conception et réalisation d’un thermomètre numérique à base du pic16f877a

8/17/2019 Conception Et Réalisation d’Un Thermomètre Numérique à Base Du PIC16F877A

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2ème Année ingénierie des systèmes informatiques et électroniques

Groupe 1

Mémoire de mini projet en électronique numérique

Institut Supérieur d’inGénierie & des Affaires

ISGA Rabat

Ecole d’ingénierie

Conception et réalisation d’un

thermomètre numérique à base du

PIC16F877A

Réalisépar :

- Achraf HAMMOUMI

-

Adil BELHAJI

- Karim LAGHRISSI

Encadré par :

- M. EL MOUHI

- M. EL KADMIRI

Année universitaire 2015-2016


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Remerciements

Avant d’entamer le présent rapport, nous tenons à remercier :

- Toute l’équipe pédagogique de l’ISGA et les intervenants professionnels responsables de

notre projet pour assurer la partie théorique de celle-ci.

- Mr El MOUHI et Mr EL KADMIRI qui ont encadré notre projet et ils nous ont permis de le

réaliser dans de bonnes conditions grâce aux renseignements précieux qu’il nous a fournis.

- Tous ceux et celles qui ont contribué de près ou de loin à l’accomplissement de ce travail ;

qu’ils trouvent, ici, l’expression de nos remerciements les plus chaleureux, notre grande

estime et notre haute reconnaissance.


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Introduction générale

Dans le cadre de notre formation, il nous est demandé de réaliser un mini-projet afin

d’améliorer nos connaissances dans le domaine de l’électronique et notre capacité de

travailler en groupe.

De nos jours, des grandes usines travaillent avec des grandes machines de fabrication et il est

utile de savoir la température de ces machines la pour prendre après des décision est ce qu’on

les arrête ou bien est ce qu’il y a un problème de température .

Pour cette étude nous allons commencer par faire une présentation générale du projet à savoir

un cahier des charges, puis on va élaborer une étude théorique et donner des états de synthèses

par la suite, nous ferons une simulation du projet par un outil informatique qui s'appelle ISIS.


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Table des figures

Figure 1 : thermomètre à gaz ……………………………………………………… 7

Figure 2 : thermomètre à cadran et aiguille ………………………………………. 8

Figure 3 : thermomètre à cristaux liquides ………………………………………... 8

Figure 4 : brochage du pic16f877a ……………………………………………… 12

Figure 5 : schéma principal ……………………………………………………… 15

Figure 6 : résistance ……………………………………………………………….. 16

Figure 7 : LM335 ………………………………………………………………… 16

Figure 8 : LCD (liquid crystal display) ………………………………………… 16

Figure 9 : configuration du LCD ……………………………………………………17

Figure 10 : Affichage du min et max sur LCD …………………………………… 18

Figure 11 : Affichage de température sur LCD …………………………………… 18

Figure 12 : Affichage de température sur LCD (simulation) ……………………… 20

Figure 13 : Affichage du Max/Min sur LCD (simulation) ……………………… .20


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I – Généralités sur le thermomètre

1-1 Définition :

[2]. Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur de la

température. C’est le domaine d'étude de la thermométrie. Développé durant les XVIe

et XVIIe siècles, le thermomètre est utilisé dans différents domaines1. Les applications

des thermomètres sont multiples, en météorologie, en médecine, en cuisine, pour la

régulation, dans les procédés .

1-2 Historique :

Nous tous avons déjà au moins dit une fois :« Qu’est ce qu’il fait chaud …». Dans de

nombreux actes quotidiens, la notion de température est là. La température est partout ! On

n’y prête plus attention tellement c’est devenu un phénomène courant et « transparent ».

La température n’est pas une grandeur au sens strict du terme comme le sont-les autres

unités de mesure. En effet, une grandeur est tout ce qui est susceptible d'augmenter ou de

diminuer comme, par exemple, une longueur, une surface, une puissance, etc.

Physiquement mesurer une grandeur G (quelle que soit son espèce), c'est la comparer à une

autre grandeur U, de même espèce, choisie pour unité.

Le résultat de la mesure est un nombre entier si l'unité U est contenue un nombre entier de

fois dans la grandeur G considérée. Une grandeur est directement mesurable quand nous pouvons

définir le rapport ou l'égalité ou encore la somme de deux valeurs de cette grandeur. Une

longueur, une surface sont des grandeurs mesurables. En revanche, une température repérée au

moyen de l'échelle thermométrique n'est pas une grandeur mesurable car nous pouvons définir

l'égalité de deux températures mais nous ne pouvons pas en faire la somme.

