MICROCONTRÔLEUR

8 Elektor 3/2003

Le système de développement objetde cet article ressemble comme deuxgouttes d’eau à notre PICÉE, un sys-tème de développement lui aussi. Àceci rien de bien étonnant vu que leAT90S2313 possède, tout comme lePIC16F84, 2 lignes d’alimentation,une broche de remise à zéro (Reset),une paire de contacts auxquels vientse connecter l’électronique de l’os-cillateur, ainsi que toute une ribam-belle de lignes de port auxquelles onpourra relier toutes sortes de péri-phériques. À l’image de son prédé-cesseur, le présent système de déve-loppement comporte un certainnombre de LED permettant de visua-liser l’état des lignes de port aucours du développement de pro-grammes, quelques boutons-pous-soirs, un connecteur destiné à rece-voir un module LCD alphanumériqueet un connecteur d’extension per-mettant de relier de la circuiterieexterne au système. Notons au pas-sage que le AVRÉE est lui aussi l’en-fant d’un groupe d’étudiants del’école Ludwig Geissler de Hanau(RFA), ce qui explique également unpeu pourquoi le succès du systèmede développement précédent a eu

AVRÉESystème de développementÀ base de AT90S2313

A. Schumacher R. Behl

Après avoir consacré plusieurs articles au 89S8252, avec la carte Flash endécembre 2001, et au PIC avec PICÉE, un système de développement àPIC, en février 2002, il est temps cette fois de nous intéresser auAT90S2313. Ici encore, on se trouve en présence d’une mono-cartecomplète qui pourra servir tant à des fins didactiques qu’à des applicationsen tous genres.

sur la carte de développement et une liaisonsérielle avec un PC sur lequel tourne un setde programmes disponible gratuitement, iln’en faut pas plus pour développer et testerde nouvelles applications.

Le matérielNous vous proposons en figure 1 le schémade l’électronique dont est constitué AVRÉEnotre nouveau système de développement.

comme résultat un tout présentantd’étranges –mais ô ! combien com-préhensibles– similitudes avec lui.Le AT90S2313 est un membre de lafamille AVR d’Atmel, dont la progé-niture est fameuse dans le mondedes microcontrôleurs. Un encadrérésume les caractéristiques les plusintéressantes de ce microcontrôleur.Comme nombre d’autres microcon-trôleurs modernes, ce processeur

AVR possède lui aussi de la mémoirede programme interne du type Flash;la programmation délicate demémoire EPROM (interne) à l’aided’un programmateur spécialementconçu à cet effet et son effacementéventuel à l’aide d’un effaceurd’EPROM autonome sont devenusdes processus se perdant dans lanuit des temps du siècle dernier. Unrien de matériel additionnel monté

MICROCONTRÔLEUR

93/2003 Elektor

+5V

C9

100n

X1

4MHzC5

33p

C4

33p

S2

3 41

IC3.B

5 61

IC3.C

13 121

IC3.F

9 81

IC3.D

11 101

IC3.E

R6

4k7

1MP1

C3

100n

S3

RESET

K2

K3

SUB D9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R2

10k

R3

10k

R4

10k

IC4.D

EN12 11

13

IC4.C

EN9 8

10

IC4.A

EN2 3

1

IC4.B

EN56

4

R7

4701 2

1

IC3.A

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

R30

470

R5

10k

R31

470PB7

PB5

PB6

S1

+5V

+12V

(MISO)PB6

(MOSI)PB5

(AIN1)PB1

(AIN0)PB0

PD2(INT0)

PD3(INT1)

AT90S2313

(SCK)PB7

(OCI)PB3

PD0(RxD)

PD1(TxD)

PD6(ICP)

PD4(T0)

PD5(T1)

XTAL1 XTAL2

RESET

IC2 PB4

PB2

20

10

19

18

17

16

15

14

13

12

11

5 4

1

2

3

6

7

8

9

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

PD0

PD1

PD3

PD4

PD5

PD6

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

R15

1k

5D

7

D8

R16

1k

5

D9

R17

1k

5

D10

R18

1k

5

D11

R19

1k

5

D12

R20

1k

5

D13

R21

1k

5

R22

1k

5D

14

R23

1k

5D

15

D16

R24

1k

5

D17

R25

1k

5

D18

R26

1k

5

D19

R27

1k

5

D20

R28

1k

5

R29

1k

5D

21S8

LEDs

R13

4k

7

R14

4k

7

PD2

PD6

PD5

PD4

PD3

PD2

PD1

PD0

PD3

S10

R12

27

0

+5V

S6S5 S7

D4 D5

1N4148

D3D2

R11

4k

7

S9LCD en.

PD2

S4

backlight

R10

33

+5V

+5V

10k

P2

4x

keys

+5V

IC1

7805

K4

C11

100n

R1

1k

5

D6

POWER

C2

100n

C1

100n

C7

47µ16V

C6

220µ25V

+5V

D1

1N4001K1

RC XT

IC3

14

7

IC4

14

7

C8

100n

C10

100n

+5V

IC3 = 74HCT14IC4 = 74HCT125

+12V

020351 - 11

fermé = prog.ouvert = run

Figure 1. Le concept sur lequel repose cette réalisation présente de grandes similitudes avec notre système PICÉE.

L’alimentation de cette carte pourrase faire à l’aide de n’importe queladaptateur secteur fournissant unetension comprise entre 9 et 15 V. Laconsommation de courant dépendpour une grande part de la circuite-rie électronique additionnelle quel’on ajoutera à ce montage; norma-lement, un adaptateur standard de500 mA devrait faire l’affaire. N’ou-bliez cependant pas, en cas deconnexion d’un affichage LCD àrétro-éclairage, que certainsmodèles (plus anciens) « tirent »quelques centaines de milliampères.Nous avons prévu suffisammentd’espace au niveau du régulateurde tension IC1 de manière à vouspermettre de le doter, le caséchéant, d’un radiateur standard,un ICK35 par exemple. Comme àl’accoutumée, l’électronique est pro-tégée à l’encontre d’une inversionmalencontreuse de polarité de latension d’alimentation, protectionassurée par la diode D1. La LED D6s’allume pour signaler que le mon-tage est alimenté.La programmation du microcontrô-leur est permise de par la présencede IC4, un quadruple tampon 3états qui transfert les signaux duport sériel d’un PC vers le microcon-trôleur. Le logiciel de programmationtournant sur PC est en mesure, parle biais de 3 lignes de port du micro-contrôleur, MOSI, MISO et SCK, ainsique sa ligne de remise à zéro (Reset),d’effacer, de lire et de programmer lamémoire Flash interne duAT90S2313.La condition sine qua non pour cemode de fonctionnement est d’avoirfermé l’interrupteur S1 de façon àpermettre le transfert effectif desdits signaux. Lorsque le dit interrup-teur est ouvert les sorties des tam-pons se trouvent à haute impédancede sorte que l’interface de program-mation se trouve, pour ainsi dire,déconnectée du reste du montage.La résistance R7 évite la mise encourt-circuit de la sortie du tamponIC4.A lorsque l’interface se trouve enfonction et que l’on appuierait parmégarde sur le bouton-poussoir deremise à zéro S3; les résistances R30et R31 constituent une protectioncontre les courts-circuits similaire,mais pour les tampons IC4.D etIC4.C cette fois.On notera que les contrôleurs du

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10 Elektor 3/2003

Le AT90S2313Utilise l’architecture AVR RISC avec :– 118 instructions dont la majorité est exécutée en 1 cycle d’horloge– 32 x 8 registres– jusqu’à 10 MIPS à 10 MHzMémoire de programme et de données– 2 Koctets de Flash programmable en site (durée de vie : 1 000 cycles effacement/écriture)– 128 octets d’EEPROM programmable en site (durée de vie : 100 000 cycles effacement/écriture)– Protection anti-programmation des mémoires Flash et EEPROM– 128 octets de SRAMPériphériques– temporisateur/compteur 8 bits à prédiviseur (prescaler) distinct– temporisateur/compteur 16 bits à prédiviseur (prescaler) distinct, modes de comparaison et decapture, MLI (Pulse Width Modulator) 8, 9 ou 10 bits– Comparateur analogique embarqué– Temporisateur chien de garde programmable à oscillateur embarqué– Interface sérielle SPI pour programmation en site– UART full-duplexCaractéristiques spécifiques du microcontrôleur– Mode de veille (idle) et de sommeil (power down) faible consommation– Sources d’interruption externe et interneSpécifications– Technologie CMOS haute vitesse faible consommation– Fonctionnement 100% statiqueConsommation à 4 MHz, 3 V 25 °C– actif : 2,8 mA– au repos : 0,8 mA– en mode de sommeil : <1 µAE/S et boîtiers– 15 lignes d’E/S programmables– PDIP et SOIC 20 brochesTension d’alimentation– 2,7 à 6,0 V (AT90S2313-4)– 4,0 à 6,0 V (AT90S2313-10)Variantes en vitesse– 0 à 4 MHz (AT90S2313-4)– 0 à 10 MHz (AT90S2313-10)

020351 - 12

connecteur de type DIN41612, K2, embasepermettant de doter la carte de nouvellesextensions. On retrouve au niveau de cetteembase la totalité des signaux du microcon-trôleur ainsi que les lignes d’alimentation, cequi simplifie énormément l’accouplementd’une électronique additionnelle quellequ’elle soit à cette réalisation. Il est possibleainsi, par exemple, par le biais d’un adapta-teur que l’on brancherait sur l’embase K2, deprogrammer d’autres contrôleurs de la familleAVR-RISC. Inutile de préciser qu’il faudra,dans ce cas-là, extraire le contrôleur présent àl’origine sur la carte de développementAVRÉE de son support.

Le circuit impriméVu tout ce qui a été dit dans les paragraphesprécédents on ne sera guère surpris deconstater, à l’examen de la figure 2, que ledessin de la platine conçue à l’intention decette réalisation rappelle beaucoup celui dusystème PICÉE; bon sang ne saurait mentir.L’embase d’extension K2 subdivise en fait laplatine en deux parties. L’une des partiescomporte le gros de l’électronique, l’autrel’affichage, les LED et la plupart des organesde commande, qu’il s’agisse des boutons-poussoirs ou des embases à cavalier decourt-circuit.Il est prudent, lors de l’étape de construction,de commencer par implanter les ponts decâblage. On ne risque plus ainsi de les oublierd’autant plus que certains d’entre eux setrouvent à des endroits difficiles d’accès unefois que l’on a monté d’autres composants.Ainsi, 2 des ponts de câblage se trouventsous le support du processeur, IC2, un autrelonge le support de IC3, 2 autres se trouventà une distance inconfortable des condensa-teurs C8 et C9.Compte tenu de la taille de la platine, lenombre de composants à implanter est rela-tivement faible. Une condition sine qua nonde réussite de ce montage est bien entendude respecter au pied de la lettre la sérigraphiede l’implantation des composants et la listede ces derniers. On pourra éventuellementremplacer les interrupteurs S1, S4 et S8 à S10par une embase à 3 contacts et un cavalierde court-circuit si l’on préfère cette solution.Il est préférable, pour l’inverseur S2, d’opterpour l’approche utilisant un cavalier. IC2 àIC4 seront montés sur support, l’affichageLCD étant relié au système par le biais del’embase SIL (Single In Line) mâle K4. Atten-tion, en cas d’utilisation d’un radiateur pourIC1, de ne pas créer de court-circuit au niveaudu pont de câblage qui passe à proximité(solution : utiliser du fil de câblage isolé).Veillez avec soin à la polarité des diodes,

type AVR ne requièrent pas de ten-sion de programmation spécifique.Si sur le système de développementPICÉE il nous avait fallu prévoir unetension de 13,5 V, il n’est pas néces-saire de disposer de quelque tensionspécifique que ce soit vu qu’une ten-sion de 5 V est tout ce dont on abesoin pour effacer et programmerle contrôleur.Une petite remarque au sujet de lacircuiterie de remise à zéro : les spé-cialistes des microcontrôleurs n’au-ront pas manqué de noter que labroche de RAZ (Reset) du AT90S2313n’est pas dotée d’un circuit deremise à zéro lors de l’application dela tension d’alimentation (POR pourPower On Reset). Ce microcontrôleurne requiert pas la combinaison RCclassique. Au coeur du circuit laligne de remise à zéro est dotéed’une résistance de forçage auniveau haut (pull up) interne et la cir-cuiterie interne se charge de laremise à zéro à la mise sous tension;nous pouvons partant laisser cettebroche en l’air en mode de fonction-nement normal. Le bouton-poussoirS3 permet d’effectuer une remise àzéro manuelle du microcontrôleur.Il est possible de choisir, au niveaude l’oscillateur, par le biais de l’in-verseur S2, entre une approche àbase d’oscillateur RC à fréquence detravail réglable de façon continue(IC3.C, R6, P1 et C3) ou d’oscillateurde Pierce à quartz standard prenantla forme cette fois de X1, C4 et C5.On peut également envisager d’ap-pliquer une horloge externe aumicrocontrôleur; ceci se fera par lasuppression des 3 composants évo-qués 3 lignes plus haut et par l’ap-plication au contact XT1 de l’embaseK2 d’un signal de caractéristiquesadéquates. Il faudra s’assurer dansce cas-là que l’inverseur S2 se trouvebien en position XT. On ne pourrapas supprimer IC3 (dont la broche 4est la sortie de l’oscillateur RC) sansautre forme de procès sachant queIC3. A fait partie de l’interface deprogrammation.L’embase K4 a pour fonction de per-mettre la connexion au AVRÉE d’unmodule LCD alphanumérique stan-dard qui n’en reste pas moins option-nel. P2 est le potentiomètre deréglage de contraste classiquerequis par la majorité des affichagesLCD. La commande de ce module

requiert la fermeture de l’interrup-teur S9 vu que sinon le signal devalidation (Enable) de l’affichage estforcé au niveau bas par la résistanceR11 ce qui interdit partant toutecommunication avec l’affichage.Signalons au passage qu’il n’est paspossible, sur ce système de dévelop-pement, de procéder à la lecture desdonnées visualisées par l’affichage;la ligne R/W du contact 5 de l’em-base K4 est forcée à la masse, desorte que la réception de donnéesest la seule fonction dont soitcapable notre affichage.IL faudra, lorsque l’on effectue unecommande de l’affichage par un pro-gramme quelconque, imbriquer dansle logiciel les temporisations néces-saires et suffisantes pour laisser letemps à l’affichage de traiter les don-nées qu’il reçoit; il n’est en effet paspossible de lire l’état, BUSY ou non,du module.On pourra, le cas échéant, connecteraux broches 15 et 16 de l’embase K4le rétro-éclairage de l’affichage. Larésistance R4 introduit la limitationde courant nécessaire et l’interrup-teur S4 permet une mise en ou hors-fonction manuelle de cet éclairage.On dispose de pas moins de 15 LED,D7 à D21, pour la visualisation, le caséchéant, de l’état de chacune des 15lignes de port du 90AT2313, signali-sation qui pourra être fort précieuselors de la mise au point de nouveauxprogrammes sur cette carte. L’inter-rupteur S8 permet de mettre cettevisualisation hors-fonction lorsquel’on n’en a que faire.La carte de développement com-porte en outre 3 boutons-poussoirs,S5 à S7, que l’on pourra mettre àcontribution pour la commandemanuelle d’une application, à condi-tion bien entendu que l’interrupteurS10 soit fermé. La ligne de port PD1du microcontrôleur passe au niveauhaut en cas d’action sur le bouton-poussoir S6, il en va de même pour laligne PD0 en cas d’action sur S7, ces2 lignes devenant actives en casd’action sur S5. Quelle que soit lasituation, R13 et R14 servent derésistances de forçage au niveau bas(pull down) pour les lignes de portPD0 et PD1.Mentionnons, pour en avoir terminéavec le paragraphe consacré à ladescription du schéma que la cartede développement a été dotée d’un

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113/2003 Elektor

condensateurs électrochimiques et des LEDet vérifiez une dernière fois votre réalisationavant d’appliquer la tension d’alimentation(une erreur découverte avant occasionne

moins de dégâts qu’un problèmevisualisé par une colonne de fuméeconstaté après aurait dit Mr de Lapa-lisse s’il avait vécu de nos jours).

