rapportt PFEF (Réparé)

Ecole Suprieure de Technologie de Fs

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Table des matiresRemerciement ............................................................................................................................... 1Introduction ............................................................................................................................................... 2

Partie 1 : conception matrielle Chapitre I : le pic 16F877 ............................................................................................................. 51. Gnralits .................................................................................................................... 5

1.1 Dfinition........................................................................................................... 51.2 Brochage ...................................................................................................................... 5 1.3 Schma interne ............................................................................................................ 7 2. Quelques modules du pic16F877............................................................................................. 7 2.1 Lhorloge ....................................................................................................................... 7 2.2 Ports dentres/sorties ................................................................................................. 8 2.3 LUSART ....................................................................................................................... 11 Chapitre II : schma de cblage ......................................................................................................... 14 1. Etude de la partie commande ........................................................................................... 14 2. Etude de linterface de sortie ............................................................................................ 16 2.1 Schma lectrique ................................................................................................... 16 2.2 Fonctionnement....................................................................................................... 16 2.3 Choix de composants et leurs caractristiques ................................................... 16 3. La liaison srie RS232 .......................................................................................................... 20 3.1 prsentation ............................................................................................................. 20 3.2 partie lectrique ...................................................................................................... 20 3.3 schma explicatif de la liaison avec le MAX232 .................................................. 21

Partie 2 : programmation et ralisation de la maquette Chapitre I : outils de programmation ............................................................................................... 24 1. Lutilisation de MPLAB ........................................................................................................ 24 1.1 Lapplication ............................................................................................................ 24 1.2 Lorganigramme ....................................................................................................... 25 2. Lutilisation de PROGAPI..................................................................................................... 25 2.1 Information sur le logiciel ....................................................................................... 25 2.2 La particularit des graphcet utiliss .................................................................... 26 2.3 Linstallation et la mise en uvre ........................................................................ 26 2.4 Exemple de programmation .................................................................................. 28 Chapitre II : Simulation et ralisation ................................................................................ 31 1. Simulation avec le logiciel ISIS ........................................................................................... 31 2. Ralisation de la maquette ................................................................................................ 31 2.1 le schma ARES ........................................................................................................ 31 2.2 Le typon..................................................................................................................... 32Perspectives et conclusion ........................................................................................................................ 34 Bibliographique ........................................................................................................................................ 35


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RemerciementNous tenons adresser notre sincre remerciement Monsieur A.BEN BASSOU notre professeur encadrant de projet pour son soutien, ses conseils prcieux, et suggestions. Nous tenons aussi exprimer notre profonde gratitude et reconnaissance notre professeur Monsieur A.Raili pour son aide, ses remarques qui nous ont beaucoup aid dans notre sujet et Mr. CHAFIK le prparateur de latelier pour son aide considrable, ainsi qu tous les tudiants de la classe Gnie Electrique pour leur soutient moral. Nous adressons galement notre remerciement tous les enseignants du Dpartement Gnie Electrique qui ont contribu notre formation pendant ces deux annes. Ainsi que tous ceux dont on na pas cit le nom ; pour leur gentillesse, leur bonne humeur et leur amiti. Nous leur tmoignons toutes nos gratitudes. Merci encore trs profondment

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1. INTRODUCTION :Lautomate programmable est apparue aux Etats-Unis vers 1969 o il rpondait aux dsirs des industries de lautomobile de dvelopper des chanes de fabrication automatises qui pourraient suivre lvolution des techniques et des modles fabriqus. Elle a pu rsoudre le problme de flexibilit pos par la logique cble, car tout systme quel qu'il soit, doit un jour ou l'autre tre retouch, en raison des problmes pas vus la conception, ou d l'volution du cahier des charges etc. Toute machine lectronique programmable est constitue dune unit de commande qui peut tre un automate, celui ci est destine piloter en ambiance industrielle et en temps rel des procds industriels. Il est adaptable un maximum dapplication, dun point de vue traitement, composants, langage. Cest pour cela quon trouve la plus part des systmes de commande sous forme de modules. On utilisant lunit de commande on peut programmer ou effectuer des oprations cycliques, en recevant des donnes par ses entres, celles-ci sont ensuite traites par un programme dfini, le rsultat obtenu tant dlivr par ses sorties. La programmation de cette commande peut s'effectuer de trois manires diffrentes : Sur la logique de commande elle-mme l'aide de touches. Avec une console de programmation relie par un cble spcifique la logique. Avec un PC et un logiciel appropri. Dans notre projet on va raliser une simple unit de commande dont Le principe est le suivant, on construit le graphcet de commande sur le PC, puis on le transfre dans l'automate qui lexcute. Donc cette ralisation comprend 2 grandes parties qui sont : 1. la partie conception matrielle et ralisation 2. La partie informatique

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2. Prsentation du sujet : 2.1 Le but du sujetLe but de notre projet cest de raliser un circuit lectronique de commande dont linterface dentre est ralise laide de rsistances et linterface de puissance laide des relais et des transistors.

2.2 Schma synoptique :Un systme automatique est constitu dune partie commande et dune partie oprative (le systme automatiser). La partie commande peut tre un schma cbl lectrique, pneumatique ou encore un automate programmable comme dans notre cas. Lautomate pilote le systme avec ses sorties qui commandent les actionneurs en fonction de ltat des interrupteurs et du graphcet (programme). La figure suivante explique le fonctionnement global dun automate :

Figure 1 : schma synoptique :

Le principe dutilisation de lautomate est le suivant : on construit le graphcet de commande sur le PC, puis on le transfre dans l'automate qui l'excute. Cette ralisation peut se diviser en 2 grandes parties qui sont : Partie lectronique Partie informa

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Partie 1 : Conception matrielle & ralisation

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Chapitre I : Le pic 16F877La base de notre carte est un C de type PIC16F877, Pour cela nous avons jug ncessaire de consacrer une partie pour la prsentation de ce microcontrleur puisquil jouera un rle essentiel dans notre systme. Ce chapitre est consacr la prsentation du microcontrleur tout en illustrant ces diffrentes caractristiques afin de mieux lexploiter. On aura dfinir lunit de contrle et tout ce qui lenglobe de part et dautre de sa structure. La partie la plus importante sera celle qui traite les diffrents ports dentre/sortie.