On devrait donc dire : évaluer, comparer, marquer, indiquer la température et non pas la

mesurer au sens propre du terme

Cependant la température, au sens ordinaire du mot, se présente à nous comme une valeur

susceptible d'augmenter ou de diminuer, caractérisant l'état d'un corps au point de vue des

échanges possibles de chaleur (phénomène thermodynamique) entre ce corps et le milieu

extérieur qui l’entoure.

On a ainsi défini l'égalité et l'inégalité de température.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#cite_note-1https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#cite_note-1https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#cite_note-1https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#cite_note-1


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La première variante utilise un réservoir rempli de gaz et un tube ouvert dans lequel se trouve

un bouchon mobile séparant le gaz du réservoir de l'air ambiant. Si la pression ambiante reste

constante, une variation de température du réservoir va causer une variation du volume du gaz

qui va se refléter dans la position du bouchon. La variation de V est proportionnelle à celle de

T et on peut donc en obtenir le changement de température.

La seconde variante de ce thermomètre garde le volume constant. Un réservoir contenant un

gaz est connecté par un tube capillaire à un manomètre. Lors d'une variation de température,

le volume reste constant mais la pression varie inversement au changement de température.

La température peut donc être calculée avec l'équation.

Thermomètre à cadran et aiguille

Le thermomètre bilame est constitué de deux lames de métaux ou d'alliages différents,

souples, soudées ou collées l'une contre l'autre, dans le sens de la longueur. Ces deux plaques

de métal soudées par laminage à froid, sont très souvent de l'invar et du nickel ayant un

coefficient de dilatation différent. Leur dilatation étant différente, l'objet se déforme avec lesvariations de température.

La lame ainsi produite est enroulée, une de ses extrémités est fixée au centre d'un cadran et

l'autre, en forme de pointe, est libre. Un cadran gradué est placé derrière la lame. Lors d'une

variation de la température, la dilatation fera changer la position de la pointe et qui bougera

par rapport à la graduation.

figure 2 : thermomètre à cadran et aiguille

Thermomètre à cristaux liquides :

Les thermomètres à cristaux liquides utilisent des cristaux liquides qui changent de couleur

selon la température.

Souvent, les cristaux liquides dessinent la valeur de la température. Sur d'autres modèles, ilsdessinent simplement une échelle juxtaposée à des valeurs chiffrées.

Ces thermomètres sont souvent utilisés pour les aquariums (modèles autocollants) ou dans le

secteur médical (thermomètres frontaux), mais la mesure peut être inexacte.

figure 3 : thermomètre à cristaux liquides


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Intégration en technologie MOS, CMOS, ou HCMOS Diminution de la

consommation

Le microcontrôleur contribue à réduire les coûts à plusieurs niveaux:

Moins cher que les composants qu’il r emplace

Diminution des coûts de main d’œuvre (conception et montage)

Environnement de programmation et de simulation évolués

2-3 Différentes familles des microcontrôleurs :

On trouve plusieurs familles des microcontrôleurs citons :

La famille Atmel AT91 .

La famille Atmel AVR .

Le C167 de Siemens .

La famille Hitachi H8 .

La famille des PIC de Microchip.

La famille des DSPIC de Microchip.

La famille PSOC de Cyprées.

La famille LPC21xx ARM7-TDMI de Philips.

La famille V800 de NEC.

la famille K0 de NEC

2-4 Caractéristiques principales d’un microcontrôleur :

Les microcontrôleurs sont des composants qui permet la gestion des cartes, ils sont

caractérisés par :

De nombreux périphériques d’E/S

Une mémoire de programme

Une mémoire vive (en général de type SRAM)

Eventuellement une mémoire EEPROM destinée à la sauvegarde par

programme de données à la coupure de l’alimentation.

Un processeur 8 ou 16 bits

Faible consommation électrique


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III - Généralités sur les PICs :

3-1 Définition :

[3] .Un PIC est un microcontrôleur, c’est une unité de traitement d’information de type

microprocesseur à laquelle on a ajouté des périphériques internes permettant de faciliter

l'interfaçage avec le monde extérieur sans nécessiter l’ajout de composants externes.

Les Pics sont des composants RISC (Reduced Instructions Set Computing) ou encore

composant à jeu d’instructions réduit. L'avantage est que plus on réduit le nombre

d’instructions, plus facile et plus rapide en est le décodage, et plus vite le composant

fonctionne. Alors, les microcontrôleurs 16F877 et 16F876A

représentent le cerveau de notre projet, d’où nous allons les étudier.

