base de connaisance système d'information numérique en 1ére sti2d

Base de connaissances en SIN:

Système de l'Information et du Numerique

Régis Cassier

Années scolaires 2013/2014

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Table des matières

1 Les Composants 21.1 Comparateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Monostable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3 Acheur LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Acheur "7 segments" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 Moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.5.1 Le moteur à courant continu(DC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5.2 Le Servomoteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5.3 Le moteur Pas à Pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.6 Condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.6.1 Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.7 Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.8 Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 Le Fonctionnement interne 152.1 Liaison série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.1 Liaison Série Synchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1.2 Liaison Série Asynchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1.3 Mode d'exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Annexe 16.1 Oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2 Commande en pont en H d'un moteur à courant continu . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1

Chapitre 1

Les Composants

1.1 Comparateur

Fonctionnement général

Quand V + < V - alors V S est à l'état logique 0Quand V + > V - alors V S est à l'état logique 1

Fonction de transfert

2

STI2DLycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS

1.2 Monostable


Quand le monostable rencontre un changement d'état il conserve la valeur durant un durée T on

xe.Ils peuvent être déclenchables sur front montant ou front descendant.

Deux modes de déclenchement

Non-Redéclenchable : Si un front actif apparaît à l'entrée de la structure avant la retombéede la sortie ce front est sans eet.

Redéclenchable : Si un front actif apparaît à l'entrée de la structure avant la retombée dela sortie, celle ci ne retombe qu'au bout de T on après le front

La durée T on :

elle s'obtient avec T on = R ∗ C ∗ k

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1.3 Acheur LCD

Les acheurs à cristaux liquides ou LCD (Liquide Crystal Display) consomment relativementpeu (1 à 5 mA), peu chères et se programment facilement.


Les cristaux liquides peuvent s'orienter en fonction des ten-sions qui leurs sont appliquées.

La lumière passe : La Lumière L est polarisée parle ltre P2, elle suit la rotation de phase des cristauxliquides LC La rotation permet à la lumière de traver-ser le ltre croisé Pi, on observe en I de la lumièreblanche.

La lumière ne passe pas : L'interrupteur S est fermé ily a donc une diérence de potentiel entre les électrodes E1 etE2, les cristaux s'organisent et la lumière ne peut plus passer onobserve en I un pixel noir.

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Diérents types d'éclairages

Rééctif utilise la lumière ambiante pour fournir l'image dans des lieux très éclairés ou enextérieur.

Transmissif équipé d'un rétro-éclairage pour utiliser dans un endroit peu éclairé.

Transectif Utilise la lumière ambiante ainsi qu'un dispositif de rétro-éclairage.

Éclairage positif Cratères sombres sur fond clair.

Éclairage négatif Cratères clairs sur fond sombre.

Diérents types de Modules LCD

de 1 à 4 lignes, de 6 à 80 caractères Caractéristiques techniques diérentes ( couleurs, mode de transmission de la lumière) Certains sont dotés d'un rétro éclairage de l'achage. cette fonction fait appel à des LEDmontées derrière l'écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en énergie (80 à250 mA)

Construction d'un module

E = Horloge : Elle synchronise les échanges entre les données et le contrôleur LCD R/W = Signale de lecture/Écriture : Il dénit le sens de transfert des données RS = Signale de sélection : il indique au contrôleur LCD la Nature de l'information dans leBus de données (instruction, caractère)

D0 à D7 = Bus de données : Il véhicule soit un caractère soit une commande

Deux RAM "Générateur de caractères"

un circuit intégré spécialisé est chargé de la gestion du module. il remplit une double fonction :d'une part il commande l'achage et de l'autre i l se charge de la communication avec l'extérieur.

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Display Data RAM (DDRAM) La DDRAM mémorise les données d'achage en codeASCII. ici 4 lignes de 16 caractères.

Pour acher le caractère ASCII "3" sur la 8ème position de la 2ème ligne du LCD alors on écrit soncode ASCII (33) à l'adresse 47 de la DDRAM.