1. Gnralit :1.1 Dfinition :Un PIC est un microcontrleur, cest a dire une unit de traitement de linformation de type microprocesseur a laquelle on a ajoute des priphriques internes permettant de raliser des montages sans ncessiter lajout de composants externes.les Pics sont des composant dits RISC (Reduced Instructions Set Computer), ou encore (composant a jeu dinstruction rduit). La famille des pics est subdivise a lheure actuelle en 3 grandes familles : Base-line : cest une famille qui utilise des mots dinstructions de 12 bits Mid-range : cest une famille qui utilise des mots de 14 bits (dont font partie les 16F84, 16f876 et 16f877). High-end : cest une famille qui utilise des mots de 16 bits.

1.2 Le brochage du pic16F877

Figure I.1 : brochage du pic16F877

Un microcontrleur est un composant lectronique Autonome dot : Dun microprocesseur,page 5


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De la mmoire RAM. De la mmoire permanente, Des interfaces dE/S //, srie (RS232, I2C, SPI ). Des interfaces dE/S analogique. Des Timer pour grer le temps. Dautre module plus au moins sophistiqus selon la taille des C.

Ceci en fait un composant trs bon march, parfaitement adapt pour piloter les applications embarques dans de nombreux domaines dapplication. Un microcontrleur peut tre programm une fois pour toutes afin qu'il effectue une ou des tches prcises au sein d'un appareil lectronique. Mais les circuits rcents peuvent tre reprogramms et ceci grce leur mmoire permanente de type FLASH (do le terme flasher quelque chose). Les microcontrleurs, quelque soit leurs constructeurs, ont des architecture trs similaires et sont constitus de modules fondamentaux assurant les mmes fonctions : UAL, Ports dE/S, interfaces de communications srie, Interfaces dE/S analogiques, Timers et horloge temps rels .On peut dire que seul le langage de programmation (Assembleurs) constitue la diffrence majeure entre deux microcontrleurs (similaires) venant de deux constructeurs diffrents. Les principales raisons pour lesquelles on choisit ce C : Tout dabord, un microcontrleur intgre dans un seul et mme botier ce qui, avant ncessitait une dizaine dlments spars. Il en rsulte donc une diminution vidente de lencombrement de matriel et de circuit imprim et la simplification du trac du circuit imprim puisquil nest plus ncessaire de vhiculer des bus dadresses et de donne dun composant un autre. Il dispose dune mmoire flash pour stocker le programme (donc il est possible de les reprogrammer en cas de bug ou dvolution Il dispose dun nombre suffisant de ports dentres/sorties La mmoire RAM est de taille suffisante Il dispose dun port srie, dun convertisseur analogique numrique et de timers. Ce C se trouve partout et il est peu coteux.

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1.3 Le schma interne dun pic16F877 :

Figure I.2 : lments constitutifs dun PIC16F877

Les lments essentiels du PIC 16F876 sont : Une mmoire programme de type EEPROM flash de 8K mots de 14 bits, Une RAM donne de 368 octets, Une mmoire EEPROM de 256 octets, 5 ports d'entre sortie, A (6 bits), B (8 bits), C (8 bits), D(8bit), E(3 bit). Convertisseur Analogiques numriques 10 bits 5 canaux, USART, Port srie universel, mode asynchrone (RS232) et mode synchrone SSP, Port srie synchrone supportant I2C Trois TIMERS avec leurs Prescalers, TMR0, TMR1, TMR2 Deux modules de comparaison et Capture CCP1 et CCP2 Un chien de garde, 13 sources d'interruption, Gnrateur d'horloge, quartz (jusqu 20 MHz) ou Oscillateur RC Protection de code, Fonctionnement en mode sleep pour rduction de la consommation, Programmation par mode ICSP (In Circuit Serial Programming) 12V ou 5V, Possibilit aux applications utilisateur daccder la mmoire programme, Tension de fonctionnement de 2 5V, Jeux de 35 instructions

2. Les modules essentiels du pic 16F877 : 2.1 Lhorloge du pic16F877:L'horloge peut tre soit interne soit externe. L'horloge interne est constitue d'un oscillateur quartz ou d'un oscillateur RC.

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Figure II.1 : les diffrents types dhorloge

Avec l'oscillateur Quartz, on peut avoir des frquences allant jusqu' 20 MHz selon le type de C. Le filtre passe bas (Rs, C1, C2) limite les harmoniques dus lcrtage et Rduit lamplitude de loscillation, il n'est pas obligatoire. Avec un oscillateur RC, la frquence de l'oscillation est fixe par Vdd, Rext et Cext. Elle peut varier lgrement d'un circuit l'autre. Dans certains cas, une horloge externe au microcontrleur peut tre utilise pour synchroniser le PIC sur un processus particulier. Quelque soit l'oscillateur utilis, l'horloge systme dite aussi horloge instruction est obtenue en divisant la frquence par 4. Dans la suite de ce document on utilisera le terme Fosc/4 pour dsigner l'horloge systme. Avec un quartz de 4 MHz, on obtient une horloge instruction de 1 MHz, soit le temps pour excuter une instruction de 1s.

2.2 Ports dentre/sortie :Le PIC 16F877 dispose de 33 broches dentre sortie regroups dans 5 ports PORTA, PORTB, PORTC, PORTD et PORTE. Chaque broche dun port peut tre configure soit en entre soit en sortie laide des registres de direction TRISA, TRISB, TRISC et TRISD et TRISE: Bit k de TRISx = 0 broche k de PORTx = SORTIE Bit k de TRISx = 1 broche k de PORTx = ENTRE

Port A :Le port A dsign par PORTA est un port de 6 bits (RA0 RA5). RA6 et RA7 ne sont pas accessibles. La configuration de direction se fait l'aide du registre TRISA, positionner un bit de TRISA 1 configure la broche correspondante de PORTA en entr et inversement. Au dpart toutes les broches sont configures en entre. En sortie, RA4 est une E/S drain ouvert, pour l'utiliser comme sortie logique, il faut ajouter une rsistance de pull-up externe. Le schma ci-dessous illustre (pour les non lectroniciens) le principe d'une sortie drain ouvert (ou collecteur ouvert) : si RA4 est positionne 0, l'interrupteur est ferm, la sortie est relie la masse, c'est un niveau bas. Si RA4 est place 1, l'interrupteur est ouvert, la sortie serait dconnecte s'il n'y avait pas lapage 8


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rsistance externe qui place la sortie au niveau haut.