3-2 Les différentes familles des PIC :

La famille des pics est subdivisée en trois grandes familles

Base-line : c’est une famille qui utilise des mots d’instructions de 12 bits.

Mid-range : c’est une famille qui utilise des mots de 14 bits (dont font partie les 16F84,

16f876 et 16f877

High-end : c’est une famille qui utilise des mots de 16 bits .

Critères de choix d’un Microcontrôleur :

Le choix judicieux d’un microcontrôleur, pour une application donnée

dépend :

Du nombre d’entrées/sorties de l’application cible ;

Du type de mémoire programme : flash, Eprom, OTP… et de sa taille ;

De la présence ou de l’absence des convertisseurs Analogiques/Numériques CAN ;

De l’existence ou non d’une mémoire EEPROM ;

De l’existence ou non d’un bus I2C.

Viennent ensuite les critères suivants :

La disponibilité du composant sur le marché local ;

La facilité de mise en œuvre ;

Le prix ;

L’approvisionnement multi source.


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IV – Etude du PIC16F877A

4-1 Présentation :

[4] Le PIC 16F877, utilisé est un circuit intégré de type CMOS. Son boîtier est un DIL (Dual

In Line) de 2x20 pattes. Chacune de ces broches lui est associée a une ou plusieurs fonction.

En effet ces dernières peuvent jouer plusieurs rôles (entrée, sortie) tout dépend de leurs

configuration qui s’effectue lors de la programmation du PIC.

4-2 Brochage :

Figure 4 : brochage du PIC16F877A

Le boîtier du PIC 16F877 décrit par la figure1 comprend 40 pins : 33 pins.

D’entrées/sorties, 4 pins pour l’alimentation, 2 pins pour l’oscillateur et un pin pour le Reset

(MCLR).

La broche MCLR sert à initialiser le μC en cas de la mise sous tension, de

remise à zéro externe, de chien de garde et en cas de la baisse de tension d’alimentation

Les broches VDD et VSS servent à alimenter le PIC.

On remarque qu’on a 2 connections « VDD » et 2 connections « VSS ».

La présence de ces 2 pins s’explique pour une raison de dissipation thermique. Les courants

véhiculés dans le pic sont loin d’être négligeables du fait des nombreuses entrées/sorties


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disponibles. Le constructeur a donc décidé de répartir les courants en plaçant 2 pins pour

l’alimentation VSS, bien évidemment, pour les mêmes raisons, ces pins sont situés de part et

d’autre du PIC, et en positions relativement centrales.

Les broches OSC1 et OSC2 ou CLKIN et CLOUT permettent de faire fonctionner

l’oscillateur interne du PIC qui peut être un quartz, un résonateur céramique, un oscillateur

externe ou un réseau RC dont le rôle est de crées des impulsions de fréquences élevées Lors

de la programmation, la broche MCLR doit être portée à un niveau compris entre 12 V et 14

V et le PIC16F877 commence à programmer en appliquant un signal d’horloge sur la broche

RB6 (broche 39) et les informations binaires transitent en série sur la broche RB7 (broche 40).

Chacune des informations qui transitent sur la broche RB7 est validée à la retombée du signal

d’horloge sur la broche RB6

Les ports d’entrée/sortie

Le PIC 16F877 contient les 5 ports suivants

Port A: 6 pins I/O numérotées de RB0 à RB5

Port B: 8 pins I/O numérotées de RB0 à RB7

Port C: 8 pins I/O numérotées de RC0 à RC7

Port D: 8 pins I/O numérotées de RD0 à RD7

Port E: 3 pins I/O numérotées de RE0 à RE2

Tous ces ports se trouvent dans la banque 0, mais tous leurs

registres se trouvent dans la banque1, pour déterminer les

modes des ports (I/O), il faut sélectionner leurs registres

TRISX :

le positionnement d’un bit à « 1 » place le pin en entrée.

Le positionnement de ce bit à « 0 » place le pin en sortie.

4-3 Les caractéristiques du PIC 16F877 :

Le PIC 16F877 est caractérisé par :

Une Fréquence de fonctionnement élevée, jusqu’à 20 MHz

Une mémoire vive de 368 octets.

Une mémoire EEPROM pour sauver des paramètres de 256 octets.

Une mémoire morte de type FLASH de 8 Kmots (1mot = 14 bits), elle est

réinscriptible à volonté

Chien de garde WDT.


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33 Entrées et sorties.

Chaque sortie peut sortir un courant maximum de 25 mA

3 Temporisateurs : TIMER0 (8 bits avec pré diviseur), TIMER1 (16 bits avec pré

diviseur avec possibilité d’utiliser une horloge externe réseau RC ou QUARTZ et

TIMER2 (8 bits avec pré diviseur et post diviseur).