Outils de programmation

Il existe aujourd’hui une pléthore dedocuments, sous toutes formes, pour

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(C) ELEKTOR020351-1

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8C9 C10

C11

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

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D10

D11

D12

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D14

D15

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D20

D21

H1 H2

H3H4

IC1

IC2 IC

3

IC4

K1

K2

K3

K4

P1

P2

R1

R2

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R4

R5

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R7

R10

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R12

R13

R14

R15

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R17

R18

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R20

R21

R22

R23

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R25

R26

R27

R28

R29

R30

R31

S1

S2 S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

X1

off

onke

ys

POWER

RESET

XT

RC

RUNPROG

DIS

ENLC

D

LEDs

off

offon

onbacklight

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PB7

PB6

PB5

PB4

PB3

PB2

PB1

PB0

+

0

020351-1(C) ELEKTOR

(C) ELEKTOR020351-1

Figure 2. Les habitués de notre magazine auront sans doute une impression de « déjà vu ». Le nombre de ponts de câblage àimplanter sur cette platine en est resté à 15.

langage de haut niveau vous trouverez surInternet différents compilateurs pour C,BASIC et Pascal.Pour l’opération de transfert du fichier decode machine on relie le système de déve-loppement AVRÉE avec l’interface sérielle (leport COM) du PC et on bascule l’inverseur S1en position programmation (prog). Une fois letransfert réussi, on rebascule S1 dans la posi-tion normale (run) et on réinitialise le proces-seur par une action sur le bouton-poussoir S3.Votre tâche se résume à cela uniquement. Iln’est pas même nécessaire de déconnecter lecâble de programmation.Sur notre site (www.elektor.fr) nous propo-sons le dessin de la platine et des pro-grammes d’exemple au téléchargement. Pourceux d’entre nos lecteurs qui n’ont pas accèsà Internet, la platine et la disquette(EPS020351-11) sont disponibles auprès desadresses habituelles.

(020351)

apprendre les techniques de pro-grammation des membres de lafamille de microcontrôleurs AVRd’Atmel. Il est extrêmement instruc-tif de faire un petit tour sur Internet,on y trouvera énormément d’infor-mations. Il suffit de quelquesminutes pour découvrir et récupérernombre d’applications, de montages,de programmes et autres informa-tions. De plus en plus d’université etd’écoles techniques au monde ontune page d’accueil offrant des infor-mations sur les microcontrôleursd’Atmel.Cependant, si l’on envisage d’écrireses propres programmes, on auraforcément besoin de l’un ou l’autreoutil de développement. Nous nepouvons que vous recommander,entre autres, le programme AVRSTUDIO 4 (éditeur, assembleur,simulateur) du fabricant de ces com-posants, Atmel, ainsi que les 2 logi-ciels de programmation Pony-Prog2000 et ICPROG. Ces pro-grammes tournent sousWindows95/98/NT/2000/ME/XP, etpeuvent être téléchargés gratuite-ment depuis Internet; il s’agit defreeware. On trouvera, sur le sited’Atmel, la totalité des fiches decaractéristiques de leurs compo-sants ainsi qu’une quantité impres-sionnante de programmes d’exemple(application note). Notons que le

logiciel PonyProg2000 permet égale-ment de programmer des EEPROMet des PIC.Une fois que l’on a écrit le code-source (*.asm) d’un programme etque l’on en a effectué la conversion,par le biais d’un assembleur, en codemachine (*.hex), le fichier résultantde cette opération est transféré dansla mémoire de programme (mémoireFlash) du microcontrôleur à l’aided’un programme prévu à cet effet. Lamémoire Flash a l’avantage de pou-voir être effacée de nombreuses fois.Si vous préférez travailler avec un

MICROCONTRÔLEUR

133/2003 Elektor

Liste des composants

Résistances :R1,R15 à R29 = 1kΩ5R2 à R5 = 10 kΩR6,R11,R13,R14 = 4kΩ7R7,R30,R31 = 470 ΩR10 = 33 ΩR12 = 270 ΩP1 = ajustable 1 MΩP2 = ajustable 10 kΩ

Condensateurs :C1 à C3,C8 à C11 = 100 nFC4,C5 = 33 pFC6 = 220 µF/25 V radialC7 = 47 µF/16 V radial

Semi-conducteurs :D1 = 1N4001D2 à D5 = 1N4148D6 = LED jauneD7 à D10,D15 à D21 = LED verteD11 à D14 = LED rougeIC1 = 7805

IC2 = AT90S2313 (Atmel)IC3 = 74HCT14IC4 = 74HCT125

Divers :K1 = bornier encartable à 2 contacts

au pas de 5 mmK2 = connecteur DIN41612 femelle

modèle B (Selectronic – Conrad)K3 = embase Sub-D à 9 contacts

femelle en équerre encartableK4 = barrette mâle à 1 rangée de 16

contactsS1,S2,S4,S8 à S10 = barrette mâle à 1

rangée de 3 contacts + cavalier ouinterrupteur tel que HartmannSX254 (Conrad 708062)

S3,S5 à S7 = bouton-poussoirminiature (Conrad 700460)

X1 = quartz 4 à 10 MHz avecsupport (cf. texte)

radiateur ICK35 pour IC1affichage LCD 2 lignes de 16

caractères tels que, par exemple,Displaytech 162

Liens Internet intéressants :www.atmel.com/atmel/products/prod23.htmwww.avr-asm-tutorial.netwww.lancos.com/www.ic-prog.comwww.buerger.metropolis.de/trampert-avr/www.ludwig-geissler-schule.de

En cas de questions ou de remarques lesauteurs veulent bien tenter derépondre (en anglais S.V.P.) par le biaisde leurs adresses E-mail :

RalfBehl@softhome.netAndreSchumacher@gmx.de

INFORMATIONS

14 Elektor 3/2003

Un grand nombre de composants électro-niques ne sont disponibles qu’en exécutionCMS. Doit-on recourir à un montage hybridede CMS et de composants normaux à fils ?Non, ne faisons pas les choses à moitié ! Il ne faut pas avoir une peur bleue des CMSdont le montage n’est pas aussi compliquéqu’il n’y paraît avec un outillage adéquat.L’auteur décrit les expériences accumuléeslors du montage de cartes au cours de sontravail de fin d’études.Mais comment souder ? Est-il nécessaire dedisposer d’un poste de soudage spécial pour

CMS ? Pas du tout. Un fer à souderde 30 à 60 W fait aussi l’affaire àcondition d’utiliser la panne la plusfine possible. Il faut acquérir une cer-taine expérience, et une résistanceou un condensateur en fera de tempsà autre les frais, mais la tâche n’estpas si compliquée.

CMS – un(e) inconnu(e) ?Comme leur nom l’indique, un com-posant monté en surface, abrégé

CMS (SMD, surface mounted device),n’est monté qu’à la surface de lacarte. Finis les trous dans la cartepour monter les composants ! Lesdimensions réduites des composantsconstituent un facteur important. Eneffet, l’encombrement de surface etspatial est très fortement réduit. Ilfaut donc consacrer un temps deréflexion plus prolongé au décroise-ment des pistes. Une piste ne pourraplus par exemple passer sous uncomposant. Les propriétés H.F. des

Des CMS ? Pas de panique ! (I)Choix et montage de composants sans fils

Christian Tomanik ctomanik@gmx.de

Un nombre toujours plus grand de composants n’existent plus qu’enexécution CMS. L’électronicien amateur doit-il se résigner à passercomplètement aux CMS ? Regardons les choses en face : le maniementde ces composants miniatures est plus simple qu’il n’y paraît et lesinvestissements en nouvel outillage sont limités.

Figure 1. Dessin à l’échelle des modèles 1206, 0805 et 0603 et reproduction de résistances de taille 0805.

INFORMATIONS

153/2003 Elektor

Résistances/condensateurs chipLes composants les plus usités sont les résis-tances et les condensateurs céramique. Cescomposants se présentent sous forme depuce munie à chaque extrémité d’une coiffeà souder sur la carte. Ces modèles de boîtierssont désignés par les nombres 1206, 0805,0603, 0402 ou 0201. Ces nombres de 4 chiffresindiquent la longueur et la largeur du compo-sant. Les 2 premiers chiffres caractérisent lalongueur, les derniers la largeur. L’unité demesure provient du système américain ; ils’agit du dixième de pouce correspondant à2,54 mm. Un composant dont le boîtier a laforme 0805 est donc long de8⋅2,54 = 2,032 mm et large de5⋅2,54 = 1,27 mm. La figure 1 montre lesmodèles 1206, 0805 et 0603 à l’échelle. Cesmodèles se distinguent par leur maniement(terme particulièrement approprié dans lecontexte de cet article) aisé car ils peuventêtre montés sans grands problèmes avec unfer à souder ordinaire.

Condensateurs électrolytiques chipIls ressemblent encore passablement à leursancêtres sur fils. Ils se composent d’uncondensateur en boîtier monté sur uneplaque de matière synthétique. Les pattes deconnexion sont placées sous le socle dumilieu vers l’extérieur et aboutissent sur lescôtés (figure 2). Le pas est identique dans les2 directions horizontales, par exemple4,3 ⋅ 4,3 mm dans le cas d’un boîtier de 4 mmde diamètre et d’une hauteur de 5,5 mm. Iln’existe pas de dénomination particulière dela taille des boîtiers.

Condensateurs au tantaleIl existe une désignation du type et une dési-gnation normalisée pour les condensateursau tantale indiquant directement leur taille.Les dimensions incluses dans la désignationsont exprimées dans le système métrique.Les types vont de A à D et les désignationsde CT3216 à CT7343. La désignation CT3216correspond au type A. Contrairement à ladésignation, le type est muet sur la taille duboîtier. CT signifie qu’il s’agit d’un conden-sateur chip au tantale (Chip Tantalum capa-citor) ; les 2 premiers chiffres indiquent la lon-gueur, les 2 derniers la largeur, le tout en mil-limètres. Le CT3216 (figure 3) est uncondensateur chip tantale d’une longueur de3,2 mm et d’une largeur de 1,6 mm. Seule lahauteur manque dans la désignation ; ellepeut aussi varier pour un type donné.

DiodesLes diodes sont presque exclusivement fabri-quées en boîtiers « MiniMelf » (figure 4). Lediamètre de ce boîtier rond est de 1,4 mm, sa

composants CMS sont bienmeilleures. En effet, les pattes deconnexion ont disparu ou sontréduites à l’état de tronçons. Les filsde raccordement des résistances, parexemple, sont remplacés par descoiffes. Les propriétés H.F. sont aussimieux reproductibles ; en effet, cellesdes composants munis de fils varientselon la distance à la carte.Mais la réduction des coûts due àl’emploi de CMS constitue un argu-ment encore plus convaincant. Parexemple, les résistances en exécu-tion CMS sont, toutes choses égales,moins coûteuses et moins encom-brantes. On peut donc réaliser descartes plus petites et réduire ainsi lataille des appareils.

Formes et taillesQuelle est la forme et la taille des

CMS tels que : – Résistances/condensateurs chip(0805)– Condensateurs électrolytiques chip– Condensateurs au tantale (CT3516)– Diodes (MiniMelf)– Transistors (SOT 23)– Circuits intégrés

Il existe un très grand nombre demodèles différents de circuits inté-grés que nous ne pouvons évidem-ment pas tous présenter ici. Notrebut consiste plutôt à vous donner unaperçu de la technique CMS. Il vauttoujours mieux consulter attentive-ment la fiche de données d’un circuitintégré avant de décider s’il est pos-sible de le monter soi-même. Il existeen effet quelques modèles qu’il n’estpossible de monter qu’à la machineou avec un équipement spécial.

Figure 2. Condensateurs électrolytiques chip.

Figure 3. Condensateur au tantale CT3216.

longueur de 3,6 mm. La forme ronde desdiodes est due à une contrainte de fabrica-tion. Mais comme il est difficile de fixer uneforme ronde pour la souder, la diode ronde setrouve dans un boîtier Melf coulé dans unmoule parallélépipédique. La partie compriseentre les 2 coiffes de raccordement de ladiode est donc parallélépipédique.

TransistorsLes transistors sont fournis dans des boîtiersdénommés SOT-23 (figure 5). Le SOT-23 estun simple boîtier pour puce, de taille2,8 mm ⋅ 2,1 mm, et comportant 3 pattes deconnexion.

Circuits intégrésLe nombre de boîtiers pour circuits intégrésest si considérable que nous ne pouvonsqu’effleurer le sujet de leur forme dans cetarticle. Les types de boîtiers les plus impor-tants pour l’électronicien amateur sont lesµMAX de Maxim, les QFP, les SOP et lesTSSOP. Ces formes de boîtiers couvrent unlarge spectre. Il en existe pour les convertis-seurs A/D, les composants logiques et lesmicrocontrôleurs. Le facteur le plus impor-tant lors de l’utilisation de ces boîtiers estleur largeur et la distance entre les pattes.Toutes les formes de boîtiers sont conformesà une grille de pas déterminé. Cette grilledevrait vous être connue si vous avez déjàtravaillé avec un programme de conceptionde circuits imprimés. Le pas de base princi-pal entre les points de la grille est égal à2,54 mm. Les boîtiers eux-mêmes sont placésaux intersections des traits de cette grille,soit sur une sous-grille de 1,27 mm, 0,635 mmou 0,3175 mm. Il existe toutefois des circuitsintégrés dont le boîtier a une forme spéciale,par exemple le boîtier µMAX, dont le pas degrille est différent. Ce qui compte lors dumontage est finalement le type d’outil quel’on possède car plus la distance entre lespattes est petite et plus la panne du fer àsouder doit être fine. Il faudra peut-êtremême recourir à des outils spéciaux pour lesoudage de CMS. Mais voyons tout d’abordquels sont les outils nécessaires pour le mon-tage de CMS et quels outils spéciaux sontdisponibles.

