Activites Electrique 4ST

GNIE ELECTRIQUE4me anne de lenseignement secondaire

Sciences Techniques

Manuel dactivits

Les auteurs

Rpublique TunisienneMinistre de l'Education

Les valuateurs

Centre National Pdagogique

Ammar MZOUGHIInspecteur Principal

des lyces et collges

Ali ZITOUNIInspecteur

des lyces et collges

Mounir BEN HENDAProfesseur Principal

hors classe

Fethi AYARIProfesseur Principal

Fredj JAZIInspecteur Gnral

de l'ducation

Mohamed BEN HMIDAInspecteur Gnral

de l'ducation

Fateh BJAOUITechnologue

Hatem LABIDITechnologue

Tous droits rservs au Centre National Pdagogique

3Avant-propos

Si le vingtime sicle a connu la rvolution industrielle, le vingt-et-unimes'annonce comme celui o l'lectronique digitale associe la logique programmevont transformer tous les secteurs de l'activit humaine, qu'il s'agisse des secteursde tlcommunication, de l'audio-visuel, de l'lectromnager, de l'automobile ou del'aviation.

Par comparaison avec l'ancien programme, toutes les innovations dans ladiscipline se rapportent ce secteur technologique d'actualit, dans ce cadre oncite en particulier :

L'arithmtique binaire : addition, soustraction, multiplication et division.Les circuits combinatoires : la mise en uvre d'une unit arithmtique et logique.La logique programme : programmation des microcontrleurs de Microchip par

la mise en uvre d'un langage volu dont la structure gnrale est familire l'lve.Une bonne partie de ce manuel est consacre ce type de thmes.

Cet ouvrage est conu dans le but de servir en tant que document ressourcespour le professeur et guide personnel pour l'lve qui lui permet de dcouvrir ou devrifier certains concepts ou mthodes de rsolution.

Tout au long de ce manuel, nous avons cherch la simplicit et la faisabilit. Simplicit : aucune connaissance pralable n'est requise ; les prrequis

scolaires de l'lve de la 1re anne secondaire la 3me technique suffisent largement.Faisabilit : l'aspect pratique est partout prsent, il est le pilier principal de

l'appropriation du savoir enseign. Les activits proposes sont ralisables enautonomie relative par l'lve lui-mme. Le rle de l'enseignant se limite l'accompagnement.

Les rsultats des travaux de l'lve ont pour but de lui faciliter la dcouverte,l'appropriation et la validation des concepts nouveaux.

Les auteurs de cet ouvrage restent l'coute de toutes les remarques et lessuggestions des utilisateurs de ce manuel, dans le but d'apporter les amliorationset les corrections requises dans les ditions futures.

Les Auteurs

4Avant-propos 3

Sommaire 4

PARTIE AUTOMATIQUE

Chapitre A1 : Oprations arithmtiques binaires

TP A1-1 : Addition et Multiplication en binaire 6

TP A1-2 : Soustraction et Division en binaire 28

Chapitre A2 : Logique combinatoire

TP A2-1 : Les comparateurs logiques 36

TPA2-2 : Unit arithmtique et logique 43

Chapitre A3 - Logique squentielle

TP A3-1 : Les compteurs 48

Chapitre A4 - Logique programme

TP A4-1 : Automate Programmable Industriel (API) 56

TP A4-2 : Microcontrleurs 74

Chapitre A5 Notions dasservissement linaire

TP A5-1 : Asservissement linaire 99

PARTIE ELECTROTECHNIQUE

Chapitre B1 : Les systmes triphass

TP B1 : Les systmes triphass 106

Chapitre B2 : Les moteurs asynchrones triphass

TP B2 : Les moteurs asynchrones triphass 112

Chapitre B3 : Les moteurs courant continu

TP B3 : Les moteurs courant continu 117

PARTIE ELECTRONIQUE

Chapitre C1 : Amplificateurs linaires intgrs

TP C1 : Les amplificateurs linaires intgrs 124

Pages

Sommaire

TP A1-1

LAddition et la Multiplicationen Binaire

- Objectifs Spcifiques :

OS A1-1 - Excuter en binaire une opration arithmtique de baseOS A1-2 - Reprsenter un nombre entier relatifOS A2-2 - Mettre en uvre un circuit arithmtique.

- Conditions de ralisation :

Les activits sont organises par groupe de 4 ou 5 lves

Exemple dquipements utiliss :

Poste PC Logiciel de simulation Matriel dessai en lectronique numrique Simulateur logique Maquette.

Opr

ation

s Arit

hmt

ique

s Bin

aire

s

Chapitre A1 Laddition et la multiplication en binaire

Manuel dactivits 6

TP A 1-1

1- En utilisant le Datasheet du constructeur fourni par le professeur ou rcupr sur un siteInternet, identifier les circuits figurant sur la platine ci-dessous.

74HCT04 :-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------74HC08 :-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------74HCT32 :-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Activit 1 Cette activit consiste chercher la somme de deux nombres binaires un bit chacun (A : a0) et (B : b0), la retenue qui peut en dcouler suite cette opration et par la suitedgager la ou les limites de ce circuit.

2- Complter le cablage de la platine ci-dessus,conformment au schma ci-dessous.


Manuel dactivits 7

TP A 1-1

4- Retrouver les quations de S et r

Equation de S Equation de rS = ------------------------------------------------------------- r = ---------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------

5- Conclure sur les valeurs de S et r en fonction de a0 et b0 et sur les limites de ce circuit :

Lgende :a0 et b0 : entres.S : led rouge signalant ltat de la somme.r : Led verte signalant ltat de la retenue.R : rsistance de forage ou de rappel (4,710K ohm)R : rsistance de limitation.74XX : CI.

3- En utilisant la maquette ou la platine prcedente, le simulateur logique ou le logicielde simulation, remplir la table de verit suivante :

a0 b0 r S

0 0

0 1

1 1

1 0

Sa0

0 1

b00 1

r a0

0 1

b00 1


Manuel dactivits 8

TP A 1-1

6- Proposer une solution base de portes logiques universelles NAND ou NOR (questionfacultative).


Manuel dactivits 9

TP A 1-1

1- En utilisant le Datasheet du constructeur fourni par le professeur ou rcupr sur un siteInternet, identifier les circuits figurant sur la platine ci-dessous.74HCT11 : ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------74HC4075 : --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2- Complter le cablage de la platine ci-dessus, conformment au schma prsent ci-aprs.

Activit 2 Cette activit consiste remdier au dfaut rencontr lors de l'tude du demi-additionneur.

Lgende :

ai, bi et ri : entres.

Si : Led rouge signalant ltat de la somme.

ri+1 : Led verte signalant ltat de la retenue.

R : rsistance de forage ou de rappel (4,7 10K ohm)

R : rsistance de limitation.

74XX : CI.


Manuel dactivits 10

TP A 1-1

Schma structurel :

3- En utilisant la maquette ou la platine prcdente, le simulateur logique ou le logiciel desimulation, remplir la table de verit ci-aprs :

4- Retrouver les quations de Si et ri+1

ai bi ri ri+1 Si0 0 0

0 0 1

0 1 1

0 1 0

1 0 0

1 0 1

1 1 1

1 1 0

Si aibi

00 01 11 10

ri01

ri+1aibi

00 01 11 10

ri01


Manuel dactivits 11

TP A 1-1

Equation de Si Equation de ri+1Si = ------------------------------------------------------------ ri+1 = ----------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------

5- Conclure sur les valeurs de Si et r i+1 en fonction de ai, bi et ri :


Manuel dactivits 12

TP A 1-1

1- Complter le logigramme suivant pour en faire un additionneur binaire de deux nombres 3 bits : (A : a2a1a0 et B : b2b1b0).

Activit 3L'activit consiste raliser un additionneur de deux nombres 3 bits (A : a2a1a0), (B : b2b1b0) en utilisant des additionneurs lmentaires complets ( base de celluleslogiques de base) de deux nombres 1 bit chacun branchs en cascade.


Manuel dactivits 13

TP A 1-1

2- En utilisant le Datasheet du constructeur fourni par le professeur ou rcupr sur un siteInternet, identifier le circuit 74HC386 : -------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3- Complter :

3.1- La lgende ci-contre

3.2- le cablage de la platine ci-dessous en utilisant le schma propos la question N 1.

Lgende :a0 , a1 ,et a2 :---------------------------------------------b0 , b1 ,et b2 :---------------------------------------------S0 ,S1 et S2: ----------------------------------------------r4 : -----------------------------------------R : -----------------------------------------R : -----------------------------------------74HC08 : -----------------------------74HCT32 : -----------------------------74HC386 : -----------------------------

4- En utilisant une maquette, le simulateur logique ou le logiciel de simulation, vrifier lefonctionnement de ce montage.


Manuel dactivits 14

TP A 1-1

1 - Circuit d'anticipation :

1.1- Calculer les diffrentes retenues, sachant que la retenue l'entre du premier additionneurlmentaire est gale zro (r0 = 0).

Activit 4Conception dun additionneur de deux nombres deux bits (A : a1a0 et B : b1b0) retenue anticipe.