2 entrées de captures et de comparaison avec PWM (Modulation de largeur

d’impulsions)

Convertisseur analogique numérique 10 bits avec 8 entrées multiplexées maximum.

Une interface de communication série asynchrone et synchrone (USART/SCI)

Une interface de communication série synchrone (SSP/SPI et I2 C) Une tension

d'alimentation entre 2 et 5.5 V

4-4 Identification du PIC 16F877A :

Pour identifier un PIC, on utilise simplement son numéro :

16: indique la catégorie du PIC, c’est un Mid-range.

L: indique qu’il fonctionne avec une plage de tension beaucoup plus tolérante.

C: indique que la mémoire programme est un EPROM ou une EEPROM.

CR ou F: indique le type de mémoire ; CR(ROM) ou F (FLASH).

XX: représente la fréquence d’horloge maximale que le PIC peut recevoir.

Une dernière indication qu’on le trouve est le type de boîtier.

V – Conception et réalisation du

thermomètre numérique :

5-1 Cahier de charges : Présentation du système :

Un thermomètre électronique est composé d’un capteur de température et des

composants électroniques qui ont pour rôle de traiter l’information et la rende exploitable par

l’utilisateur .

Notre projet consistera à créer un thermomètre électronique qui devra afficher la

température via écran LCD (liquid crystal display) En somme cela se présente sous la forme

d’une carte électronique pour remplacer la colonne d'un thermomètre classique.


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Objectif principal :

Réaliser un thermomètre électronique qui affiche la température sur

un écran L.C.D

Réalisation:

La température devra être captée à l’aide d’un capteur, notre choix se porte sur le

LM335, Affin de traiter les informations nous utiliserons le microcontrôleur

16F877A pour Contrôler l'affichage de la température, Il faudra au préalable utiliserune source d’alimentation (batterie) car 16F877A fonctionne avec +5V.

5-2 Schéma principal :

Le schéma si dessous représente notre thermomètre numérique à base de pic16f877A ,

on va varié LM335 qui est branché dans le port A / AN0 qui va convertir le signal d entrée en

signal numérique et après on affiche sur LCD

Figure 5 : schéma principal


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5-3 les composants utilisés :

La résistance (R1) :

Une résistance est un composant électronique ou électrique dont la principale

caractéristique est d'opposer une plus ou moins grande résistance (mesurée en ohms) à la

circulation du courant électrique.

Figure 6 : résistance

Capteur de température LM335 :

Le LM335 est un capteur de température qui produit une tension qui varie en fonction de la

température , la variation de la tension est très faible, et sa représentation graphique est une

droite linéaire .

Figure 7 : LM335

Afficheur LCD (liquid crystal display) :

Les afficheurs à cristaux liquides, autrement appelés afficheurs LCD (Liquide Crystal

Display), sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes

pour un bon fonctionnement. Ils consomment relativement peu (de 1 à 5 mA), sont

relativement bons marchés et s'utilisent avec beaucoup de facilité .

Le Brochage :

Figure 8 : LCD (liquid crystal display)


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Vo / VEE : c’est pour ajuster la luminosité du LCD on l’a branche dans la patte du milieur du

potentiomètre et les 2 autres pattes dans le power et la masse

R/W : soit on configure le LCD en mode écriture en envoyant 0 sinon en mode lecture enenvoyant 1

Le LCD communique soit sur 4 bits ou sur 8 bits .

VI – Programmation et simulation sur ISIS

PROTEUS

6-1 Présentation du logiciel de programmation :

MikroC est un compilateur pour microcontrôleurs PIC bénéficie d'une prise en main très

intuitive et d'une ergonomie sans faille. Ses très nombreux outils intégrés (mode simulateur,

terminal de communication Ethernet, terminal de communication USB, gestionnaire pour

afficheurs 7 segments, analyseur statistique, correcteur d'erreur, explorateur de code, mode

Débug ICD...) .[5]

6-2 Présentation du logiciel de simulation ISIS :Le logiciel ISIS de Proteus est principalement connu pour éditer des schémas électriques. Par

ailleurs, le logiciel permet également de simuler ces schémas ce qui permet de déceler

certaines erreurs dès l'étape de conception. Indirectement, les circuits électriques conçus grâce

à ce logiciel peuvent être utilisé dans des documentations car le logiciel permet de contrôler la

majorité de l'aspect graphique des circuits.[6]

6-3 Code source :

Ce code permet de configurer le LCD .

figure 9 : configuration du LCD


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Figure 10 :affichage du min et max sur LCD

Figure 11 : affichage de température sur LCD


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6-4 Schéma de simulation :

On lance le logiciel de simulation isis proteus puis on varie le LM335 et on voit le

changement dans l’écran LCD

Figure 12 : affichage de température sur le LCD (simulation)

NB : Si on clique sur le button poussoir on va voir la température MAX et MIN et elle est

enregistrer dans le EEPROM (voir Partie 4-3 ) .