Figure II.2 : principe du drain ouvert

Si on veut utiliser RA4 pour allumer une LED on peut utiliser le schma de (Figure II. 3). Il faut juste remarquer que la logique est inverse, si on envoie 0 sur RA4, l'interrupteur se ferme et la LED s'allume. Si on envoie 1, l'interrupteur s'ouvre et la LED s'teint.

Figure II.3Les autres broches (RA0, RA1, RA2, RA3 et RA5) peuvent tre utilises soit comme E/S numriques soit comme entres analogiques. Au RESET, ces E/S sont configures en entres analogiques ; Pour les utiliser en E/S numriques, il faut crire '00000110' dans le registre ADCON1 (bank1).

Port B :Le port B dsign par PORTB est un port bidirectionnel de 8 bits (RB0 RB7). Toutes les broches sont compatibles TTL. La configuration de direction se fait l'aide du registre TRISB, positionner un bit de TRISB 1 configure la broche correspondante de PORTB en entr et inversement. Au dpart toutes les broches sont configures en entre. En entre, la ligne RB0 appele aussi INT peut dclencher linterruption externe INT. En entre aussi, une quelconque des lignes RB4 RB7 peut dclencher l'interruption RBI. Cela ne pose aucun problme dans notre cas puisque on utilise le portB en sortie.

Port C :Le port C dsign par PORTC est un port bidirectionnel de 8 bits (RC0 RC7). Toutes lespage 9


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broches sont compatibles TTL. La configuration de direction se fait l'aide du registre TRISC, positionner un bit de TRISC 1 configure la broche correspondante de PORTC en entre et inversement. Au dpart toutes les broches sont configures en entre. Toutes les broches du port C peuvent tre utilises soit comme E/S normales soit comme broches d'accs diffrents modules comme le Timer 1, les modules de comparaison et de capture CCP1/2, le Timer 2, le port I2C ou le port srie. Pour lutilisation dune broche du port C comme E/S normale, il faut sassurer quelle na pas t affecte un de ces modules. Par exemple, si TIMER1 est valid, il peut utiliser les broches RC0 et RC1 selon sa configuration.

Port DLe port D dsign par PORTD est un port bidirectionnel de 8 bits (RD0 RD7). Toutes les broches sont compatibles TTL et ont la fonction trigger de Schmitt en entre. Chaque broche et configurable en entre ou en sortie laide du registre TRISD. Pour configurer une broche en entre, on positionne le bit correspondant dans TRISD 1 et inversement. PORTD nest pas implment sur tous les processeurs 16F87X, il est disponible sur le 16F877, le 16F874 et le 16F871. PORTD peut tre utilis dans un mode particulier appel parallel slave port, pour cela il faut placer le bit PSPMODE (bit 4) de TRISE 1. Dans ce cas les 3 bits de PORTE deviennent les entres de control de ce port (RE, WE et CS). Pour utiliser le PORTD en mode normal, il faut placer le bit PSPMODE de TRISE 0.

Port E :PORTE contient seulement 3 bits RE0, RE1 et RE2. Les 3 sont configurables en entre ou en sortie laide des bits 0, 1 ou 2 du registre TRISE. PORTE nest pas implment sur tous les processeurs 16F87X, il est disponible sur le 16F877, le 16F874 et le 16F871 Les 3 bits de PORTE peuvent tre utiliss soit comme E/S numrique soit comme entres analogiques du CAN. La configuration se fait laide du registre ADCON1. Si le bit PSPMODE de TRISE est plac 1, Les trois bits de PORTE deviennent les entres de control du PORTD qui (dans ce cas) fonctionne en mode parallel Slave mode A la mise sous tension (RESET), les 3 broches de PORTE sont configures comme entres analogiques. Pour utiliser les broches de PORTE en E/S numriques normales : Placer 06h dans ADCON1. Placer le bit PSPMODE de TRISE 0.

Registres de configuration :Le tableau ci-dessous prsente quelques registres de configuration et leurs valeurs aprs une RESET.

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Figure II.4 : valeur initial de quelque registre de configuration

Alors on peut conclure que pour configurer les ports utiliss comme entres/sorties il faut : placer Dans ADCON1 06H. positionner le bit4 du TRISE 0.

2.3 LUSART :L'USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) est l'un des deux modules de communication srie dont dispose le PIC 16F876/877. L'USART peut tre configur comme systme de communication asynchrone full duplex ou comme systme synchrone half duplex (non tudi). Si on place le bit SYNC du registre TXSTAT 0, l'USART fonctionne dans le mode asynchrone standard, 10 (ou 11) bits sont transmis ou reus dans l'ordre ci-dessous : - 1 bit de START (toujours 0). - 8 ou 9 bits de donne (LSB d'abord). - 1 bits de STOP (toujours 1). La transmission se fait sur la broche RC6/TX et la rception sur la broche RC7/RX qui doivent tre configurs toutes les deux en ENTREE par TRISC. La configuration et le control du port se fait par les registres TXSTA et RCSTA La vitesse de communication est fixe par le registre SPBRG et le bit TXSTA.BRGH La parit n'est pas gre d'une faon matrielle, elle peut tre gre par soft si son utilisation est ncessaire. L'accs au port en lecture ou criture se fait par les registres tampon RCREG et TXREG. La transmission et la rception se font par deux registres dcalage, un pour la transmission (TSR) et un pour la rception (RSR). L'accs au registres tampon peut se faire alors que les registre dcalage sont en train de transmettre/recevoir une donne. Les drapeaux PIR1.RCIF et PIR1.TXIF sont trs utiles pour grer la lecture/criture dans le port. RCIF est positionn quand le port a termin une rception et TXIF est positionn quandpage 11


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le buffer de transmission TXREG est "vide".

