Pfe thermomètre numérique
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Université Ibn Tofail
Faculté des Sciences
Département de Physique
Kénitra
MEMOIRE DE FIN D’ETUDE
Filière : Sciences de la Matière Physique.
Parcours : électronique et télécommunication.
Intitulé du Projet :
Présenté par :
EL-HAOUZI ABDESSAMAD
Dirigé par :
MARIA JANATI IDRISSI
Membres de Jury:
HANAN EL FAYLALI
ELMEHDI AL IBRAHMI
MOHAMED HABIBI
Année Universitaire : 2013/2014
Thermomètre numérique
Projet de fin d’études thermomètre numérique
2
Sommaire
Introduction Générale ................................................................................................................................... 4
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES THERMOMETRES ................................................................ 5
I ) Introduction .......................................................................................................................................... 6
II ) Les différents types de thermomètres ................................................................................................. 6
II-1) Thermomètre au mercure : ........................................................................................................... 6
II-2) Thermomètre de Galilée ............................................................................................................... 7
II-3) Thermomètre numérique .............................................................................................................. 7
Conclusion ................................................................................................................................................ 7
CHAPITRE II : METHODOLOQIE ET ETUDE DES COMPOSANTS POUR LA REALISATION ...... 8
I ) Fonctionnement général et synoptique ................................................................................................ 9
II ) Etude des composants ....................................................................................................................... 10
II-1) Le capteur de température LM 35. ............................................................................................. 10
II-1-1) Définition. ........................................................................................................................... 10
II-1-2) Brochage de LM35 ............................................................................................................. 10
II-1-3) Résumé des caractéristiques du capteur de température LM35 .......................................... 11
II-2) Amplificateur Opérationnel ........................................................................................................ 11
II-2-1) Définition ............................................................................................................................ 11
II-2-2) Brochage de LM358 ........................................................................................................... 12
II-2-3) Etude d’un amplificateur AOP non inverseur. ..................................................................... 12
II-3) NE555 ........................................................................................................................................ 13
II-3-1) Définition ............................................................................................................................ 13
II-3-2) Les entrés sortie de NE555. ................................................................................................ 13
II-3-3) Le schéma interne de NE555. .............................................................................................. 14
II-3-4) Le principe de fonctionnement de NE555 .......................................................................... 14
II-4) Convertisseur analogique numérique ......................................................................................... 16
II-4-1) Introduction. ........................................................................................................................ 16
II-4-2) Définition ............................................................................................................................ 17
II-4-3) Résolution d’un ADC ....................................................................................................... 19
II-4-4) Principe de fonctionnement d’ADC0804 ............................................................................ 19
II-4-5) Réalisation du circuit .......................................................................................................... 20
Projet de fin d’études thermomètre numérique
3
II-5) Les afficheurs 7 segments .......................................................................................................... 21
II-5-1) Définition ............................................................................................................................ 21
II-6) Circuits imprimé ......................................................................................................................... 21
II-6-1) Définition ............................................................................................................................ 21
II-6-2) Conception des circuits imprimés ....................................................................................... 21
Conclusion. ............................................................................................................................................. 22
CHAPITRE III : LA REALISATION PRATIQUE ................................................................................... 23
I) Introduction ......................................................................................................................................... 24
II) Les matériels utilisés ......................................................................................................................... 24
III) Montage électronique. ..................................................................................................................... 25
IV) La réalisation pratique ...................................................................................................................... 25
V) Principe de fonctionnement. ............................................................................................................ 26
VI) La réalisation de l’affichage............................................................................................................... 27
VII) Réalisation du circuit imprimé. ....................................................................................................... 32
Conclusion générale ................................................................................................................................... 34
Bibliographie ............................................................................................................................................... 35
Projet de fin d’études thermomètre numérique
4
Introduction Générale
La température constitue une information importante dans plusieurs processus industriels et de laboratoire. Elle intervient comme une grandeur principale dont la valeur doit être connue avec précision ou comme paramètre influant sur la qualité d’autres mesures. Sa valeur sera utilisée pour la correction ou la compensation. Certains procèdes industriels ou biologiques favorisent des environnements de températures spécifiques, ainsi la régulation de température s’impose. Cette régulation passe par la mesure de température de manière continue.
