé

Logique saturée Logique non saturée

Deux états : Conducteur ou Bloqué

RTL (Resistor Transistor Logic) :

Logique à résistance en entrée et transistor en sortie

DTL (Diod Transistor Logic) :

Logique à diode en entrée et transistor en sortie

TTL (Transistor Transistor Logic) :

Logique à transistor en entrée et transistor en sortie

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

TTL

LS (Low Power Schottkey)

ALS (Advanced Schottkey)

S (Schottkey)

ECL (Emmitter Coupled Logic) :

Couplage électrique des émetteurs

Électronique numérique très rapide

Introduction



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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)

Introduction



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

Introduction

Cohabitation NMOS/PMOSPas de consommation statiqueLongueur de canal technologie moderne 0.09um



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Les Boîtiers

Les boîtiers plats (Flat Package) :

Les boîtiers DIL (Dual In Line) :

Encoche

Introduction



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Les boîtiers SO (Small Outline) :

Les boîtiers Chip Carrier

Introduction

Les Boîtiers



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Introduction

Les boîtiers Pin Grid Array (réseau de connexion)

Les Boîtiers



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IntroductionGamme de températures

Il existe deux séries :è Série militaire : -55°C à +125°C

è Série commerciale : 0°C à +70°C

Caractéristiques Électriques Statiques

è Tension d’alimentation : C’est la différence de potentiel à appliquer au circuit pour un fonctionnement correct

è Courant consommé : Courant fourni par le générateur délivrant la tension nominale

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



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IntroductionCaractéristiques Électriques Statiques (Suite)

è 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

è VIL Voltage Input Low

è VIH Voltage Input High

è VOL Voltage Output Low

è 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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è Immunité au bruit : Insensibilité aux parasites. C’est le degré avec lequel une porte logique peut supporter des variations en entrée sans modifications en sortie.

è Entrance et Sortance : Entrance est le nombre maximal d’entrées indépendantes supportées par la porte. La Sortance est le nombre maximald’entrées qu’une porte peut alimenter sans modification du niveau haut ni du niveau bas.

è Vitesse de commutation – Temps de propagation : C’est le temps moyen que met le signal pour franchir l’opérateur logique (2 à 100 ns)


IntroductionCaractéristiques Électriques Statiques



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- 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

Les niveaux HAUT et BAS, en entrée et en sortie, VIH, VOH, VIL et VOL sont définis par :

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

Problématique



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VOHMIN > VIHMIN

VOLMAX < VILMAX

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

Problématique



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HistoriqueResistor-Transistor Logic (Technologie Obsolète)

470

640


NON ORNOR

Diod -Transistor Logic (Technologie Obsolète)

NOR



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La famille TTL (Transistor-Transistor Logic)

Alimentation : 5V ± 5%

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

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


Architecture interneS= E0 . E1



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





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Niveaux d'entrée et de sortie

Voh mini = 2,4V Vol maxi = 0,4 VVih mini = 2 V Vil maxi = 0,8 V L'immunité aux bruits est de 0,4 V





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Courant à l'entrée et à la sortie



èA l'état bas une entrée TTL a besoin d'un courant sortant Iil maxi = 1,6mAèA l'état haut le courant d'entrée est Iih maxi = 40µAè 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 La sortance est donc de 10 en TTL :La sortance correspond au nombre d'entrées qu'une sortie peut commander

Paramètres dynamiques

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



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Temps de propagation



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



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Interfaçage : Sortie collecteur ouvert



R2 doit imposer 0L sur l'entrée quand l'interrupteur est ouvert. R2 = 390 par exemple

R1 doit imposer 1L sur l'entrée quand l'interrupteur est ouvert. R1 = 10 k par exemple

Pull-up

R1

R2

Pull-down



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Sortie collecteur ouvert : 3 états



1. Soit la sortie est à l'état haut2. Soit la sortie est à l'état bas3. Soit la sortie est en haute impédance (T1 et T2 ouverts)

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



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La Famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)


1LOL

1L OL

Inverseur CMOS



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Il existe deux familles de technologies CMOS :

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

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

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



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Porte NOR Porte NAND




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Alimentation : 3V à 18V

Identification d’un circuit CMOS :



1. CMOS classique : Série 4000B - 74Cxx

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

Voh mini = 0,95.Vcc Vol maxi = 0,05.VccVih mini = 0,55.Vcc Vil maxi = 0,45.Vcc L'immunité aux bruits est de 0,4.Vcc

Immunité aux bruits :



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Courant à l'entrée et à la sortie


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

Paramètres dynamiques

Tp varie en fonction du niveau de l'alimentation Vcc. La vitesse augmente quand on fait croître Vcc.Mais chaque entrée CMOS présente une capacité parasite de 5pF. La capacité vue par la sortie influe fortement sur le temps de réponse.