Outil pour CMSTout d’abord un avertissement : avant devous équiper à grands frais d’outils de qua-lité, déterminez tout d’abord si le montage deCMS ne vous rend pas enragé. Il n’est en effetpas donné à tout le monde d’adorer travailleravec des pièces minuscules.La pincette est l’outil principal de montagede CMS. Il existe un grand nombre de pin-

cettes différentes dont certaines nesont utilisées que pour des applica-tions spéciales. Mais le choix dutype de pincette dépend aussi forte-ment de facteurs individuels. L’au-teur, par exemple, ne jure que par sapincette lisse inclinée à 45° car sa

main tremble légèrement et il doitl’appuyer sur la carte ou la tablepour diriger le composant avec lapincette.D’autres préconisent un placementvertical pour que tous les côtés ducomposant soient accessibles avec

INFORMATIONS

16 Elektor 3/2003

1.7

cathode band

1.5

1.71.5

0.3 0.3

Ø

SOD80

Figure 4. Diode dans un boîtier rond MiniMelf

SOT233.02.8

1.4 2.5max.1.2

0.95

1.1max.

0.1max.

0.1500.0900.75

0.60

10°max.

10°max.

30°max.

0.48

TOP VIEWDimensions in mm.

2

2

1

13

3

Figure 5. Transistor dans un boîtier SOT-23.

coup trop grandes et ne sont pas antista-tiques, ce qui peut devenir la source de vivescontrariétés, en particulier dans le cas descircuits intégrés.

AperçuLe prochain article sera dévolu au montagede différents CMS. On décrira la manière desouder les CMS au moyen d’un fer à souderordinaire Ersa Analog 60A. Puis nous exami-nerons la manière de procéder avec un véri-table poste de soudage Ersa SMT Unit 60Apour CMS.

(020305-I)

le fer à souder. Il est parfois recom-mandé de se servir d’une pincettespécialement conçue pour placer lesboîtiers MiniMelf. Mais en fait cetachat ne se justifie que si le nombrede boîtiers MiniMelf à monter esttrès élevé.La qualité de la pincette est trèsimportante… mais elle a son prix : àpartir de 15 à 20 €. Et celui quirefuse d’utiliser autre chose que lespincettes en matériaux les plus« nobles » (titane, voire céramique)déboursera au moins le double, parpincette. Les pincettes d’aspirationsont tout aussi coûteuses et ne par-viennent pas à saisir correctementcertains composants (question desurface). Et donc, retour à la bonnevieille pincette classique. De telsinvestissements ne se justifient detoute façon pas au début.Il est aussi très important de dispo-ser d’une loupe d’un grossissementde 8 ou plus pour contrôler les sou-dures. Une place de travail bienéclairée pour le montage des CMS etune surface antistatique comportantun bracelet de mise à la terre sontaussi indispensables.La pose de CMS nécessite de la sou-dure à haut pourcentage d’argent. Ilexiste aussi des pâtes à souder pourCMS en seringue de 5 ml. La pâte àsouder –un peu plus chère quel’étain à souder– est très simple àutiliser. Son application requiert tou-tefois une main sûre et la carte doitêtre nettoyée après soudage pouréliminer les résidus. La pâte à sou-der se prête tout particulièrement ausoudage à air chaud, mais l’appareilspécial nécessaire n’est pas particu-lièrement bon marché ; un fer à sou-der fera toutefois plus ou moins bienl’affaire. La soudure à l’étain la plusconventionnelle est aussi la moinschère. Il est indispensable d’em-ployer une dose supplémentaire degel décapant avec les composantscomportant un nombre élevé depattes très proches les unes desautres. Le gel décapant est injectésur les plages de connexion aumoyen d’une seringue avant d’y pla-cer le composant. Il se liquéfie trèsvite lors du soudage et ne laisse pra-tiquement pas de résidus si l’on n’apas eu la main trop généreuse.Toujours garder de la tresse à des-souder à portée de la main, pour net-toyer les plages de connexion après

dessoudage et pour éliminer lesponts de soudure entre 2 pattes ouplus. La tresse à dessouder large de1,0 mm, 1,5 mm, et 2,5 mm pour net-toyer les plages de connexion aprouvé son efficacité. Une pompe àdessouder ne convient pas ; en effetles pièces sont si petites qu’ellesseraient aussi aspirées.Les boîtes de rangement pour com-posants CMS sont extrêmementutiles. Il s’agit de petites boîtesmunies d’un couvercle dans les-quelles on classe les composantsselon leur type et leur valeur. Il estimportant de ne placer dans uneboîte qu’une valeur de composantscar la valeur d’un condensateur, parexemple, n’est pas toujours impri-mée sur celui-ci, contrairement auxexécutions à fils. Celui auquel il estarrivé de mélanger par mégarde descondensateurs de valeurs diffé-rentes (Un excellent moyen de sefamiliariser avec le capacimètredécrit dans ce numéro d’Elektor !) nemanquera pas d’utiliser des boîtesde ce genre à l’avenir. Elles existenten différentes tailles, couleurs etformes. Il existe même des boîtes oudes armoires dont les comparti-ments peuvent être de différentestailles. On peut bien sûr aussi lesassembler soi-même. Ces boîtes nesont pas gratuites, mais leur valeurest inestimable. L’utilisation deboîtes de films petit format consti-tue une solution peu coûteuse mais àdéconseiller. Les boîtes sont beau-

INFORMATIONS

173/2003 Elektor

Composants, outils et accessoiresTous les grands distributeurs de composantsoffrent aussi un certain nombre d’outils etd’accessoires pour CMS. Parmi nombred’autres, Selectronic (www.selectronic.fr)est une bonne adresse, en particulier lors-qu’il s’agit d’un petit nombre de pièces. On avite fait le tour de l’assortiment, mais il estsuffisamment varié pour combler les vœuxde la plupart des électroniciens amateurs.Pour les « spécialités », on pourra égalements’adresser à Farnell (www.farnell.com) ou àRS (www.rs-components.com).Nombre de sociétés (cf. les publicités de vosmagazines d’électronique) offrent des boîtesde stockage, des pincettes et d’autres acces-soires de ce genre d’un excellent rapportqualité/prix.

Figure 6. Équipement destiné au montage de CMS (de gauche à droite : bracelet de mise àla terre, pincette, flux, étain à souder et tresse à dessouder).

MINI-PROJET

20 Elektor 3/2003

Chaque mouvement d’une personne pro-voque une variation de luminosité. « L’œil »du circuit qui détecte ces variations n’estautre qu’un phototransistor ordinaire. Ilréagit à la plus infime fluctuation de lumino-sité. Il n’est même pas indispensable que lecapteur soit directement balayé par uneombre : il suffit que quelqu’un occulte une

faible partie du ciel. La sensibilitédu capteur est ajustée par un poten-tiomètre trimmer.L’appareil peut fonctionner à desvaleurs de luminosité très diffé-rentes. Un circuit de régulation àcaractère logarithmique permet dereconnaître efficacement un certain

pourcentage de variation lumineusedans n’importe quelle partie de laplage. Le circuit fonctionne doncaussi dans un local fermé et obscur.Les variations lentes de la luminositésont éliminées par la régulation,mais tout changement brusquecause une alarme acoustique. Lerayonnement solaire direct nuit à lasensibilité. La lumière réfléchie estplus appropriée, car elle est consti-tuée de tous les rayons lumineuxréfléchis par les objets environnants.Le choix des composants n’a rien detrès critique. T1 représente n’importequel phototransistor. La liste depièces indique un BC547B pour T2,mais il est aussi possible de se servirde transistors NPN similaires commeBC548, BC549 ou BC550. Il faut toute-fois que l’amplification de courant nesoit pas trop faible. Tenir compte, parconséquent, de la lettre distinctiveindiquant le groupe d’amplificationde courant qui suit le numéro du type.Éviter si possible les types A, donnerla préférence aux types B ou C.Les amplificateurs opérationnels(IC1.A, IC1.B) peuvent être rempla-cés eux aussi par d’autres amplifica-teurs opérationnels doubles, parexemple un TL272 ou TL082.Il est indispensable que les LEDsoient à faible consommation. Ils’agit de LED « low current » qui

Détecteur de présence optique passifRéagit aux variations de luminosité

Projet : Burkhard Kainka

Les détecteurs conventionnels de mouvement ou de présence sont baséssur des capteurs à infrarouge réagissant au rayonnement thermique ducorps humain. Une méthode plus simple consiste à évaluer les fluctuationsde la lumière ambiante.

MINI-PROJET

213/2003 Elektor

atteignent déjà la luminosité indiquée dansla fiche de données (valeur caractéristique)pour un courant de 2 mA. Les LED conven-tionnelles (plus anciennes) sont bien plusgourmandes ; la valeur caractéristique de laluminosité de ces LED « normales » estatteinte à 10 mA ou même 20 mA. Au vu decela, rien de surprenant à ce que les LED «low current » se soient largement imposées.Il faut aussi que le vibreur soit un modèle àcourant continu (anglais : DC-buzzer) conçupour une tension de 5 V. Les 9 V de la pilemonobloc sont déjà réduits de 1 à 2 V à lasortie de l’amplificateur opérationnel IC1.B.N’oublions pas non plus que la LED D2, quis’allume lorsque l’amplificateur opérationnel

C1

1µ16V

C6

100µ16V

C5

100µ16V

C2

10µ16V

C4

10µ63V

T2

BC547B

R1

10k

R5

4k7

6

5

7IC1.B

2

3

1IC1.A

BP103

T1

R6

10k

R3

1k

R4

470k

R2

47

0k

D1

C3

100µ16V

10k

P1

D2

BZ1

5V DC

+9V

IC1

8

4

IC1 = LM385

010127 - 11

S18V5 9V

1V9

2V2

1V9

1V9

0V55

0V6

Figure 2. La sérigraphie de l’implantation des composants du détecteur de présence sur la carte facilite le montage.

010127-1(C) ELEKTOR

BZ1

C1C2

C3

C4 C5

C6

D1 D2

H1

H2

H3

H4

IC1

P1

R1

R2

R3

R4

R5

R6T1

T2

S1010127

0

+

010127-1(C) ELEKTOR

Comment ça fonctionne :Le circuit est basé sur 2 amplificateurs opérationnels (Opamps)dans le même boîtier. Le premier étage (IC1.A) forme un circuitde régulation. Plus la tension de sortie dépasse environ 0,6 V etplus le transistor T2 conduit fortement. Il se comporte donccomme une charge variable pour le phototransistor T1. Plus laluminosité augmente et plus l’intensité du courant passant par lephototransistor augmente. T1 ouvre donc davantage le circuit, desorte que la tension à la sortie de l’amplificateur opérationnelchange à peine. Cela permet au circuit de fonctionner dans uneplage de luminosité très étendue.

La caractéristique d’entrée d’un transistor est fortement expo-nentielle sur des plages très étendues. Une augmentation de latension de base d’environ 20 mV conduit à une valeur double ducourant collecteur. Dans le cas de ce circuit, cela signifie inverse-ment qu’une luminosité double augmente toujours la tension desortie de IC1A d’environ 20 mV. Si la luminosité ne varie que de10 % environ, la tension de sortie ne varie que de quelques milli-volts, quelle que soit la position de cette variation dans la plage deluminosité.

Le deuxième étage de l’amplificateur du capteur est couplé parl’intermédiaire d’un filtre passe-haut/passe-bas. La tension de sor-tie de IC1.B au repos, c’est-à-dire à luminosité constante, estd’environ 1,9 V. Seules les variations de la tension d’entrée sontfortement amplifiées. Les variations très rapides, par exemple lescintillement 100 Hz de la lumière artificielle, sont éliminées parle filtre passe-bas R3/C2. Le filtre passe-haut C3/P1 est chargépar contre d’atténuer les variations très lentes. Ni la nébulosité,aussi variable soit-elle, ni tous les « feux du crépuscule » ne pro-voqueront de réaction. Le circuit est par contre très sensible dansla plage des fréquences intermédiaires (de 0,1 H à 10 Hz). Ilréagit donc aux réactions normalement rapides d’une personne.P1 permet de varier l’amplification et, donc, la sensibilité.IC1B est un amplificateur inverseur. Une diminution subite de laluminosité cause donc une augmentation de tension à la sortie. Levibreur émet un son dès que la tension à ses bornes dépasse0,5 V, ce qui correspond à environ 2,5 V en tout. C’est la cause duson bref qu’on entend lors de chaque mise hors circuit. Le cou-rant qui passe au même instant par la diode D2 produit quelqueséclairs lumineux. La première LED (D1), quant à elle, sert à lafois d’indicateur de marche et de stabilisateur d’une tension auxi-liaire d’environ 1,9 V.

Figure 1. Le circuit de régulation T2 s’adapteautomatiquement à la luminosité ambiante.

excite le vibreur, est placée en série aveccelui-ci et cause une chute de tension sup-plémentaire (environ 2 V).Le circuit n’exige rien d’impossible de la pile.Bien que la LED D1 soit toujours allumée, ellene consomme que 2,5 mA environ au repos.Le courant consommé en cas d’alarme par levibreur et la deuxième diode luminescentefait monter le courant jusqu’à 10 mA environ.Si la carte a été montée correctement et si lapile n’est pas inversée, le vibreur émet unbref signal lorsque S1 est actionné ; les LEDs’allument, D2 brièvement, D1 en continu. SiD1 ne s’allume pas, il peut s’agir d’une inver-sion de polarité de la diode ou de la pile -oualors cette dernière est déchargée, ce dont onpeut bien entendu s’assurer par une simplemesure de tension…Le potentiomètre trimmer P1 permet d’ajus-ter la sensibilité du circuit : elle augmentequand on le tourne vers la droite. Lorsque lasensibilité est élevée, le clignotementpresque imperceptible des lampes fluores-centes (y compris les types à basse consom-mation) est aussi détecté et amplifié. Cesignal de 100 Hz (ronflement) dû au courant

alternatif perturbe bien entendu lecircuit et le vibreur ne cesse derésonner. Il faut alors diminuer suffi-samment la sensibilité pour que lecircuit ne réagisse plus à l’illumina-tion continue des lampes fluores-centes, mais uniquement aux fluc-

tuations de luminosité. Les valeursde la tension continue indiquéesdans le circuit sont celles d’un éclai-rage ambiant normal mesurées avecun multimètre numérique (10mégohms de résistance d’entrée).

((010127)

MINI-PROJET

22 Elektor 3/2003

Liste des composants

Résistances :R1,R6 = 10 kΩR2,R4 = 470 kΩR3 = 1 kΩR5 = 4kΩ7P1 = ajustable 10 kΩ

Condensateurs :C1 = 1 µF/16 V radialC2, C4 = 10 µF/16 V radialC3,C5,C6 = 100 µF/16 V radial

Semi-conducteurs :D1 = LED verte à faible courantD2 = LED rouge à faible courant

T1 = BP103T2 = BC547BIC1 = LM358 P

(National Semiconductor)

Divers :S1 = interrupteur unipolaire à contact

travailBZ1 = résonateur piézo à courant

continu (5 V)Pile compacte 9 V avec connecteur à

pressionpetit boîtier avec compartiment pile

101 mm x 60 mm x 26 mm

INFORMATIONS

24 Elektor 3/2003

Les réseaux neuraux à rétro-propagation (RP)sont la quintessence des réseaux neuraux.Sans doute quatre-vingt pour cent des réseauxsont-ils de ce type. En réalité, la rétro-propa-gation est une méthode d’apprentissage, plu-tôt qu’une structure de réseau proprement dite.Le réseau RP fonctionne de la même façonque ceux que nous avons évoqués dans lapremière partie – vous présentez les entrées etcalculez la sortie exactement comme décrit.La rétro-propagation vous permet en plus dechanger les poids, de façon à éduquer leréseau pour qu’il apprenne à vous donner lasortie que vous désirez. Les poids avec les-quels le réseau démarre sont simplementfixés comme de petits nombres au hasard(disons entre –1 et +1).