Le port en transmission :Le contrle de la transmission se fait par le registre TXSTA CSRC : non utilis en mode asynchrone TX9 et TX9D : Pour utiliser le mode 9 bits il faut positionner le bit TX9. Le 9me bit doit tre crit dans TX9D avant d'crire les 8 bits de donnes dans TXREG TXEN : permet de valider ou interdire la transmission SYNC BRGH : slectionne le mode haut dbit du gnrateur de baud rate TRMT : Indicateur de lactivit du registre dcalage de transmission TSR 1 : TSR libre 0 : TSR en activit

Droulement de la transmissionQuand on crit un octet D dans le registre TXREG, le drapeau PIR1.TXIF passe 0, ensuite, deux situations sont possibles : Le registre de transmission TSR nest pas occup, alors la donne D est transfre immdiatement dans TSR qui commence sa transmission bit bar bit. Le drapeau TXIF repasse 1 pour nous dire que nous pouvons de nouveau crire dans TXREG. Le registre de transmission TSR est occup transmettre un octet qui lui t donn auparavant. La donne D attend dans TXREG, et le drapeau TXIF reste 0 jusqu ce que TSR termine de transmettre loctet prcdent. La donne D est alors transfre dans TSR qui commence sa transmission bit bar bit. Le drapeau TXIF repasse 1 pour nous dire que nous pouvons de nouveau crire dans TXREG. A la mise sous tension, tous les drapeaux sont zro y compris TXIF. Ds quon valide la transmission en positionnant le bit TXEN, le drapeau TXIF passe automatiquement 1, sauf si on crit dabord un octet dans TXREG et on valide ensuite le bit TXEN, dans ce cas, ds la validation de TXEN, le contenu de TXREG est transfr dans TSR qui commence sa transmission et le drapeau TXIF passe 1. Comme on vient de le voir, le drapeau TXIF est gr automatiquement, on ne peut pas le modifier directement par programme.

Les tapes de transmission (sans interruption, mode 8 bits)1) Sassurer que linterruption TXI nest pas valide 2) Configurer la broche TX/RC6 en entre 3) Configurer le registre TXSTA (mode 8 bits, valider transmission, asynchrone, BRGH) 4) Initialiser le registre SPBRG pour dfinir la vitesse de transmission 5) Valider le port avec le bit RCSTA.SPEN 6) Vrifier que le drapeau PIR1.TXIF=1 c..d. TXREG est vide 7) Placer la donne transmettre dans le registre TXREG 8) Recommencer au point (6) tant quon a des donnes transmettre

Le port en rception :Le contrle de la rception se fait par le registre RCSTApage 12


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SPEN : Validation du port srie (1 = valid, 0 = Inhib) RX9 SREN : validation de rception d'u seul octet (non utilis en mode asynchrone) CREN ADDEN : validation du mode dtection d'adresse en mode 9 bits, utilis en mode 0 : Inhib) FERR : Erreur de synchronisation, lecture seule. (Voir au dessus) OERR : Erreur dbordement du buffer de rception, lecture seule. (Voir au dessus) RX9D : En mode 9 bits, le 9me bit est reu ici

Droulement de la rception :La rception est valide par le bit CREN. La rception d'un octet dmarre la rception du START bit qui commence toujours par une transition 1 0. A la rception du stop bit le contenu du registre dcalage de rception RSR est recopi dans le registre tampon de rception RCREG. Le drapeau RCIF (PIR1.5) est positionn, l'interruption associe est dclenche si elle est valide. Le drapeau RCIF est remis zro automatiquement au moment de la lecture dans RCREG. Le registre RCREG est un registre double (FIFO 2 positions). On peut donc avoir 2 octets en attente dans ce registre et tre en train de recevoir un 3me dans le registre dcalage RSR. A la fin de la rception du 3me octet, si RCREG est toujours plein, alors le dernier octet reu est perdu et le bit OERR (Overrun error bit) est positionn ce qui provoque l'arrt des transferts du registre dcalage RSR vers le buffer RCREG. Pour reprendre la rception il faut rinitialiser le module de rception en mettant 0 puis 1 le bit CREN. Le drapeau PIR1.RCIF ne passe 0 que quand la pile RCREG est vide . Si on reoit un 0 la position du STOP bit qui doit tre toujours 1, alors le bit FERR (Framing ERRor) est positionn. Ce bit ainsi que le 9me bit (si utilis) sont bufferiss, Ils doivent tre lu dans le registre RCSTA avant la lecture du registre RCREG.

Les tapes de rception (sans interruption, mode 8 bits)Sassurer que linterruption RCI nest pas valide Configurer la broche RX/RC7 en entre Initialiser le registre SPBRG pour dfinir la vitesse de communication Configurer le registre TXSTA (asynchrone, BRGH) Configurer le registre RCSTA (validation port, mode 8 bits, valider rception continue) 6) Attendre que drapeau RCIF passe 1 ce qui annonce la fin de rception d'un octet 7) Lire loctet reu dans le registre RCREG 8) Recommencer au point (6) tant quon a des donnes recevoir 1) 2) 3) 4) 5)

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Chapitre ii : schma de cblageLa partie lectronique de la ralisation ne pose pas grand problme mais il faut pour autant faire son tude. On peut prsenter le schma de point de vue lectronique comme le montre la figure suivante :

Figure II.1 : schma explicatif de la partie lectronique

Le systme comme nous lavons prsent se compose, de point de vue lectronique, de 3 parties qui sont les suivants : La partie commande (pic16F877+interface dentre). Linterface de sortie. La liaison srie RS232.

1. Le schma lectrique de la partie commande :Voir la page suivante.

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Nomenclature Le contrleur : pic16F877 MAX232 C1, C2 : Capacits cramiques 22pF C3 C6 : capacits chimiques 10F R1R12 : srie de rsistances 1 k. R21R28 : srie de rsistances de 130. RLY1RLY8 : relais. D1D8 : diodes de roue libre 2N4007. LED1LED8 : diode lectroluminescentes pour la visualisation des sorties. K1K12 : interrupteurs. OP1OP8 : optocoupleurs. T1T8 : transistors 2N2369.