La mesure de la température s’effectue à l’aide d’un thermomètre ou plus exactement d’une sonde thermométrique. Il s’agit d’un instrument permettant de repérer la température du milieu avec lequel il doit être en équilibre thermique. Un thermomètre utilise une grandeur thermométrique dont les variations associées à une échelle de mesure permettent de repérer des températures.
L’objectif de ce projet est concevoir et réaliser un thermomètre numérique qui affiche la température via un afficheur à LED. Pour le faire dans ce mémoire, nous allons d’abord faire un aperçu général sur le thermomètre au chapitre 1, ensuite énoncer la méthodologie et les composants nécessaires pour sa réalisation au chapitre 2, pour en fin présenter la réalisation de notre thermomètre numérique au chapitre 3 en le simulant avec le logiciel d’une part et en réalisant son circuit imprimé d’autre part.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
5
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES THERMOMETRES
.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
6
I ) Introduction
Le thermomètre à l’origine était analogique, mais par la suite pour de nombreuses raisons il se
voit de plus en plus remplacé par le thermomètre numérique.
Les thermomètres électroniques permettent de mesurer les températures ambiantes de l’air, des liquides, des matériaux, avec une très grande précision. Un thermomètre électronique est composé d’un capteur de température et des composants électroniques qui ont pour rôle de traiter l’information et la rendre exploitable par l’usager
Le thermomètre numérique facilite la lecture de la température car son affichage est plus lisible que celui du thermomètre classique. L’utilisateur peut ainsi lire la température directement sous forme numérique à l’aide d’un écran ou par un système d’échelle lumineuse.
II ) Les différents types de thermomètres
II-1) Thermomètre au mercure :
Figure 1 : thermomètre au mercure
Le principe du thermomètre est simple. Un tube fin en verre est remplie par du mercure d’un côté, et de l’azote de l’autre. Le mercure se dilate en fonction de la température : plus il fait chaud, plus il prend de la place. Il est donc facile de repérer la température en graduant le tube en verre de manière appropriée. L’azote qui a une faible pression, a pour rôle de maintenir en place le mercure. Le thermomètre à mercure est un instrument assez précis du moment qu’il ne reçoit pas directement le soleil sur lui (la température sera alors fausse). Il faut donc l’abriter pour que la mesure puisse être réaliste. Aujourd’hui, il est interdit de remplir un thermomètre avec du mercure, en raison de sa toxicité. Cependant, il est toujours possible d’utiliser un substituant qui a le même effet : le gallium, l’alcool ou l’huile de colza.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
7
II-2) Thermomètre de Galilée
Figure 2 : thermomètre de Galilée
Le thermomètre de Galilée est un récipient allongé remplie de liquide et d’ampoules de verre.
Chacune de ces ampoules est remplie d’un autre liquide ayant des propriétés différentes. En fonction de la température, les liquides vont modifier leur densité, ce qui va entraîner la flottaison ou non de l’ampoule. Chaque ampoule est remplie d’un liquide de couleur différente, et modifie sa position à partir d’une certaine température. En fonction des ampoules qui flottent, il est donc possible de déterminer une tranche de température. Cette méthode ancienne n’est pas très précise, mais l’objet en lui même est esthétique et peut être utilisé pour son côté décoratif.
II-3) Thermomètre numérique
Le thermomètre numérique permet d’effectuer la mesure à l’aide d’une sonde de température. Le résultat est précis, et il est possible de mesurer la température de n’importe quel milieu. Le résultat s’affiche sur un écran, ce qui permet d’éviter les erreurs de lecture, et de gagner en rapidité. Il existe de nombreux modèles de thermomètres numériques, chacun ayant des fonctionnalités différentes. Il peut par exemple être possible d’effectuer la mesure à distance (thermomètre infrarouge), de garder en mémoire des mesures, de déclencher une sonnerie en cas de dépassement d’un seuil de température…
Conclusion
Après l’étude de cette partie on constate que les thermomètres numériques sont plus pratiques
que d’autres thermomètres, pour cette raison nous avons choisi dans ce projet le thermomètre
numérique.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
8
CHAPITRE II : METHODOLOQIE ET ETUDE DES COMPOSANTS
POUR LA REALISATION
.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
9
I ) Fonctionnement général et synoptique
Le schéma général du thermomètre est présenté dans le schéma de la figure 3 :
Figure 3 : Schéma synoptique du thermomètre
L’idée générale de ce mini projet consiste à réaliser un thermomètre numérique de la manière
suivante :
Le capteur de la température lm35 permet de transformer une grandeur physique (la
température) en un signal électrique proportionnel à la température (1C →10mV).