Que peut faire un réseau RP ?La retro-propagation est une excellenteméthode de reconnaissance de formessimples et de mises en correspondance. Ilapprend par l’exemple.Pour donner un exemple d’application type,on peut apprendre à un réseau RP la recon-naissance de caractères. La seule chose àfaire est de lui fournir des exemples de carac-tères et de sorties correspondantes atten-dues, il fera son apprentissage à partir deceux-ci, cf. figure 1.L’algorithme fonctionne en calculant uneerreur – qui correspond au montant de la dif-férence avec une valeur idéale (que vous avezchoisie, appelée la cible) –, et en modifiant lespoids pour minimiser cette erreur. Une fois leréseau éduqué, il donnera la bonne réponselorsqu’un caractère est présenté, même si lecaractère est tordu, incomplet ou noyé dansle bruit. Dans ce dernier cas, puisque la cibledispose de deux bits, il faut deux neurones àla sortie (un pour chaque bit). Chaque entréeet sa cible associée est appelée une paired’apprentissage.

A quoi ressemble un réseau RP ?La figure 2 présente un réseau RPutilisé pour la reconnaissance desformes. On se demande habituellementquelle doit être la taille du réseau ?On peut voir sur la figure 2 que lenombre d’entrées est déterminé parla forme que nous essayons dereconnaître. Si elle comporte quatrepixels, il doit y avoir quatre entrées.De même, le nombre de neurones desortie est fixé par le nombre deformes que nous voulons recon-naître. Si on a neuf formes, on peutsoit utiliser trois neurones de sortieet coder leurs sorties en binaire, soiten utiliser neuf afin que, parexemple, lorsque la forme 2 apparaît,le neurone de sortie 2 affiche un « 1 »(et les autres un zéro).Il reste seulement à décider dunombre de neurones dans la couchecentrale cachée. Heureusement, lesréseaux sont relativement souplessur ce paramètre et peuvent fonc-tionner avec une grande plage deneurones dans la couche cachée ;bien que, plus le réseau a de formes

à reconnaître, plus on a besoin deneurones. Dans un réseau conçupour reconnaître les 26 lettres del’alphabet (26 neurones de sortie)dans un tableau de 5x7 (35 entrées),le réseau peut fonctionner avec unnombre situé n’importe où entre 6 et22 neurones. S’il y en a trop peu, leréseau n’aura pas assez de poidspour conserver toute l’information ;s’il yen a trop, il devient inefficace etsusceptible de manifester ce qu’onappelle le problème du minimumlocal (voir en fin d’article).

L’algorithme RPExaminons maintenant l’algorithmelui-même. Pour ce faire, nous allonsnous référer à trois neurones bapti-sés A, B et C dans la figure 3.Le poids à éduquer est celui placéentre le neurone A et le neurone B,appelé WAB dans le schéma. Ceschéma montre aussi un autre poids– WAC –, nous y reviendrons dans uninstant.L’algorithme fonctionne ainsi :1. D’abord, présentez les entrées auréseau et calculez ses sorties commedécrit le mois dernier dans la pre-

Pratique desréseaux neuraux (2)2ème partie : réseaux neuraux à rétro-propagationChris MacLeod et Grant Maxwell

Entrées

Objectifs(La sortie souhaitéepour chaque patron)

0 1 1 0 1 1

Pour ce patrond'entréespécifiquevers le réseaunous aimerionsavoircette sortie.

020324 - 2 - 11

Figure 1. Utilisation d’un réseau RP pour la reconnaissance d’images.

INFORMATIONS

253/2003 Elektor

expliqué en 2.6. Après avoir obtenu les erreurs pour lesneurones de la couche cachée, nous pouvonsrevenir à l’étape 3 et changer leurs poids.

Tout ceci peut introduire une légère confu-sion, aussi essayons un exemple complet, cf.figure 4.

1. Calculez les erreurs des neurones de sortie(S = Sortie)Erreurα = Sα (1 - Sα) (Cibleα – Sα) Erreurβ = Sβ (1 - Sβ) (Cibleβ – Sβ)

2. Changez les poids de la couche de sortieW+

Aα = WAα + ηErreurα SAW+

Aβ = WAβ + ηErreurβ SAW+

Bα = WBα + ηErreurα SBW+

Bβ = WBβ + ηErreurβ SBW+

Cα = WCα + ηErreurα SCW+

Cβ = WCβ + ηErreurβ SC

3. Calculez (par rétro-propagation) les erreursde la couche cachéeErreurA = SA (1 – SA) (ErreurαWAα +

ErreurβWAβ) ErreurB = SB (1 – SB) (ErreurαWBα +

ErreurβWBβ) ErreurC = SC (1 – SC) (ErreurαWCα +

ErreurβWCβ)

4. Changez les poids de la couche cachée (E= Entrée)W+λA = WλA + ηErreurA EλW+ΩA = WΩA + ηErreurAEΩW+λB = WλB + ηErreurB EλW+ΩB = WΩB + ηErreurBEΩW+λC = WλC + ηErreurCEλW+ΩC = WΩC + ηErreurCEΩ

La constante η (appelée le taux d’apprentis-sage, et nominalement égale à 1) sert à accé-lérer ou ralentir l’apprentissage si nécessaire.

Utiliser la RP pour éduquer un réseauMaintenant que nous avons vu l’algorithmeen détail, voyons comment l’utiliser. L’une deserreurs les plus courantes lorsqu’on pro-gramme un réseau RP pour la première foisréside dans l’ordre dans lequel on présenteles formes au réseau. Prenons un exemple.Supposons que vous vouliez apprendre auréseau à reconnaître les premières lettres del’alphabet, placées sur un tableau 5x7.La bonne méthode pour éduquer le réseau estde présenter la première lettre, et de changertous les poids du réseau une seule fois (c’est-à-dire faire tous les calculs de la figure 4 uneseule fois). Puis vous présentez la deuxième

mière partie (c’est la passe en avant).2. Puis calculez l’erreur de sortie duneurone B. Cette erreur est simple :telle entrée, telle sortie. Ce que vousvoulez est votre cible et ce que vousobtenez est votre sortie. Mathémati-quement :ErreurB = SortieB * (1 – SortieB) *(CibleB – SortieB)

Le facteur SortieB * (1 – SortieB) cor-respond à l’effet de la fonction sig-moïdale – si nous utilisions simple-ment un seuil binaire, nous l’omet-trions.

3. Changez le poids. Soit W+AB le

nouveau poids (éduqué) et WAB lepoids d’origine (non éduqué) :

W+AB = WAB + (ErreurB * SortieA)

Notez que nous utilisons l’erreur dusecond neurone (B), mais la sortie duneurone d’alimentation.4. Changez tous les autres poids dela couche de sortie de cette façon.5. Pour changer les poids de lacouche cachée, il vous faut calculerune erreur pour les neurones cachés.On fait ceci en rétro-propageant enarrière les erreurs du neurone de sor-tie. Par exemple, supposons quenous voulions calculer l’erreur pourle neurone A. Nous utilisons leserreurs calculées pour tous les neu-rones de sortie qui lui sont attachés,ici B et C, et les propageons enarrière – d’où le nom de l’algorithme.

ErreurA = SortieA * (1 – SortieA) *(ErreurB * WAB + ErreurC * WAC)

A nouveau, le facteur SortieA * (1 –SortieA) correspond au but poursuivi

A B

C

WAB

WAC

020324 - 2 - 13

0

01

1

Entrée 1Nous aimerionsque ce neuronenous donne un« 0 » en sortie.

Nous aimerionsque ce neuronenous donne un« 1 » en sortie.

Cibles

Entrée 2

Entrée 3

Entrée 4

020324 - 2 - 12

Figure 2. Un réseau câblé pour la reconnaissance de formes.

Figure 3. Trois neurones appartenantà un plus grand réseau.

Figure 4. Tous les calculs pour une passe arrière complète dans un réseau.

Entrées Couche cachée Sorties

A

B

C

Ω

λ

α

β

WAα

WAβ

WBα

WBβ

WCαWCβ

WΩA

WλA

WΩB

WλB

WΩC

WλC

020324 - 2 - 14

lettre et recommencez, puis la troisième etfinalement la quatrième. Après avoir par-couru tout ce cycle une fois, vous recommen-cez avec la forme 1. La figure 5 en présentele principe.Nous arrêtons le réseau une fois l’erreurtotale suffisamment basse – c’est-à-direlorsque la somme des erreurs (l’erreur posi-tive de chaque neurone, additionnée pourchaque forme) se situe au-dessous d’un cer-tain seuil. Ce seuil est généralement fixé arbi-trairement par l’utilisateur à un petit nombre,comme 0,1. Dans l’exemple ci-dessus, l’erreurtotale du réseau serait :

(Erreurs de tous les neurones pour la forme1) + (Erreurs pour la forme 2) + (Erreurspour la forme 3) + (Erreurs pour la forme 4)

Avant de procéder ainsi, il faut rendre toutesles erreurs positives – on peut y arriver en lesélevant au carré.Le processus d’apprentissage est montrédans l’algorithme ci-dessous :

1. Présenter la première forme, faire unepasse avant, faire une passe arrière ;2. Présenter la deuxième forme, faire unepasse avant, faire une passe arrière ;3. Présenter la troisième forme, faire unepasse avant, faire une passe arrière ;4. Présenter la quatrième forme, faire unepasse avant, faire une passe arrière ;5. Tester : l’erreur totale est-elle suffisam-ment basse ? Si oui, aller à 7 ;6. Aller à 1 ;7. Stop, le réseau s’est éduqué.

Une erreur courante consiste à dérouler leprogramme à partir de la première forme jus-qu’à ce que l’erreur soit faible, ensuite à par-tir de la deuxième forme puis de la troisième.Si vous procédez ainsi, le réseau ne s’éduquequ’à partir de la dernière forme que vous luiprésentez.Une fois le réseau éduqué, vous pouvez pré-senter n’importe laquelle des formes (pré-sentez-la et procédez à une passe avant avecles poids éduqués) et il devrait la reconnaître.On peut alors utiliser le réseau pour la recon-naissance de formes d’un système réel.Une façon encore plus précise d’éduquer leréseau est d’utiliser une batterie d’apprentis-sage. Elle est similaire à la batterie desformes avec lesquelles vous éduquez leréseau – mais avec du bruit ou d’autresimperfections en plus. Après l’utilisation dela batterie d’apprentissage, la batterie devalidation est déroulée à travers le réseaupour vérifier sa performance (on n’utilise pasla batterie de validation pour changer lespoids du réseau). Une fois que le réseau est

complètement éduqué, la batterie devalidation et la batterie d’apprentis-sage donneront toutes les deux defaibles erreurs. Si vous éduquez trople réseau, l’erreur issue de la batte-rie de validation augmente, commeindiqué dans la figure 6.

Les algorithmes programmésDans la première partie, nous avonsévoqué les diverses manières de pro-grammer le réseau. Une de celle-ciconsistait à conserver les poids dans

un tableau à trois dimensions, avecdes index indiquant le numéro de lacouche, le numéro du neurone et lenuméro de la connexion. Un algo-rithme adéquat pour une passearrière de rétro-propagation dans untel réseau pourrait être :

1. Initialiser à zéro tous les poids nonutilisés, les cibles, les erreurs et lessorties ;2. Calculer les erreurs de sortie, cf. laliste imprimée 1, première partie ;3. Changer les poids, cf. la listeimprimée 1, deuxième partie ;

INFORMATIONS

26 Elektor 3/2003

Figure 5. Comment un réseau apprend à reconnaître quatre formes.

Appliquercette lettreen premier.

Calculer l'erreur etmodifier une fois tousles poids du réseau.

Appliquercette lettre

ensuite.

Remodifiertous

les poids.

Appliquercette lettre

en troisième.

Modifierles poids.

Pour finir,appliquer

cette lettre.

Modifierles poids et

reprendre en A.

020324 - 2 - 15

Listage 1FOR x = first_output_neuron TO final_output_neuron_numberE(output_layer, x) = O(output_layer, x) * (1 -

O(output_layer, x) * (T(output_layer, x) -O(output_layer, x))NEXT x

FOR L = number_of_layers TO 1 STEP –1FOR n = 1 TO max_number_of_neuronsFOR c = 1 TO max_number_of_weightsW(L, n, c) = W(L, n, c) + E(L + 1, n) * O(L, c)

NEXT cNEXT n

FOR n = 1 TO maximum_number_of_neuronsFOR c = 1 TO max_number_of_weightsE(L, n) = E(L, n) + E(L + 1, c) * W(L, c, n)

NEXT cE(L, n) = E(L, n) * O(L, n) * (1 - O(L, n))

NEXT n

NEXT L

formes doivent être « pré-traitées » avantd’être présentées au réseau.Ces réseaux doivent donc fonctionner dansun environnement maîtrisé, ce qui signifieque des applications comme la reconnais-sance optique de caractères (OCR, OpticalCharacter Recognition) sont plus appropriées.Ils ont des difficultés à s’appliquer à la com-plexité et le désordre du monde réel.Incidemment, le cerveau humain résout ceproblème en identifiant d’abord des « traitsdistinctifs » dans une image, par exempledes lignes horizontales ou verticales, et en lesintégrant progressivement dans une imageglobale structurée par couches successives.Ainsi, si vous pouvez identifier une ligne hori-zontale en haut d’une image et une ligne ver-ticale en son milieu, vous intégrez cela pourtrouver la lettre T. Cette méthode est plustolérante parce que ces traits distinctifs (lesdeux lignes) sont toujours présents dans le T,quel que soit son emplacement dans l’imageou sa taille.Lorsque vous faites fonctionner votre réseau,vous pouvez rencontrer des obstacles à sonapprentissage. La plus courante s’appelle le« minimum local ». Elle se manifeste parceque l’algorithme suit toujours l’erreur pardécroissance (il ne peut pas provoquer dechangement de poids qui augmenterait l’er-reur). Mais parfois, au sein d’une tendancedécroissante, l’erreur doit s’accroître (commele montre la figure 7). Dans ce cas, l’appren-tissage se bloque et les poids ne peuvents’extraire du minimum atteint localement.

Ce problème n’affecte pas réellement lespetits réseaux, mais devient un obstaclelorsque la taille du réseau augmente. Unesolution consiste à ajouter une « inertie » auréseau, en autorisant le changement depoids à continuer pendant un certain tempsdans une direction particulière, de la façonsuivante :

Nouveau poids = ancien poids + change-ment de poids + changement de poids issude l’itération précédente

Cependant, pour résoudre de manière plussimple ce problème (et bien d’autres affectantl’apprentissage), on peut simplement sur-veiller le processus d’apprentissage duréseau et, s’il « se bloque » (ne diminue pasdurant un certain temps), ré-initialiser lespoids d’origine à différentes valeurs prises auhasard et relancer l’apprentissage.Dans la suite de ce cours le mois prochain,nous examinerons les réseaux disposant deconnexions récurrentes, y compris le fameuxréseau « Hopfield ».

