AII GMP1 S2 - TP n°1 LOGIQUE CABLEE ET LOGIQUE PROGRAMMEE

SYSTEME DE CONTROLE DE PIECES

On désire réaliser un système de contrôle et de tri de pièces usinées. Un opérateur positionne une pièce dans un montage de contrôle qui vérifie les dimensions maximales et minimales sur deux cotes C1 et C2.

En fonction des informations fournies par les capteurs a, b, c ,d, le système logique doit afficher le résultat du test:

Voyant vert V : Cotes C1 et C2 correctes.Voyant jaune J : Hors tolérances. Pièce récupérable à réusiner. Voyant rouge R : Hors tolérances. Pièce irrécupérable à envoyer au rebut.

I - LOGIQUE CABLEE

En logique câblée, les fonctions logiques sont matérialisées par des composants électroniques élémentaires (cellules ET , OU, NON ...) assemblés dans un circuit spécifique. Le circuit est conçu dans le but de réaliser seulement cette fonction logique. Sion change la fonction logique, le câblage est à refaire.

1 - Donnez les équations logiques de V, J, R2 - Dessinez le schéma. (logigrammes, technologie électronique)3 - Câblez le circuit sur la maquette fournie:

Les entrées seront matérialisées par les interrupteurs et les sorties seront visualisées avec des diodes. Le système fonctionne en logique positive TTL: Zéro logique <=> 0VUn logique <=> 5V

Entrées.

Roue codeuse. (Renvoieun nombre dcba de 0000 à 1111 )

Interrupteurs monostables

Interrupteurs avec mise en forme des signaux ( élimination des rebonds par bascules.)

Sorties.Les bornes S1 à S8 sont reliées à la base d'un transistor qui commute l'alimentation des diodesélectroluminescentes.

Zone de traitement logique.

à câbler.

b: a

c d

J

Attention : Une entrée noncâblée ne correspond pas à un ZERO logique mais àun UN logique.

II B ROCHAGE Cmos 4011

II I - LOGIQUE PROGRAMMEE

Les ordinateurs, comme le MAC ou le PC, sont principalement conçus pourcommuniquer avec les humains. Ces machines ont habituellement un clavier, un écran,une unité centrale et une souris.

Les calculs scientifiques, la CAO, la gestion de base de données, ou le traitement detextes sont tous accomplis à l'intérieur de l'unité centrale. Elle contient l'alimentation, leprocesseur (CPU central processing unit), la mémoire, le disque dur, etc...

Parmi ces éléments, le vrai “calculateur” est le processeur. Le rôle de l'écran, duclavier, de la souris, et même de l'imprimante est de “connecter” le processeur au mondeextérieur.

Il existe d'autres types d'ordinateurs tout autour de nous, des programmes quifonctionnent et des calculs qui se font tranquillement, sans intervention de l’homme. Cesordinateurs cachés sont dans des objets que l'on côtoie tous les jours. Si un appareil ades boutons et un affichage numérique, il contient probablement un cerveauprogrammable.

Nous appelons ces cerveaux des “microcontrôleurs”. Micro parce qu’ils sont petits, etcontrôleur parce qu'ils “contrôlent” les machines. Les microcontrôleurs sont desordinateurs qui sont conçus pour communiquer avec les objets, plutôt qu'avec lespersonnes. On peut ainsi fabriquer une machine, écrire un programme pour le commanderet ensuite le laisser fonctionner automatiquement.

Il y a un nombre important d’applications à base de microcontrôleurs. Des centaines devariétés de microcontrôleurs sont disponibles. Certains sont programmés une fois pourtoutes en usine, et produits pour des applications spécifiques, telles que piloter un four àmicro-ondes. D'autres sont “reprogrammables”, c’est à dire qu’ils peuvent être employés àplusieurs reprises pour différentes applications. Les microcontrôleurs sont très souples.Un même type de microcontrôleur peut commander une fusée en modèle réduit, ungrille-pain, ou même un circuit de freinage ABS sur les voitures.

Le CUBLOC CB320

Nous allons utiliser un circuit facile à appréhender par un débutant. Le CUBLOC CB320 est un ensemble de composants, assemblés sur une carte électronique de la taille d'un timbre poste. Cet ensemble comporte un microcontrôleur Atmel ATMega2561 à 18 Mhz.

Le Cubloc est programmable en PBASIC, une version spéciale du langage de haut niveau BASIC . La plupart des microcontrôleurs exigent un langage de programmation qui peut être très difficile à apprendre (langage de bas niveau de type assembleur). Ici, avec le Cubloc, on pourra créer des circuits simples et des programmes en quelques minutes (ce que nous allons faire!).

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Microcontrôleur:Un circuit intégré qui contient certainesparties identiques à celles d’unordinateur de bureau comme leprocesseur, la mémoire, les portsd'entrée et de sortie, etc., maisdépourvu d’un dispositif “d'interfaceavec l’homme” comme un moniteur, unclavier, ou une souris.

Langages de haut niveau:

C, Basic, java...