Utiliser un amplificateur opérationnel pour amplifier la tension, parce que la tension est
de l’ordre de mV.
Un convertisseur analogique numérique adc0804 pour convertir le signal en un nombre
binaire codé sur 8 bits, cela pour permettre d’afficher la température ou faire les
traitements sur ce signal.
Le circuit intégré NE555 utilisé comme une horloge pour le CAN.
Trois afficheurs 7 segments deux pour affichiez la valeur et un pour l’unité.
A ne pas oublier l’alimentation pour alimenter tous les composants.
Capteur de température
LM35
CAN
ADC
0804 Amplification
LM358
CLK
NE555
Alimentation
Affichage
Projet de fin d’études thermomètre numérique
10
II ) Etude des composants
II-1) Le capteur de température LM 35.
II-1-1) Définition.
Un capteur de température est un circuit intégré qui permet de transformer la température en
un signal électrique qui lui est proportionnel.
Le schéma de la figure 4 explique le principe général de fonctionnement d’un capteur.
Figure 4 : principe de fonctionnement d’un capteur.
II-1-2) Brochage de LM35
1 : alimentation du capteur (+5 V)
2 : tension de sortie Us .
3 : masse.
Figure 5 : Schéma du capteur de température LM35
Projet de fin d’études thermomètre numérique
11
II-1-3) Résumé des caractéristiques du capteur de température LM35
Caractéristiques principales :
Plage de la tension
d'alimentation 4 Volt à 35 Volts
Plage de la température 0 °C à 100 °C
Sensibilité 10 mV / °C
Précision +/- 0,4°C (à 25°C)
Type de boîtier TO 92
Brochage du capteur :
Broches Désignation
1 Alimentation du capteur
2 Sortie du potentiel proportionnel
à la température
3 Masse du capteur
Figure 6: caractéristiques du capteur de température LM35
La caractéristique principale est sa sortie délivrée une tension de valeur proportionnelle à la température, à raison de 10 mV par degré Celsius. La relation entre la tension de sortie Vs et la température T est donnée par la formule :
= 0,01
Avec Ve en V et T par °C.
II-2) Amplificateur Opérationnel
II-2-1) Définition
Comme l’indique son nom, un amplificateur opérationnel (ou amplificateur AOP) est un
composant électronique augmentant la tension et/ou l'intensité d'un signal électrique, de plus il
permet de faire les opérations mathématiques à savoir l’addition, la multiplication, l’intégration,
la soustraction et la dérivation.
Il existe plusieurs types d’amplificateurs opérationnels, mais nous avons choisir dans ce projet
a utilisé l’amplificateur opérationnel LM358 parce que peut être alimentée tout simplement par
5V.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
12
II-2-2) Brochage de LM358
Un amplificateur opérationnel dispose typiquement de deux entrées, deux broches
d’alimentation et une sortie. L’entrée noté V+ est dite non-inverseuse tandis que l'entrée V- est
dite inverseuse, ceci en raison de leur rôles respectifs dans les relations entrée/sortie de
l'amplificateur. La différence de potentiel entre ces deux entrées est appelée tension différentielle
d'entrée.
Figure 7 : la structure interne du LM358
Broche 1 (Output A) : sortie du premier amplificateur.
Broche 2 (Inverting input) : entrée inverseuse.
Broche 3 (Non-inverting Input) : entrée non inverseuse.
Broche 4 (GND) : masse.
Broche 5 (Non-inverting Input) : entrée non inverseuse.
Broche 6 (Inverting input) : entrée inverseuse.
Broche 7 (Output B) : sortie
Broche 8 (Vcc) : alimentation.
II-2-3) Etude d’un amplificateur AOP non inverseur.