(020324-2)

4. Calculer l’erreur des couchescachées, cf. la liste imprimée 1, troi-sième partie.

Où, en plus des variables expliquéesdans la première partie de ce cours,E(L,n) et T(L,n) sont les erreurs et lescibles respectivement de la coucheL et du neurone n.

Assembler le toutMaintenant que nous disposons d’al-gorithmes pour à la fois la passeavant et la passe arrière du réseau,nous pouvons les assembler en untout cohérent. Voici une suggestionmontrant comment y arriver :1. Déterminer les entrées et lescibles pour le réseau (soit dans unfichier, soit dans un tableau);2. Fixer les poids au hasard ;3. Présenter la première forme, cal-culer la sortie du réseau (passeavant) et l’erreur, changer les poidsà partir de l’erreur (passe arrière) –une seule fois. prendre note de l’er-reur ;4. Procéder de même pour ladeuxième forme. Cumuler l’erreuravec la valeur correspondant à lapremière forme ;5. Répéter l’opération pour toutes lesformes suivantes, continuer à cumu-

ler les erreurs ;6. Si l’erreur est trop grande (réseaunon encore éduqué), annuler lecumul et retourner à l’étape 3, sinonaller à l’étape 7 ;7. Le réseau est éduqué et prêt àl’utilisation, l’utiliser tel quel ou enre-gistrer les poids éduqués dans unfichier pour usage ultérieur.

Problèmes et ajoutsBien que la rétro-propagation soit unalgorithme simple et très utile, ilcomporte quelques problèmes etquelques limitations. Commençonspar les limitations.La rétro-propagation est excellentepour le genre de reconnaissances deformes simples et de mises en cor-respondance présentées ci-dessus etdans le premier article. Toutefois,elle ne fonctionne bien que si l’imageà reconnaître est de la bonne taille etsituée dans une position centrale dutableau. Elle n’est pas très efficacepour, disons, reconnaître un visagedans une foule – sauf si l’on peut pla-cer le visage au centre ou faire ensorte que le réseau « balaie »l’image jusqu’à tomber sur le visage(et même dans ce cas il faut faire ensorte que le visage ait bien la bonnedimension). Autrement dit, bien des

INFORMATIONS

273/2003 Elektor

Figure 6. Utilisation d’une batterie de validation.

Erreurdu

réseau

Poids

Erreur mesuréeen cours

d'entraînement

Erreur mesuréeen cours

de validation

Réseauentraîné

020324 - 2 - 16

Figure 7. Minimum local.

Erreurdu

réseau

Minima locaux

Poids

Minimum global -erreur la plus faible(la valeur de poids

que l'on veut obtenir)

020324 - 2 - 17

APPLIKATOR

28 Elektor 3/2003

La durée de vie des moteurs DC sans balaisest considérablement plus élevée que celledes moteurs à courant continu équipés debalais et d’un collecteur. Pour commandercorrectement un moteur BLDC, il faut toute-fois disposer d’une électronique passable-ment compliquée comportant des détecteursde Hall qui déterminent la position du rotor.L’électronique de commande présentée ici seréduit à 2 circuits intégrés et se passe dedétecteurs de Hall. Le premier circuit intégréengendre les signaux de phase corrects pourle deuxième, une commande de puissance tri-

phasée. La position instantanée durotor est obtenue en évaluant la forceélectromotrice.La platine sur laquelle se trouvetoute l’électronique ne mesure que 35mm de diamètre et 4,15 mm de haut.La commande de puissance à MOS-FET canal N et canal P est conçuesous forme de circuit demi-pont.Grâce à la faible résistance RDSon destransistors MOSFET, on atteint unrendement de 85 % à 97 % selon letype de moteur et la tension d’ali-mentation. La méthode de com-mande sans balais amène aussi uneréduction des perturbations CEM.

Moteur BLDCLa figure 1 représente la coupe d’unmoteur sans balais. Le boîtier (sta-tor) contient les enroulements isolésdes 3 ou 4 sections de bobine.Celles-ci entourent le rotor, constituépar deux ou plusieurs aimants per-manents, dont elles sont séparéespar un entrefer. Le champ électro-magnétique tournant n’est plus créépar des balais mais par l’électro-nique qui alimente successivement

les enroulements. Finies donc l’usuredue aux étincelles des balais et aufrottement, ainsi que les pertes cau-sées par la commutation électromé-canique des moteurs DC à collecteur.En outre, le stator des moteurs BLDCmodernes est fait d’un mélange spé-cial de ferrite doux qui permet deminimiser les pertes par hystérésis àhaut régime.

Commutation électroniqueDans les circuits de commutationusuels de moteurs BLDC, des géné-rateurs de Hall fournissent lessignaux logiques nécessaires pourcommander les bobines. Trois géné-rateurs de Hall placés dans le boîtierdu moteur (stator), à proximité desaimants du rotor indiquent la posi-tion de ces derniers ; ils doivent êtredécalés de 120 degrés exactementpour détecter le champ magnétiqueinduit. Les signaux des générateursde Hall sont envoyés aux bobines dumoteur par l’intermédiaire deconvertisseurs de niveau et d’ampli-ficateurs de puissance.Le circuit de la figure 2 peut fonc-

Circuit de commutationtriphasée pour moteur BLDCCommande simple de moteurs DC sans balaisRené Merz Magnetron Labs – www.magnetron.ch

Lorsque le positionnement n’est pas critique, il est possible decommander les moteurs DC sans balais à l’aide d’une électronique simplequi capte la force électromotrice du moteur pour déterminer la position.

APPLIKATOR est une rubrique servant à la description de composants intéressants récents et de leurs applications; parconséquent, leur disponibilité n'est pas garantie. Le contenu de cette rubrique est basé sur les informations fournies par lesfabricants et les importateurs, ne reposant pas nécessairement sur les expériences pratiques de la Rédaction.

APPLIKATOR

293/2003 Elektor

des résistances de 1 kΩ supplémentaires.Le rotor du moteur BLDC se trouve encore enposition de repos lorsque la tension d’ali-mentation est appliquée et ne produit doncpas de force électromotrice. Un oscillateur dedémarrage produit une brève séquence derotation qui lance le moteur dans un sens derotation déterminé. Le moteur effectuerapeut-être quelques oscillations avant que lescomparateurs de force électromotrice-assu-rent la commande du champ tournant par lalogique de commutation. C’est la raison pour

tionner sans générateurs de Hallquand le rendement du moteur estplus important que son positionne-ment (ventilateurs, pompes, entraî-nements). Ce circuit peut être aussiutilisé dans les modèles réduitsd’avions, les bicyclettes électriqueset les entraînements de robots. Le circuit interne de la puce PhilipsTDA5142T utilisée comme détecteuret contrôleur de commutation estreproduit dans la figure 3. La force

électromotrice des enroulements enétoile du moteur est appliquée auxentrées du comparateur (broches 19à 21) par les résistances R2 à R4.Le neutre des enroulements en étoiledu moteur est appliqué à la broche22 des entrées communes du com-parateur par la résistance R1. Il estbien entendu possible de raccorderaussi un moteur à enroulement entriangle en créant artificiellement unneutre d’enroulement en étoile avec

Figure 1. Le diamètre de ce moteur à commutation électronique ne dépasse pas 6 mm.

Q1

Q2

1

14

15

2

12

7

5

10

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

11

16

Phase A

Q3

Q4

4

131234

0

Phase B

Star

Star 0

+Vmot

X2

Q5

Q6

8

9

63

Phase C

MoteurEC

+Vmot

GND

Brake

Clock

R1

020185 - 11

330ΩR2

1k R3

1k R4

1k

NDM 3000

TDA 5142Philips

4321

X1

Molex 4 contacts

C6100nF

C110µF

C210nF

C2

10nF

C5

10nF

C4

100nF

Figure 2. Cette commande de moteur BLDC ne comporte que 2 circuits intégrés et pas de détecteurs de Hall.

Caractéristiques – Plage de tension d’alimentation

3 à 18 VDC– Peut fournir 2 A par phase en continu– Pour moteurs à enroulements triangle ou

en étoile– Un moteur EC tourne plus silencieuse-

ment en raison de la forme trapézoïdaledes signaux de commande

– Entrée de freinage (Brake) bloque toutesles sorties

– Sortie d’impulsion Clock pour boucle fer-mée (Closed Loop, PLL externe)

– Faible coût, économie de 3 capteurs àeffet de Hall et de l’aimant de commandeau niveau du moteur

– Rendement : 85 à 97%

laquelle il est possible d’ajuster plus finementla position de la phase d’activation en fonc-tion de la vitesse instantanée du rotor.Les condensateurs (C2/C3) connectés auxbroches 12/13 ajustent la plage du délai decommutation auto-ajustable en fonction durégime (nombre de tours), du type de moteuret de la charge. Le condensateur C4 de100 nF raccordé à la broche 14 définit la fré-quence de mise en marche. Le condensateurC5 raccordé à la broche 15 influence aussiles temps de l’électronique de commutation.L’amplificateur interne de transconductance(connexions 16 à 18), superflu, n’est pasraccordé.

MOSFET petits mais balèzes Chacun des signaux triphasés engendrés parle TDA5142, qui subit un déphasage de120 degrés, est envoyé par une des sorties 1-2, 4-5 et 23-24 à un transistor de commande(driver) MOSFET complémentaire NDM3000(figure 4) de Fairchild Semiconductor. Ce cir-cuit de commande peut traiter comme en sejouant des courants moteur de 2 A. Lesdiodes de protection nécessaires sont déjàintégrées. Le concept du circuit démontre qu’il n’est pasindispensable que des MOSFET canal Nsoient utilisés dans le canal P pour Q1, Q3 etQ5. Un circuit bootstrap supplémentaire ali-mentant les grilles des MOSFET canal Nsupérieurs à une tension plus élevée estsuperflu. L’étage final devient donc à la foisplus simple et plus fiable.En outre, cette combinaison de circuits inté-grés fonctionne même avec une tension defonctionnement très basse – à partir de 3,5 V– et peut certainement faire démarrer unmoteur dans ces conditions. Les modèlesréduits d’avions à énergie solaire, les pompessolaires et les appareils sur piles en généraldevraient donc constituer des applicationsparticulièrement intéressantes. PlusieursNDM3000 branchés en parallèle permettentde desservir des entraînements plus gour-mands en courant (à partir de 2 A par phase).

Entrée de freinage (Brake)Il ne faut pas faire appel à la fonction de frei-nage intégrée au-delà d’un certain régime. Sil’entrée freinage (broche 8) est mise à lamasse ou connectée à une tension d’entrée<2,3 V, les 3 MOSFET inférieurs conduisentsimultanément, freinant l’arbre du moteur.Mais si le nombre de tours ou le momentd’inertie lors du freinage dépasse un seuil cri-tique, l’étage final NDM3000 subira un sur-échauffement fatal. La valeur la plus élevéedu nombre de tours admise pour un moment

d’inertie donné dépend de la résis-tance des enroulements du moteur.L’effet de génératrice lors du freinagepeut faire atteindre des valeurs trop

élevées à la tension du moteur ; lecâble entre l’alimentation et la com-mande doit donc être suffisammentépais et court.

APPLIKATOR

30 Elektor 3/2003

15Q1

1,16

2Q2

12

Q3

4, 13

5

Q4

10

11, 14

Q5

8, 9

7

3, 8

Q6

Canal-P

Canal-N

020185 - 14

Figure 3. Structure interne du contrôleur BLDC TDA1542T.

Figure 4. Étage final MOSFET complémentaire triphasé.

Valeurs maximalesSymbole Paramètre Valeur Unité

VSupply Tension d’alimentation maximale 18,00 VIMot Courant de moteur (en continu) 2,00 APD Dissipation maximale (driver) 1,70 WRSupplymin Résistance interne minimale de l’alimentation 3,00 ΩTJ Plage de température de service 0...60 °C

Le courant permanent de l’étage final MOS-FET ne doit pas dépasser 2 A/phase. Lapuce atteint la température finale de 75 °C àtempérature ambiante Tamb = 23 °C (élé-vation de température de 52 °C). Il fautadapter la tension de fonctionnement desmoteurs BLDC dont la résistance de phasen’atteint pas 1,8 W (L de la phase =0,3 mH) pour qu’ils ne détruisent pas l’élec-tronique lors d’un démarrage en charge. Enrégime de test, la commande peut être miseen marche avec une tension de fonctionne-ment plus faible.

(020185)

Limites

La limite supérieure du nombre detours d’un moteur BLDC est propor-tionnelle à la tension d’alimentationdu circuit de commande. Laconnexion 2 de la platine permet deprélever la valeur réelle de la fré-quence de commutation pour larégulation de vitesse.

L’électronique présentée ici ne per-met de changer le sens de rotationde l’arbre du moteur qu’au moyend’un inverseur de polarité externeou d’un relais. Il ne faut toutefoisjamais inverser brusquement le sensde rotation à pleine charge et

mentation ou mettre l’entrée frei-nage à la masse. On peut inversersans danger le sens de rotationaprès quelques 100 ms.

APPLIKATOR

313/2003 Elektor

Figure 5. Dessin des pistes et sérigraphie de laplatine ronde.

Liste des composants

Résistances :R1 = 330 Ω (CMS 1206)R2 à R4 = 1 kΩ (CMS 1206)

Condensateurs :C1 = 10 µF/25 V (CMS tantale)C2,C3,C5 = 10 nF/63 V

céramique (CMS 1206)C4,C6 = 100 nF/63 V céramique

(CMS 1206)

Semi-conducteurs :U1 = TDA5142T (Philips,

SOIC24)U2 = NDM3000 (Fairchild,

SOIC16)

BrochageBroche Entrées/Sorties FonctionX2-1 Moteur Phase A Sortie de driver, 2 AX2-2 Moteur Phase B Sortie de driver, 2 AX2-3 Moteur Phase C Sortie de driver, 2 AX2-4 Étoile-0 Connexion d’étoileX1-4 GND (masse) Alimentation 0 VX1-3 Alimentation Tension d’alimentation, 3,5 à 18 VDCX1-2 Frein d’entrée Niveau bas (L) : pas de courant de moteurX1-1 Signal rectangulaire Commande de la vitesse par

de sortie électronique externe (PLL)

Sens de rotation Connexion

à droite(CW = Clockwise)

Broche A à MA

Broche B à MB

Broche C à MC

à gauche(CCW = Counter-Clockwise)

Broche A à MB

Broche B à MA

Broche C à MCLiens & fiches de caractéristiques :Allegro MicroSystems, Inc., USA www.allegromicro.comAnalog Devices, Inc., USA www.analog.comAveox Brushless Motors, USA www.aveox.comMoteurs API-Portescap, CH www.danahermcg.comFairchild Semiconductor, USA www.fairchildsemi.comFaulhaber Motoren, RFA www.faulhaber.deHB Elektronik, RFA www.hb-motoren.deMagnetron Labs Merz, CH www.magnetron.chMaxon Motor, CH www.maxonmotor.comMicro Linear Inc., USA www.microlinear.comMitsubishi Semiconductors, USA www.mitsubishichips.comMinimotor SA, CH www.minimotor.chTexas Instruments, USA www.ti.comMoteurs Papst, RFA www.papst.dePhilips Semiconductors, NL www.philips.com

lorsque le nombre de tours est élevésous peine d’endommager l’étagefinal MOSFET. Il faut au contrairecouper tout d’abord la tension d’ali-

CIRCUITSdeLECTEURS

32 Elektor 3/2003

L’auteur de cette réalisation a testé,sur différents PC, un certain nombrede modèles de cartes-son courants;cela lui a permis de constater quebien que la plupart d’entre ellessoient dotées de bons filtres anti-repliement (anti-aliasing) il n’en res-tait pas moins que la linéarité en fré-quence des entrées analogiques étaitloin d’être parfaite. Dans bien descas, cela était dû soit à la présenced’un petit condensateur à l’entréesoit à l’entrée en fonction trop tôtd’un filtre d’entrée numérique ou toutsimplement au fait que l’utilisateuravait, sans en être conscient,connecté à l’entrée un câble de mau-

Optimisation decarte-son pour PCÀ l’aide d’un filtre correctif

Rolf Badenhausen

La numérisation de supports de musique analogiques tels que disque vinyle etbande magnétique est devenue, grâce au PC, quasiment, un jeu d’enfant. Cesystème comporte dans la majorité des cas tous les ingrédients nécessairestels que carte-son entrée analogique, le logiciel adéquat et un graveur de CD.