Langage de haut niveau ne signifie paslangage performant mais plutôt langageproche du langage humain (en anglais:if , then , do, while...). Il doit être compilé(traduit entièrement en opérationsélémentaires de bas niveau) ouinterprété (décomposé au coup parcoup en opérations élémentaires) pourêtre exécutable par la machine. Ceslangages sont plus faciles à apprendreet permettent d'exécuter des calculscomplexes. Inconvénient: exécution moins rapide.

Ce type de langage s'appelle ST (ouStructured Text) dans le milieu del'automatisme.

Le système reçoit certaines informations venant decapteurs ou de boutons. Ce sont les entrées (INPUT). Leprogramme implanté dans la ROM (mémoire non volatile)du microcontrôleur est exécuté pour élaborer desdécisions qui vont être écrites sur des broches de sortie(OUTPUT) , dans le but de déclencher une action.

Expérience 1: PILOTAGE D'UNE SORTIE “Faire clignoter des diodes électroluminescentes”

Matériel nécessaire

PC windows 95/98/2000/NT4.0/XP.

Un circuit support Board of Education avec un CublocCB320Un Câble de programmationDeux LED(diodes électroluminescentes)Deux résistances 470 ohms, ¼ watt (jaune, violet, brun)Une batterie de 9 volts ou transformateur avec redresseur 9V continuSix fils de branchement

Tout système de microcontrôleur (ou ordinateur) comportedeux éléments essentiels: le matériel et le logiciel.

Le matériel est l’ensemble des composants physiques réelsdu système. (Hardware)Le logiciel est une liste d'instructions qui résident à l'intérieurdu matériel. (Software)

Nous allons créer le matériel, et écrirons alors un programmelogiciel pour le piloter. Nous utiliserons une carte appelée“Board of Education”. Cette carte a été créée pour simplifierles branchements du matériel se reliant au Cubloc. Elle a desconnecteurs recevant l'alimentation venant d'untransformateur ou d'une pile 9V, un connecteur SubD 9 pourla liaison série avec le PC. Il y a également un “plateau àdouilles” (le bloc blanc avec les trous ). C'est dans cette zoneque nous allons construire nos circuits.

Il est important de comprendre comment est fait le plateau àdouilles . Le plateau à douilles a beaucoup de bandes enmétal reliées en dessous par rangées. Ces bandes relient lesdouilles entre elles. Ceci permet de relier facilement descomposants entre eux pour établir un circuit électrique. Pouremployer le plateau à douilles, les pattes de la LED et larésistance seront placées dans les douilles. Ces douilles sontfaites de sorte qu'elles tiennent le composant en place. Vouspouvez relier différents composants en les branchant auxnœuds communs.

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LED:Diode Electroluminescente. Un typespécial de diode à semi-conducteur,qui une fois soumise à une tensionémet de la lumière visible. L'intensitéfaible nécessaire à la LED lui permetd'être directement pilotée par leCubloc.

On doit obligatoirement limiterl'intensité dans la diode avec unerésistance, sous peine de la griller.

CIRCUIT DE TEST

Câblez le circuit de test suivant:

La ligne noire horizontale montre comment les douilles sont reliées sous le plateau : il est donc inutile de brancher un fil pour relier la résistance à la broche positive de la diode puisque les cinq douilles sont reliées.

Vdd est le +5V régulé Vin est la tension de l'alimentation

(non régulée). Par exemple avec la pile 9V, Vin

vaut + 9V. Vss est le 0V.

Codes de couleurs des résistances:470 Polarité de la diode:

Il y a une méplat sur un côté de la LED et la patte est plus courte. Ce côté est la cathode de la LED (-).

Vérifiez que la diode s'allume en mettant sous tension. La diode est ici allumée en permanence, indépendamment de l'activité du microcontrôleur.

La chute de tension aux bornes de la LED est de l'ordre de 2 volts. Calculez la valeur de l'intensité I qui traverse la LED.

I =

CIRCUIT COMPLET: Nous allons modifier le circuit pour que la led soit pilotée par le CB320. Le CB320 a 24 broches. Certaines de ces broches sont employées pour relier le microcontrôleur au PC età l'alimentation 9V. Seize de ces broches (P0 à P15) sont configurables comme entrée oucomme sortie, au choix du programmeur. La broche P14 peut par exemple être configurée en sortie et être mise à un (Vdd 5V) ou mise à zéro (Vss 0V ).

ATTENTION Une broche peut fournir au maximum un courant de 20mA et au total 50mA pour toutes les broches.Si on ne met pas les bonnes résistances, on peut DETRUIRE le microcontrôleur. En cas de doute, demandez à l'enseignant de vérifier le câblage avant mise sous tension.