L’amplificateur considéré est idéal, donc la tension V+=V-
Figure 8 : Montage amplificateur AOP non inverseur
Projet de fin d’études thermomètre numérique
13
En utilisant le diviseur de tension sur la résistance R2 on trouve :
= 1 +
II-3) NE555
II-3-1) Définition
Figure 9 : image du circuit intégré NE555.
Le NE555 a été créé en 1970 par Hans R.Camenzind et commercialisé en 1971 par la
société Signetics ; ce composant est toujours utilisé de nos jours en raison de sa facilité
d'utilisation, son faible coût et sa stabilité.
Le circuit intégré NE555 (plus couramment nommé 555, timer, minuterie…) est utilisé
pour gérer des temps (temporisation…) comme il est idéal pour réaliser des bases de
temps pour des montages électroniques.
II-3-2) Les entrés sortie de NE555.
Le NE555 se présente en général sous forme d'un boitier à 8 pattes dont le brochage est
précisé dans la figure 10 :
Figure 10 : Brochage de NE555.
Broche 1 (Ground): masse, reliée au potentiel négatif de l’alimentation.
Broche 2 (Trigger): entrée qui détermine l’état du circuit.
Broche 3 (Output): sortie (environ 2/3 de la tension d’alimentation).
Projet de fin d’études
Broche 4 (Reset): remise à zéro, c’est l’entr
Si nous n’avons pas besoin de ce
Broche 5 (Control voltage
pas très utile et souvent non connecté
Broche 6 (Threshold) : seuil de déclencheme
la connecte avec la décharge.
Broche 7 (Discharge): déchar
minuterie.
Broche 8 (Vcc): alimentation + du circuit de 4,5 V à 16 V, la tension d’alimentation n’a
que très peu d’influence sur la période du timer (0,1 % par volt) mais cela influence la
tension du signal de sortie ainsi que le courant.
II-3-3) Le schéma interne de NE555
Le NE555 est un circuit intégré constitu
Bascules RS.
Deux comparateurs (amplificateur)
Transistor NPN.
Diviseur de tension.
Porte logique inverseuse (non).
Figure 11
II-3-4) Le principe de fonctionnement de NE55
Fonctionnement en astable.
thermomètre numérique
14
emise à zéro, c’est l’entrée qui permet de forcer la sortie à l’état ba
i nous n’avons pas besoin de cette broche nous la relions à la masse.
(Control voltage): contrôle du voltage du pont diviseur interne ou modulation,
pas très utile et souvent non connectée ou reliée à travers un condensateur
seuil de déclenchement ou comparateur, en mode mono
la connecte avec la décharge.
décharge sert à court circuiter le condensateur externe de la
limentation + du circuit de 4,5 V à 16 V, la tension d’alimentation n’a
que très peu d’influence sur la période du timer (0,1 % par volt) mais cela influence la
tension du signal de sortie ainsi que le courant.
Le schéma interne de NE555.
555 est un circuit intégré constitué des composants suivants :
(amplificateur).
inverseuse (non).
Figure 11: schéma interne du NE555.
Le principe de fonctionnement de NE555
astable.
thermomètre numérique
e qui permet de forcer la sortie à l’état bas.
interne ou modulation,
condensateur vers la masse.
nt ou comparateur, en mode monostable on
ge sert à court circuiter le condensateur externe de la
limentation + du circuit de 4,5 V à 16 V, la tension d’alimentation n’a
que très peu d’influence sur la période du timer (0,1 % par volt) mais cela influence la
Projet de fin d’études
Figure 12
La configuration astable
résistances et un condensateur permettent de
que le rapport cyclique
schéma de la figure 12
automatiquement à chaque cycle générant un train d'impulsion
le montre la figure 13.
Une oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se charge jusqu'à 2/3
de Vcc et se décharge à 1/3 de Vcc.
série avec le condensateur, mais la décharge s'effectue à travers Rb seulement. C'est
de cette façon que le rapport cyclique peut être modifié.
Figure 13
La période de charge de la condensateur
L'équation générale de charge du
thermomètre numérique
15
Figure 12 : NE555 en mode astable.
astable permet d'utiliser le NE555 comme
résistances et un condensateur permettent de modifier la fréquence d'oscillation ainsi
rapport cyclique. L'arrangement des composants est tel que
schéma de la figure 12. Dans cette configuration, la bascule est réinitialisée
automatiquement à chaque cycle générant un train d'impulsions perpétuelles
.