Le montage décrit icipermet unelinéarisation del’entrée analogique dela carte-son pourobtenir la qualité deson la meilleurepossible.

C3

4µ7

R1

15k

R7

15k

2

3

1IC1.A

R6

3k9

R3

10k

R2

6k8

R5

10k

R8

10k

R9

3k9

R4

3k9

C2

12n C4

4µ72

3

1IC2.AC1

1µ

L

C13

4µ7

R11

15k

R17

15k

6

5

7IC1.B

R16

3k9

R13

10k

R12

6k8

R15

10k

R18

10k

R19

3k9

R14

3k9

C12

12n C14

4µ76

5

7IC2.BC11

1µ

R

L

R

LM78L06

IC3

IC4

LM79L06

R10

10Ω

R20

10Ω

C17

47µ 16V

C18

47µ 16V

+U

C9

10µ 16V

C5

10µ 16V

C10

100n

C6

100n

IC1

8

4

C15

10µ 16V

C7

10µ 16V

C16

100n

C8

100n

IC2

8

4

+6V

-U -6V

020184 - 11

IC1, IC2 = NE5532

Figure 1. L’électronique de correction prend la forme de 2 sections de filtrage dotéesd’étages à la fois tampons et d’amplification.

CIRCUITSdeLECTEURS

333/2003 Elektor

contrôler le niveau de sortie à différentes fré-quences. Connecter le générateur à l’entréede la carte-son à tester, en le réglant à unetension de sortie n’entraînant pas une sursa-

vaise qualité de quelque 3 m de longà la capacité bien trop importante.

Circuit correctifL’électronique dont la figure 1 donnele schéma permet de corrigerd’éventuelles dérives négatives auxdeux extrémités du domaine de fré-quence. Ce circuit se charge de «rehausser » les 2 extrémités de lacourbe de réponse en fréquenced’une valeur donnée précalculée. Lafigure 2 en donne un exemple.Le montage se compose de 2 filtrespassifs (à 2 points de coupure cha-cun) : le premier pour l’amplificationdes fréquences graves, le secondpour le relèvement des fréquencesaiguës. R1, C1, R2 et R3 constituentle premier filtre, le second l’étant parla triplette R4/C2/R5. En aval de cha-cun des filtres on trouve un étageassurant une fonction double detampon et d’amplificateur, IC1.A etIC2.A respectivement et destinéainsi à compenser l’atténuationintroduite par le filtre. Le concept ducanal droit est identique à cela prèsque la numérotation des composantsest celle de leur homologue du canalgauche augmenté de 10 (R11, C11,R12 et R13, R14, C2 et R15 respecti-vement).Le dimensionnement des résis-tances des étages-tampon estsimple :R6 = R2//R3, R7 = R1, R8 = R5 et R9= R4 (idem pour le canal droit : R16= R12//R13 etc.).Une paire de régulateurs de tensionintégrés des types 78L06 et 79L06associés à quelques condensateurs-tampon et de découplage assurentune alimentation stable.

Procédé de mesureAvant de pouvoir nous intéresser audimensionnement des composantsdu filtre il va nous falloir mesurer lesdérives de l’entrée analogique.Il est extrêmement rare que le fabri-cant d’une carte-son pour PC four-nisse les valeurs de mesure exactesdes entrées et sorties de celle-ci. Ilvous faudra partant effectuer vous-même ces mesures. Nous avonsbesoin pour ce faire d’un générateursinusoïdal précis battant une plagede fréquences allant de 10 Hz à 25kHz et d’un programme éditeur de

fichiers-son tel que Cool Edit parexemple. On pourra, le cas échéant,connecter un oscilloscope au géné-rateur sinusoïdal de manière à

Figure 2. Cette courbe visualise la courbe de fréquence relevée, la courbe de correction etla courbe résultante.

Figure 3. On pourra entrer dans ce fichier de tableur Excel les valeurs mesurées et adapterles composants du filtre. Les courbes correspondantes (figure 2) visualisent instantanémentle résultat.

turation de l’entrée (200 mV par exemple) et,à l’aide du logiciel, mesurer le niveau à diffé-rentes fréquences. Dans Cool Edit, cette pos-sibilité est offerte par un choix de « Record »et un coup d’oeil ensuite au niveau indiquépar les VU-mètres. Il est possible de définir laplage des VU-mètres par un clic sur le boutondroit de la souris.

DimensionnementL’auteur a créé un tableau en Excel pour lecalcul de la correction. On pourra rentrer dansla colonne B (v(o), cf. figure 3) les valeursmesurées. Le niveau relevé à 1 000 Hz sertde référence (0 dB). La colonne A donne lesfréquences auxquelles il faudra mesurer l’am-plitude. La colonne D montre la réponse duréseau de correction de la figure 1, la colonneC donnant la courbe de réponse en résultant.La colonne E donne en outre l’atténuationpar section de filtre (v(f)); les valeurs à 630 et1 000 Hz respectivement représentent l’at-ténuation que l’étage-tampon monté en avalse doit de compenser.Dans la partie droite du tableau Excel ontrouve les composants qui influent sur la fré-quence entre lesquels est intercalé un ampli-ficateur opérationnel tamponné amplifica-teur. On pourra y entrer les valeurs des com-posants du filtre, le tableur calculera

instantanément la courbe de correc-tion correspondante.Si on clique sur l’onglet « Diagram »en bas, on voit s’afficher à l’écran les3 courbes de fréquence : la caracté-ristique du filtre résultant desvaleurs indiquées, la courbe mesuréeà l’entrée et la courbe résultante des2 précédentes. Vous avez tout loisird’expérimenter au niveau des com-posants du filtre jusqu’à ce que vousayez la courbe résultante la plusdroite possible.Lors du lancement du tableau vousconstaterez qu’il comporte déjà uncertain nombre de valeurs de com-posants et qu’il visualise une courbede mesure donnée à titre d’exemple.Ces éléments peuvent être modifiés àloisir.Il est temps de voir quelques règlesde base pour le dimensionnement.R15 doit avoir une valeur minimum de15 kΩ, sachant que sinon la résis-tance de sortie de la source connectéeau système exerce une influence tropimportante sur le filtre. Le rapportentre R1 et R2//R3 détermine le fac-teur d’amplification des fréquencesgraves. Une augmentation de lavaleur de R1 se traduit par une accen-

tuation (augmentation du gain) desgraves. La taille de C1 exerce uneinfluence sur la fréquence à laquelle lacorrection entre en fonction. Uneréduction de C1 se traduit par unrehaussement de cette fréquence.Dans la section des aigus, le rapportentre R4 et R5 influe sur le facteurd’amplification des aigus, le conden-sateur C2 définissant la fréquenced’entrée en fonction haute. Une valeurplus élevée de C2 se traduit par unefréquence d’activation plus faible.Inutile de préciser bien entendu queles différents composants d’une sec-tion de filtrage s’interinfluencent.Vous aurez vite fait, en entrantquelques valeurs dans le tableurquelles en sont les conséquences.Si l’on a uniquement besoin d’unecorrection des aigus ou des graves,on pourra tout simplement ne pasmettre en place la section inutile etson étage tampon.Vous pourrez télécharger le fichierExcel depuis notre site Internet(www.elektor.fr) sous la dénomina-tion 020184-11 sous la rubriqueTELECHARGEMENTS dans le moisde publication de cet article.

(020184)

CIRCUITSdeLECTEURS

34 Elektor 3/2003

PC&AUDIO

38 Elektor 3/2003

En un mot comme en cent, la reproductiondes basses, c’est une affaire de dimensions.On peut toujours finasser, mais ce ne seramalgré tout qu’au détriment de la puissance,du rendement et de la pression sonore finale.Tous, nous voudrions qu’un petit haut-parleurde grave, dans un minuscule coffret, puisse

nous décoiffer au son de la guitarebasse ou du pédalier de l’orgue, jus-qu’à 30 ou 40 Hz. Mais la physiquene l’entend pas de cette oreille. Ellenous enseigne que pareil résultat nes’obtient qu’en déplaçant une grandequantité d’air, donc à l’aide d’une

grande membrane de haut-parleur etd’un volume d’ébénisterie adéquat.Le système actif décrit le mois passéutilisait un woofer de 13 cm et uneenceinte close dont la capacité «pulmonaire » ne dépassait pas 4litres. Vraiment une petite boîte donton ne peut pas attendre une repro-duction étendue dans le grave, sousles 100 Hz. Nous n’avons pas voulumettre en jeu une correction électro-nique plus énergique du spectreparce que nous disposions dès ledébut d’une solution bien plus effi-cace : un caisson de grave séparé,facile à dissimuler sous le bureau oula table de travail, capable d’élargird’une octave vers le bas le spectrereproduit par les deux enceintesminiatures.

Double bass reflexLors de la conception du caisson degrave, nous avons essayé de le faire« coller » au mieux aux enceintesactives déjà décrites : la qualitésans débordements sur le prix nil’embonpoint. Puisque notre idéeétait de le dissimuler sous le bureau,nous sommes partis des mensura-tions d’une petite tour pour PC. Celanous amenait à une contenance de50 litres tout au plus. L’étape sui-

Caisson de grave actifPour enceintes multimédia

A la technique : Ton Giesberts A la rédaction : Sjef van Rooij

C’est pareil pour toutes les petites enceintes, même actives et à deuxvoies, comme celles que nous avons publiées le mois dernier, leur rendudu grave fait un peu riquiqui. Rien de tel qu’un caisson de graves(subwoofer) compact comme celui-ci pour engendrer des bassesfougueuses. Et, de quoi faire plaisir aux novateurs, un filtre réglablepermettra de l’accorder au mieux à toutes sortes d’enceintes satellites.

PC&AUDIO

393/2003 Elektor

font appel à l’amplificateur opérationnel qua-druple (IC1) à excursion totale de sortie, leTS924IN. Le régulateur de tension IC3 luifournit une tension d’alimentation stabiliséede 8 V, avec R12 pour assurer une séparationentre la masse du signal et le zéro de l’ali-mentation, dans l’hypothèse où il faut pour-voir en énergie plusieurs canaux. Le qua-trième amplificateur opérationnel se voitderechef confier la constitution d’une massevirtuelle stable, exactement à mi-cheminentre les pôles d’alimentation.Le signal stéréophonique en provenance dupréamplificateur s’applique aux entrées L etR. Dans cette information stéréo, il n’y a pra-tiquement pas de composante inférieure à100 Hz, c’est pourquoi un caisson de graveest généralement monophonique, commecelui-ci, et l’on rassemble au préalable lessignaux des canaux gauche et droit à l’aided’un circuit élémentaire d’addition, c’est IC1a.Un sommateur simple est toujours inverseur,ce qui nous permet en outre, à l’aide duréglage de niveau d’entrée P1, de ramenersans risque le gain jusqu’à zéro. Il peut doncse brancher à n’importe que niveau de signal,même en sortie d’autres amplificateurs depuissance. Le condensateur C3 atténued’éventuels parasites à haute fréquence etlimite déjà la bande passante à environ 7 kHz.

vante, c’était de chercher un haut-parleur apte à produire des bassesacceptables dans pareil volume.Dans une forme aussi svelte, il fallaitdes haut-parleurs peu encombrants.En outre, ils devaient aussi être blin-dés, pour les approcher sans dom-mage d’un écran.Nos recherches nous ont conduits aumodèle W170SC de Visaton, unrobuste grave de 17 cm d’une puis-sance de 50 W qui présente une fré-quence de résonance à 36 Hz et undébattement de la membrane parti-culièrement grand, 20 mm. CeW170SC se trouve parfaitement àl’aise dans une enceinte à évent(bass reflex) de 25 litres, ce quil’amène à une reproduction desbasses étendue jusqu’à 45 Hz envi-ron. Comme un unique haut-parleurde 17 cm a du mal à déplacer unegrosse quantité d’air, nous en avonspris deux, pour former un genre dedouble caisson d’un volume total de50 litres.À l’instar des enceintes à deux voies,notre caisson sera actif, lui aussi,donc pourvu d’un filtre de séparationélectronique et d’un amplificateur

final. Question de garder autant quefaire se peut le caractère universeldu projet, nous avons rendu le filtreréglable entre 75 Hz et 145 Hz. Lecaisson pourra dès lors s’allier à pra-tiquement toute enceinte satellitecompacte. Et pour l’amplificateur depuissance, nous sommes partis ànouveau du même circuit intégréque dans la réalisation précédente,un double amplificateur en pont.Nous avons choisi des W170SC de4 Ω, donc l’amplificateur fournit unepuissance d’à peu près 20 W parwoofer.L’expérience nous a montré que ledomaine de fréquence ainsi que lapression sonore atteinte par le cais-son s’équilibraient harmonieuse-ment à la reproduction des petitsbaffles à deux voies.

Sommateuret filtre séparateurLa similitude avec le projet précé-dent saute aux yeux, à l’examen duschéma électronique de la figure 1,du fait de l’usage des mêmes puces.Ici aussi, l’étage d’entrée et le filtre

TDA7374

CLIPDET

PWGND

IC2

OUT1

STBY

OUT1

OUT2

OUT2

SGND

IN1

IN1

IN2

IN2

SVR

VCC VCC

12

11

13

15

14

10

1

3

4

6

5

7

9 8

2

R11

10

k

C10

100n

C6

150n

C5

15n

C9

47µ25V

C11

10µ63V

+16V

C8

47µ25V

C14

4700µ 25V

C12

4µ763V

W170SC

LS1

4 Ω

W170SC

LS2

4 Ω

13

12

14IC1.D

6

5

7IC1.B

2

3

1IC1.A

9

10

8IC1.C

JP1

R8

10K

R7

10K

C7

2µ2

R6

4k7

C4

330n

N.I.