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Temps de propagation


Le temps de propagation Tp augmente quand l’alimentation diminue




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Pull-up

R1 = R2 = 10 k

R1

R2


Pull-down :



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TTL CMOS

Avantages

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

- Tension d’alimentation variable- Excellente immunité aux bruits- Consommation statique quasi-nulle - Densité d’intégration élevée

Inconvénients- Consommation statique importante - Densité d’intégration réduite

- Sortance faible - Étages amplificateurs nécessaires - Sortance élevée avec ACT, FACT- Temps de propagation important


Comparaison TTL - CMOS



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Adaptation TTL - CMOS

Fonction OUI (Bufferisation)

Exemples de circuitsCMOS : 4010, 4050TTL : 7407, 7417, 5407, 5417

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



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Plan du cours





• Les Microcontrôleurs : Étude de cas – Le 16F84



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Les Alimentations Électriques

Alimentation stabilisée classique

1. Transformateur

2. Pont de redressement

3. Filtrage

4. Régulation

5. Filtrage

- Rendement : entre 25 – 50 %

- Pas chère à fabriquer

- Pour une puissance de 300W il faut fournir 900w (Pertes 600W)

Puissance < 100 Watt



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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 réseauS : section du circuit magnétique du transformateurN : nombre de spires de l'enroulement considéréBmax : valeur maxi de l'induction

Pertes fer sont très faibles (valeur typique 1,1 W/kg) U1• I1 ~ U2• I2 è U1 / U2 = I2 / I1



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2. Les montages de redressement


Le montage va et vient ou parallèle (P2)

Les diodes doivent supporter une tension inverse : 22vVinv =

Transformateur à point milieu



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2vVinv =

2. Les montages de redressement (suite)


Le montage en pont de Graetz ou parallèle double (PD2)

Les diodes doivent supporter une tension inverse :



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3. Filtrage


La valeur de la capacité dépendra du courant absorbé et du ΔV

10ms

Exemple :Si l'on désire un ΔU maxi de 0,5 V avec un courant moyen de 110 mA, on aura :



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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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UsUs IsIs C1C1 D1D1 TR1TR1 Utr1Utr1 Fu1Fu1

TypeTension

de sortie

Intensitéde sortie

MAX

Condensateurde filtrage MINI

Pont ouDiodes

Puissancetransfo

Tensiontransfo

Fusiblesecteur

7805 + 5 V 1 A 2200 mF - 16 V 1,5A 100V 16 VA 9 V 100 mA

78L05 + 5 V 0,1 A 220 mF - 16 V 0,5A 100V 1 VA 9 V 100 mA

78T05 + 5 V 3 A 4700 mF - 16 V 4 A 100V 30 VA 9 V 200 mA

7806 + 6 V 1 A 2200 mF - 16 V 1,5A 100V 16 VA 9 V 100 mA

7808 + 8 V 1 A 2200 mF - 25 V 1,5A 100V 16 VA 12 V 100 mA

7809 + 9 V 1 A 2200 mF - 25 V 1,5A 100V 16 VA 12 V 100 mA

7812 + 12 V 1 A 2200 mF - 35 V 1,5A 100V 16 VA 15 V 100 mA

78L12 + 12 V 0,1 A 220 mF - 35 V 0,5A 100V 3 VA 15 V 100 mA

78T12 + 12 V 3 A 4700 mF - 35 V 4 A 100V 48 VA 15 V 400 mA

7815 + 15 V 1 A 2200 mF - 35 V 1,5A 100V 26 VA 18 V 200 mA

7818 + 18 V 1 A 2200 mF - 40 V 1,5A 100V 26 VA 24 V 200 mA

7824 + 24 V 1 A 2200 mF - 40 V 1,5A 100V 26 VA 24 V 200 mA


4. Les Régulateurs de Tensions (suite)




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4. Les Régulateurs de Tension (suite)


Uo supérieur ou égal à U régulateur + 2 à 3 V

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



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Réalisation pratique



Alimentation symétrique + 12 V -12 V / 1 A (1 ampère sur chaque sorties)

¤ 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.

Il faudra tenir compte:

Transformateur 220 V - 2 x 15 V Transformateur 220 V - 2 x 15 V

Solution :Solution :

-10% = - 2,1 V-chute de tension des diodes = -1,2 V

Umax = 17,9V Umax = 17,9V

21,2V215Umax ==

ΔU = [ 17,9 V – ( U rιgulateur + 2V ) ] avec U régulateur = 12V è ΔU=3,9 V ΔU=3,9 V



Lotfi BOUSSAID 47

Réalisation pratique



Alimentation symétrique + 12 V -12 V / 1 A (1 ampère sur chaque sorties)

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

UI

C m25649,3100

1.100

=×

=D

=

- Tension de service (15 x racine de 2 = 21, 2V) : Normalisée à 25VNormalisée à 25V- Le pont redresseur (PT1 et 2) : 50V / 1 A50V / 1 A- Le transformateur : 220 V, 2 x 15 V, 30 VA minimum220 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 . 15V . 2A = 30VA au minimum2A = 30VA au minimum.