1.2- Dduire le logigramme correspondant.


Manuel dactivits 15

TP A 1-1

2 - L'additionneur complet :

2.1- Dduire les diffrentes quations de l'additionneur. .

2.2- Dduire le logigramme correspondant.

2.3- Sur logiciel de simulation, cbler le logigramme trac prcdemment et vrifier sonfonctionnement.


Manuel dactivits 16

TP A 1-1

3- Mise en uvre d'un additionneur intgr (choisir un circuit de la srie 74HCxx).

3.1- En utilisant le Datasheet relatif au circuit objet de l'tude, dduire ses principalescaractristiques.

Lgende :Ai et Bi : -----------------------------------------------

----------------------------------------------------------------

74HC283 :-----------------------------------------------

Lgende :R et R : -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

C0 : ------------------------------------------------------

3.2- Sur maquette, simulateur ou avec un logiciel de simulation :a. Cbler la platine ci-dessous conformment au schma structurel joint :


Manuel dactivits 17

TP A 1-1

b. Vrifier son fonctionnementc. Comment faut-il cbler ce circuit pour le faire fonctionner en additionneur de deux

nombres deux bits seulement ?


Manuel dactivits 18

TP A 1-1

Le schma structurel suivant reprsente un additionneur binaire avec ses priphriques.

Activit 5dcouverte des mcanismes mis en uvre par un additionneur au cours de la ralisationd'une opration d'addition de deux nombres binaires.

Lgende :74HC74 : -----------------------------------------------

----------------------------------------------------------------

74HC283 : ---------------------------------------------

Lgende :Ai / Bi : -----------------------------------------------

-------------------------------------------------------------

Si : ------------------------------------------------------

Circuit Rfrence Technologie Fonction Nom

Xi

U5

1- En utilisant les documents constructeurs relatifs aux composants constituant ce schma(documents rcuprs sur sites Internet ou fournis par le professeur), remplir le tableauci-dessous.


Manuel dactivits 19

TP A 1-1

2- Simuler le fonctionnement de ce circuit et remplir le tableau ci-aprs.

NB : Pour la mise en oeuvre de la simulation, vous devez procder comme suit :

a. Mettre C0 au niveau bas " 0 ".b. Initialiser ou mettre zero la srie de bascules (Y0 Y3) en cliquant sur le bouton remise

zro.c. Prsenter la premire oprande l'entre du circuit en programmant les interrupteurs :

A0/B0, A1/B1, A2/B2 et A3/B3.d. Charger cette premire oprande dans l'additionneur en cliquant sur le bouton Charge.e. Cliquer sur le bouton Transfert pour placer l'oprande dans la srie de bascules (Y0 Y3).f. Prsenter la 2me oprande, en manipulant de nouveau les interrupteurs : A0/B0, A1/B1,

A2/B2 et A3/B3.g. Charger cette 2me oprande dans l'additionneur en cliquant sur le bouton Charge.h. Afficher le rsultat de l'opration en cliquant sur Calculer.

Appliquer la marche suivre prcdente pour additionner les nombres binaires suivants :- A (1001)- B (0101)

Tableau remplir :

3- Pourquoi C0 doit tre au niveau bas ?

4- Quel est le rle des portes (AND / ET) ?

Etape C D E F G H

RsultatS3S2S1S0

C4


Manuel dactivits 20

TP A 1-1

5- Quel est le rle de la commande Calculer ?

6- Que se passe-t-il, si on remplace l'interrupteur Calculer par un bouton poussoir ?

7- On compte effectivement remplacer l'interrupteur Calculer par un bouton poussoir, parquoi faut-t-il remplacer alors la srie des portes (AND / ET) ?

8- A quel endroit est plac le rsultat final du calcul ?

9- On utilise le circuit prcdent pour additionner 4 nombres diffrents de 4 bits chacun. Dites combien il faudra dimpulsions : Remise zro, Charge, Transfert et Calculer.


Manuel dactivits 21

TP A 1-1

1- A partir du datasheet dduire les principales caractristiques du circuit.

2- Sur maquette, simulateur ou avec un logiciel de simulation :a. Cbler la platine ci-dessous conformment au schma structurel joint :

Activit 6Mise en uvre d'un circuit de la srie 4560 " additionneur BCD "

Lgende :Ai et Bi : -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4560 :-----------------------------------------------------

Lgende :R et R :----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ci : -------------------------------------------------------


Manuel dactivits 22

TP A 1-1

b. Vrifier le fonctionnement du circuit :


Manuel dactivits 23

TP A 1-1

1- Etablir la table de multiplication de deux nombres binaires 3 Bits ( A : a2a1a0 et B :b2b1b0 ).

Activit 7 Synthse dun multiplieur de deux nombres trois bits

2- Dduire ses diffrents constituants


Manuel dactivits 24

TP A 1-1

3- Tracer le logigramme correspondant :

4- Sur maquette, simulateur ou logiciel de simulation.a. Cbler la solution trouve.b. Vrifier son fonctionnement.


Manuel dactivits 25

TP A 1-1

Activit 8 Il s'agit de simuler le fonctionnement un circuit multiplieur de deux nombres binaires 4 bitsde la serie 74xx soit le circuit integr 74285.

1- En utilisant le Datasheet du constructeur fourni par le professeur ou rcupr sur un siteInternet, relever les principales caractristiques de ce circuit.

2- Avec le logiciel de simulation, saisir le schma suivant et verifier son fonctionnement :


Manuel dactivits 26

TP A 1-1

3- Quel est le rle de chacune des entres ( E1 et E2 ) :

4- Proposer une solution pour multiplier un nombre de 6 Bits par un nombres de 4bits :

TP A1-2

La Soustraction et la Divisionen Binaire


OS A1-1 - Excuter en binaire une opration arithmtique de baseOS A1-2 - Reprsenter un nombre entier relatifOS A2-2 - Mettre en oeuvre un circuit arithmtique





Opr

ation

s Arit

hmt

ique

s Bin

aire

s

Chapitre A1 La soustraction et la division en binaire

Manuel dactivits 28

TP A 1-2

Sur maquette, sur simulateur, ou avec un logiciel de simulation :

1- Cbler le logigramme suivant :

2- Complter la table de vrit correspondante :

3- Retrouver les quations de D et r :

Equation de D Equation de rD = ----------------------------------------------------------- r = ----------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------

4- Conclure sur les valeurs de D et r en fonction de a0 et b0 : ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Activit 1 Il s'agit de cabler ou simuler le fonctionnement dun circuit base de cellules logiques, detracer sa table de fonctionnement et de chercher les quations des sorties en vue de vrifierquil sagit dun demi-soustracteur.

a0 b0 r D

0 0

0 1

1 1

1 0

Da0

0 1

b001

ra0

0 1

b001


Manuel dactivits 29

TP A 1-2



Manuel dactivits 30

TP A 1-2

Sur maquette, sur simulateur, ou avec un logiciel de simulation :

1- cbler le logigramme suivant :


3- Retrouver les quations de Di et ri+1 :

Activit 2 Il s'agit de cabler ou simuler le fonctionnement dun circuit base de cellules logiques, detracer sa table de fonctionnement et de chercher les quations des sorties en vue de vrifierquil sagit dun soustracteur complet.

ai bi ri ri+1 Di

0 0 0

0 0 1

0 1 1

0 1 0

1 1 0

1 1 1

1 0 1

1 0 0

Diaibi

00 01 11 10

r101

ri+1aibi

00 01 11 10

r10

1


Manuel dactivits 31

TP A 1-2

4- Conclure sur les valeurs de Di et ri+1 en fonction de ai, bi et ri : -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Equation de Di Equation de ri+1

Di = ---------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------

ri+1 = -------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------


Manuel dactivits 32

TP A 1-2

Le schma structurel suivant reprsente un additionneur/Soustracteur parallle avec sespriphriques.

Activit 3Il s'agit de cabler ou simuler le fonctionnement dun circuit Additionneur/Soustracteurparallle dans la notation en complment 2 et dcouvrir les priphriques de ce circuit.

Lgende :--------------------- : Bascule D

------------------------------------------------------------------

74HC283 : ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------- : Cellule (OR / OU)

Ai / Bi : ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Si : ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------- : Cellule (AND / ET)

------------------------------ : Inverseur


Manuel dactivits 33

TP A 1-2

1- Par analogie l'activit 5 du TP A1-1, noncer les diffrentes tapes suivre pour tirerprofit de ce circuit.


Manuel dactivits 34

TP A 1-2

2- Simuler le fonctionnement de ce circuit.

3- Quel sont les rles des commandes suivantes : ADD et SOUST

4- Quel est le type des bascules figurant sur ce schma.

5- Quel est leffet de limpulsion transfert.

6- Comment peut-on exploiter la sortie C4.

TP A2-1Le Comparateur Logique


OS A2-1 - Rsoudre un problme de logique combinatoire.OS A2-2 - Mettre en oeuvre un circuit combinatoire.