INV

R5

4k7

C3

1n

C1

470n

R3

22k

R1

22

0k

C2

470n

R4

22k

R2

22

0k

L

R

P1-2/3

P2-3 P2-4/5

P2-1/2/6

R9

10

k

R10

10

k

+8V

7808

IC3

C13

100n

R13

0Ω1

R12

0Ω1

IC111

4

R14

2k

7

D1

POWER

P1-1

+16V

+8V16V

020054 - 2 - 11

IC1 = TS924IN

P2.A P2.B

4k7 lin.

22k log.

P24k7 lin.

P122k log.

123 45

6

123

Figure 1. De profondes similitudes avec le schéma du système actif à deux voies.

Le filtre de séparation consiste en unpasse-bas de type Butterworth du 2e

ordre. Il s’articule autour de IC1b etsa fréquence se règle par le poten-tiomètre stéréo P2. Si P2a et P2b setrouvent au minimum de résistance,le pôle se situe à peu près à 145 Hz.Tournés au maximum, le pôle des-cend aux environs de 75 Hz. Pourvenir à la rescousse des enceintesactives à deux voies, la fréquence de100 Hz est idéale, mais la plage aété élargie pour permettre une com-binaison avec d’autres satellites.Nous en avons fait l’expérience avecdifférents modèles, il s’adapte par-faitement, à condition de trouver lebon réglage de P1, le niveau, et deP2, pour la fréquence de transition.En prime, nous avons placé, à la sor-tie du filtre, un inverseur (IC1d) àbrancher en mettant le cavalier JP1en position haute. Selon la disposi-tion du caisson par rapport auxenceintes stéréophoniques, on peutconstater un certain raffinementdans la reproduction lorsque laphase du caisson est retournée.Signalons qu’en sortie de IC1d, lesignal est en phase avec l’entrée,puisque le sommateur IC1a est aussiun inverseur. Si vous souhaitez pou-voir encore commuter la phase après

PC&AUDIO

40 Elektor 3/2003

020054-2

C1

C2 C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9C10

C11

C12

C13

C14

D1H1 H2

H3 H4

IC1

IC2

IC3

JP1

LS

1

LS2

R1

R2

R3R4

R5

R6

R7R8

R9R10

R11

R12R

13R

14

- -

+ +

P1-1 P1-2/3

T

P2-3 P2-1/2/6

T

4/5

T

L

R

INV

N.I.

+0

020054-2

(C) ELEKTOR

0200

54-2

Figure 2. Pas la moindre place perdue sur cette platine !

Figure 3. Pour le caisson de grave, voici l’électronique au complet, radiateur inclus.

Liste des composants

Résistances :R1,R2 = 220 kΩR3,R4 = 22 kΩR5,R6 = 4kΩ7R7 à R11 = 10 kΩR12,R13 = 0,1 Ω/5 WR14 = 2kΩ7P1 = 22 kΩ log. monoP2 = 4kΩ7 lin. stéréo

Condensateurs :C1,C2 = 470 nFC3 = 1 nF au pas de 5 mmC4 = 330 nF au pas de 5 mmC5 = 15 nF au pas de 5 mmC6 = 150 nF au pas de 5 mmC7 = 2µF2 MKT au pas de 5/7,5 mmC8,C9 = 47 µF/25 V radialC10,C13 = 100 nF au pas de 5 mmC11 = 10 µF/63 V radialC12 = 4µF7/63 V radialC14 = 4 700 µF/25 V radial au pas

de 7,5 mm, diamètre max. 17 mm

Semi-conducteurs :D1 = LED rouge 5 mm à haut

rendementIC1 = TS924IN ST (Farnell)IC2 = TDA7374B ST (chez RS

Components entre autres)IC3 = 7808

Divers :JP1 = embase autosécable à 1 rangée

de 3 contacts + cavalierLS1,LS2 = W170SC 4 Ω Visaton2 x évent bass reflex diamètre 72

mm, longueur 145 mmradiateur tel que, par exemple, SK100

50 mm haut *ruban d’étanchéification : MDM-5

(Monacor)matériau d’atténuation BAF-wadding

* cf. texte

sance qu’avec les enceintes à deux voies :sous une alimentation de 17 V, les étages desortie produisent maintenant 2 x 20 W. Natu-rellement, il faudra y adapter les propriétésdu radiateur. S’il s’agit de travailler avec unsignal permanent à puissance maximum, ilnous faudra en théorie un refroidisseur de1,5 K/W de résistance thermique. Mais avecun signal musical normal, un modèle de2,5 K/W peut suffire, tel que le SK100 de

avoir incorporé l’électronique dans lecaisson, il est préférable de rempla-cer JP1 par un inverseur extérieur.

Amplificateur finalNous étions tellement satisfaits deses prestations dans les enceintesactives à deux voies que nous avonsrengagé ici le même circuit intégré

TDA7374B. Petit nombre de compo-sants extérieurs et bonnes protec-tions internes, voilà des atouts à nepas négliger. En outre, nous avonssous la main deux amplificateursintégrés dans le même boîtier pourattaquer chaque haut-parleur degrave individuellement.Chargé par une impédance de 4 Ω,le TDA7374B délivre plus de puis-

PC&AUDIO

413/2003 Elektor

Caractéristiques de l’amplificateur(sous 17 V d’alimentation)

Impédance d’entrée 2 x 20 kΩSensibilité (20 W/4 Ω, P1 max, P2 = 0) 250 mV (L=R)Distorsion + bruit (65 Hz, B = 22 kHz, P1 max, P2 = 0) 0,01 % (1 W / 8 Ω)

0,032 % (1 W / 4 Ω)Bande passante P2 = 0 18,5 Hz à160 Hz (par rapport à 65 Hz)

P2 = max. 16,5 Hz à 86 Hz (par rapport à 65 Hz)Puissance de sortie 2 x 20 W (4 Ω)Courant de repos 0,16 A

En complément des chiffres relatifs à l’électronique, voici trois courbes pour illustrer le comportement global du caisson de grave.La courbe A propose une simulation par ordinateur d’une enceinte bass reflex de 25 litres équipée du W170SC. Avec un tube d’éventaccordé sur 46 Hz, la caractéristique reste plate jusqu’à 300 Hz.Plus haut, les irrégularités apparaissent, mais à ces fréquences, lefiltre actif provoque déjà une atténuation telle que les consé-quences sont nulles.

La courbe B compare les signaux en sortie de l’amplificateur depuissance dans les deux positions extrêmes du potentiomètre P2.Les fréquences exactes des pôles ainsi que, dans une certainemesure, le tracé, dépendent des tolérances sur les condensateurset le potentiomètre. La meilleure association avec les enceintesactives à deux voies s’obtient pour une fréquence de séparationautour de 100 Hz ; la plage de P2 est donc plus que suffisante.

La courbe C représente la caractéristique de fréquence mesuréedu système complet. Nous l’avons, ici également, mesurée dansles deux positions extrêmes de P2. L’avantage de la bande passantela plus réduite, c’est que le pôle inférieur recule encore dequelques hertz

-22

+2

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

-0

dBr

10 1k20 50 100 200 500020054 - 2 - 14Hz

A

B C

PC&AUDIO

42 Elektor 3/2003

A

Coupe A - A

dimensions en mmmatériel: MDF 18 mm

Coupe B - B

A

B B

020054 - 2 - 12

464500

250

286

464500

7575

Ø 72

Ø 72Ø 147 Ø 147

100

250

100

Figure 4. Plan coté d’assemblage de l’ébénisterie.

Fischer que l’on peut voir sur notre prototypeillustré à la figure 3.

PlatineLa totalité de l’électronique du caisson degrave, on la retrouve sur un petit circuitimprimé de 44 x 63 mm, encore plus petitque celui des enceintes, comme vous ledémontre, recto et verso, la figure 2.Nous avons adopté la même dispositiongénérale, les bornes d’entrée sur le côtégauche, celles d’alimentation en haut, àdroite et celles des haut-parleurs de part etd’autre du CI de puissance. Les raccords despotentiomètres se trouvent à l’avant de la pla-tine. Prêtez attention au câblage de P2, unpotentiomètre stéréo : les numéros sérigra-phiés à côté des pastilles correspondent àceux du schéma. Si les liaisons entre lespotentiomètres et la platine ne dépassent pastrois ou quatre centimètres de longueur, vouspouvez sans crainte utiliser du fil de câblageordinaire. Plus longues, il vaudra mieux avoirrecours au câble audio blindé. En prévision,il y a une borne de masse disponible, tantauprès de P1 que de P2, pour y relier latresse.La séquence de montage commence, commed’habitude, par les ponts de câblage, ce quiévite toujours d’en oublier. Il y en a encoredeux : un à proximité immédiate de R12 et unautre sous les broches de IC2, lequel peutaussi bien être tiré de l’autre côté de la pla-tine, mais dans un cas comme dans l’autre, ily faudra du fil isolé. L’amplificateur final sepositionne en bordure de la platine pour yattacher le radiateur, non sans avoir intercaléun isolateur.La suite de la construction n’offre pas de dif-ficulté particulière et si vous suivez attenti-vement la liste des composants et le plan dela figure 2, rien ne devrait empêcher le mon-tage de fonctionner du premier coup. Lafigure 3, en guise de confirmation, vousmontre à quoi ressemble le tout terminé, avecle radiateur SK100.Pour la « mise en boîte », vous aurez de nou-veau le choix de l’incorporer au caisson ou delui procurer un boîtier séparé. À vous de voirce qui vous convient le mieux. Comme ali-mentation, vous pouvez faire appel à la com-binaison classique des transformateur, pontredresseur et condensateur de lissage. Untransformateur de 12 V/50 VA, un pont de10 A et un condensateur électrolytique de10 000 µF/25 V feront l’affaire. Nous vousl’avions déjà signalé dans l’article précédent,une alimentation spéciale de 17 V vous seraproposée prochainement. Elle travaille endécoupage, si bien que les pertes de stabili-sation y sont réduites au minimum.

s’en trouve remarquablement plus accompli.La présence acoustique un peu fluette inhé-rente aux petites enceintes acquiert du corps,du coffre, peut-on dire. Les basses produitespar le subwoofer sont bien tranchantes et enpratique, la puissance électrique modérée serévèle toujours disponible à profusion.À ce stade-ci, on peut encore expérimenterquelque peu sur la phase, à l’aide de l’inver-seur JP1. Quand le caisson se trouve dansl’alignement entre les deux satellites, il sonnebien mieux en phase qu’en opposition.Ailleurs, en fonction de la distance qui lesépare de cette ligne de base, l’effet seraalternativement meilleur dans un sens oudans l’autre. Mais la plupart du temps, s’il sesitue en décalage, on ne joue plus qu’avecd’infimes nuances.

Un demi-caisson ?Charme supplémentaire de ce projet, vouspouvez éventuellement le construire parétapes. Qu’il vous importe de limiter les fraisou l’encombrement, voire de tempérer letonus dans les basses profondes, ramenez lemontage à sa plus simple expression. Un seulW170SC, un évent et un coffret de 25 litresau lieu de cinquante. Celui qui, ultérieure-ment, se raviserait peut à tout moment fabri-quer l’autre moitié et se trouver alors en pos-session du système complet décrit ici.

(020054-II)

Une ébénisterie robuste

Nous l’avons indiqué, l’habillageidéal pour notre duo de W170SC estun bass reflex d’un volume de50 litres. Au vu des calculs, l’accordle plus favorable de la cavité nedevrait pas se situer bien loin sousles 50 Hz. Or il se fait que l’éventexactement adéquat pour une telleréalisation est disponible chezConrad, il s’agit d’un tube de 72 mmde diamètre pour une longueur de145 mm. Il nous en faut deux et ils nedoivent même pas être raccourcis,nous les installons tels quels dansles coffrets. En théorie, l’accord seproduit à 46 Hz.La figure 4 vous propose un plancomplet de la construction du coffrepour le caisson de grave. Il s’agitd’une boîte conventionnelle parallé-lépipédique, facile à assembler,même par ceux d’entre nous qui sontpeu familiarisés avec la menuiserie,surtout si votre fournisseur de boisvous propose de scier à mesure lespanneaux.Nous avons affaire, cette fois, à uneébénisterie nettement plus volumi-neuse que pour les enceintes satel-lites, destinée à supporter descontraintes mécaniques plus lourdesimposées par les haut-parleurs,aussi avons-nous choisi sans hésiterune plaque de médium (MDF) d’uneépaisseur de 18 mm. Elle nous pré-munira contre certaines résonancesparasites qui pourraient survenir. Surle prototype, nous avons ajouté deuxpetites traverses de renfort de250 mm collées entre les deux plusgrands panneaux, mais elles ne sontpas indispensables.Ce qui réclame le plus de soin, c’estprobablement de scier les ouverturespour les haut-parleurs et les éventsde bass reflex. Il existe, pour assurerune étanchéité parfaite des haut-parleurs lors du montage, un jointd’herméticité autocollant. Les haut-parleurs doivent être solidementfixés au baffle. On peut utiliser desvis pour l’aggloméré, mais le mieuxest de recourir aux vis à tête fraisée,qui sera noyée, et aux écrous. Lestubes d’évent s’attachent à la colle àbois.L’amortissement de l’enceinte nenous a pas semblé critique. Il suffitde revêtir toutes les parois d’ouatede polyester (BAF), un bourrage

complet n’est pas nécessaire. Oùpositionner les bornes de raccorde-ment, cela dépend de la manièredont on veut se servir du caisson.N’oubliez pas d’indiquer la polaritéou utilisez des bornes convention-nelles colorées.

Placement et sonoritéUne grande latitude vous est laisséedans le placement du caisson degrave par rapport aux enceintes sté-réo. Celles-ci doivent idéalement sesituer aux angles d’un triangle iso-cèle dont l’auditeur occupe le som-met. Dans l’absolu, le caisson devraitalors prendre place sur la base de cetriangle, mais les fréquences aussibasses n’offrent guère de directivité,si bien que sa position n’est absolu-ment pas critique. Le disposerquelque part du côté des satellitessuffira amplement.L’écoute de ce caisson, de concertavec les enceintes décrites le moisdernier, nous a agréablement sur-pris. Libre à vous de nous croire oupas, mais à notre avis, quiconqueaura entendu le caisson de grave encombinaison avec ces satellites nevoudra plus s’en passer. Même àfaible niveau, le rendu sonore global

PC&AUDIO

433/2003 Elektor

Figure 5. Prévenir les résonances passe par un boulonnage serré des haut-parleurs de grave.