Une oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se charge jusqu'à 2/3
de Vcc et se décharge à 1/3 de Vcc. Lors de la charge, les résistances Ra et Rb sont en
série avec le condensateur, mais la décharge s'effectue à travers Rb seulement. C'est
de cette façon que le rapport cyclique peut être modifié.
13 : la courbe de sortie de NE555 en mode astable.
de charge de la condensateur.
du condensateur est de la forme suivante :
thermomètre numérique
oscillateur. Deux
modifier la fréquence d'oscillation ainsi
. L'arrangement des composants est tel que présenté par le
la bascule est réinitialisée
perpétuelles comme
Une oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se charge jusqu'à 2/3
Lors de la charge, les résistances Ra et Rb sont en
série avec le condensateur, mais la décharge s'effectue à travers Rb seulement. C'est
: la courbe de sortie de NE555 en mode astable.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
16
() = ( − ). +
Le condensateur se charge entre les deux valeurs: =
, = et () =
En remplaçant dans l'équation précédente chaque terme par sa valeur:
() =
=
1
3 − .
+
La charge du condensateur se fait par les deux résistances et .
La constante = ( + ).
Donc on trouve: = ( + ). .
La période d’arrêt
De la même manière que précédemment, dans le cas de la décharge du condensateur entre les
deux valeurs : =
, = et () =
Puisque la décharge ne se fait que par la résistance , l'équation pour est :
= . .
À partir de ces deux équations, il est possible de déduire la fréquence ainsi que le
rapport cyclique de la façon suivante :
= +
Donc =
En remplaçant chaque terme par sa valeur on obtient :
= ( + ). .
=
( + ). .
On définit aussi le rappeur cyclique par :
=
=
()
()
II-4) Convertisseur analogique numérique
II-4-1) Introduction.
Deux types de grandeurs sont utilisés en Sciences physiques : les grandeurs
analogiques et les grandeurs numériques. Pour mesurer, avec un ordinateur, une
tension de 3,78 V, il faut convertir cette grandeur analogique en grandeur numérique
constituée d’une série de 0 et de 1, seule grandeur compréhensible par l’ordinateur.
Projet de fin d’études
Pour cela, on utilise un convertisseur
anglais : Digital Analog Converter).
Le symbole du convertisseur analogique numérique
Figure
La sortie N est numérique (a8 a7,,,,
II-4-2) Définition
Figure 15
Un convertisseur analogique-
ADC pour (Analog to Digital Converter) ou plus simplement
dont la fonction est de traduire une grandeur analogique en une valeur
thermomètre numérique
17
Pour cela, on utilise un convertisseur analogique numérique ou CAN (DAC
: Digital Analog Converter).
convertisseur analogique numérique est dans la figure 14 :
Figure 14 : symbole du.CAN ou ADC
7,,,, a1 a0 constitue un mot binaire de 8 bits).
15 : convertisseur analogique numérique
-numérique (CAN, parfois convertisseur A/N),
ADC pour (Analog to Digital Converter) ou plus simplement A/D, est un montage
est de traduire une grandeur analogique en une valeur numérique
thermomètre numérique
DAC en
numérique (CAN, parfois convertisseur A/N), ou en anglais
, est un montage électronique
numérique (codée sur
Projet de fin d’études
plusieurs bits), proportionnelle au rapport entre la grandeur analogique d'entrée et la valeur
maximum du signal.
Si la grandeur d’entrée Ue est une tension, alors :
Avec k en V-1.
Le nombre N ne peut prendre que des valeurs discrètes
les valeurs dans une plage donnée : l’évolution se fera par paliers.
Figure 16: Caractéristique de transfert d’un C.A.N.
Le principe d’un convertisseur analogique numérique est simple
tension, par exemple [0 ; 1V] c.
figure 16, et que le convertisseur utilise 3 bits c.
l’équation de ce droit (par ce que la relation entre l’entré
par la règle de trois :
Vref=1V → 111=23=2n
Ve → Ms
Avec Ms : c’est un nombre binaire.
n : le nombre de bits utilisé.