Entres/sortiesLes Port A : A0, A1, A2, A3 et A5 entres Port C : C0, C1 et C3 port E : E0, E1et E2 port D : D0

Les sorties

Port B

Linterface d'entreBien qu'il s'agisse de composants trs simples, des interrupteurs et des rsistances, ils peuvent porter une grande aide, surtout dans le cas dune maquette didactique, lors de la mise au point des programmes. Un interrupteur peut dclencher une opration, ou simuler l'tat d'un signal provenant de l'extrieur, et les rsistances pour protger et limiter le courant qui passe.

2. Etude dinterface de sortie :Les 8 lignes du port B du C sont utilises en sorties, et puisque le c ne dlivre quun courant de 20mA environ, il est ncessaire dutiliser une interface de sortie pour adapter la partie commande la partie puissance. Cest dans ce but quon a utilis des optocoupleur et des relais.

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2.1 Schma lectrique :

Figure II.1

2.2 fonctionnement :Lorsque le pic dlivre un signal de sortie la led sallume pour indiquer que la sortie est active, au mme temps la led interne de loptocoupleur commande le transistor et le bloque, alors, le transistor Q1 est travers par un courant de base I=12.10^(-3), ce qui entraine son blocage aussi, ainsi la bobine du relais salimente et tire le contact interne qui assure la fermeture de du circuit de la charge.

2.3 Le choix des composants : 2.3.1 Les rsistances : La rsistance de 130Cette valeur est calcule selon le courant ncessaire pour activer loptocoupleur. Pour notre cas ce courant est de 10mA alors : R=[5-(1.5+2)]/0.01=130

La rsistance dun K

Le transistor qui joue le rle dun interrupteur demande un courant de 10mA pour se saturer alors : R=[12-0.6]/0.01=1,14K On prend une valeur proche de la valeur thorique.

2.3.2 Loptocoupleur :Un optocoupleur est un composant ou un ensemble de composants qui permet le transfert d'informations entre deux parties lectroniques isoles l'une de l'autre de point de vue lectrique. La premire partie est un metteur, et la seconde partie est un rcepteur. On peut l'assimiler un composant qui a une entre (metteur) et une sortie (rcepteur). Quand on parle d'mission, c'est en gnral parce que l'on met quelque chose, il s'agit d'une mission de lumire, d'o le prfixe Opto de Optocoupleur. L'metteur produit donc de la lumire (qui peut tre visible ou invisible), et le rcepteur, qui est sensible la lumire mise par l'metteur (sensibilit maximale la longueur d'ondepage 16


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utilise pour la partie mission), ragit plus ou moins en fonction de la quantit de lumire reue.

Le couplage entre l'metteur et le rcepteur s'effectue donc intgralement par de la lumire. L'intgration dans un mme boitier d'une source lumineuse et d'un rcepteur photosensible peut tre assimile un relais, un amplificateur, et mme un transformateur. On utilise un optocoupleur Pour isoler lectriquement deux parties lectroniques ou lectriques entre elles (on parle d'isolation galvanique) :

Parce que les tensions mises en jeux ne sont pas compatibles de part et d'autre (sortie logique d'un montage aliment en 5V devant tre raccorde l'entre logique d'un montage aliment en 24V, par exemple). parce que l'une des deux parties prsente ou peut prsenter des tensions dangereuses et que l'utilisateur doit accder l'autre partie (un systme de tlphonie reli une ligne non enterre pouvant recevoir la foudre, par exemple). pour isoler une partie fragile d'une partie qui peut devenir dangereuse en cas de dfaillance grave (protection du port parallle d'un ordinateur utilis pour piloter une interface externe, par exemple). - pour permettre la dtection du passage d'un objet mcanique (rflecteurs optiques, interrupteurs fourche, principalement pour applications de comptage).

Caractristiques principales d'un optocoupleur :Un optocoupleur doit tre choisi en fonction des caractristiques attendues. Quelquefois, plusieurs types d'optocoupleurs peuvent convenir dans un mme montage, parfois ce n'est pas le cas et il faut faire le tri.

Temps de propagation :Il s'agit du temps mis pour que l'information transmise la partie mission se retrouve en sortie de la partie rception. Paramtre li la vitesse et la frquence maximale d'utilisation.

Vitesse de transfert (ou Dbit) :Vitesse maximale d'utilisation, au del de laquelle le signal entrant ne peut plus tre correctement transmis. Par exemple 10Mbd (mga bauds). Paramtre troitement li au paramtre Frquence, et pouvant donc exprimer aussi la largeur de la bande passante. Certains constructeurs prcisent sparment le temps de descente (pour une variation de 90 % 10 %) et le temps de monte (pour une variation de 10 % 90 %). Les temps de transfert peuvent parfois varier dans d'assez grandes proportions en fonction du courant traversant l'lment missif (LED par exemple) et en fonction de la polarisation de l'lment rcepteur (transistor par exemple, dont la base, quand elle est accessible sur une patte du boitier, peut ou non tre mise contribution).

Frquence maximale d'utilisation :Frquence au del de laquelle le signal entrant ne peut plus tre correctement transmis. Parpage 17


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exemple 5 MHz.

Tension d'alimentation :Si rien d'autre nest prcis, dsigne la tension maximale supporte par la partie mission (en gnral quelques volts).

Courant d'entre :Il s'agit en gnral du courant ne pas dpasser ct metteur. L'metteur tant bien souvent une LED, il faut limiter le courant qui la traverse, en ajoutant une rsistance en srie, et en faisant bien attention la polarit.

Forme et reprsentation lectronique de l'optocoupleur :Il existe plusieurs sortes de boitiers pour les optocoupleurs. Boitiers rectangulaires dont la forme est celle bien connue des circuits intgrs 4, 6 ou 8 pattes, ou boitiers de forme un peu plus inhabituelle Certains optocoupleurs sont raliss artisanalement, en mettant un composant produisant de la lumire en regard d'un composant sensible la lumire, le tout dans un manchon en plastique ou en caoutchouc pour limiter l'influence de la lumire ambiante. Il existe aussi des boitiers ronds au format TO18 quatre pattes, mais ces derniers sont assez rares sur le march du grand public car plutt rservs au domaine militaire. Dans notre montage on va utiliser un optocoupleurs rectangulaires, en boitier 4 broches (DIL4).