Le Contrôleur LCD va chercher le motif à générer dans sa table de symboles (CGROM 1) créépar le constructeur. il fournit tous les signaux électriques nécessaires à l'acheur LCD.L'utilisateur peut Fabriquer des caractères personnalisés . On utilise une matrice de 5 ∗ 7 points.Il permet la création d'un maximum de 8 caractères ou symboles. une fois le nouveau caractèrechargé en mémoire, il est possible d'y accéder comme s'il s'agissait de caractères classiques stockésen ROM.

1. Character Generator ROM

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1.4 Acheur "7 segments"

Cet acheur permet de visualiser un chire décimal ou hexadécimal. chaque segment est uneLED rectangulaire. Chaque segment est repéré par une lettre le repérage est eectué de lamanière suivante.

Caractéristiques Contraste, angle de vision large Large gamme de fonctionnement en température le rendement de l'intensité lumineuse augmente avec le courant

Acheur à Anode commune

l'anode commune doit être relier au +V CC de l'alimentation tandis que les entrées (a, b, c, ..., g)sont placées au niveau bas pour allumer les LED.

Acheur à Cathode commune

la cathode commune doit être relier au +V CC de l'alimentation tandis que les entrées (a, b, c, ..., g)sont placées au niveau haut pour allumer les LED.

Acheur à matrice

Ces acheurs sont constitués de LED rondes disposées en matrice( lignes ∗ colonnes).

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sur ce shéma, la LED de la ligne 3 et de la colonne 3 est allumée :L1 = L2 = L4 = L = L6 = C4 = 0 et L3 = C1 = C2 = C3 = C5 = +vccIl y une diérence de potentiel entre L3 et C3 mais pas les autres.

Commande des Acheurs

Acheur 7 segments En électronique, un chire décimal est représenté par un nombre bi-naire sur 4 bits. Pour acher ce chire, il faut donc convertir l'information BCD 2 en une informationbinaire permettant la commande 7 segments.

Acheur à Matrice Sa commande nécessite l'usage d'un mode multiplexé 3.Le problème du multiplexage est qu'il faut orienter les informations dans le temps, les colonnes sontvalidées les unes après le autres de manière cyclique. On découpe le cycle de commande par colonnedans la matrice.La durée d'éclairement des LED s'obtient en faisant :période de la commande /(1/nombre de colonnes)

Pour limiter le coût d'une carte d'achage, on réalise la fonction en utilisant qu'un seul circuitde commande pour tous les acheurs. c'est à partir de 4 que le multiplexage devient rentable.pour que l'÷il ne perçoive pas de scintillement il fait que la fréquence soit supérieur à 60Hz. Lemeilleur rendement se situe autour de 1kHz. Le multiplexage des acheurs permet aussi de réduirela consommation moyenne de la carte.

Acheur LCD Il faut que la moyenne des tensions qui commande les segments soit nulle, lephénomène d'électrolyse qui se produirait détruirait l'appareil en quelques heures.

2. Binary Coded Decimal

3. Action de transmettre plusieurs informations sur une même ligne

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1.5 Moteur

1.5.1 Le moteur à courant continu(DC)

La machine à courant continu est un convertisseur d'énergie, totalement réversible, elle peutfonctionner soit en moteur, convertissant de l'énergie électrique en énergie mécanique soit l'inverse(en générateur). Dans les deux cas un champ magnétique est nécessaire aux diérentes conversions.cette machine est donc un convertisseur électromagnétique.Pméca= T ∗ Ω⇔Pélec= U ∗ IT : Couple en N.mΩ : Rotation en rad/s

Le fonctionnent la machine à courant continu comporte les parties suivantes :

l'inducteur est formé soit d'aimantspermanents soit de bobines, il crée unchamp magnétique.

l'induit Le noyau de l'induit est enfer pour canaliser les lignes de champ.les conducteurs sont logés de manièreà former des spires. Lorsque ces spiressont parcourus par un courant et sou-mis à un champ magnétique, l'induitse met en rotation.

Le collecteur est un ensemble delames de cuivre isolées, disposées surl'extrémité du rotor, les balais portéspar le stator frottent sur le collecteurpour amener le courant vers les spiresdu rotor.