Lotfi BOUSSAID 48


Alimentation à découpage

Principe du découpage d'une alimentation



Lotfi BOUSSAID 49

Convertisseur Fly-Back

Mise sous tension du circuit secteur




Lotfi BOUSSAID 50


Etablissement 310V et tension de service Usp ou polarisation Bu




Lotfi BOUSSAID 51


Initialisation CI et démarrage oscillateur ou procédure de start




Lotfi BOUSSAID 52


Mise en saturation du BU




Lotfi BOUSSAID 53


Blocage du BU




Lotfi BOUSSAID 54


Action du circuit de régulation ; repos




Lotfi BOUSSAID 55


Alimentation à découpage PC



Lotfi BOUSSAID 56


Pertes dues au découpagePertes dues au découpage

Alimentation à découpage PC



Lotfi BOUSSAID 57

Plan du cours








Lotfi BOUSSAID 58

Architecture du 80x86-Pentium

Architecture des Microordinateurs PC

Unité d’interface de bus

Unité d’exécution



Lotfi BOUSSAID 59

Les registres du 80x86-Pentium

Accumulateur

Base

Count

Data

Registres Généraux

Stack Pointer

Base PointerSource IndexDestination index

Registres pointeurs

Registres index

Code SegmentData SegmentStack Segment

Extra SegmentRegistres de Segment

Registre compteur de programme

Registre des indicateurs




Lotfi BOUSSAID 60

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




Lotfi BOUSSAID 61

Architecture d’un PC




Lotfi BOUSSAID 62

Les interruptions du 8086

Il existe 2 catégories d’interruptions: les interruptions hardware et les interruptions Software

- Les interruptions hardware surviennent lorsque les lignes RST, NMI ou INTR du 8086 sont activées.

- Les interruptions software surviennent lorsque l’instruction INT apparaît ou lors d’exceptions logiciel (exemples: débordement de pile (stack overflow), division par zéro…).

- Les sauts conditionnels ou inconditionnels ainsi que les appels de sous-routines ne sont pas des interruptions.

- Une interruption de haute priorité peut interrompre une interruption de priorité inférieure.

- Une interruption de basse priorité ne peut pas interrompre une interruption de priorité égale ou supérieure. L’interruption Reset est la plus prioritaire.




Lotfi BOUSSAID 63

Interruptions matérielles (1)




Lotfi BOUSSAID 64

Interruptions matérielles (2)




Lotfi BOUSSAID 65

Interface Parallèle de l’Imprimante (LPT1 – PIO 8255)

Connecteur DB25 - Femelle

Paramétrage du BIOS

Adressage du port parallèle




Lotfi BOUSSAID 66

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

Port de données

Port d’état




Lotfi BOUSSAID 67

Interface Parallèle de l’Imprimante (3)

Port de commande




Lotfi BOUSSAID 68

Le contrôleur de l’interface parallèle (PIO) est le composant 8255

Contrôleur PIO 8255 de liaison parallèle

Interface Parallèle de l’Imprimante (3)




Lotfi BOUSSAID 69

Programmation de l’Interface Parallèle

En assembleur

Mov Ax,0378hMov Dx,AxMov Al,33hOut Dx,Al ; 33h sur port Data

Mov Ax,0379hMov Dx,AxIn Al,Dx ; lire le port d’état

En pascal

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

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

En Turbo C

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

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

(Dos, Win 9x)

Windows 2000 et XP (Mode protégé) :

(2) Utilisation d’une DLL ex : « Inpout.dll »

implementationfunction Inp32(port:integer):integer;Stdcall;external 'inpout32.dll' name 'Inp32';function Out32(port, valeur:integer):integer;Stdcall;external 'inpout32.dll' name 'Out32';

Out32 (base, 170) ;recu := Inp32 (add.value+1); http://logix4u.net/Legacy_Ports/Parallel_Port/Inpout32.dll_for_Windows_98/2000/NT/XP.html

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




Lotfi BOUSSAID 70

Le Port Série du PC

UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

Format de transmission série asynchrone

Réception des DonnéesRéception des Données

Attente de transmissionAttente de transmission

Décalage de RéceptionDécalage de Réception

Décalage de transmissionDécalage de transmission

1 Caractère à la fois

1 Bit à la fois

Coté PC Coté Ligne de Transmission




Lotfi BOUSSAID 71

• 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





Lotfi BOUSSAID 72


Géométrie du port série Description et attribution des signaux

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




Lotfi BOUSSAID 73





Lotfi BOUSSAID 74





Lotfi BOUSSAID 75

Le Port Série du PC et le Modem




Lotfi BOUSSAID 76


Le Port Série USB (Universal Serial Bus)

- Interface série à haut débit

- Connexion série est plus économique que la connexion parallèle

Introduction :

Architecture du bus USB :

- Connexions se font point à point

- Jusqu’à 127 périphériques

- longueur maximale : 5 mètres



Lotfi BOUSSAID 77


Le Port Série USB (Universal Serial Bus)Connectique :

Connecteur Type A Connecteur Type B

1 rouge : alimentation Vbus (+5V) 2 blanc : D-3 vert : D+ 4 noir : masse

Identification des fils :