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-Violet7

Jaune4

Nombre de zérosMarron

1

P14 mise à zéro (Vss 0V ) P14 mise à un (Vdd 5V )

Coupez l'alimentation et câblez le circuit suivant:

Reliez la carte au PC avec le câble série.C'est fait! Vous avez créé un circuit “hardware”. Mais cela ne suffit pas…

LE LOGICIEL:

Lancez l'éditeur de programme "Cubloc Studio";

Un programme est une liste d'instructions qu'un ordinateur (ou dans notre cas, unmicrocontrôleur) exécute. Nous allons créer un programme pour le microcontrôleur enl’écrivant dans un PC, puis nous enverrons ce “code” par le câble de programmation, aumicrocontrôleur. Ce programme sera exécuté à l'intérieur du CUBLOC. Si le programmeest correctement écrit, il fera ce que nous voulons qu'il fasse. Cependant, si nous faisonsune erreur, le fonctionnement ne sera pas bon et nous allons avoir besoin de “débuguer ”.La facilité de correction des erreurs dépend du soin que l'on a mis dans la structuration etla présentation du code. En particulier, il faut utiliser des commentaires et l'indentation(décalage de ligne que vous avez appris en cours d'informatique).

1. Lancez l'éditeur de programme "Cubloc Studio";2. Ouvrez un nouveau programme avec le menu file / new3. Indiquez le type de microcontrôleur utilisé avec le menu Device / CB320

4. Ouvrez simultanément le fichier cubloc touchmanual 31.pdf pour avoir l'aide sous les yeux.L'idéal est d'avoir simultanément à l'écran ladocumentation pdf et Cubloc Studio.

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5. Créez le nouveau programme suivant :

Const Device = CB320

OUTPUT 14

DOHIGH 14 PAUSE 500LOW 14PAUSE 500

LOOP

La commande OUTPUT 14 configure la broche P14 comme une sortie.

La commande HIGH 14 met la broche 14 au niveau haut Vdd = 5V La commande PAUSE 500 suspend l'évolution du programme pendant 500 msLa commande LOW 14 met la broche 14 au niveau bas Vss = 0V

(voyez la page 170 du manuel pdf)

6. Mettez sous tension la carte BOE et lancez la commande RUN.

Questions1. Que signifient DO et LOOP dans le programme?2. Ajoutez une deuxième LED sur P15 et modifiez le programme pour faire clignoter

alternativement les deux LED. 3. Ajoutez au début de votre programme les déclarations de constantes suivantes:

' Déclarations des constantes ( lignes de commentaires )

Const Led1 As Integer = 14 ( ce qui signifie que Led1 est une constante qui vaut 14 )Const Led2 As Integer = 15 ( ce qui signifie que Led2 est une constante qui vaut 15 )

Ces déclarations vont permettre de programmer de manière plus lisible, en utilisant dans le programme les termes LED1 et LED2 plutôt que les nombres 14 et 15 : Exemple : On peut écrire HIGH LED1 (plus lisible) à la place de HIGH 14.

Modifiez votre programme dans cette direction et vérifiez que ça fonctionne de la même manière.

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Expérience 2: LECTURE D'UNE ENTREE

On peut configurer une des broches P0 à P15 comme une entrée. Il suffit pour cela d'écrire au début du programme :INPUT numéro de broche de 0 à 15. La broche prends alors une forte impédance (>1MΩ).L'intensité qui peut passer par cette broche est alors très faible (0.005 mA).

Le microcontrôleur associe à l'état de chaque entrée un registre interne (mémoire de type bit). IN(0) , IN(1) ...IN(15) sont les noms des registres internes qui témoignent du niveau de tension (0 ou 5V) sur les broches P0, P1...P15.Dans la programmation, on peut lire une entrée en lisant le bit IN(numéro de broche de 0 à 15) qui représente l'état de la broche. Coupez l'alimentation et ajoutez le câblage ci-contre:

Analyse du circuit:

En considérant que l’intensité iAB est inférieure en valeur absolue à 0.005 mA, quelle est latension maximale sur la borne P3 quand l'interrupteur n'est pas actionné?

Quelle est la tension sur la borne P3 quand l'interrupteur est actionné?

Programmation:

Créez le nouveau programme suivant:

Const Device = CB320' Programme lisant une entrée P3 et déclenchant ligne de commentaire la sortie P14 ligne de commentaire déclare P14 comme une sortie

déclare P3 comme une entrée ' Déclaration des entrées / sorties OUTPUT 14 INPUT 3' Traitement ligne de commentaireIF IN(3) = 1 THEN HIGH 14 Si P3 est à 1, alors on met à un la sortie P14

Testez votre programme. Pourquoi ça ne marche pas? Corrigez.

NIVEAU MINIMUM À ATTEINDRE

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Expérience 3: SYSTEME DE CONTROLE DE PIECES

Pour cette partie, nous allons utiliser le montage complet déjà câblé.

Créez le programme commenté. Testez.

Le programme sera organisé comme indiqué ci-dessous:

Const Device = CB320

'DECLARATIONS'configurations des broches E/SINPUT ... 'déclare la broche P... comme une entrée....OUTPUT ... 'déclare la broche P... comme une sortie....

'ConstantesConst LedRouge as byte = 0 ' LedRouge est une constante qui vaut 0...

'Variables Dim a as byte 'a est une variable de type entier de 0 à 255....

'BOUCLE PRINCIPALEDO 'lecture des entrées a=IN(...) ' on stocke l'état de la broche P... dans la variable a. .... 'traitement et écriture des sorties IF (a=0) and ... ... THEN faire ceci ELSE faire cela ENDIF .....LOOP

Texte d'après "What's a microcontroler" de la société Parallax. www.parallax.com

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