Figure 13 : affichage Max/Min de la température (simulation)


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Conclusion générale

Dans le but de conclure ce projet, rappelons tout d’abord que l’objectif était d’étudier le

principe de conception et de réalisation des thermomètres électroniques. Dans ce sens, il a été

judicieux de diviser le travail en deux parties, une théorique et une autre pratique.

Dans la première partie, nous avons pu dégager que la mesure de température se fait selon

plusieurs échelles, et le plus utiliser est le degré Celsius

L’étude nous a permis de conclure que, la mesure de température se ramène à l’étude

d’une variation de tension.

Ainsi, concevoir un thermomètre électronique, c’est donc mettre en place un système

pouvant effectuer des mesures par variation de tension. Dans le milieu industriel et

généralement pour plusieurs mesures de température, l’on a recours aux thermomètresélectroniques (à capteur de température).

Par ailleurs, la conception d’un thermomètre aujourd’hui ne se ramène plus à la mise au

point d’un montage permettant de prélever une variation de tension. Le fait que l’on souhaite

généralement faire des traitements informatiques sur les valeurs prélevées, nous amène à

introduire dans notre montage des éléments permettant de prendre en compte le capteur de

température LM335 qui mesure la température avec un signal électrique (tension)

proportionnel à la température (en ° C)

le PIC 16F877A utilisé pour recevoir, traiter, et transmettre des données, et pour lacommunication entre les systèmes électroniques .Un afficheur LCD qui permet l’affichage

des variations de la température (en ° C)

Nous avons respecté le cahier de charges en gardant de bons résultats de mesures.

Finalement, dans ce mini-projet, nous avons réussi de faire la conception et la réalisation

d’un thermomètre électronique qui nous permet de mesurer la température , et voir le

fonctionnement d’un système automatisé en directe.


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Bibliographie

[1] : https://fr.wikipedia.org/wiki/Microcontr%C3%B4leur_PIC

[2] : https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#Thermom.C3.A8tre_de_confiseur

[3] : http://tpworks-place.com/documents/1916/viewer/visu.php?f=4

[4] : http://www.ebanque-pdf.com/fr_mode-de-fonctionnement-de-lm335.html

[5] : https://en.wikipedia.org/wiki/Mikroelektronika

[6] : https://fr.wikipedia.org/wiki/Proteus_%28%C3%A9lectronique%29

https://fr.wikipedia.org/wiki/Microcontr%C3%B4leur_PIChttps://fr.wikipedia.org/wiki/Microcontr%C3%B4leur_PIChttps://fr.wikipedia.org/wiki/Microcontr%C3%B4leur_PIChttps://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#Thermom.C3.A8tre_de_confiseurhttps://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#Thermom.C3.A8tre_de_confiseurhttps://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#Thermom.C3.A8tre_de_confiseurhttp://tpworks-place.com/documents/1916/viewer/visu.php?f=4http://tpworks-place.com/documents/1916/viewer/visu.php?f=4http://tpworks-place.com/documents/1916/viewer/visu.php?f=4http://www.ebanque-pdf.com/fr_mode-de-fonctionnement-de-lm335.htmlhttp://www.ebanque-pdf.com/fr_mode-de-fonctionnement-de-lm335.htmlhttps://en.wikipedia.org/wiki/Mikroelektronikahttps://en.wikipedia.org/wiki/Mikroelektronikahttps://en.wikipedia.org/wiki/Mikroelektronikahttps://fr.wikipedia.org/wiki/Proteus_%28%C3%A9lectronique%29https://fr.wikipedia.org/wiki/Proteus_%28%C3%A9lectronique%29https://fr.wikipedia.org/wiki/Proteus_%28%C3%A9lectronique%29https://fr.wikipedia.org/wiki/Proteus_%28%C3%A9lectronique%29https://en.wikipedia.org/wiki/Mikroelektronikahttp://www.ebanque-pdf.com/fr_mode-de-fonctionnement-de-lm335.htmlhttp://tpworks-place.com/documents/1916/viewer/visu.php?f=4https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre#Thermom.C3.A8tre_de_confiseurhttps://fr.wikipedia.org/wiki/Microcontr%C3%B4leur_PIC


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Annexes


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Documents