Lotfi BOUSSAID 78

- Haute Vitesse (High Speed) : 480 Mbits/s : Périphériques très haut débit ; ex :camera...- Pleine Vitesse (Full Speed) : 12 Mbits/s : Périphériques haut débit : scanners, imprimantes....- Basse Vitesse (Low Speed) : 1,5 Mbits/s : Périphériques d'interface utilisateur : claviers, souris,

Vitesse de transmission :

Le bus USB propose plusieurs vitesses de communication :


Pleine vitesse Basse vitesse

Identification de la vitesse




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Les caractéristiques matérielles du bus :



État différentiel ‘0’ quand : Data+ - Data- < -200mV

État différentiel ‘1’ quand : Data+ - Data- > 200mV

État Single Ended Zero (SE0) : -200mV < Data+ - Data- < 200 mVRéinitialisation d'un appareil s'il est maintenu plus de 10 ms

La norme USB définie 3 états sur les lignes du bus :

Codage des données NRZI (Non Retour à Zéro Inversé)



Lotfi BOUSSAID 80

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 7 bits 4 bits 5 bits

SYNC PID ADDRESS ENDP CRC

Composition d'un paquet DATA :

8 bits 8 bits 0 to 512 bits 16 bits

SYNC PID PAYLOAD CRC



Lotfi BOUSSAID 81

Plan du cours








Lotfi BOUSSAID 82

Motorisation et Commande de Machines

Les Moteurs ÉlectriquesI. Moteur à courant continu

1. Excitation série

2. Excitation séparée

3. Micromoteur

4. Servomoteur

5. Moteur Brushless

II. Moteur pas à pas

1. A aimant permanent

2. A réluctance variable

3. Hybride

III. Moteur Alternatif

1. Universel

2. Monophasé

3. Triphasé

4. Moteur Synchrone


Les Moteurs Électriques



Lotfi BOUSSAID 83


Les Moteurs Électriques

Comment choisir le moteur adéquat pour mon application ?



Lotfi BOUSSAID 84

Critères de choix d’un Moteur

- Couple et couple au démarrage- Rendement- Vitesse (constante ou variable)- Coût- Taille et poids (encombrement) - Charge (Constante ou variable)


2. Critères spécifiques au Moteur

1. Critères dépendant de l’application

- Application de puissance (électropompes, traction, etc.)- Application embarquée (alimentée par batterie)- Application à vitesse constante - Application à couple important au démarrage- Application grand public (Machine à laver, Chyniol, électroménager, etc.) - Application de précision- Application de modélisme



Lotfi BOUSSAID 85

Fonction d’un moteur

moteurpuissance électrique puissance mécanique

fournie par l’alimentation électrique

(puissance absorbée)

Disponible sur l’arbre du moteur

(puissance utile)

Pertes = (Puissance absorbée – Puissance utile)




Lotfi BOUSSAID 86

Rendement : R = Pu/Pa

Bilan de puissances


Puissance absorbée :Pa = Um × Im

Pertes joule :Pj = R × Ieff²

Puissance électrique :Pe = E × Im (Puissance électrique transmise à la partie tournante)

Puissance utile :Pu Pu = C × W (Couple en N m . Vitesse en rad / seconde)C'est la puissance mécanique fournie par le moteur pour entraîner la charge.

Pertes constantes :Pc Ces pertes sont la somme des pertes mécaniques et magnétiques. Elles sont constantes à une vitesse donnée et peuvent se déterminer à vide.

Un couple de 1Nm signifie que l'on peut exercer une force de 1N (100g) au bout d'une tige de 1m



Lotfi BOUSSAID 87

Force de Laplace

règle des 3 doigts de la main droite : courant – champ - force


- à la valeur absolue de l'intensité du courant |I|, - à la longueur L de la partie du conducteur plongée dans le champ magnétique ici L , - à l'intensité B du champ magnétique, - au sinus de l'angle a formée par le conducteur et le vecteur champ magnétique B

Le module de la force F est proportionnel :



Lotfi BOUSSAID 88

I. Le Moteur à Courant Continu


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.

Principe de fonctionnement



Lotfi BOUSSAID 89


Les bobinages d'induitLe 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.





Lotfi BOUSSAID 90


1. STATORLa carcasse, les pôles principaux et les pôles de commutation sont entièrement feuilletés. Les composants du stator sont soudés ensemble dans un bâti de fixation qui aligne et presse les tôles ensemble en une unité monobloc.