Technologies employes :La partie mission se rsume en gnral :

une LED mettant dans l'infrarouge ou dans le visible. - une ampoule incandescence (plus tellement utilis ce jour) un non. La partie rception peut tre constitue :

d'une photorsistance (LDR), d'un phototransistor dont seules les jonctions Emetteur et Collecteur sont accessibles (parfois la Base l'est galement), d'un photodarlington, qui par rapport au transistor permet des taux de transfert et courant de sortie plus levs. d'une circuiterie logique permettant des temps de commutation plus courts, voire aussi un courant de sortie plus lev. Peut galement permettre d'avoir une sortie 3 tats. d'un photothyristor ou d'un phototriac, permettant la commande simplifie d'un appareil fonctionnant sur le secteur 230V (exemple MOC3020, MOC3041).

2.3.3 Les relais :Les relais sont des interrupteurs qui sont commands par un lectro-aimant, c'est dire, une bobine de fils qui produit, comme un aimant, un champ magntique, mais uniquement lorsqu'elle est traverse par un courant.... Les relais sont des dispositifs lectro-mcanique qui ferment un interrupteur sur

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commande, lorsqu'un courant lectrique leurs parvient. Pour cela, les relais disposent de deux partie principales: une lame mtallique et un lectro-aimant, d'ou leurs schma (ci-contre). Sur le schma d'un appareil, on peut, pour des raisons pratique, sparer la bobine et l'interrupteur, condition de prciser qu'il s'agit d'un relais (et non d'une bobine et d'un interrupteur spar et indpendants). Si les deux parties sont reprsentes l'une prs de l'autre, le mieux est de les encadrer d'un cadre en pointills, comme sur le deuxime schma. ( droite).

Fonctionnement du relais :Lorsqu'un courant arrive dans la bobine, il se produit un champ magntique qui attire le contact: celui-ci se ferme. On dit que le relais est en position "Travail". Lorsqu'aucun courant ne parvient la bobine, un petit ressort fait remonter le contact. On dit alors que le relais est en position "Repos". Si le relais est en position repos, la lame est dirig vers un premier contact: Lorsque le relais est en position travail, la lame est diriger vers un deuxime contact. Un relais a donc au minimum 5 pattes: 2 pour la bobine, et 3 pour la lame: 1 chaque contact, position travail et repos, et un commun. Le courant passe ou ne passe pas: il n'y a qu'un seul circuit, la lame se comporte comme un interrupteur simple. Mais dans un vritable relais, lorsque la lame est au repos, le courant passe dans une autre direction: la lame s se comporte comme un interrupteur inverseur.

Lutilisation de relais a plusieurs avantages :Il ny a pas de liaison lectrique entre les sorties et le reste de lAPI. Il est ainsi possible dutiliser du 220V. Il est possible dutiliser aussi bien de lalternatif que du continu. Il est possible de commuter de grosses puissances.

Les caractristiques des relais :Il na quun interrupteur qui relie les pattes C (commun) et T (travail) du relais lorsque la bobine est alimente. Il existe des relais dit 1RT qui possdes un inverseur, c'est--dire quau repos les pattes C et R (repos) sont relis. Les pattes C et T tant connects au travail c'est--dire lorsque la bobine est alimente. Il existe aussi des relais avec plusieurs inverseurs, par exemple 2RT mme lintensit maximale est de 5A en alternatif. Il est possible dutiliser le relais jusqu 250V, vous pourrez donc commuter des charges de 1100W max sur le secteur (5A*220V). La tension maximale est bien plus grande quen continu car le courant alternatif passe par 0 A et le relais peut donc toujours tre dconnect, ce qui nest pas le cas du continu. Le relais est capable de dconnecter un courant de 5A maximum en continue. Avec un courant plus important, le relais peut rester en position travail, mme avec la bobinepage 19


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dsactiv. Les contacts sont galement dimensionns pour cette intensit. Il est aussi dconseill dutiliser plus de 30V continu. La bobine est caractrise par 12V en DC. On a choisi une rsistance trs leve afin de consommer le moins possible. En effet, un courant de 10mA suffit activer ce relais. Pour cette raison, on pu mettre en srie avec le relais des Leeds pour indiquer ltat des sorties. Si on utilise un autre type de relais, il sera sans doute impossible dutiliser les leds en srie. Il faudra alors les mettre en parallle aux bobines avec une rsistance de protection. on a retenu la valeur 12V au lieu de 5V pour alimenter les relais avec la tension disponible en amont du rgulateur afin de charger ce dernier le moins possible.

Lorsque lalimentation dune bobine est coupe pour dsactiver un relais, cette dernire ragit en dlivrant une haute tension inverse de lordre de 100V capable dendommager les circuits lectroniques. Pour liminer cette tension dangereuse, il est ncessaire dutiliser une diode de roue libre DRL en parallle avec la bobine. Il est bien entendu possible dutiliser la place des relais, dautres solutions comme des triacs en alternatif ou encore branchez directement une charge continue sur lULN. Mais la solution relais est la plus universelle.

3. La liaison srie RS232.3.1 PrsentationLa norme RS-232 (Recommended Standard 232) a t dfinie en 19691 par lEIA (Electronic Industries Alliance). Elle est galement rfrence V.24 par lITU-T (International Tlcommunication Union), renomme ainsi en 1993 et anciennement appel CCITT (Comit Consultatif International des Tlphones et Tlgraphes). La liaison srie RS 232 est utilise dans tous les domaines de l'informatique (ex : port de communication com1 et com2 des PC, permettant la communication avec des priphriques tels que modem / scanner / ), mais galement dans le domaine des automatismes pour relier des capteurs aux automates, pour programmer un automate par un PC. Elle est de type liaison srie , permettant la communication entre deux systmes numriques en limitant le nombre de fils de transmission par rapport des liaisons parallles. Elle est de type asynchrone , c'est dire qu'elle ne transmet pas de signal horloge contrairement aux liaisons synchrones.