Logi

que

Com

bina

toire

Chapitre A2 Le Comparateur logique

Manuel dactivits 36

TP A 2-1

Sur maquette, sur simulateur, ou avec un logiciel de simulation :1- Cbler le logigramme suivant :


3- Retrouver les quations de S1, S2 et S3 :

Equation de S1 Equation de S2S1 = ---------------------------------------------------------- S2 = ------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------

Activit 1 cette activit consiste comparer deux nombres binaires un bit chacun (A : a0) et (B : b0)et de signaler la sortie si AB ou A=B au moyen des sorties respectives : S3, S2et S1.

a0 b0 S1 S2 S3

0 0

0 1

1 1

1 0

S1a0

0 1

b001

S2a0

0 1

b001

S3a0

0 1

b001


Manuel dactivits 37

TP A 2-1

Equation de S3S3 = ------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------

4- Conclure sur les valeurs de S1, S2 et S3 en fonction de a0 et b0 : -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



Manuel dactivits 38

TP A 2-1

Activit 2 MISE EN UVRE DES COMPARATEURS INTEGRES

Dans lactivit qui suit, on se propose dtudier un comparateur de la famille 74HC85 /74HCT85 ; ce comparateur possde deux entres 4 bits :

A = (A3A2A1A0). B = (B3B2B1B0).

1- Complter le logigramme correspondant :


Manuel dactivits 39

TP A 2-1

2- Sur maquette, sur simulateur, ou avec un logiciel de simulation, cbler le logigrammeprcdent :

3- Vrifier son fonctionnement.

4- Conclure :


Manuel dactivits 40

TP A 2-1

1- Complter le logigramme relatif un comparateur de deux nombres 8 bits (A : A7A6A5A4A3A2A1A0 et B : B7B6B5B4B3B2B1B0), utiliser des circuits de la famille

74HCT85 / 74HC85 ou quivalent.

Activit 3 MISE EN CASCADE DE COMPARATEURS INTEGRES

Cette activit consiste mettre en cascade deux comparateurs intgrs de la famille74XXX85 en vue de comparer deux nombres binaires de 8 bits chacun.

2- Sur maquette, sur simulateur ou avec un logiciel de simulation :a. Cbler le logigramme propos.b. Vrifier son fonctionnement.


Manuel dactivits 41

TP A 2-1

3- Conclure :

TP A2-2

Unit Arithmtiqueet Logique (UALALU)


OS A1-1 - Excuter en binaire une opration arithmtique de baseOS A2-2 - Mettre en oeuvre un circuit arithmtique.




Poste PC Logiciel de simulation Matriel dessai en lectronique numrique Simulateur logique Maquette. Lo

giqu

e Co

mbi

nato

ire

Chapitre A2 Unit arithmtique et Logique (UAL-ALU)

Manuel dactivits 43

TP A 2-2

Soit le logigramme suivant :

1- Cbler la platine ci-aprs, conformment au logigramme prcdent.

Activit 1Dans cette activit on compte raliser une UL lmentaire ralisant quelques oprationslogiques.


Manuel dactivits 44

TP A 2-2

2- En utilisant le datasheet relatif au circuit 74HC151 " fourni par le professeur ou rcuprsur Internet ", complter la table de fonctionnement suivante :

3- Conclure :

Lgende :+ 74HC04 : -----------------------------------------------------------------------------------------------

+ 74HC08 : -----------------------------------------------------------------------------------------------

+ 74HC32 : -----------------------------------------------------------------------------------------------

+ 74HC386 : ----------------------------------------------------------------------------------------------

+ 74HC151 : ------------------------------------------------------------------------------------------------

Slection Fonction

S2 S1

0 0

0 1

1 0

1 1


Manuel dactivits 45

TP A 2-2

Parmi ces circuits on cite, 74S181, 74LS181, 74HC181, 74LS381 et 74S381.

1- A partir du document constructeur relatif au composant disponible au laboratoire, numrerles principales fonctions ralises par ce composant.

Activit 2Mise en oeuvre dune UAL de la srie 74XX

2- Sur maquette ou avec le logiciel de simulation, tester le composant.


Manuel dactivits 46

TP A 2-2

3- Conclure :

TP A3-1Les Compteurs


OS A3-1 - Raliser des applications base de basculesOS A3-2 - Choisir et mettre en oeuvre un compteur / dcompteur.




Poste PC Logiciel de simulation logique install (ORCAD) Matriel dessai en lectronique numrique Simulateur logique.

Logi

que

Squ

entie

lle

Chapitre A3 Les CompteursTP A 3-1

Manuel dactivits 48

La maquette dtude est une carte lectronique ralise autour dun compteur intgrrfrenc CD 4510.

1- Les broches 3, 4, 12 et 13 correspondent aux entres de prpositionnement du compteur.Vrifier que la broche 3 du compteur est relie la masse et que les broches 4, 12 et 13sont relies au + de lalimentation.

2- Lentre de comptage est issue dun capteur optique situ sur la trajectoire de passage desglules. On prvoit sur la maquette dtude un bouton poussoir H qui remplace le capteuroptique. Appuyer chaque fois sur le bouton poussoir H et remplir une ligne de la table defonctionnement en suivant lvolution des entres/sorties du compteur (visualises surLeds) avant et aprs laction :

3- En supposant que ce compteur est construit avec des bascules JK :a. Rappeler le diagramme de fluence dune bascule JK.

b. En utilisant le diagramme de fluence de la bascule JK, complter les tableaux deKARNAUGH relatifs aux diffrentes entres de commande puis dterminer lesquations de J et K de chaque bascule :

Activit 1 Pour tudier le fonctionnement du compteur de glules, on utilise une maquette dessaiqui permettra de simuler lopration de comptage. On demande de remplir la table decomptage relative au compteur utilis sur cette maquette et den dduire le cycle defonctionnement.

DcimalEtat n Etat n+1

Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

2

3

4

5

6

7


Manuel dactivits 49

4- Donner le schma du compteur de glules base de bascules JK qui permet de faire lemme cycle de comptage que le circuit intgr de la maquette dtude.

J2 = ------------------------------ J1 = --------------------------------- J0 = ----------------------------------

K2 = ------------------------------ K1 = --------------------------------- K0 = ----------------------------------

J2

K2

J1

K1

J0

K0

Q1Q2

Q300 01 11 10

0

1

Q1Q2

Q300 01 11 10

0

1

Q1Q2

Q300 01 11 10

0

1

Q1Q2

Q300 01 11 10

0

1

Q1Q2

Q300 01 11 10

0

1

Q1Q2

Q300 01 11 10

0

1


Manuel dactivits 50

Activit 2Il s'agit de raliser sur plaque essais un compteur synchrone base de bascules JK conformment aux quations trouves dans lactivit 1.

1- A partir dune recherche INTERNET (sinon document fourni), identifier, selon les rfrences,les diffrents circuits de la maquette.

2- A partir des quations trouves dans lactivit 1, complter sur la figure les liaisons quimanquent sur le circuit lectronique :


Manuel dactivits 51

3- Raliser sur plaque essais le montage de la figure prcdente puis alimenter le circuitralis et vrifier la conformit du fonctionnement.

Activit 3Il s'agit dtudier un dispositif qui permet de grer les dfauts de comptage des glules dansla compteuse industrielle. A cet effet on se propose de simuler sur ORCAD le fonctionnementdun compteur / dcompteur prpositionnable et de tracer le cycle de comptage pour diffrentescombinaisons des entres de prpositionnement.

Le mouvement vibratoire des glules constitue une source derreur importante, car une glule,par ses mouvements davance /recul peut tre compte deux fois ou plus. Un dispositif decomptage/dcomptage permet de palier cette dfaillance technique. Ce dispositif se compose de :- deux sources lumineuses espaces par une distance trs faible, trs nettement infrieure ladimension des glules, mais suffisante pour quil ny ait aucune interfrence lumineuse entreles deux capteurs,- deux phototransistors destins dtecter la prsence ou labsence de glules entre chaquesource et son phototransistor,- un ensemble de mise en forme des signaux en provenance des phototransistors,- un systme de comptage/dcomptage permettant de connatre le nombre exact de picesemballes, mme si une pice est passe plusieurs fois, en marche avant puis en marchearrire sur le tapis roulant.


Manuel dactivits 52

Principe de fonctionnement

Lorsquaucune glule ne coupe le faisceau issu de la source lumineuse A, le signal A ensortie du circuit de dtection et de mise en forme est zro. Au contraire, si une glulecoupe ce faisceau, alors le signal A est un.Le signal B fonctionne de faon inverse. Il est 1 si aucune pice ne coupe le faisceau issude la source lumineuse B, et 0 si une pice coupe ce faisceau.

Le signal B est utilis en entre dun ensemble de deux bascules JK de rfrence 74F109(technologie TTL Fast), dont les entres sont en fait J et K (voir le schma ci-dessous). Unehorloge H 1 Mhz sert de signal de chargement pour ces deux bascules.

Les sorties Q0, /Q0, Q1 et /Q1 de ces bascu-les sont associes au signal A en entres dedeux portes NAND de type 74LS10, pourraliser les deux signaux de comptage /dcomptage.