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




Lotfi BOUSSAID 91

2. Les moteurs à excitation série

MMoteur courant

continu à aimantPermanent

Induit + inducteur

Moteur courant continu

Moteur à excitation série

Moteur à excitation parallèle


I. Le Moteur à Courant Continu1. Les moteurs à excitation parallèle



Lotfi BOUSSAID 92

2 modes d’alimentation

Excitation séparée- inducteur = circuit indépendant (donc 2 alimentations)- alimentation continue pour l’induit

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

UE’

IRrotor URstator

E’

IRrotor





Lotfi BOUSSAID 93

Équations électriques

Fc.e.m induite

RIEVU += ')(

FW= ')(' EKVE

excitation séparée : R = Rrotor

excitation série : R = Rrotor + Rstator

F flux à travers les spires de l’induit (Wb) W vitesse de rotation (rad/s)

K constante

(convention récepteur)

Vitesse de rotation W = E’ / KE’ F = (U-RI) /KE’ FW(rad/s) = N(tr/mn).2p/60 = n(tr/s).2p

Loi d’Ohm





Lotfi BOUSSAID 94

Relation Puissance - Couple

P = C . W

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

A tout terme de puissance on peut donc associer un couple


Puissance = Couple . Vitesse




Lotfi BOUSSAID 95

Couples

Relation de définition

Couple moteur Putile = Cmot . W (1)

Couple de pertes collectives Pfer + Pméca = Cpertes . W (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 = KCFI





Lotfi BOUSSAID 96

Rendement

- inducteur bobinépertes dans le circuit inducteur

absorbée

utile

PP

=h

inducteurJ

mot

PUIC+

W×=h

UICmot W×

=h

Ø Définition générale

Moteur à excitation séparée :

- inducteur à aimant permanentpas de pertes dans le circuit inducteur


UICmot W×

=hMoteur à excitation série




Lotfi BOUSSAID 97


I. Le Moteur à Courant ContinuApplications

- Applications nécessitant un couple de démarrage important- Couple / vitesse de pente importante- Applications pouvant être alimenté par batterie- Applications fonctionnant à vitesse constante

Avantages :

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

- Régulation de vitesse plus facile- Rendement relativement élevé

Inconvénients :

Utilisation :

- Moteurs à excitation parallèles : Pompes hydrauliques, Ventilateurs, etc.

- Moteurs à excitation série : (gros couple au démarrage et faible vitesse)démarreurs d'automobiles, traction (locomotives), métro, etc.

Choix du moteur :

- Vitesse de 1000 à 5000 tr/mn è Moteur direct- Vitesse < 500 tr/mn è Moteur à réducteur de vitesse

- Pu (w) = (2π/60) C(N.m) N(tr/mn)

Puissance utile :



Lotfi BOUSSAID 98


Exercice :

Réponse :

Un moteur à excitation indépendante actionne un monte-charge. Il soulève une masse de deuxtonnes à la vitesse d’un mètre par seconde. Le moteur est alimenté sous 1500 V, sa résistanced’induit est de 1,6 , le rendement de l’ensemble du système est de 70 % (on négligera lespertes du stator).

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

W

Puissance utile fournie par le moteur : P = M . g . v

P Wu = × ´ ´ =2 10 9 8 1 196003 ,

Puissance absorbée par le moteur PP

Wu= =0 7

28000,

P = UI Þ = = =IPU

A280001500

18 7,




Lotfi BOUSSAID 99


3. Le Micromoteur à Courant Continu

- Stator (Inducteur) à aiment permanent

- Rotor (Induit) bobiné




Lotfi BOUSSAID 100

Solution 1 : Transistor MOS : BUZ11

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

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


Commande de Micromoteur à Courant Continu




Lotfi BOUSSAID 101


2- Commande par relais 12V/600 ohms, un seul sens de rotation

Porte TTL à sortie collecteur ouvert :

74ALS16

Iol max=40mA

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

M

+V





Lotfi BOUSSAID 102

3- Commande par relais 12V/10 ohms, un seul sens de rotation

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

Transistor Darlington :

Ex: TIP121

Pouvant fournir jusqu’à 5 A






Lotfi BOUSSAID 103

Solution 2 : Pont en H

L298



3- Commande par pont en H, deux sens de rotation




Lotfi BOUSSAID 104


Applications à base de Micromoteur à Courant Continu


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



Lotfi BOUSSAID 105

4. Le Servomoteur



- Un servomoteur est un moteur conçu pour générer le mouvement précis d'un élément mécanique selon une commande externe.

- Un servomoteur est un système motorisé capable d'atteindre des positions prédéterminées, puis de les maintenir.

- La position est : dans le cas d’un moteur rotatif, une position d'angle et, dans le cas d’un moteur linéaire une position de distance.

Définition :

Le servomoteur est constitué d’un moteur à courant continu relié à un réducteur, et asservit par un potentiomètre et un circuit de contrôle

Constitution d’un servomoteur :



Lotfi BOUSSAID 106


RéducteurM Potentiomètre

Commande+_



On doit appliquer des impulsions selon la norme suivante

Commande d’un Servomoteur





4. Le Servomoteur



Lotfi BOUSSAID 107




4. Le Servomoteur



Lotfi BOUSSAID 108

Applications à base de Servomoteur



Servomoteurs à déplacement linéaire (bouchon de baignoire)

Servomoteurs multi tours Servomoteurs à fraction de toursModélisme

Manoeuvre des vannes industrielles



Lotfi BOUSSAID 109

5. Le Moteur Brushless (Sans balais)



- Un rotor à aimant tournant de 2 ou 4 pôles.