3.2 Partie lectriquePour chaque signal, le support est un fil rfrenc par rapport la masse. La norme permet d'adapter les signaux logiques (TTL ou CMOS) l'aide d'un circuit adaptateur de ligne (ex : MAX232) qui transforme les niveaux logiques issus du systme numrique en niveaux logiques compatibles avec les normes RS232 et vice versa. Avant adaptation : Les niveaux logiques sont les suivants : Niveau 0=0V Niveau 1=5V Aprs adaptation : Les niveaux logiques sont les suivant : Niveau 0=+12 Niveau 0=-12

Adaptation de tension TTL ou CMOS

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Remarque : des tensions comprises entre -3V et +3V ne sont pas considrs comme de bons signaux.

On trouve deux ports sur le PC sous la forme de 2 DB9 mle (ou 1 DB25 mle + 1DB9 mle pour les anciens PC). Si nen trouve pas sur certains portables ou sur les futures PC, il faudra utiliser un cble USB-RS232. Sur une liaison RS232, les bits informations circulent les uns aprs les autres sur le mme fil. Le nombre de fil est alors rduit son plus simple minimum (une masse, un fil pour le sens PC-->API et un autre pour le sens API-->PC). Ce genre de communication est beaucoup utilise dans les systmes embarqus, les modems, routeurs, machines afin soit de changer les paramtres du systme soit de pouvoir en continu changer des donnes. Mme si le port USB peut faire songer la mort du port srie, celui-ci par sa simplicit de mise en uvre et ses preuves de fidlit faites depuis longtemps, reste toujours fort prsent mme dans les nouveaux dveloppements. Beaucoup de microcontrleurs, comme le 16F877, sont actuellement dots de la gestion automatique de la communication, on les reconnait par la fonction UART. UART signifie : Universal Asynchronous Receiver Transmitter.

3.3 Schma explicatif de la liaison avec le MAX232 :

Figure 3.2 : max232

Passons maintenant au principe dadaptation entre le PIC et le port srie Rs232. Le PIC utilise les niveaux 0V et 5V pour dfinir respectivement des signaux 0 et 1 . La norme RS232 dfinit des niveaux de +12V et 12V pour tablir ces mmes niveaux.

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Nous aurons donc besoin dun circuit charg de convertir les niveaux des signaux entre PIC et PC. Le pin TX du PIC mettra en 0V/5V et sera convertie en +12V/-12V vers notre PC. La ligne RX du PIC recevra les signaux en provenance du PC, signaux qui seront converti du +12V/-12V en 0V/5V par notre circuit de pilotage du bus. Notons que la liaison tant full-duplex, mission et rception sont croises, chaque fil ne transitant linformation que dans un seul sens. Nous utiliserons le clbre circuit MAX232 pour effectuer cette adaptation de niveaux. Ce circuit contient un double convertisseur double direction. Autrement dit, il dispose de : 2 blocs, dnomms T1 et T2, qui convertissent les niveaux entrs en 0V/5V en signaux sortis sous +12V/-12V. 2 blocs, dnomms R1 et R2, qui convertissent les niveaux entrs en +12V/-12V en signaux sortis sous 0V/5V.

Les condensateurs lectrolytiques, servent filtrer les tensions requises pour le fonctionnement interne du MAX232. Il sagit des tensions (environ 10 volts positifs et ngatifs) qui permettent lmission des niveaux logiques au standard RS232 et qui sont fabriques partir des 5 volts avec lesquels est aliment le composant (sur les broches 15 et 16).

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Partie 2 Programmation & ralisation

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Chapitre I : outils de programmationMaintenant que nous avons termin la conception de notre carte, nous devons construire le programme qui va tre transfrer vers le pic, et qui va rpondre un cahier de charge. Il excite plusieurs langage de programmation du pic citons par exemple : langage assembleur, langage C ou le langage graphique a laide des graphcet ou des logigrammes. En ce qui suit on va voir deux exemples de langage de programmation : Langage assembleur en utilisant MPLAB Langage graphique en utilisant le logiciel diteur de graphcet PROGAPI.

1. Lutilisation de MPLABMPLAB est un logiciel qui permet de programmer le pic en effet : On Ecrire un programme en langage assembleur dans un fichier texte et on le sauvegarde avec l'extension .asm . Puis on le compiler avec l'assembleur MPASM fourni par Microchip. Le rsultat est un fichier excutable avec l'extension .hex contenant une suite d'instruction comprhensible par le pic. Enfin on Transplante le fichier .hex dans la mmoire programme du PIC (mmoire flash) l'aide d'un programmateur adquat.

1.1 Lapplication :Le choix de lapplication revient lutilisateur de lautomate ; cest pour cela quon va tudier le cas dun graphcet plus ou moins, simple le but tant de simuler le fonctionnement de lautomate.

1.1.1 Description du processusLinstallation se compose dun rservoir muni de 4 lectrovannes et un mlangeur. Dans une usine de produits alimentaires se trouve une unit de fabrication destine la prparation l'chelle industrielle d'une sauce pour salade et crudits. Cette sauce se compose de trois lments de base : - vinaigre, - huile, - assaisonnement. Ces trois lments se trouvent dans des cuves d'o ils seront extraits par des pompes, pour tre conduit dans un "Patouillet" o ils seront mlangs. Le fabricant prvu le dosage suivant : - 2 s de vinaigre, - 2 s d'assaisonnement, - 7 s d'huile. Lorsque le temps d'alimentation en huile est termin, un mlangeur entran par un moteur lectrique se met en route pendant 15 min. Aprs ce temps, le cycle s'arrte et un voyant s'allume pendant 1 min dans la salle de contrle, pour indiquer au fabricant que la sauce est prte.

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Les lectrovannes qui contrlent lalimentation du rservoir en vinaigre, huile et assaisonnements sont respectivement E1, E2 et E3.

1.1.2 Le graphcet :

1.2 Organigramme : 2. Lutilisation de progapi-2004 : 2.1 Information sur le logiciel :Le logiciel cot PC progapi_2004 permet : dditer le graphcet de le compiler en graphcet littral et gnrer le fichier hex pouvant tre programm par un programmateur ou par une carte JDM+icprog. de tlcharger directement le graphcet littral dans la mmoire flash du C. La compilation du fichier .gra cre un fichier lit pour contrler le rsultat et un fichier .hexpage 25


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qui peut tre programm dans un C en utilisant icprog et JDM ou un programmateur. Le rsultat de la compilation en mmoire de progapi peut galement tre tlcharg dans le PIC par la liaison srie.