Clock Pulse Up et Clock Pulse Down delensemble ralis avec les deux compteurssynchrones 74F192 (schma ci-dessous etschma complet ci-joint).


Manuel dactivits 53

Gnration des signaux de comptage

Etude du principe de fonctionnement des bascules JK.

Rappeler le principe de fonctionnement dune bascule JK. En dduire le mode de fonctionnement des bascules 74F109 utilises dans le montage. Si B est un signal rectangulaire priodique de priode T = 100 ms, reprsente par un chro-nogramme les signaux B, Horloge, Q0 et Q1. Aprs avoir lanc le logiciel Simulate, charger le fichier TP2 avec ses stimulus, puisdemander tracer une nouvelle fentre de signaux et visualiser dans cette fentre les signauxa, b, horloge, q0 et q1 (voir la fentre de commande la page ci-aprs). Lancer alors la simulation (Commande Run - Start) sur une dure de 100 ms (soit100000000 ns), et examiner le fonctionnement des deux bascules lorsquune pice seprsente devant la source B (ce qui arrive aux environs de 10 ms).Expliquer dans le dtail lallure des diffrents signaux, en justifiant le raisonnement avecltude du fonctionnement de la bascule JK faite prcdemment.On conseille dutiliser pour cela la loupe du logiciel afin dexaminer avec prcision lefonctionnement dans le temps des chronogrammes.


Manuel dactivits 54

Gnration des signaux de comptage

A laide de la fonction Trace - Edit, ajouter aux signaux prcdents les deux signaux ClockPulse Up et Clock Pulse Down. Relancer la simulation (Run - Restart puis Start) sur une mme dure de 100 ms, etexaminer les deux signaux Clock Pulse Up et Down. Justifier clairement leur allure, et endduire le fonctionnement des compteurs. A lexamen des signaux A et B dire si une ou plusieurs glules se dplacent devant lessources lumineuses, et dans quel sens. Le fonctionnement attendu des compteurs est-il conforme ce dplacement de glules ?

TP A4-1

Les AutomatesProgrammables Industriels


OS A3-3 - Dcrire le fonctionnement dun systme automatis laide de loutil GRAFCET.OS A4-1 - Identifier les lments de dialogue dun systme automatis pilot par API.OS A4-2 - Traduire un GRAFCET en langage automate.OS A4-2 - Ecrire ou complter un programme et limplanter sur un API.




Poste PC Logiciels des automates installs (PL7 et AKL) Automate Programmable TSX ou AEG Un systme lectropneumatique ou lectrique Un moteur asynchrone triphas avec dmarreur toile-triangle cabl. Lo

giqu

e Pr

ogra

mm

e

Chapitre A4 Les automates programmables industrielsTP A 4-1

Manuel dactivits 56

Le systme de la figure ci-dessous est install dans une station dpuration pour pomper leauuse du rseau vers les bassins de dcantation.

Les moteurs asynchrones triphass utiliss sont dune puissance importante ce qui impose linstallateur de leur prvoir un dmarrage en deux temps pour limiter le courant la mise enmarche. Le moteur isol avec son processus de commande fait lobjet de cette tude.

1- Observer attentivement le systme en fonctionnement en essayant danalyser la squencedes actions quil ralise et proposer une liste des actions ralises.

Activit 1 Il s'agit de faire tourner un systme automatique fonctionnement cyclique, dobserver sonfonctionnement et de le dcrire sur un cycle complet.

Liste des informations Liste des actions

Label Dsignation Label Dsignation

I1I0

bouton de mise en marchebouton darrt

KM1KM2

Fonctionnement en EtoileFonctionnement en Triangle

Repos1re action : couplage Etoile2me action : ........................3me

2- En considrant le tableau des affectations donn ci-dessous et en respectant les cinqrgles, crire le GRAFCET partie commande qui traduit fidlement le fonctionnement dusystme.


Manuel dactivits 57

1

I1

KM1

0


Manuel dactivits 58

a. Proposer une liste des actions ralises dans ce cas par le systme.

Repos

1re Action : Couplage Etoile du Moteur

2me Action : branchement moteur sens 1 2me Action: branchement moteur sens 2

2me action : ........................

3me

4me

Retour au repos

b. Que devient le nombre de modules tapes du squenceur de pilotage pour satisfairecette nouvelle condition ? Justifier votre rponse.

c. Donner une estimation approximative du temps ncessaire pour recabler le squenceuret remettre le systme de dmarrage en marche. Commenter.

3- On dsire modifier le mode de fonctionnement du systme de faon que le moteur puissetourner dans le sens inverse pour des oprations de dbourrage parfois indispensable.

A partir de la position de repos on peut soit :- dmarrer le moteur dans le sens 1 en appuyant sur un bouton I11- dmarrer le moteur dans le sens 2 en appuyant sur un bouton I12- larrt dans les deux cas se fait par appui sur I0.


Manuel dactivits 59

Activit 2Il s'agit de faire tourner le mme systme avec un automate programmable, dobserver sonfonctionneent et didentifier les nouveaux lments de linstallation

- Dbrancher les liaisons entre les entres du squenceur et le systme et les relier auxentres de la nouvelle boite de commande appele momentanment API.

- Dconnecter les sorties du squenceur de pilotage et les connecter avec les premiressorties de la boite API.

- Vrifier attentivement tous les raccordements et mettre lensemble sous tension.- Appuyer sur le bouton I1, observer le comportement du systme et comparer avec les

rsultats de lactivit 1.- Connecter lAutomate au port DB9 du PC en utilisant le cable appropri.

- Lancer le logiciel PL7 Micro V4.4 de Modicon Tlmcanique (ou le logiciel spcifique lAutomate AKL).

- Ouvrir le fichier demarreur.stx.- Pointer le sous-menu AP- Choisir Transfrer programme- Indiquer la direction du transfert duPC vers Automate- Choisir Connecter- Confirmer et valider- Mettre lAutomate en marche enselectionnant le mode RUN- Confirmer le choix.

Puisque la boite qui a t nomme API a pu remplacer tout lautomatisme prcdentsans cablage intrieur, elle prendra le nom dAutomate.


Manuel dactivits 60

- Dconnecter lAutomate :* logiquement en cliquant sur Dconnecter* physiquement en dbranchant le cable de liaison

- Mettre le systme en marche - Vrifier que la modification est ralise. - Donner une estimation approximative du temps pris pour cette modification. Commenter.

Temps pris pour la modification : t =

2- Quels sont les lments du systme qui sont relis aux sorties %Q2.0 %Q2.5 delAutomate Programmable ?

Vrifier les tensions par rapport la masse disponibles sur lune des bornes relative unesortie :

* losquelle est active* lorsquelle est inactive.

- Quel est le rle de la borne commune ?


Manuel dactivits 61

3- Sachant que les notatations :

Entres Boolennes spcifiques aux : * Automates TSX %I1.0 . . . . %I1.15 * Automates AEG I1. . . . . I 24

Sorties bolennes spcifiques aux* Automates TSX %Q2.0 . . . . %Q2.11 * Automates AEG Q2. . . . . Q16

tracer le GRAFCET cod Automate relatif au nouveau cycle de fonctionnement tout enrespectant le tableau daffectation donn ci-dessous.

Liste des informations Liste des actions

Label Dsignation TSX AEG Label Dsignation TSX AEG

I1I2I0t

mise en marche sens 1mise en marche sens 2bouton darrtcontact temporis

%I1.1%I1.2%I10%TM0.Q

I1I2I3T

KM11KM12KM3KM4T

Contacteur ligne sens1Contacteur ligne sens2Contacteur EtoileContacteur TriangleBobine Temporisateur

%Q2.1%Q2.2%Q2.3%Q2.4%TM0

Q1Q2Q2Q2T


Manuel dactivits 62

GRAFCET cod Automate


Manuel dactivits 63

Pour pouvoir exploiter lAutomate Programmable dans une application industrielle, il fautconfigurer ses diffrents constituants afin dtre reconnus par le processeur. La tche suivanteconsiste suivre une dmarche exploratrice ralisant la dite opration de configuration.- lancer le logiciel PL7. - dans le menu Fichier cliquer sur Nouveau pour crer un nouveau fichier.

- Faire le choix du type dAutomateet cocher loption oui si dans lefichier on aura utiliser leGRAFCET pour programmer lacommande du sytme piloter puisvalider, on obtient lcran ci-contre- en cliquant sur Configuration ona accs aux menus de configura-tion matrielle et logicielle.

Configuration matrielle de lAutomate :- pointer le module 1 et cliquer 2 fois puis configurer le module dE/S bloc 1 et 2 en choisissantTout ou rien et TSX DMZ28DR.

Activit 3Il s'agit de configurer correctement un automate programmable, en se rfrant aux docu-ments constructeur et d'identifier les lments du systme raccords ses entres/sorties.


Manuel dactivits 64

- Refaire les mmes oprations avec le module 4 en faisant le choix du TSX DSZ08R5.