- Le stator, composé d’un bobinage de 3 à 4 phases, alimenté par une électronique de puissance

- Un aimant servant à exciter les capteurs à effet Hall qui sont utilisés par l’électronique qui assure l’alimentation successive des phases.

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



Lotfi BOUSSAID 110

- Longues durées de vie

- Vitesses élevées,

- Fonctionnements en conditions d’utilisation difficiles.

- Industrie Automobile

- Applications industrielles

- Modélisme

5. Le Moteur Brushless (Sans balais)



Les moteurs Brushless est particulièrement adaptée à des applications nécessitant :



Lotfi BOUSSAID 111


II. Le Moteur pas à pas

Positionnement angulaire de caractère incrémental Signal électrique numérique

- Moteur à aimants permanents- Moteur à reluctance variable. - Moteur hybride

On peut distinguer trois catégories technologiques :

Résolution : de 4 à 400 pas



Lotfi BOUSSAID 112

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





Lotfi BOUSSAID 113


II. Le Moteur pas à pas2. Moteur à reluctance variable

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



Lotfi BOUSSAID 114


II. Le Moteur pas à pas3. Moteur hybride

Le moteur hybride est une combinaison du moteur à reluctance variable et du moteur à aimant permanent.



Lotfi BOUSSAID 115


II. Le Moteur pas à pasComparaison des trois moteurs

Comparaison des performances des trois types de moteurs pas à pas

Type de MoteurMoteur à aimant

permanentMoteur à reluctance

variableMoteur Hybride

Résolution

(nombre de pas/tour)Moyenne Bonne Élevée

Couple moteur Élevée Faible Élevée

Sens de rotation

Il dépend du :

- Sens du courant

- Ordre d’alimentation des bobines

Il dépend uniquement de l’ordre d’alimentation

des bobines

Il dépend du :

- Sens du courant

- Ordre d’alimentation des bobines

Fréquence de travail Faible Grande Grande



Lotfi BOUSSAID 116



Moteur BipolaireMoteur Unipolaire

I1I1I12I12I11I11

I21I21

I22I22

I2I2



Lotfi BOUSSAID 117


Les différents types d’excitation


2 phases2 phases 4 phases4 phases

I1I1 I2I2 I11I11 I12I12 I21I21 I22I22



Lotfi BOUSSAID 118


Commande du moteur pas à pas Unipolaire : 2 phases On




Lotfi BOUSSAID 119


Une Sortie ULN2003 : Peut fournir 500 mA

Commande du moteur pas à pas Unipolaire : 2 phases On (2)


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



Lotfi BOUSSAID 120


Un Transistor BDX53C (NPN) : Peut fournir 3 A

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

Un Transistor TIP122 (NPN) : Peut fournir 5 A



Lotfi BOUSSAID 121


Moteur Bipolaire

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



Lotfi BOUSSAID 122


II. Le Moteur pas à pasApplications

1- Moteur pas à pas à aimant permanent :

- Faible coût

- Peu d’inertie

- Applications : périphériques d’ordinateurs, positionnement de tête d’impression d’imprimantes, etc.

2- Moteur pas à pas à réluctance variable :

- Faible couple (torque)

- Applications de petites tailles : Table de micro-positionnement

3- Moteur pas à pas hybride :

- Meilleure résolution

- Couple (torque) plus important

- Applications : positionnement avec couple important

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



Lotfi BOUSSAID 123


III. Le Moteur Alternatif1. 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



Lotfi BOUSSAID 124


III. Le Moteur Alternatif1. Le Moteur Universel

- Stator et rotor sont montés en série et alimentés en alternatif ou en continu

- Le rotor comporte plusieurs bobinages, alimentés successivement par les lames du collecteur qui se trouvent au contact des balais.

- L’alimentation du stator crée un champ qui tend à attirer celui du rotor. En alternatif, quand le courant s’inverse, le champ magnétique résultant s’inverse aussi bien dans le stator que dans le rotor qui sont alimentés en série.

- Le collecteur provoque une succession d'alimentations puis de coupures des bobinages du rotor : Il en résulte l’apparition d’étincelle



Lotfi BOUSSAID 125


III. Le Moteur Alternatif2. Le Moteur Asynchrone Monophasé

- Stator portant un bobinage à p paires de pôles

- Rotor à cage d'écureuil en court circuit

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

Ce moteur ne démarre donc pas spontanément



Lotfi BOUSSAID 126



En lançant le rotor (à la main par exemple) il peut alors démarrer dans un sens ou dans l'autre

Second bobinage décalé de 90° dans les encoches restantes alimentée à travers un artifice de déphasage : (ex: condensateur)

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



Lotfi BOUSSAID 127



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

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

Applications :



Lotfi BOUSSAID 128


III. Le Moteur Alternatif3. Le Moteur Asynchrone Triphasé

Le principe du champ tournant :