Donc à partir de cette relation s
mot binaire associer à cette tension.
thermomètre numérique
18
), proportionnelle au rapport entre la grandeur analogique d'entrée et la valeur
est une tension, alors :
e peut prendre que des valeurs discrètes alors que la tension
plage donnée : l’évolution se fera par paliers.
: Caractéristique de transfert d’un C.A.N.
d’un convertisseur analogique numérique est simple. Si on prend
c.-à-d. la tension de référence Vref=1V comme indiqué sur la
figure 16, et que le convertisseur utilise 3 bits c.-à-d. 23 combinaisons, on peut déter
ce que la relation entre l’entré du convertisseur et la sortie est
→ =
binaire.
: le nombre de bits utilisé.
Donc à partir de cette relation si je connais la tension d’entrée on peut déterminer la valeur du
tension.
thermomètre numérique
), proportionnelle au rapport entre la grandeur analogique d'entrée et la valeur
alors que la tension Ue accepte toutes
. Si on prend une plage de
comme indiqué sur la
combinaisons, on peut déterminer
convertisseur et la sortie est linéaire)
on peut déterminer la valeur du
Projet de fin d’études
II-4-3) Résolution d’un ADC
La résolution d’un ADC est la valeur
un changement d’1 LSB sur le nombre N en sortie.
C’est donc la largeur d’un palier de la caractéristique de transfert. Plus la résolution est
petite, plus la conversion est précise.
II-4-4) Principe de fonctionnement
Le schéma interne de ce convertisseur analogique numérique est présenté
Figure 17
Le convertisseur possède plusieurs broches de commande qui permettent de gérer son
fonctionnement. Le début de conversion s'effectue en appliquant un niveau L sur la borne de
commande WR. La borne RD permet de valider le registre de sortie ; au niveau H,
l'état haut; au niveau L, le contenu du registre de sortie est présent sur la sortie.
La sortie INTR signale la fin de la conversion. Pour cela, elle passe au niveau L.
L'entrée CS (Chip Select) permet de sélectionner le convertisseur.
convertisseur peut fonctionner.
thermomètre numérique
19
Résolution d’un ADC
La résolution d’un ADC est la valeur de la variation de la tension d’entrée
un changement d’1 LSB sur le nombre N en sortie.
C’est donc la largeur d’un palier de la caractéristique de transfert. Plus la résolution est
précise.
Principe de fonctionnement d’ADC0804
Le schéma interne de ce convertisseur analogique numérique est présenté sur la figure 17
17: Schéma synoptique de l’ADC 804.
Le convertisseur possède plusieurs broches de commande qui permettent de gérer son
fonctionnement. Le début de conversion s'effectue en appliquant un niveau L sur la borne de
commande WR. La borne RD permet de valider le registre de sortie ; au niveau H,
; au niveau L, le contenu du registre de sortie est présent sur la sortie.
La sortie INTR signale la fin de la conversion. Pour cela, elle passe au niveau L.
L'entrée CS (Chip Select) permet de sélectionner le convertisseur. Lorsqu'elle est au niveau L, le
thermomètre numérique
de la variation de la tension d’entrée Ue qui provoque
C’est donc la largeur d’un palier de la caractéristique de transfert. Plus la résolution est
sur la figure 17:
Le convertisseur possède plusieurs broches de commande qui permettent de gérer son
fonctionnement. Le début de conversion s'effectue en appliquant un niveau L sur la borne de
commande WR. La borne RD permet de valider le registre de sortie ; au niveau H, la sortie est à
; au niveau L, le contenu du registre de sortie est présent sur la sortie.
La sortie INTR signale la fin de la conversion. Pour cela, elle passe au niveau L.
Lorsqu'elle est au niveau L, le
Projet de fin d’études thermomètre numérique
20
Les différentes étapes (approximations) s'effectuent au rythme d'un signal d'horloge. On peut
utiliser un signal d'horloge externe appliqué sur l'entrée CLK IN ou réaliser un montage avec une
résistance et un condensateur externes reliés à un trigger de Schmitt incorporé dans le boîtier.