Commande La vitesse de rotation (n) est proportionnelle à la tension à ses bornes.La constante de vitesse Kn relie le nombre de tours n avec la tension induite dans le bobinageU(f.e.m 4)

Modèle équivalent de l'induit d'un moteurR : la résistance de l'induit représente les pertes joulesU : Tension appliqué sur le moteurE : cette tension determine la vitesse de rotaion de l'axedu moteurI : L'intensité su courant dans l'induit est imposée par lecouple appliqué sur l'axe moteur

a

4. Force Electro-motrice

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1.5.2 Le Servomoteur

An de sélctionner un servomoteur adapté à votre application, certains critètre doivent être prisen compte :

Le type d'environnement Le type de mouvement de l'organe à entraîner Le type de fonctionnement de l'organe à entrainer La position de sécurité Le type de Contrôle

Le servomoteur dispose de 3 ls :Rouge → +vccNoir ou marron → 0VBlanche ou Jaune → signale de commande

La longueur de l'impulsion envoyée au servomoteur dé-termine son angle de sortie.la période est généralement de 20 ms.

Si l'impulsion est de 1.5 ms la position est "neutre",le servomoteur s'arrête en position centrale (schémaA).

Pour une impulsion de moins de 1.5 ms le moteurtourne dans le sens du schéma B.

Si l'impulsion est supérieur à 1.5 ms alors le moteurtour dans le sens du schéma C

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1.5.3 Le moteur Pas à Pas

Une moteur Pas à pas permet de convertir un signal électrique numérique en un déplacementangulaire. Chaque impulsion envoyée par le système de commande au module de puissance se tra-duit par la rotation d'un pas du moteur.Ce type de moteur est utilisé pour assurer des positionnements angulaires précis(par exemple im-primante scanner,...) sans boucles d'asservissement (contrairement au moteur à courant continue).Le moteur Pas à Pas est caractérisé par sa résolution angulaire ou encore pas son nombre de paspar tour. La résolution angulaire s'obtient en faisant 360 / nombre de pas par tourOn transforme donc une grandeur numérique (le nombre d'impulsions) en une grandeur Physique(la rotation du rotor).

Les trois Types de moteur Pas à Pas

Le moteur à aimant permanent Les pôles du rotor (partie mobile) sont constitués par desaimants et ceux du stator(partie xe) par des noyaux ferromagnétiques sur lesquels on trouve desbobines (électro-aimant).l'alimentation d'une bobine par un courant continu crée un champ magnétique. On obtient à uneextrémité un pôle Nord, à l'autre, un pôle sud. l'inversion du courant permute ces pôles.

Le positionnement du rotor il parcourt le plus court chemin en étant par les pôles opposéset repoussés par les pôles identiques.

Caractéristiques Ce type de moteur possède un couple moteur important, la puissance des aimants du rotors'additionnent à l'eet du courant qui traverse les bobines(le couple est proportionnel aucourant)

Faible résolution angulaire, on ne dépasse pas 48 pas par tour.

Le couple statique(ou de maintien) est le couple maximal auquel le moteur peut résistersans être alimenté de façon permanente(sans communication de pas).

Le couple résiduel est le couple maximal auquel le moteur peut résister à l'arrêt (aimant per-manent).

Moteur à réluctance variable Le rotor en fer doux se positionne dansl'axe du ux crée par les enroulements alimentés an de réduire l'entre-fer 5. Le sens du Champ est quelconque et le sens du courant est sans in-uence.

La résolution et la vitesse sont plus élevées car la construction plus facile.lorsque l'alimentation est coupée, la position est instable.

5. règle du ux maximal : tout conducteur délimitant une surface, parcouru par un courant et placé dans un

champ magnétique tend à s'orienter de façon à ce que le ux au travers de la surface soit maximum.

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Le moteur Hybride Le moteur Hybride est de loin le plus rependu des moteur dans le domaineindustriel. Son nom provient du fait qu'il combine les principes des deux autres types de moteur :c'est un moteur à réluctance variable dont le rotor est alimenté.il a une très bonne résolution jusqu'à 400 pas par tour et le couple moteur est élevé grâce àl'aimantation du rotor.

L'alimentation uni-polaire le courant dans les phases (bobines) ne s'inverse pas. Il fautdonc placer deux phases pour obtenir l'inversion nord/sud.