Lotfi BOUSSAID 129



Stator bobiné

X paires de pôles

Rotor bobiné

Ou à cage d’écureuil

Symboles :

Constituants :

1 paire de pôles è N=3000 tr/mn2 paires de pôles è N=1500 tn/mn

Symboles :

Constituants :



Lotfi BOUSSAID 130


Branchement :

U=220V~




Lotfi BOUSSAID 131


Dispositifs de sécurité et commande




Lotfi BOUSSAID 132


Sectionneur Contacteur Relais thermique

Variateur de vitesse

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




Lotfi BOUSSAID 133



Variateur de vitesse


III. Le Moteur Alternatif


3. Le Moteur Asynchrone Triphasé





Lotfi BOUSSAID 134




Plaques signalétiques

Branchement

Nombre de tours par minute

Fréquence d’alimentation

Puissance nominale

Facteur de puissance

Courant nominalCourant nominal

MasseIndice de protection

Classe d'isolation F

Année et mois de production

Température ambiante de fonctionnement






Lotfi BOUSSAID 135

Machines-outils Ascenseurs TreuilsPompes




Avantages :

- Faible coût d'achat - Faible coût d’entretien- Puissance importante

Applications :

Inconvénients :

- Couple de démarrage faible- Glissement è 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



Lotfi BOUSSAID 136

4. Le Moteur Synchrone



- Présence de 2 collecteurs sur l'axe du rotor bobiné

- Moteur à rotor à aimant permanent ( petite puissance) ou à rotor bobiné

- Alimentation du stator en triphasé alternatif;- Alimentation du rotor en courant continu

Constituants :

Caractéristiques électriques :



Lotfi BOUSSAID 137

4. Le Moteur Synchrone



- Vitesse de rotation égale ou sous multiple entier de la vitesse du champ tournant

Symboles :

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

vitesse du rotor en tours/minute 50 3000 1500 1000 600 300

(avec des onduleurs à thyristor pour des puissances > 1000 kW)T.G.V. Atlantique , propulsion de gros navire, malaxeur (industrie chimique), circulateur (centrale nucléaire)

Exemples d'utilisation:



Lotfi BOUSSAID 138

Plan du cours








Lotfi BOUSSAID 139139

Von Neumann vs. Harvard

MÉMOIRE CPUIO

• • • • •IO IO

BUS SYSTÈME

MÉMOIREDONNÉES CPU IO • • • • •IO IO

BUS DONNÉES

BUS INSTRUCTIONS

MÉMOIREPROGRAMME

• Von Neumann

• Harvard

Les Microcontrôleurs




Les processeurs CISC(Complex Instructions Set Computer)

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

Les avantages

• 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

Les inconvénients





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





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), 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




Lotfi BOUSSAID 143


Le PICs de MICROCHIP

Les PICs sont des composants dits RISC (Reduced Instructions Set Computer)

• La famille Base-Line : mots d’instructions de 12 bits• La famille Mid-Range, qui utilise des mots de 14 bits (16F84, 16F876, ..)• La famille High-End, qui utilise des mots de 16 bits.

Tous les PICs Mid-Range ont un jeu de 35 instructions, stockent chaque instruction dansun seul mot de programme, et exécutent chaque instruction (sauf les sauts) en 1 cycle.

Qu’est-ce qu’un PIC ?

Un PIC est un microprocesseur à lequel on a rajouté des périphériquesUn PIC est un microprocesseur à lequel on a rajouté des périphériques

Les familles des PICs :



Lotfi BOUSSAID 144

Le PICs de MICROCHIP (2)

Identification d’un PIC

q PIC16è indique un PIC Mid-Range

q C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM

q CR pour indiquer une mémoire de type ROM

q F pour indiquer une mémoire de type FLASH

q Les derniers chiffres identifient le PIC

q -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.




Lotfi BOUSSAID 145

Le PIC 16F84-04


- 35 instructions - Instructions codées sur 14 bits - 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'interruption

- 1000 cycles d'effacement/écriture pour la mémoire flash, 10.000.000 pour la mémoire de donnée EEPROM

Principales caractéristiques :



Lotfi BOUSSAID 146

Le PIC 16F84-04


Brochage et fonction des pattes

- VSS, VDD : Alimentation - OSC1,2 : Horloge - 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



Lotfi BOUSSAID 147

Le PIC 16F84-04Architecture interne




Lotfi BOUSSAID 148

Le PIC 16F84-04Organisation de la mémoire

Mémoire programme 1K x 14 bits

Mémoire données 2 x 128 bits

Architecture HarvardArchitecture Harvard




Lotfi BOUSSAID 149

Le PIC 16F84-04

Organisation des instructions

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

Quatre types d’instructions :

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.




