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Etude de FP2 et FP1
Multivibrateur astable à portes logiques
Le montage oscillateur génère un signal de période T fonction de la constante de temps RC. On utilise un circuit intégré logique CMOS 4011 alimenté sous la tension continue VDD = +5 V.
R = 10 k C = 100 nF
Attention : Pas de générateur BF pour alimenter le dispositif, il oscille de manière autonome. Seul un générateur continu (VDD) assure la polarisation du circuit.
montageN.B. La tension u2 peut être négative ou supérieure à VDD. Dans ce cas la porte 2 consomme un courant important (qq. mA). La résistance Rp = 1 M limite ce courant et la porte fonctionne alors comme un inverseur idéal (i = 0).
Oscillations
1 Câbler le montage " multivibrateur " à ‘l’aide d’un circuit CMOS et alimenter le circuit sous la tension continue VDD = 5 V.
2 Observer les tensions u1(t) et u2(t) à l'oscilloscope.
3 Mesurer la période T des oscillations et la durée tH du niveau haut du signal u1(t). En
déduire son rapport cyclique .
4 Observer la tension uc(t) superposée aux précédentes en utilisant la fonction "1 - 2" de l'oscilloscope.
5 Relever l'oscillogramme des trois tensions en concordance de temps avec les précédentes.
E1 S1E2
S2 H
Période
6 Faire varier la résistance R de 10 k à 100 k et mesurer, pour chaque valeur de R, la période T des oscillations.
7 Tracer la courbe T = f(R).
8 Vérifier qu'elle peut être assimilée à une droite d’équation T = a R. Déterminer son équation.
9 La valeur théorique de la période, pour un circuit idéal, est T = RC ln 9. Comparer ce résultat aux valeurs expérimentales.
10 Conclure en donnant une interprétation sommaire des phénomènes observés.
11 A l’aide d’une simulation paramétrique sous Orcad (voir en annexe du document) vérifier vos résultats expérimentaux T = f(R). Vous devez éditer les paramètres de simulation(« Edit Simulation Settings »), onglet « Option », catégorie « Gate-level Simulation », Default I/O level for A/D interfaces : mettre sur 2.
12 Dans notre dé électronique, vous devez calculer R pour avoir une fréquence de 940 Hz
Modification
Pour notre projet, nous voulons pouvoir bloquer le signal d’horloge.Afin de réaliser ceci, vous avez la possibilité de modifier le montage. Il vous est proposé de modifier le câblage de la deuxième porte NAND : vous laisserez une entrée reliée à la résistance Rp, et la deuxième entrée sera la commande (venant de FP1).
13 Quel état logique permet de bloquer l’astable ?
14 Que vaut alors la sortie H .
Intégration dans le GAL
Nous voulons intégrer cet oscillateur dans un GAL.
15 Est-il possible d’intégrer tous les composants dans le GAL ? Si c’est impossible, quels sont les composants externes ?
Dans un premier temps, vous avez à votre disposition une platine GAL type « ISP », c'est-à-dire programmable « in situ ». Les composants externes sont déjà câblés.
Le schéma que vous avez à saisir (ou le fichier abel) est le suivant :
16 Vous devez identifier les numéros de broche correspondants aux différentes entrée-sortie et programmer votre GAL (méthode de votre choix, ABEL ou graphique). Vous programmez ensuite le GAL et vous vérifiez le bon fonctionnement. Cf schéma structurel en annexe.
Création de FP1
Vous venez de valider le fonctionnement de FP2. Vous en avez déduit l’état logique qui permettait de bloquer l’astable.
Ce qui amène le caractère aléatoire à votre dé, c’est le temps que vous allez appuyer sur un bouton poussoir, temps durant lequel un compteur va compteur, donc temps durant lequel l’horloge doit être générée. Dés que l’appui sur le bouton cesse, l’horloge ne doit plus être générée.
17 Vous devez proposer un montage composé d’un poussoir et d’une résistance (de tirage), qui permette de générer le signal « BP » selon le cahier des charges. Vous pouvez vous inspirer (inspirer sous entendant l’analyser, le comprendre et peut-être l’adapter, mais ne veut en aucun cas dire recopier sans réfléchir) du montage à interrupteur du feu tricolore de croisement.
Orcad simulation paramétrique
Dans une simulation paramétrique un élément du montage (le paramètre) voit sa valeur varier. On obtiendra autant de courbes de résultats qu’il y a de valeurs pour le paramètre.
Pour effectuer une simulation paramétrique il faut :
• donner à l’élément qui doit varier une valeur écrite entre accolade : ici on veut faire varier la valeur de la résistance donc on donne à la valeur de la résistance un nom entre {}.
• placer sur le schéma l’instrument « PARAM » (de la bibliothèque SPECIAL) éditer ses propriétés et créer une nouvelle ligne en indiquant le nom du paramètre ainsi qu’une valeur par défaut.C’est cette valeur qui sera utilisée par le simulateur si par la suite on ne demande pas d’analyse paramétrique.
• éditer le profil de simulation et cocher « Parametric Sweep » pour valider l’analyse paramétrique.
• cocher « Global parameter » si le paramètre est une valeur de composant et indiquer le nom du paramètre (ici rvar).
• choisir le type de variation du paramètre (soit dans une liste soit dans une série à progression linéaire ou logarithmique).
PARAMETERS:rvar = 10k
N o m d u paramètre
Valeur par défaut
R1
{rvar}
Variation dans une liste les valeurs sont séparées par une virgule
Le paramètre s’appelle rvar
Analyse paramétrique
Le paramètre est de type global (c’est une caractéristique d’un composant)
Variation dans une série linéaire
Valeur de début
Valeur de fin
Incrément ou pas de variation
Schéma structurel :
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
<Doc> <RevCode>
<Title>
A
1 1Sunday, January 13, 2008
R1 100
R2 100
R3 100
R4 270
R5 2,2k
R6 10k
R71k
1 4
2 3
SW1
1
J01
BORNE+
1
J02
BORNE-
GND
IN1 OUT 3U01
LM7812C/TO220
D01
1N4004
D02 1N4004
VCC
C2110u
C2210n
GND
VCC
C0110u
C1
100n
E1
S2H
VCC
Bp
GND
T_E2
E2
D1LED
T_S1
S1
D2LED
VCC
D3LED
D4LED
D5LED
D7LED
T_L1L6
L1L6
T_L2L5
L2L5
T_L3L4
L3L4
T_L7
L7
D6LED
I3
I4
I5
I6
I7
I/O 17
I/O 18
I/O19
I/O20
I/O 23
I/O24
I/O 25
I/O 26
I/O 21
I/O 27
I9
I10
I11
I12
I13
I16
MODE8
SDI15 SD0 22
SCLK1 I/CLK2
U20
ISPGAL22V10/LCC
_TDI/SDIN
_TCK/SCLKH
TDO/SDOUT
_TMS/MODE
L3L4
L2L5L1L6
S1
L7
Bp
E1
_TMS/MODE_TCK/SCLK 2
46810
13579
J3
CONN SOCKET 5x2
_TDI/SDINGND
_RESETTDO/SDOUT GND
VCC
_ISPEN
S2E2
T_Bp
T_H