L'alimentation bipolaire L'alimentation est dit bipolaire si le courant dans les phases bobinespeut s inverser. Une seule phase sut pour obtenir l'inversion Nord/Sud.

Commande du moteur Pas à Pas

Commande 1 phase ON Une seul bobine est alimenté à la fois.Cette commande ne permet d'obtenir que des déplacements de pas entier. c'est la commande lamoins performante vis à vis du couple fourni (le couple d'attraction est fourni à partir d'une seulebobine).

Commande 2 phase ON Deux bobines sont alimentées et dénissent la position du rotor :le rotor se place à mi-chemin entre 2 pôles consécutifs.Le couple utile est plus important (∗

√2) lors d'un déplacement.

A la mise hors tension, 1 ⁄ 2 pas est perdu.

Commande par 1⁄2 pas La commande par 1⁄2 pas est obtenue en combinant les deux com-mandes phase ON, Cela permet d'obtenir les pas entiers et intermédiaires.L'angle des pas est donc divisée par deux (comparé à la commande par pas entier). On multipliearticiellement par 2 le nombre de pas par tour du moteur.

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1.6 Diodes

Allez au pdf sur les Diodes en cliquant ici.

1.7 Transistor

Allez au pdf sur les Transistors Bipolaires en cliquant ici.

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http://emilie.baud.free.fr/EVAspip/IMG/pdf/003diodes.pdf

http://emilie.baud.free.fr/EVAspip/IMG/pdf/004TransistorBipolaire.pdf


Chapitre 2

Le Fonctionnement interne

2.1 Liaison série

Introduction Une liaison série est une ligne de bits d'information arrivant successivement. Ilfaut donc les regrouper en "paquets" avant de les transmettre. Cette liaison s'oppose dans le prin-cipe d'une liaison parallèle à fréquence égale, la communication parallèle a un débit élevé, la liaisonsérie compense en général cette faiblesse par une fréquence plus élevée.

Exemple de liaisons série : USB, I2C, SPI, RS232

Le principe d'une liaison série est d'envoyer les bits les uns derrière les autres.Problème : les mots sont en général stockés d'une "manière parallèle" dans la mémoire.Solution simple : le registre à décalage :

En mode parallèle-série à l'émission En mode série-parallèle à la réception

On obtient par la solution précédente une liaison dite synchrone.il est nécessaire de transmettre une horloge, en plus des données, an que les registres à décalageutilisés de chaque coté de la liaison fonctionne à la même vitesse, sans cette horloge, il peut y avoirune mauvaise interprétation des données reçuesL'idée de la liaison asynchrone reste la même que celle de la liaison série synchrone. Comme pourla liaison synchrone ; il est nécessaire d'avoir à l'émission, et à la réception deux horloges à la mêmefréquence. En revanche, les horloges n'ont pas besoin d'être synchronisées.

2.1.1 Liaison Série Synchrone

Le changement d'état de la donnée se fait sur un front tandis que la lecture se fait sur l'autrefront, la donnée doit être stable.

2.1.2 Liaison Série Asynchrone

Ce mode de transmission nécessite obligatoirement une "balise" pour synchroniser l'échange, lebit "START".

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STI2DLycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 2. LE FONCTIONNEMENT INTERNE

2.1.3 Mode d'exploitation

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Annexe

.1 Oscilloscope

Allez au pdf de la Fiche du Fonctionnement de l' Oscilloscope en cliquant ici.

.2 Commande en pont en H d'un moteur à courant continu

Les transistors sont "parfaits" et fonctionnent en commutation. Cette commande en pont en Hpermet d'obtenir les deux sens de rotation à partir d'une tension unipolaire.

S 1 B 2

In 1 In 2 Q1 Q2 Q3 Q4 1 2 MG1

0 0 S S B B VCC VCC 0

0 VCC S B B S VCC 0 VCC

VCC 0 B S S B 0 VCC -VCC

VCC VCC B B S S 0 0 0

1. Saturer

2. Bloquer

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http://emilie.baud.free.fr/EVAspip/IMG/pdf/OscilloscopeDSO1004.pdf

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