Configuration logicielle de lAutomate :

Dans cette configura-tion, on donne auprocesseur le nombremaximal dtapes etde transitions quoncompte utiliser pour luipermettre doptimiserla gestion des espacesmmoires disponibles.

1- Daprs la configuration effectue quels sont les lments qui constituent un AutomateProgrammable ?


Manuel dactivits 65

A partir du GRAFCET cod Automate trac dans lactivit prcdente, crire un programmeAutomate en Liste dInstructions permettant le pilotage du systme de commande du moteurtournant dans les deux sens de marche.

Sachant quun programme en liste dinstructions est crit sous forme de blocs dontchacun commence par linstruction LD, et en tenant compte de la liste des instructions et leursignification :

1- Programmer les modules-tapes :

Chaque module est associ une variable interne %Mi. Chaque variable choisie seraconsidre comme une bobine avec une mise 1 et une remise 0.

Exemple :Programmation du module 4

2- Programmer les actions associes :

Programmation de laction associe ltape 4

3- Saisie dun programme LI (liste dinstructions ) :

- lancer le logiciel PL7- menu Fichier et Nouveau- Navigateur dapplication.

Activit 4 Il s'agit de traduire un GRAFCET cod automate en un programme Liste dInstructionspermettant de piloter un systme de commande dun moteur asynchrone dans les deuxsens de marche (sur Automate TSX).

LD %I1.1

AND %M3

S %M4

LD %M5

R %M4

enclenchement

dclenchement

LD %M3ST %Q2.2


Manuel dactivits 66

-cliquer sur Programme

-cliquer sur Tche Mast

-cliquer sur Section avec le bouton

droit

-choisir Crer

- saisir le nom de la section- choisir le langage qui va tre utilis- valider par OK pour obtenir:

-cliquer sur IL pour dmarrer la saisie

4- Insertion dun temporisateur

-dans la page de saisie cliquer sur le bouton droit

-on obtient le bloc ci-contre auquel on ajoute :

* avant IN la condition dexcitation de la bobine du temporisateur * lordre du bloc temporisation devant %TM* utiliser la sortie Q dans le reste du programme comme %TMi.Q

5- Validation du programme saisi

Aprs avoir termin, cliquer sur le bouton droit et valider le programme. En cas derreur desaisie, la faute est signale par la couleur rouge.

-choisir

-choisir


Manuel dactivits 67

5- Copier le programme obtenu sur la grille ci-dessous :

6- Charger le programme dans lAutomate et vrifier le fonctionnement :

suivre minutieusement les tapes dcrites dans lactivit pratique N2.


Manuel dactivits 68

A partir du GRAFCET cod Automate utilis dans lactivit prcdente, rcrire un programmeAutomate en Langage GRAFCET permettant le pilotage du systme de commande du moteurtournant dans les deux sens de marche.


Saisir le GRAFCET lcran du PL7 en suivant les instructions suivantes :-configurer le nouveau fichier en choisissant le type dAutomate et en dclarant loptionGRAFCET.-dans le Navigateur Application, cliquer successivement sur Programme puis TcheMast puis Sections et enfin G7

Activit 5Il s'agit de traduire un GRAFCET cod automate en un programme Langage GRAFCETpermettant de piloter un systme de commande dun moteur asynchrone dans les deuxsens de marche.

case tapeCommentaire optionnel pour rappeler

fonctions des diffrents blocs

Bouclage du cyclesaisie tape initiale

-commencer tracer le GRAFCET dans la grille propose par le logiciel PL7 en utilisant lesoutils qui apparaissent en bas et gauche de lcran.


Manuel dactivits 69

- aprs avoir termin le trac du GRAFCET on procde la validation par appui sur le bouton droit de la sourisannonce par un changement de la couleur du trac(du rouge au noir).

2- Programmer les rceptivits :

- pointer la transistion dont on veut programmer larceptivit et cliquer avec le bouton droit. - choisir loption Ouvrir ()- la fentre de choix du langage dexpression souvre- cliquer sur LD pour exprimer la condition en langageLADER (rseaux contacts)- rassembler en parallle et en srie diffrents types decontacts suivant la rceptivit programmer et suivantles affectations prfres pour exciter une bobineDise. A la fin de la saisie, on valide par appui sur lebouton droit de la souris puis Valider.


- revenir au Navigateur Application- cliquer sur Post- diter les proprits de Post en choissant le lanagage Lader (LD)- tracer le schma de cablage de chaque action associe aux tapes du GRFCET et ce entenant compte des affectations prfres et de ltat de la mmoire tape %Xi (i tant lenumro de ltape).

NB : Les temporisateurs, les temporisateurs series7, les monostables, lescompteurs, les registres et les Drums sont saisis partir du bloc FonctionsGraphiques (voir photo-cran ci-contre).


Manuel dactivits 70

4- Changer les proprits dun bloc temporisateur :

Les deux principales caractrisitiques dun temporisateur sont :- la base de temps- la dure du retard

Pour mettre au point ces deux composantes on revient au Navigateur Application. On cliquesur Variables puis sur loption SFB. Lcran de rglage suivant apparat.

5- Charger le programme dans lAutomate TSX 3721 :

Suivre minutieusement les tapes dcrites dans lactivit pratique N 2.Tester le fonctionnement su systme de commande du moteur asynchrne.Imprimer partir du logiciel PL7 :

- la section GRAFCET- la section GR7- Chart - la section GR7-Post


Manuel dactivits 71

A partir du GRAFCET cod Automate trac dans lactivit prcdente, crire un programmeAutomate en Liste dInstructions permettant le pilotage du systme de commande dumoteur tournant dans les deux sens de marche. Sachant quun programme en liste dinstructions est crit sous forme de blocs dont chacuncommence par linstruction I L, et en tenant compte de la liste des instructions et leursignification :


Chaque module est associ une variable interne Mi. Chaque variable choisie sera considrecomme une bobine avec une mise 1 et une remise 0.

Exemple :

Programmation du module 4


3- Saisie dun programme IL (liste dinstructions )

- lancer le logiciel AKL- menu Fichier et Nouveau- Navigateur dapplication

Activit 6Il s'agit de traduire un GRAFCET cod automate en un programme Liste dInstructionspermettant de piloter un systme de commande dun moteur asynchrone dans les deuxsens de marche (sur Automate AEG).

A I1

A M3

SL M4

A M5

RL M4

enclenchement

dclenchement

A M3= Q2

programmation de lactionassocie ltape 4


Manuel dactivits 72

4- Copier le programme obtenu sur la grille ci-dessous :

5- Charger le programme dans lAutomate et vrifier le fonctionnement :

Suivre minutieusement les tapes dcrites dans lactivit pratique N 2.

TP A4-2

Microcontrleurs


OS A44 - Identifier partir dune application industrielle et/ou de son dossier technique un microcontrleur.

OS A45 - Elaborer un programme spcifique une application base de microcontrleur.




Poste PC Logiciel de simulation Matriel dessai en lectronique Maquette Kit de programmation Systmes techniques base de microcontrleur. Lo

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gram

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Chapitre A4 Microcontrleurs

Manuel dactivits 74

TP A 4-2

On vous rappelle le schma de la tlcommande de la porte automatique du garage.

1- Le circuit intgr U1 est un .............................

2- Quel est le type de l'horloge ....................................

3- Donner le rle le la broche et justifier son tat logique..................................

.........................................................................................................................................

4- Expliquer le rle des rsistances R10 et R11..........

..........

5- Complter le tableau suivant par : (entre, sortie, non utilise)

MCLR

Activit 1Activit de dcouverte du systme tlcommande de porte de garage.

Port A Port B

RA0 RB0

RA1 RB1

RA2 RB2

RA3 RB3

RA4 RB4

RB5

RB6

RB7


Manuel dactivits 75

TP A 4-2

1- D'aprs la rponse la question 5 de l'activit 1 trouver les valeurs q'on devra placer dansles registres TRISA et TRISB du microcontrleur de la tlcommande.

2- En se rfrant au document constructeur du 16F84A complter les phrases suivantes : Le constructeur du PIC16F84 s'appelle : .. La taille de la mmoire programme est .. La taille de la mmoire de donne est La frquence d'horloge maximale est de MHz Le nombre de broches d'entre/sortie est . L'alimentation du microcontrleur est de .V Il possde une interface parallle : Il possde une interface srie : : Il possde un convertisseur CAN : Il possde un chien de garde :

Activit 2Il s'agit d'identifier les diffrentes caractristiques du microcontrleur PIC16F84A

TRISA :

TRISB :

= (............) H

= (............) H


Manuel dactivits 76

TP A 4-2

Activit 3Il s'agit d'exploiter l'organigramme de commande de la tlcommande pour dgager le principede fonctionnement.

On se rfrant l'organigramme du microcontrleur de la tlcommande donn dans lemanuel de cours :

1- Expliquer le fonctionnement de la tlcommande :

Colorier les positions du microswitch SW1 sur la figure suivante :

2- On suppose que le code inscrit sur la carte de commande de la porte est le suivant :

Code tlcommande :

C9 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C2

0 1 1 0 1 1 0 1


Manuel dactivits 77

TP A 4-2

3- Complter les chronogrammes relatifs au signal sur la broche RA2 du microcontrleurdans les deux cas suivants :

- Emission d'un signal correspondant un ordre d'ouverture de la porte - Emission d'un signal correspondant un ordre de fermeture de la porte.