2.2 La particularit des graphcet utiliseLes graphcet que progapi peut compiler ne sont pas diffrents des graphcet habituelle sauf que les divergences en et et en ou ne se diffrent entre eux que par lemplacement des conditions comme le montre la figure suivante :

2.3 Linstallation et mise en uvre :Pour installer progapi, il suffit de : crer un rpertoire par exemple c:\progapi ouvrir larchive api2004.zip et copier les 2 fichiers progapi_2004.exe et api2004a.def dans le nouveau rpertoire. Pour plus de facilit lutilisation on peut faire un raccourci sur progapi_2004.exe et le mettre sur le bureau. Lancer progapi_2004.exe. Le systme signale une erreur

progapi besoin du fichier de dfinition des automates qui contient le nom des bits et variables et le code hex du firmware. Ce fichier est ncessaire aussi bien pour compiler que pour afficher correctement les informations lors du dialogue avec lAPI. Appuyer sur OK. Une fentre de slection souvre et vous permet de slectionner ce fichier.

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Slectionner le menu File | Exit pour fermer progapi.

Si vous regardez dans le rpertoire, vous trouverez un nouveau fichier conf.txt qui contient les paramtres de configuration de progapi, comme les paramtres de communication et le dernier fichier de dfinition ouvert.

2.3.1 ConfigurationRelancez progapi. Cette fois lcran daccueil saffiche sans erreur. on serais sur cet cran chaque lancement et aprs chaque erreur RS232.

Ouvrer le fichier de configuration avec le menu Windows | Edit Config File. RS232_PORT = COM1 RS232_BOARD_ADR = 3 RS232_USE_SUM = 1 LIT_PUT_EQ = 1 DEF_FILE = C:\progapi\api2004a.def crer le graphcet avec le menu File | New Graphcet. Enregistrer le travail avec le menu File | Save Graphcet As. Pour compiler, utiliser simplement le menu Compile | Compile

La quantit de mmoire FLASH utilise est indique. (31pas sur les 1024 disponibles pour le graphcet. Un pas comprend une instruction et un argument soit 2 mots de Flash. La figure ci-dessus montre donc un graphcet utilisant 62mots des 2048mots rservs au graphcet. Ce qui fait 3%. Ceci permet de se rendre compte de la compacit du graphcet littral).

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2.3.2 Transfert du programme vert le PCIl est maintenant temps de tlcharger Le graphcet dans lAPI. Pour ce faire, branchez lAPI et connectez le au PC. Attention, le firmware api2004a.hex doit avoir t charg pralablement avec un programmateur. Si tout se passe bien vous obtiendrez au bout de quelques secondes la fentre suivante : Mais on peut aussi rencontrer une des erreurs suivantes :

Impossible douvrir le port srie (create file) : Cela indique soit que le port srie slectionn nexiste pas sur votre ordinateur, ou soit uil est dj utilis par une autre application, car sous Windows, une seule application la fois peut accder un port srie spcifique. Un nombre blizzard sil y a un problme de communication, soit le retour ne se fait pas, soit le timeout est atteint, soit le checksum nest pas bon. Il faut alors vrifier la liaison. Essayer le test de rebouclage avec lhyper terminal Programmation Error : Pour vrifier la programmation, progapi crit la Flash puis la lit et compare. Si la lecture est diffrente de lcriture, alors vous obtiendrez cette erreur. Si vous reprogrammez la FLASH plus de 1000 fois, des signes de faiblesse peuvent commencer apparatre. Essayer alors une seconde programmation ou changer de PIC. 1000 critures est lendurance minimale de la FLASH, mais avant den arriver la

2.4 Lexemple de programmation 2.4.1 Rgles ddition du graphcetLes graphcet se dessinent avec les caractres + - | [ ]. Il est impratif de mettre les liaisons ou les transitions sous le caractre suivant. Les tapes portent uniquement un numro, Cest le seul endroit ou il est autoris et obligatoire dutiliser le numro des bits de la zone des bits. Dans les quations, il faudra utiliser x0 pour ltape 0 Noms des bits Les noms des bits sont spcifis dans le fichier de dfinition. Par exemple api2004a.def dfinit: x0... x79 : pour les tapes bi0... bi95: pour les bits intermdiaire pour stocker des rsultats dquation ia0... ia3, ia5, ic0, ic2... ic5, ie0... ie2, id0, id1 : pour les entres ob0... ob7, od2... od7 : pour les sorties cli01 : 0.1 Hz (change dtat toute les 50ms, la priode dure donc 100ms) Noms des variables Les noms des variables sont spcifis dans le fichier de dfinition. Par exemple api2004a.def dfinit: 16 bits t0...t9 : temporisateurs qui dcrmentent de 1 chaque 100 mspage 28


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8 bits can0,1,2,3,5 : rsultats des conversions sur le port A 8 bits v8_0..v8_5 : variables libres pour lutilisateur 16 bits v16_0..v16_5 Ou cpt0...cpt5 : variables 16 bits libres pour lutilisateur Les quations de transitions Ces quations contiennent uniquement une partie conditionnelle. Si la condition est vraie alors le changement dtape opre. Pour les bits, les quations sont logiques : Le et est reprsent par un point. le ou par une barre |. le ou exclusif par un chapeau. Il est galement possible de travailler : sur le complment dun bit (son tat contraire) en utilisant un ! devant son nom. sur lancienne valeur du bit avec un aprs son nom. sur un front montant ou descendant en plaant un / ou \ aprs son nom. Les quations sont interprtes de la gauche vers la droite sans tenir compte des priorits habituelles qui veulent que le et soit prioritaire. Pour utiliser les priorits, il faudra alors utiliser des bits temporaires connus sous le nom de bit interne. Pour les variables, il est possible de les comparer ==/>/=/

rapportt PFEF (Réparé)

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