Lotfi BOUSSAID 150

Organisation des instructions (2)

3- Les instructions généralesInstructions 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-routinesCe sont les instructions qui provoquent une rupture dans la séquence de déroulement du programme. Elles sont codées de la manières suivante :- Les instructions sont codés sur 3 bits- La destination codée sur 11 bits

Le PIC 16F84-04




Lotfi BOUSSAID 151

Le PIC 16F84-04


Liste des instructions



Lotfi BOUSSAID 152

Le PIC 16F84-04

Organisation d’un programme assembleur

q Les de commentaires sont précédés par le symbole « ; »q Les DIRECTIVES sont des commandes destinées à l’assembleur

• ORG 0x000• __CONFIG _CP_ON & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _HS_OSC

q Les fichiers « include » • #include <p16F84.inc>

q Les assignations• mavaleur EQU 0x05

q Les définitions • #DEFINE monbit PORTA,1

q Les macrosLIREIN macro

comf PORTB,0andlw 1

endmq La zone des variables

q CBLOCK 0x00C ; début de la zone variablesw_temp :1 ; Zone de 1 bytestatus_temp : 1 ; zone de 1 bytemavariable : 1 ; je déclare ma variable

ENDC ; Fin de la




Lotfi BOUSSAID 153

Le PIC 16F84-04

Les différents types d’adressage :

q Adressage immédiatq movlw 0x50 ; W ç 0x50

q Adresage direct• movf 0x10,w ; W ç (0x10) contenu de l’emplacement mémoire

q Adressage indirect• movlw 0x50 ; W ç 0x50• movwf mavariable ; mavariable ç 0x50• movlw mavariable ; W ç 0x0E• movwf FSR ; on place l’adresse de destination dans FSR.• ; FSR POINTE sur mavariable• movf INDF,w ; w ç 0x50

Incf f,d

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




Lotfi BOUSSAID 154

Le PIC 16F84-04


Ports d'entrées/Sorties

Câblage interne d’une patte d’un Port

- 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.

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.

Câblage interne d'une patte du port A :



Lotfi BOUSSAID 155

Le PIC 16F84-04


- 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 peut aussi servir d'entrée d'interruption externe.

Port B



Lotfi BOUSSAID 156

Le PIC 16F84-04


Le Compteur (Timer)



Lotfi BOUSSAID 157

La Programmation

Langage C / BASIC

Langage Assembleur

Hexadécimal

Haut niveau Bas niveau

PCProgrammateur PIC




Lotfi BOUSSAID 158

1er Exemple : Allumer une LED par bouton poussoir

LIST p=16F84include "P16F84.inc“__CONFIG _CP_ON & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _HS_OSCorg 0x0000

bsf STATUS,RP0 ; sélectionner bank 1movlw b‘11111111' ; Port B en entréemovwf TRISBmovlw b‘00000000' ; Port A en sortiemovwf TRISAbcf STATUS,RP0 ; sélectionner bank 0

boucle btfsc PORTB,2 ; tester RB2, sauter si vaut 0bcf PORTA,2 ; sinon on allume la LEDbtfss PORTB,2 ; tester RB2, sauter si vaut 1bsf PORTA,2 ; RB2 vaut 0, donc LED

éteintegoto boucle

end




Lotfi BOUSSAID 159

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

#include <16F84.h>#fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000) #define LED PIN_RA2Void main(){

while( 1 ){Output_bit(LED,1);Delay_ms(500);Output_bit(LED,0);Delay_ms(1000);

}}




Lotfi BOUSSAID 160

#include <16F876a.h>#fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=16000000)Void avance(int i){

Int j;For(j=0;j<=i;j++){

Output_b(6); //1ère positionDelay_ms(5); //pause entre 2 pasOutput_b(5); //2ème positionDelay_ms(5); //pause entre 2 pasOutput_b(9); //3ème positionDelay_ms(5); //pause entre 2 pasOutput_b(10); //4ème positionDelay_ms(5); //pause entre 2 pas

}Return;

}Void main(){

Avance(4); //Fait tourner le moteur de 16 pas}

La fonction avance() permet de faire tourner le moteur pas à pas de n*4 pas

23 22 21 20

RB3 A RB2 B RB1 C RB0 D Port B

Etat1 0 1 1 0 6

Etat2 0 1 0 1 5

Etat3 1 0 0 1 9

Etat4 1 0 1 0 10

3ième exemple : Commande de moteur pas à pas




Lotfi BOUSSAID 161

4ième exemple : Commande d’un panneau solaire

LDRELDRE

LDROLDRO

FDCEFDCE FDCOFDCO




Lotfi BOUSSAID 162

Le PIC 16F877A




Lotfi BOUSSAID 163

Le PIC 16F877A




Lotfi BOUSSAID 164

Le PIC 16F877A




Lotfi BOUSSAID 165

Le PIC 16F877A




Lotfi BOUSSAID 166

Le PIC 16F877A




Lotfi BOUSSAID 167

Le PIC 16F877A




Lotfi BOUSSAID 168

Le PIC 16F877A


Logiciel : MPLAB (www.microchip.com)• Langage :

– ASM (assembleur)– C (compilateur PICC, C30, … selon le PIC)

• Simulation du code via MPASM

• Programmation :– ICD2 (In-Circuit Debugger), RS-232– module dédié comme le « dataman48 »

Cours Info-Indus Meca 2

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