Manuel dactivits 78

TP A 4-2

1- Donner la table de vrit des broches RA0 et RA1 en fonction des broches RB0, RB1 etRB2 du microcontrleur sachant qu'on a implant l'algorithme suivant :

Algorithme activit41;_DEBUT| TRISA$FC; // RA0, RA1 : sortie ; les autres broches entre.| TRISB$FF; // tout le portb est configur en entre.| TANQUE (1=1) FAIRE // boucle infinie. || _DEBUT| | SI ((Portb.0=1)OU(Portb.1=1)) ALORS Porta.01 SINON Porta.00; FINSI ;| | SI ((Portb.0=1) ET (Portb.2=1)) ALORS Porta.11 SINON Porta.10; FINSI ;| | _FINFAIRE;||_FIN.

2- Donner les quations de RA0 et RA1 puis tracer le logigramme correspondant RA0 =....................... RA1=.........................

Activit 4Il s'agit de lire correctement un algorithme et en dduire l'algorithme de commande de latlcommande.

RBO RB1 RB2 RAO RA1

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1


Manuel dactivits 80

TP A 4-2

1- Cration d'un projet sur Mikropascal :

Premire tape : Edition du projet Lancer l'application Mikropascal puis slectionner le menu " Project 'new Project

Deuxime tape :

Remplir la bote de dialogue suivante avec les valeurs dsires.

Troisime tape : Saisie du programme Lors de la fermeture de la fentre prcdente on peut crire notre programme sur l'diteur decode comme suit :

Activit 5Il s'agit d'crire un programme en mikropascal pour le microcontrleur de la tlcommandeafin de simuler le fonctionnement puis le tester sur plaque d'essai


Manuel dactivits 81

TP A 4-2

Saisir le programme suivant : program Telecommande;procedure trans_code; // dclaration du sous programme trans_code var i : byte; // dclaration de variable interne au sous programme

beginfor i:=0 to 7 do // compteur i de 0 7

beginif PortB.i =1 then setbit(porta,2)

else clearbit(porta,2); // RA0 reoit la valeur de RBi delay_ms(10); // attente de 10 ms

end;end;

begintrisA:=$FB; // RA0, RA1 : entres ; RA2 : sortie trisB:=$FF; // tout le portB : entreswhile (1=1) // boucle infinie do

beginPortA.2 :=0; // initilisation de RA0if portA.0=1 then // ordre de fermeture de la porte

beginPortA.2 :=1; delay_ms(20) ; // attente de 20 ms pour mettre de C0 et C1 trans_code; // mission du code d'identification de C2 C9end;

if portA.1=1 thenbeginPortA.2 :=1; // mission de C0 delay_ms(10) ; // attente de 10 msPortA.2 :=0; // mission de C1delay_ms(10) ; // attente de 10 mstrans_code; // mission du code d'identification de C2 C9

end;end;

end.


Manuel dactivits 82

TP A 4-2

Quatrime tape : Compilation Aprs l'edition du programme on clique sur le menu " Project'build "

La barre de progression vous informera au sujet du statut de compilation. S'il y a des erreurs,on vous l'annoncera dans la fentre d'erreurSi aucune erreur n'est produite, le message suivant sera affich et le fichier tlcommande.hexsera cre dans le rpertoire de travail.

Cinquime tape : Simulation La simulation du programme peut se faire facilement avec le logiciel ISIS.


Manuel dactivits 83

TP A 4-2

Charger le programme dans le microcontrleur.

NB : Si vous fermez l'oscilloscope pendant la simulation il n'apparatra pas lorsque vous relancer lasimulation une deuxime fois, il faut le supprimer et placer un autre oscilloscope.


Manuel dactivits 84

TP A 4-2

Sixime tape : Chargement du programme dans le PIC16F84ALancer l'application IC-Prog puis slectionner le type du microcontrleur et enfin charger lefichier tlcommande.hex.

Brancher le programmateur sur le port du PC puis placer le microcontrleur et lancer lechargement du programme.


Manuel dactivits 85

TP A 4-2

Septime tape : Test du fonctionnement. Sur plaque d'essai cbler le schma de la tlcommande et vrifier le fonctionnement par unoscilloscope.


Manuel dactivits 86

TP A 4-2

1- En vue de simuler le fonctionnement de la carte de commande de la porte du garage surle logiciel ISIS, on ralise le schma suivant :

Activit 6Il s'agit d'crire un programme en mikropascal afin de simuler le fonctionnement de la cartede commande de la porte du garage.


Manuel dactivits 88

TP A 4-2

program Carte_commande;begin................... // RA0 , RA1, RA2 : sorties ................... // tout le port b est configur en entre ................... // initialisation des sorties while (true) do // boucle infinie

begin

end;end.


Manuel dactivits 89

TP A 4-2

Pour assurer une bonne rception du code transmit par la tlcommande il faut que la cartede commande de la porte dtecte la transmission ds que le code C0 soit mis. C'est--direqu'il faut assurer une synchronisation entre les deux systmes.

Alors comment peut on introduire dans ce programme une procdure qui rpond aucode de la tlcommande ?

Il faut que le microcontrleur de la carte de commande de la porte dtecte lefront montant de CO et effectue une lecture immdiate du code reu.

CO C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9


Manuel dactivits 90

TP A 4-2

Activit 7Il s'agit d'introduire une procdure d'interruption dans le programme du microcontrleur dela carte de commande de la porte et enfin simuler le fonctionnement de l'ensemble tlcom-mande + carte de commande.

1- D'aprs le schma interne de la carte de commande de la porte du garage on remarqueque la rception du code transmit par la tlcommande se fait sur la broche RB0 alors :

Dduire le type de l'interruption utilise dans le programme.

INTCON : = $............

GIE EEIE TOIE INTE RBIE TOIF INTF RBIF

2- On vous donne le programme final de la carte de commande. Encadrer en rouge laprocdure d'interruption et en bleu le programme principal.

program Carte_commande_final;var i, code: integer; // dclaration des variable code et i entier Procedure interrupt;

BeginFor i := 0 to 9 do // compteur de 0 9 pour lire les bits de C0 jusqu' C9

BeginIf PortB.0 =1 then code.i:=1 else code.i:=0; // enregistrement du bit Ci

// dans la variable codedelay_ms(10); //attente de 10ms pour la synchronisation

end;INTCON:=$90; // mise zro du bit indicateur " INTF" du registre INTCON end;

begin INTCON:=$90; // activation de l'interruption externe RB0/INTtrisa:=$F8; // RA0, RA1, RA2 : sortiesTRISB:=$FF ; // tout le port B est configur en entreporta:=0; // initialisation des sortiescode:=0; // initialisation du code while (true) do // boucle infinie

beginif (portb.4=1) then // commutateur en position ouverture de la porte

Trouver la valeur quon doit crire dans le registre INTCON.


Manuel dactivits 91

TP A 4-2

while ((portB.6=0) and (portb.4=1)) do // tant que ordre d'ouverture de la porte // et capteur de fin de course non actionn

beginporta.0:=1; // actionner moteur en rotation en sens d'ouvertureporta.2:=1; // allum la lampe de signalisationend;

if (portb.5=1) then // commutateur en position fermeture de la portewhile ((portB.7=0) and (portb.5=1)) do // tan que ordre de fermeture de la porte

//et capteur de fin de course non actionnbeginporta.1:=1; // actionner moteur en rotation en sens de fermetureporta.2:=1; // allum la lampe de signalisationend;

if (code=%0110110101) then // code correspondant un ordre d'ouverture while (portB.6=0) do // tan que capteur de fin de course non actionn

beginporta.0:=1; //actionner moteur en rotation en sens d'ouvertureporta.2:=1; // allum la lampe de signalisationcode:=0; // remise zro du code end;

if (code=%0110110111) then // code correspondant un ordre de fermeturewhile (portB.7=0) do // tan que capteur de fin de course non actionn

beginporta.1:=1; //actionner moteur en rotation en sens de fermetureporta.2:=1; // allum la lampe de signalisationcode:=0; // remise zro du codeend;

porta:=0; // remise zro des sorties.end;

end.

3- Compiler le programme et simuler le fonctionnement par le logiciel ISIS.

NB : relier la broche RA2 du microcontrleur de la tlcommande la broche RB0 du microcontrleurde la carte de commande de la porte pour simuler la transmission du code.


Manuel dactivits 92

TP A 4-2

Programme final de la cartede commande de la porte.

Programme final de la cartede la tlcommande.


Manuel dactivits 93

TP A 4-2

Les librairies les plus utilises en Mikropascal

- LCD Library - Keypad Library - Delays Library - Util Library

1- LCD library :Le compilateur MikroPascal fournit une bibliothque pour communiquer avec l'afficheur LCDutilis gnralement en mode 4-bit a) Lcd_Config :SyntaxeLcd_Config (var port : byte; const. RS, EN, WR, D7, D6, D5, D4 : byte); DescriptionInitialiser l'afficheur LCD et dfinir les broches du microcontrleur relier l'LCD.