Le signal analogique est appliqué à l'entrée VIN (+). L'autre entrée VIN (-) peut être soit
reliée à la masse, soit être portée à une tension permettant le tarage du convertisseur en début
d'échelle, soit permettre de soustraire une tension continue du signal d'entrée.
II-4-5) Réalisation du circuit
D’après le datasheet il faut brancher le convertisseur de la manière suivante :
Figure 18: brochage d'ADC0804.
Broche 1, 2, 8, 10: reliées à la masse
Broche 3 et 5: reliées à l'horloge.
Broche 4 et 19: reliées à un circuit RC.
Broche 11 à 18: ce sont les sorties du convertisseur analogique numérique.
Broche 6 : c'est l'entrée positive du signal analogique.
Broche 6 : c'est l'entrée négative du signal analogique.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
21
II-5) Les afficheurs 7 segments
II-5-1) Définition
Un afficheur 7 segments permet de visualiser les chiffres de 0 à 9 (figure 19).
Figure 19: afficheur 7 segments.
Il existe deux types d’afficheur 7 segments :
Afficheur à anode commune : toutes les anodes sont reliées et connectées au potentiel haut. La
commande du segment se fait par sa cathode mise au potentiel bas.
Afficheur à cathode commune : toutes les cathodes sont reliées et connectées au potentiel bas.
La commande du segment se fait par son anode mise au potentiel haut.
L'afficheur est composé de 7 LEDS (segments) a, b, c, d, e, f et g qui nécessitent, en fonction
du type d'afficheur (anode commune ou cathode commune) une polarisation spécifique.
II-6) Circuits imprimé
II-6-1) Définition
Un circuit imprimé (ou PCB de l'anglais Printed Circuit Board) est un support, en général
une plaque, permettant de maintenir et de relier électriquement un ensemble de composants
électroniques entre eux, dans le but de réaliser un circuit électronique complexe. On le désigne
aussi par le terme de carte électronique.
Il est constitué d'un assemblage d'une ou plusieurs fines couches de cuivre séparées par un
matériau isolant. Les couches de cuivre sont gravées par un procédé chimique pour obtenir un
ensemble de pistes, terminées par des pastilles. Le circuit imprimé est souvent recouvert d'une
couche de vernis coloré qui protège les pistes de l'oxydation et d'éventuels courts-circuits.
Les pistes relient électriquement différentes zones du circuit imprimé. Les pastilles, une fois
perforées, établissent une liaison électrique, soit entre les composants soudés à travers le circuit
imprimé, soit entre les différentes couches de cuivre. Dans certains cas, des pastilles non
perforées servent à souder des composants montés en surface.
II-6-2) Conception des circuits imprimés
La conception d’une carte électronique s’effectue à l’aide de logiciel d’ARES & d’ISIS.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
22
La première étape dans la réalisation consiste à saisir le schéma structurel au moyen d’un logiciel
de saisie. Cet outil dispose de librairies de composants dans lesquelles il suffit de piocher pour
reproduire le schéma.
Ce logiciel de saisie de schémas permettra aussi de contrôler les propriétés de chaque
composant pour que les liens avec les autres programmes (simulation, routage) soient cohérents.
On résume ici les étapes principales de réalisation :
Saisir le schéma sur le logiciel ISIS.
Démarrer le logiciel ARES.
Placer les composants et faire les liens entre les composants.
Conclusion.
Dans le second chapitre, on a fait une petite initiation concernant les différents étages du
dispositif en donnant une idée générale sur les caractéristiques techniques et le brochage de
chaque composant.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
23
CHAPITRE III : LA REALISATION PRATIQUE
.
Projet de fin d’études thermomètre numérique
24
I) Introduction
Dans ce chapitre on va présenter le montage électronique et on va l’étudier et le simuler et
réaliser ainsi la partie pratique.
II) Les matériels utilisés
Pour réaliser ce projet nous avons besoin du matériel suivant :
Capteur lm35
Amplificateur opérationnel lm358
NE555
Convertisseur analogique numérique ADC0804
Résistances
Potentiomètres
Capacités
Afficheur 7 segments
Transcodeur binaire décimal
Led
Multimètre
Plaque d’essai
Les fils
Logiciel Isis
Logiciel Ares
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III) Montage électronique.