ExempleLcd_Config (PORTD,1,2,0,3,5,4,6);

b) Lcd_Init :SyntaxeLcd_Init (var port : byte); DescriptionInitialiser l'afficheur LCD avec le PIC en spcifiant le port uniquement, le branchement del'LCD avec le microcontrleur est impos par Mikropascal (consulter l'aide du logiciel) ExempleLcd_Init (PORTB);

c) Lcd_Out :SyntaxeLcd_Out (row, col : byte; var text : array[255] of char); DescriptionEcrire un Texte sur l'afficheur LCD en indiquant sa position (ligne et colonne).

ExempleEcrire "Hello!" sur LCD sur la ligne 1, colonne 3:

Lcd_Out(1, 3, 'Hello!');d) Lcd_Out_Cp :SyntaxeLcd_Out_Cp(var text : array[255] of char); DescriptionEcrire le texte sur l'afficheur LCD la position actuelle de curseur.

ExempleAfficher " salut " la position actuelle de curseur :Lcd_Out_Cp('salut');


Manuel dactivits 94

TP A 4-2

e) Lcd_Chr :SyntaxeLcd_Chr(row, col, character : byte); DescriptionEcrire un Caractre sur l'LCD en indiquant sa position (ligne et colonne).

ExempleEcrire "i" sur LCD sur la ligne 2, colonne 3 :

Lcd_Chr(2, 3, 'i');f) Lcd_Chr_Cp :SyntaxeLcd_Chr_Cp(character : byte);DescriptionEcrire un caractre sur l'afficheur LCD la position actuelle de curseur.

ExempleEcrire "e" la position actuelle du curseur.

Lcd_Chr_Cp('e');g) Lcd_Cmd :SyntaxeLcd_Cmd (command : byte); DescriptionEnvoie une commande l'afficheur LCD. La liste complte des commandes est la suivante :

LCD_FIRST_ROW Dplacer le curseur la 1re ligne

LCD_SECOND_ROW Dplacer le curseur la 2 me ligne

LCD_THIRD_ROW Dplacer le curseur la 3 me ligne

LCD_FOURTH_ROW Dplacer le curseur la 4 me ligne

LCD_CLEAR Effacer le contenu de l'afficheur LCD

LCD_RETURN_HOME Retour du Curseur la position initiale

LCD_CURSOR_OFF Arrter le curseur

LCD_MOVE_CURSOR_LEFT Dplacer le curseur gauche

LCD_MOVE_CURSOR_RIGHT Dplacer le curseur droite

LCD_TURN_ON Activer l'affichage sur l'afficheur LCD


Manuel dactivits 95

TP A 4-2

LCD_TURN_OFF Arrter l'affichage sur l'afficheur LCD

LCD_SHIFT_LEFT Dcalage de l'affichage gauche

LCD_SHIFT_RIGHT Dcalage de l'affichage droite

2- Keypad Library :Le MikroPascal fournit une bibliothque pour travailler avec les claviers matriciels.a) Keypad_Init :SyntaxeKeypad_Init(var port : word); DescriptionInitialiser et prciser le port sur le quel est branch le clavier. ExempleKeypad_Init(PORTB);

b) Keypad_Read :SyntaxeKeypad_Read : byte;

DescriptionVrifier si une touche est appuye. La fonction renvoie 1 15, selon la touche appuye, ou

0 si aucune touche n'est actionne. Exemplekp := Keypad_Read;

c) Keypad_Released :SyntaxeKeypad_Released : byte;DescriptionL'appel de Keypad_Released gnre une attente jusqu' ce qu'une touche soit appuye etlibre. Une fois libre, la fonction renvoie 1 15, selon la touche. Exempleskp := Keypad_Released;

3- Delays Library :MikroPascal fournit une procdure pour crer des temporisations.a) Delay_us :SyntaxeDelay_us(const time_in_us : word); DescriptionCre un retard dont la dure en microsecondes est time_in_us (une constante). La gammedes constantes applicables dpend de la frquence de l'oscillateur ExempleDelay_us(10); // Dix microsecondes


Manuel dactivits 96

TP A 4-2

Cre un retard dont la dure en millisecondes est time_in_ms (une constante). La gammedes constantes applicables dpend de la frquence de l'oscillateur. ExempleDelay_ms(1000); // une seconde.

c) Vdelay_ms :SyntaxeVdelay_ms(time_in_ms : word);DescriptionCre un retard dont la dure en millisecondes est time_in_ms (une variable).ExempleVar Pause : integer ;//Pause := 1000;

// ...Vdelay_ms(pause); // pause d'une seconde

d) Delay_Cyc :SyntaxeDelay_Cyc(cycles_div_by_10 : byte);DescriptionCre un retard dont la dure est fonction de l'horloge du microcontrleur. ExempleDelay_Cyc(10);

4- Util LibraryLa bibliothque 'util library' contient des diverses routines utiles pour le dveloppement deprogrammes.ButtonSyntaxeButton (var port : byte; pin, time, active_state : byte) : byte; DescriptionLes Paramtres (port) et (pin) indiquent l'endroit du bouton ; le paramtre temps d'appuincessaire pour rendre le bouton actif ; le paramtre active_state, peut tre 0 ou 1, ildtermine si le bouton est ouvert au repos ou ferm au repos.Exemplewhile true dobegin

if Button(PORTB, 0, 1, 1) then oldstate := 255;if oldstate and Button(PORTB, 0, 1, 0) thenbegin

PORTD := not(PORTD);oldstate := 0;

end;end;


Manuel dactivits 97

TP A 4-2

5- Autres fonctions intgres :Le compilateur mikroPascal fournit un ensemble de fonctions de service intgres utiles. Lesfonctions intgres n'ont aucune condition spciale ; vous pouvez les employer dans n'importequelle partie de votre programme.a) SetBit :Syntaxe SetBit(var register : byte; bit : byte);Description Le Paramtre bit doit tre une variable ExempleSetBit(PORTB, 2); // RB2 =1 ;

b) ClearBit :Syntaxe ClearBit(var register : byte; bit : byte);Description Le Paramtre bit doit tre variable. Exemple ClearBit(PORTC, 7); // RC7 =0 ;c) TestBit :Syntaxe TestBit(var register : byte; bit : byte) : byte; Description Cette Fonction teste si le paramtre bit est gal 1. Si oui, la fonction renvoie 1, si non ellerenvoie 0. Le Paramtre bit doit tre variable. Exempleflag := TestBit(PORTB, 2); // flag =1 si RB2 =1

Remarque :Pour plus dinformations et pour tlcharger les diffrents programmes et lesschmas de simulation, consulter le site suivant :

www.technologuepro.com

TP A5Asservissements Linaires


OS A5-1 - Dcrire le fonctionnement dun systme asserviOS A5-2 - Identifier les fonctions de rtroactionOS A5-3 - Vrifier en vue damliorer les performances dun systme asservi.




Poste PC Logiciel de simulation Maquettes dasservissement de position et de vitesse Appareils de mesure.

Notio

ns d

ass

ervi

ssem

ent L

ina

ire

On considre le schma structurel de la figure suivante qui reprsente un systme decommande dun moteur courant continu :

Chapitre A5 Asservissements l inaires

Manuel dactivits 99

TP A 5

Activit 1 Il s'agit, de commander un moteur courant continu :

en boucle ouverte en boucle ferme.

1- Prciser les fonctions de chaque tage.

2- Peut on prciser, aprs lecture du schma la nature de la grandeur physique asservie.


Manuel dactivits 100

TP A 5

Entre Sortie

3- Etablir le schma fonctionnel de ce systme fonctionnant en boucle ouverte.

Entre Sortie

5- Comparer les deux modes de fonctionnement.

4- Etablir le schma fonctionnel de ce systme fonctionnant en boucle ferme.



TP A 5

Activit 2 Il s'agit dutiliser le logiciel Correcteur PID pour mettre en vidence le comportementdune boucle dasservissement (brancher et dbrancher la boucle). Modifier les actions ducorrecteur et analyser les performances vis vis dune perturbation.

Utiliser le logiciel de simulation WPID pour simuler le comportement dunasservissement de position.

Le logiciel PID pour Windows permet de simuler un systme de rgulation deposition.

Ce logiciel servirait dans le cadre des cours o on enseigne les principes de base desasservissements de procds. Il permet d'exprimenter la rponse d'un processus simul enboucle ouverte (BO) ou en boucle ferme (BF).

On peut aussi changer le type de compensation (P, PI, PID ou aucune) .PID permet de mettre en vidence ce qui se produit quand on ouvre ou on ferme la bouclede mesure sur un systme en fonctionnement. Il permet d'observer ce qui se produit quandon ouvre la boucle de mesure d'un systme avec un rgulateur P, PI ou PID.