Le montage du circuit de notre application est présenté sur le schéma de la figure 20 :
Figure 20: circuit total du thermomètre.
IV) La réalisation pratique
Figure 21 : image de la réalisation pratique
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V) Principe de fonctionnement.
Le principe de ce montage est très simple. Un capteur de température de type LM35 permet
de générer une tension dont la valeur est proportionnelle à la température. L’amplificateur
LM358 permet d’amplifier cette tension. Ce dernier est l’entrée d’un convertisseur analogique
numérique. La tension de référence de cet ADC est reliée à un potentiomètre dont la valeur est
ajustable. Ce potentiomètre permet donc de choisir le pas de ce convertisseur. En ajustant donc
ce potentiomètre de tel sorte qu’à une variation dans la température d’un degré Celsius
correspond une variation d’un seul bit.
Le NE555 est monté en astable. Il permet de générer un signal carré périodiquement. Ce
signal est l’horloge du convertisseur analogique numérique.
Calcul de Vref :
Dans la partie du capteur de température on a la relation suivant : = 0,01
Dans la partie de l’amplificateur on a la relation suivante :
= 1 +
Dans la partie de la réalisation pratique nous avons prendre : R2=2KΩ et R1=1KΩ
Donc on trouve Vs=3Ve.
Si on remplaçant Ve par son expression : Vs=3×0,01T = 0,03T
Dans la partie du convertisseur analogique numérique nous avons montrés la relation
suivante : =
avec la tension d’entrée de l’ADC Ve devient Vs (la sortie de
l’AOP).
L’ADC que nous avons utilisé possède n=8
Donc =
× 0,03 =
× 0,03
Pour avoir Ms=T →
× 0,03 = 1 → Vref =7,65 V
Résultat : pour avoir la température soit directement affichée en binaire il faut ajustait sur
la valeur
= 3,825V
Calcul de TH et TL
Pour calculer les deux périodes on utilise les deux relations que nous avons déjà montrées :
= ( + ). .
= . .
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On a Ra=10KΩ et Rb=2,2KΩ C=100µF
D’où =0,85 s et TL=0,15 s
VI) La réalisation de l’affichage.
D C B A a b c d e f g
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0
0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
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Les tables de karnaugh :
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La simulation :
Figure 22 : simulation de l’afficheur 0 à 9.
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Afficheur de 0 à 20 :
Les entrés Afficheur 2 Afficheur 2
E D C B A D2 C2 B2 A2 D1 C1 B1 A1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1
0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0
0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1
0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1
0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1
1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1
1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1
1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
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Les tables de karnaugh :
En remarque que : A1=A et D2=C2=1
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La simulation :
Figure 23 : simulation de l’afficheur 0 à 20.
VII) Réalisation du circuit imprimé.
Ici le principe a pour but de tracer la carte avec un minimum d’emplacement et soudé sur une
seule face.
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Figure 24 : circuit imprimé du thermomètre numérique.
Figure 25 : Vue de face d’avant en 3D.
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Conclusion générale
Ce modeste projet m’a permis de bien maîtriser plusieurs choses :
Comprendre le principe de fonctionnement de plusieurs composants.
Comprendre à utiliser plusieurs logiciels : Isis, Ares, Word, PowerPoint.
Initiation à la méthode de recherche par plusieurs moyens : internet, livres, personnes.
Le travail pratique de ce projet m’a permis de comprendre plusieurs choses : les matériels
des mesures, les composants…
Comment lire un datasheet des composants.
Ce mini projet nous amènera à réaliser d’autres grands projets.
Pour nous la recherche ne s’arrête pas là mais ce projet nous donne la curiosité de
recherche.
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Bibliographie
www.zonetronik.com
http://fr.wikipedia.org
http://www.lelectronique.com/
http://www.gecif.net/
http://www.abcelectronique.com
http://www.engineersgarage.com/
http://automate-pro.blogspot.com/
http://www.coolcircuit.com/
http://www.qariya.info/vb/
http://www.youtube.com/
http://www.alldatasheet.com
http://www.astuces-pratiques.fr
http://ressources.univ-
lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/electro/mono555.html
Livres conception des circuits imprime
pratique d’amplificateur opérationnel
Informatique industrielle