TP A 5

1- Mettre chacun des boutons P, I et D sur la valeur zro. Modifier la position dsire de lamasse et observer le comportement du systme. Tracer lallure de la courbe qui repr-sente la position de la masse dans le temps.

2- Choisir des valeurs arbitraires pour P, I et D. Introduire une perturbation sur le systme.Tracer de nouveau lallure de la courbe qui reprsente la position de la masse dans letemps. Comparer avec lallure de la courbe prcdente.



TP A 5


Utiliser le logiciel de simulation WPID pour simuler le comportement dun systme asservien position en activant les diffrents correcteurs disponibles savoir P, I et D.

1- Mettre les boutons I et D sur la valeur zro. Choisir quelques valeurs diffrentes pour P,modifier la consigne de position et observer le comportement du systme. Tracer pour deuxvaleurs de P lallure de la courbe qui reprsente la position de la masse dans le temps.

Activit 3 Il s'agit dutiliser le logiciel Correcteur PID pour :

mettre en vidence le comportement dune boucle dasservissement (brancher etdbrancher la boucle)

modifier les actions du correcteur et analyser les performances vis vis duneperturbation.

2- Mettre les boutons P et D sur la valeur zro. Choisir quelques valeurs diffrentes pour I,modifier la consigne de position et observer le comportement du systme. Tracer pourdeux valeurs de I lallure de la courbe qui reprsente la position de la masse dans le temps.

3- Mettre les boutons P et I sur la valeur zro. Choisir quelques valeurs diffrentes pour D,modifier la consigne de position et observer le comportement du systme. Tracer pour deuxvaleurs de D lallure de la courbe qui reprsente la position de la masse dans le temps.

4- A partir des rsultats obtenus prcdemment, remplir le tableau suivant en mettant unsigne + pour amlioration et un signe pour la dgradation.



TP A 5

Prcision Stabilit Rapidit

P

I

D

TP B1Les Systmes Triphass


OS B1-2 - Dterminer les grandeurs lectriques dun rseau triphas.OS B1-3 - Dterminer les grandeurs lectriques dun rseau triphas quilibr.




Moteur asynchrone monophas Moteur asynchrone triphas Appareils de mesure Rhostat de charge variable.

Les s

yst

mes

trip

has

s

Chapitre B1 Les systmes triphassTP B1


Activit 1 Il s'agit daccoupler une mme charge : un moteur asynchrone triphas un moteur asynchrone monophasde mesurer dans les deux cas le courant appel par ligne et de comparer les rsultats.

Imono = ................

Itri = ................

Rs

eau

mon

opha

sR

sea

u T

ripha

s



1- A laide dun voltmtre, mesurer les tensions entre les diffrents fils dun rseau triphas,puis remplir les cases non colories du tableau suivant :

Activit 2 Il s'agit, pour une alimentation triphase, de vrifer la relation entre tension simple et tension compose.

1 2 3 4

1

2

3

2- Donner le numro du fil particulier parmi les quatres. Quelle est sa particularit ? Proposerun nom ce fil particulier en se rfrant au monophas.

3- Toute tension mesure entre fil quelconque et le fil particulier est appele tension simpleet toutes les autres sont dites composes. Donner la relation entre tension simple ettension compose.



1- Relier S1, S2 et S3 avec la ligne neutre N pourobtenir un couplage toile de la charge etrelever les valeurs :du courant par lment de chargedu courant par ligne dalimentationla tension aux bornes dun lment de

chargela tension entre deux phases de lalimen-

tation

Activit 3 Il s'agit, pour une charge triphase couple en toile puis en triangle, de mesurer danschaque cas :

le courant dans chaque lment de la chargele courant de chaque ligne dalimentationla tension aux bornes de chaque lment de la chargela tension entre deux phases de lalimentation

Couplage Etoile

2- Relier S1 E2, S2 E3 et S3 E1 pour obtenirun couplage triangle de la charge et relever lesvaleurs :du courant par lment de chargedu courant par ligne dalimentationla tension aux bornes dun lment dechargela tension entre deux phases de lalimenta-tion

Couplage Etoile



1- Quel que soit le couplage de la chargetriphase : a. Calculerla puissance ractive consomme parla chargela puissance apparentele facteur de puissance.

Activit 4Il s'agit, pour une charge triphase quilibre, de mesurer la puissance active consomme par la charge :par la mthode dun seul wattmtrepar la mthode des deux wattmtreset den dduire :la puissance ractive consomme par la chargela puissance apparentele facteur de puissance.

U I P1 Pt St Qt Cos

(V) (A) (W) (W) (VA) (VAR)

b. Remplir le tableau ci-contre en utilisant les rsultats trouvs :



2- Quelque soit le couplage de la charge triphase : a. Calculer

la puissance ractive consomme par la charge

la puissance apparentele facteur de puissance.

U I P1 Pt St Qt Cos

(V) (A) (W) (W) (VA) (VAR)

3- Comparer les deux mthodes de mesure et conclure :

b. Remplir le tableau ci-contre en utilisant les rsultats trouvs :

TP B2

Les Moteurs AsynchronesTriphass


OS B3-1 - Identifier un moteur asynchrone triphas cage.OS B3-2 - Mettre en oeuvre un moteur asynchrone cage.




Machine didactique de dmonstration (ou matriel quivalent) Lot dappareils de mesure Variateur de vitesse Groupe de machine Moteur asynchrone + charge variable.

Les

mot

eurs

asy

nchr

ones

trip

has

s

Chapitre B2 Les Moteurs Asynchrones TriphassTP B2


La premire manipulation consiste placer uneaiguille aimante au centre de gravit dun sys-tme de 3 bobines disposes 120 gom-trique sur un plan horizontal. On alimente les 3 bobines par un rseau triphas(de prfrence faibles tensions).

1- Que peut-on constater ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2- Mesurer la vitesse quon appellera s parla mthode stroboscopique

La manipulation consiste placer un disquemtallique (aluminium, cuivre ou alliage lger)au centre de gravit dun systme de 3 bobinesdisposes 120 gomtriques sur un planhorizontal. On alimente les 3 bobines par un rseau triphas(de prfrence faibles tensions).

1- Que peut-on constater ?......................................................................

2- Mesurer la vitesse quon appellera par lamthode stroboscopique

3- Conclure : ................................................................................................................................................................................................................................................................................

Activit 1 Il s'agit de comparer le fonctionnement :

- dune aiguille aimante - dun disque en cuivre ou en aluminium plac au milieu de trois bobines alimentes en

courant alternatif.

s = . . . . . . .tr/s = . . . . . . tr/mn

= . . . . . . .tr/s = . . . . . . tr/mn



Activit 2 Il s'agit didentifier sur une photo en coupe partielle les diffrents lments qui constituent unmoteur synchrone rotor en court-circuit :

Dsignation Repre Dsignation Repre

Le rotor Le stator

Larbre La plaque bornes

Le roulement billes Le ventillateur

Complter le tableau suivant par le repre qui correspond chaque dsignation.



Raliser le montage de la figure suivante et faire tourner le moteur accoupl une gnratricedbitant sur un rhostat. Faire varier la charge de la gnratrice pour modifier le couplersistant et relever alors pour chaque cas :

le courant de ligne la puissance mesure par les deux wattmtresla tension composela vitesse de rotation

Activit 3Il s'agit de dterminer pour un moteur asynchrone tournant vide :

- le courant vide- les pertes constantes- la vitesse de rotation et le glissement.

Activit 4Il s'agit de dterminer pour un moteur asynchrone tournant en charge :

- la vitesse de rotation et le glissementla puissance active absorbe par le moteurles pertes joules statoriquesla puissance transmisele couple lectromagntiquela puissance utile.

I0 U0 P10 P20 n0

Raliser le montage de la figure suivante et faire tourner le moteur sans aucune chargeRelever alors les valeurs :du courant vide de la puissance mesure par les deux wattmtresde la tension composela vitesse de rotation.



Calculer dans ce cas :le glissementla puissance active absorbe par le moteurles pertes joules statoriquesla puissance transmisele couple lectromagntiquela puissance utilele rendement par la mthode directe puis indirecte ; et complter le tableau.

Remarque : La rsistance dun enroulement du stator est mesure chaud juste aprslarrt du moteur. Cette mesure est effectue sous tension continue rduite.

I U P1 P2 n Pa g Pjs Ptr Te Pu

Tracer sur le papier millimtr ci-contre lacourbe qui reprsente la variation du coupleen fonction de la vitesse de rotation ( se limiter la partie linaire ). T

(m.N

)

N (tr.s-1)

TP B3

Les Moteurs CourantContinu


OS B4-1 - Tracer les caractristiques dun moteur courant continu.OS B4-2 - Dterminer le point de fonctionnement pour une charge donne.




Machine didactique de dmonstration (ou matriel quivalent) Lot dappareils de mesure Variateur de vitesse Groupe de machine Moteur courant continu + charge variable

Les

mot

eurs

c

oura

nt c

ontin

u

Chapitre B3 Les moteurs courant continuTP B3


1- Raliser le montage de la figure suivante et faire tourner le moteur sans aucune charge.

2- Relever alors le

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Activites Electrique 4ST