On trouve, parmi tous ces programmes, certains qui ne manque-ront pas d’intéresser les électroniciens.Il existe des dizaines de trucs et d’astuces pour nos portablesmais la plupart ne sont en fait utiles qu’aux utilisateurs de GSM lesplus irréductibles. Il n’en reste pas moins quelques-uns, intéres-sants d’un point de vue technique et qui invitent les amateursd’électronique à l’expérimentation. C’est ainsi que Mr Busch attiranotre attention sur la possibilité, à l’aide d’un GSM Nokia, demesurer la puissance de champ des émetteurs reçus.La mesure de puissance de champ est l’une des fonctions du pro-gramme Netmonitor présent en standard dans les GSM Nokia desséries 51xx et 61xx, programme qu’il faudra bien entendu com-mencer par activer. Pour ce faire on a besoin d’un câble de liaisonsérielle vers le PC ainsi que d’un programme de communicationtel que PC Locals ou Logo Manager. Il est possible, depuis cesprogrammes, d’activer Netmonitor. Une fois que l’on aura réalisécette activation on verra apparaître sur le menu une nouvelleoption baptisée Netmonitor.Après sélection de cette option du menu, l’entrée des chiffres 0et 1 suivie d’un Enter se traduit par l’apparition sur l’écran de lapuissance de réception exprimée en dBmV, associée au numérode canal correspondant. Il est possible ensuite de « feuilleter »pour obtenir une liste de tous les canaux captés avec leur puis-sance de champ. Mais Netmonitor offre bien d’autres possibilités.Si l’on se promène sur Internet on constate que Netmonitor peutse targuer d’être un sujet très apprécié par les utilisateurs deGSM. Il semblerait en effet que ce mode de « service » (destinéen fait aux techniciens du service après-vente) soit présent surnombre d’autres modèles de Nokia, le nombre de possibilitésallant de 19 à 133 pages de test. Il apparaît que d’autres marquesde GSM disposent également d’un mode de test de ce genre (cer-tains modèles de Siemens, Motorola et Ericsson entre autres).Si vous désirez en savoir plus au sujet du Netmonitor de Nokia etcomment l’activer, la première étape de votre quête sera GSM-

ÉLECTRONIQUEEN LIGNE

44 Elektor 3/2003

Mesures avec unGSM de NokiaUtilisez votre portable en champmètre

Les téléphones portables actuels ont été dotés de tant de fonctions etd’options que l’utilisateur lambda a vite fait de perdre le nord au milieude tous ces menus et sous-menus. Sans oublier les nombreuxprogrammes auxiliaires pour d’autres possibilités et fonctions.

Harry Baggen suite à une contribution de P. Busch

Gods.net [1]. On y apprend, entre autreschoses, comment activer cette fonction àl’aide du programme Nokia Logo Manager. Cesite mentionne en outre le programme NetMonitor Activator qui a été écrit spécialementà cet effet.Notons qu’il existe, pour Netmonitor, desmodes d’emploi exhaustifs, car, dans le modeétendu à 89 pages de test en particulier, lasignification de chacune de ces pages de testest loin d’être évidente à première vue. Ontrouvera un mode d’emploi succinct àl’adresse GSMworld [2] qui propose égale-ment des recopies d’écran des différentesfenêtres du moniteur.Pour un mode d’emploi plus étoffé on pourrarendre visite, entre autres, aux sites de MarcinWiacek [3] (en anglais) et Nobbis GSM Sei-ten [4] (tant en anglais qu’en allemand)...Le dernier site nommé propose d’autreschoses intéressantes. On y trouve, parexemple, Monitorsoftware [5] qui permet devisualiser sur l’écran du PC différentes don-nées (au nombre desquelles la puissance dechamp) de l’émetteur de cellule actif.N-Monitor de Andreas Schmidt [6] est unautre programme pour PC astucieux qui tra-vaille en association avec Netmonitor. Ce pro-gramme visualise de façon claire sur l’écran duPC toutes les données fournies par Netmonitor.Si vous ne disposez pas encore d’un câble deliaison vers PC, pourquoi ne pas faire un petittour sur le site Handyworks.de [7]. On ytrouve, non seulement des explications surNetmonitor et d’autres programmes maisaussi une description de la réalisation par sespropres moyens d’un câble de données pourGSM de Nokia.

(035012)

ÉLECTRONIQUEEN LIGNE

453/2003 Elektor

Adressen Internet :[1] GSMGods:

www.gsmgods.net/index/USA,en,USD,howto,subpage_id,active_netmonitor.html

[2] GSMworld.net:www.gsmworld.net/nokia/netmonitor/net_main.shtml

[3] Marcin Wiacek:www.mwiacek.com/english/gsm/netmon/faq_net0.htm

[4] PagesNobbis GSM :www.nobbi.com

[5] Nobbis Monitorsoftware:www.nobbi.com/moni1_nok.htm

[6] Andreas Schmidt:www.aschmidt.de/nmon.htm

[7] Handyworks.de:www.handyworx.de/netmonitor.html

DOMESTIQUE

46 Elektor 3/2003

Les points lumineux ne présententmalheureusement pas la moindretrace de silicium qui permettrait depousser plus loin l’analogie entre unsablier « classique » et sa versionélectronique. Les puces des LED uti-lisées contiennent en effet toutes lessubstances possibles (principale-ment de l’arséniure de gallium) maisde silicium, point. Hormis ce petitdétail, on peut bien entendu sedemander à quoi peut bien servir unsablier électronique.En premier lieu, ce projet constitueune excellente introduction à la pro-grammation et à l’utilisation demicrocontrôleurs PIC. Les listages(téléchargement à partir du site WebElektor) permettent d’examiner leprogramme et de modifier les para-mètres du logiciel si on le désire.Par ailleurs, ce sablier électroniqueremplit aussi un rôle utile, celuid’une minuterie de cuisine qui pré-sente au moins 3 avantages par rap-port à un sablier traditionnel : tempsd’écoulement réglable, signal acous-tique lorsque le « sable » s’estécoulé et enfin un aspect « branché» bien plus digne du ménage d’unélectronicien. Ajoutons enfin que

Un sablier électronique ?Un projet PIC pas comme les autres

Projet : Stefan Buchgeher

Alors que le ruisselet de dioxyde de silicium (SiO2) qui s’écoule dans unsablier est fait du sable de quartz le plus fin, la version électronique necomporte qu’une petite plaquette de quartz oscillante, et un peu desilicium dans le microcontrôleur PIC et dans les transistors. Des pointslumineux s’écoulant de haut en bas tiennent lieu de grains de sable.

DOMESTIQUE

473/2003 Elektor

ce pour une fraction de seconde ; une résis-tance de protection est donc superflue.Chaque ligne et colonne de la matrice 8x8est commandée par un transistor. Deux déco-deurs 3 vers 8 (IC2 et IC3) font en sortequ’une seule ligne ou colonne à la fois soitactive. Le contrôleur (IC1) détermine quellediode luminescente doit être allumée. Nous

tout le monde n’en possède pas un(il n’existe rien de semblable sur lemarché), ce qui a son importance.

MatérielEn considérant le schéma (figure 1),on remarque immédiatement le

champ matriciel 8x8 de LED quiconstitue en fait une des partiesprincipales de ce projet. Mais oùsont les résistances de protectiondes diodes luminescentes ?Réponse : le multiplexage utilisé icine permet qu’à une seule diode lumi-nescente à la fois d’être allumée, et

PIC16F84

OSC2

IC1

OSC1

MCLR

RA4

RA1

RA0

RA2

RA3

RB0

RB1

RB2

RB3

RB4

RB5

RB6

RB7

18

17

13

12

11

10

1615

14

1

3

9

8

7

6

2

4

5

X1

4MHz

R5

27

0Ω

C6

22p

C7

22p

C3

100n

+5V

74HCT138IC2

10

11

12

13

14

15DX

16

1

2

3

4

5

6

7

9&

0

1

2

3

4

5

6

7

0

2

G07

8

74HCT138IC3

10

11

12

13

14

15DX

16

1

2

3

4

5

6

7

9&

0

1

2

3

4

5

6

7

0

2

G07

8

+5V

+5V

+5V

C5

100n

C4

100n

T17

BC547

+5V

R6

4k7

R7

10k

S3

START

+5V

R4

10k

S2

STOP/

+5V

C8

10µ

R1 4x 10k1

2 3 4 5

+5V

0 .... F

S1 1 4 3 6

5 2

JP1

R2

10k

+5V

R3

68

0Ω

D65

+5V

R8

10k

R16

10

0k

T1

BC557

R9

10k

R17

10

0k

T2

BC557

R10

10k

R18

10

0k

T3

BC557

R11

10k

R19

10

0k

T4

BC557

R12

10k

R20

10

0k

T5

BC557

R13

10k

R21

10

0k

T6

BC557

R14

10k

R22

10

0k

T7

BC557

R15

10k

R23

10

0k

T8

BC557

+5V

T9

BC557T10

BC557T11

BC557T12

BC557T13

BC557T14

BC557T15

BC557T16

BC557

R24

10k

R33

10

0k

R32

10

0k

R35

10

0k

R34

10

0k

R37

10

0k

R36

10

0k

R39

10

0k

R38

10

0k

R25

10k

R26

10k

R27

10k

R28

10k

R29

10k

R30

10k

R31

10k

+5V

+5V

D66

1N4001

78L05

IC4

C1

10µ

C2

100n

RESET

D64 D55 D46 D35 D28 D23 D14 D5

D59 D50 D41 D37 D30 D27 D18 D9

D63 D54 D45 D34 D32 D22 D13 D4

D58 D49 D40 D36 D29 D26 D17 D8

D62 D53 D44 D33 D31 D21 D12 D3

D57 D48 D39 D38 D24 D25 D16 D7

D61 D52 D43 D42 D19 D20 D11 D2

D60 D56 D47 D51 D10 D15 D6 D1

020036 - 11

+9V

25V

16V

8 Ω

LS1

100mW

Figure 1 Le circuit du sablier électronique se compose pour l’essentiel d’un microcontrôleur PIC gérant un champ de 64 LED.

voici donc déjà au deuxièmecomposant important, le micro-contrôleur PIC16F84 facile àobtenir et qui possède exacte-ment le nombre de brochesE/S désiré. Ce contrôleur pré-sente l’avantage considérabled’être muni d’une mémoireflash qui permet de le repro-grammer simplement presqueà volonté. Le PIC16F84 pos-sède aussi une EEPROM, maiscelle-ci n’est pas utilisée danscette application. Le pro-gramme du contrôleur (décritplus loin) assure tout le dérou-lement du processus, de lamise en marche à la com-mande du signal acoustiquesignalant la fin du délai fixé.La fréquence d’horloge appli-quée aux broches 15 et 16 ducontrôleur est engendrée parun circuit standard. Le quartzX1 pourrait en principe êtreremplacé par un résonateurcéramique de 4 MHz au détri-ment, toutefois, de la précision.Avec un quartz, les valeursobtenues sont très proches desvaleurs calculées (constantes). La réinitialisation (Reset) estaussi basée sur une solutionstandard avec résistance etcondensateur (R4 et C8). Latouche d’arrêt (S2) en parallèlesur C8 provoque aussi uneréinitialisation et remet lecontrôleur dans l’état initial.Les broches E/S RB0 à RB2 sont raccordéesau « décodeur de lignes » IC2, les brochesE/S RB3 à RB5 au « décodeur de colonnes ».Ces 6 broches E/S servent aussi à comman-der la matrice de LED. Les diodes lumines-centes utilisées sont de type rouge 5 mm àfaible consommation (« low current », valeurtype 2 mA).Le haut-parleur (LS1) est excité à partir de labroche RB6 du contrôleur par un étage decommutation à transistor (R6/T17) fournis-sent un signal rectangulaire bien audible. La durée de fonctionnement du sablier estfixée par le commutateur de codage HEX(S1). Il permet de choisir 16 durées de fonc-tionnement et nécessite 4 lignes pour les 16positions, chacune de ces lignes étant équi-pée de sa propre résistance de charge de 10kΩ (le réseau de résistances e R1). RA0 àRA3 sont les broches du contrôleur utilisées.Un signal sonore est émis à chaque change-ment d’état des LED lorsque le cavalier JP1(broche RA4 du contrôleur) est placé.

La touche S3 reliée à la broche RB7de contrôleur par une résistance de

charge-(R6) permet de mettre enmarche le sablier à LED.

DOMESTIQUE

48 Elektor 3/2003

020036-1(C) ELEKTOR

C1C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

D1 D2 D3 D4 D5

D6 D7 D8 D9

D10 D11 D12 D13 D14

D15 D16 D17 D18

D19 D20 D21 D22 D23

D24 D25 D26 D27

D28 D29 D30

D31 D32

D33 D34

D35D36

D37

D38 D39D40 D41

D42 D43 D44 D45 D46

D47 D48 D49D50

D51 D52 D53 D54 D55

D56 D57 D58 D59

D60 D61 D62 D63 D64

D65

D66

H1

H2

IC1

IC2

IC3

IC4

JP1

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20

R21

R22

R23

R24

R25

R26

R27

R28

R29

R30

R31

R32

R33

R34

R35

R36

R37

R38

R39

S1

S2

S3

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

T10

T11

T12

T13

T14

T15

T16

T17

X1

020036-1

LS1 0

+

Figure 2 La disposition sur la platine trahit le but de l’application :

Liste des composants

Résistances :R1 = réseau de 4 résistances

de 10 kΩR2,R4,R7 à R15,R24 à R31 =10 kΩR3 = 680 ΩR5 = 270 ΩR6 = 4kΩ7R16 à R23,R32 à R39 = 100 kΩ

Condensateurs :C1, C8 = 10 µF/25 V radialC2 à C5 = 100 nFC6, C7 = 22 pF

Semi-conducteurs :D1 à D65 = LED 5 mm rouge à

faible courantD66 = 1N4001

T1 à T16 = BC557T17 = BC547IC1 = PIC16F84-04/P

(programmé EPS020036-41*)IC2, IC3 = 74HCT138IC4 = 78L05

Divers :X1 = quartz 4 MHzS1 = roue codeuse miniature à 16

positions telle que, par exempleHartmann PT65 303 (Conrad RFANr. 705497)

S2, S3 = interrupteur unipolaire àcontact travail tel que, par exempleD6

Ls1 = haut-parleur miniature8 Ω/0,1 W

JP1 = embase autosécable à2 contacts + cavalier

à l’autre (voir photos). Celapermet de souder directemententre elles les plages deconnexion des 2 moitiés (utili-ser sinon des fils courts).Conseils de montage (plus oumoins) bien connus : commen-cer par les cavaliers (pour n’enoublier aucun) ; veiller à lapolarité des composants s’il ya lieu (condensateurs électro-lytiques, diodes, LED) ; utiliserdes supports pour IC1 à IC3 ;placer correctement les circuitsintégrés (le marquage est làpour ça). Enfin, vérifier soi-gneusement le montage et lessoudures avant de mettre soustension. La liste de pièces nementionne pas de grouped’amplification de courant pourles transistors ; on peut doncutiliser A, B ou C.L’interrupteur Marche/Arrêt nese trouve pas sur la platine. Onpeut le monter sur la facearrière du boîtier. Les élémentsde commande montés directe-ment sur la platine ou sur lepanneau frontal du boîtier secomposent d’un commutateurde codage à 16 positions pourle positionnement des duréesde fonctionnement et de 2touches Start et Stop.Les diodes luminescentes infé-rieures s’allument lorsque latension d’alimentation est

appliquée ou l’interrupteur Marche/Arrêt (siprésent) actionné. Le sélecteur permet dechoisir la durée de fonctionnement appro-priée. Il offre 16 intervalles s’étendant de 15secondes à 1 heure (voir le tableau 1). Cesintervalles, définis dans le logiciel par 2constantes, sont donc facilement ajustablesen cas de besoin.

Les LED de la moitié supérieure du champd’affichage s’allument lorsque la touche Startest pressée et l’intervalle de temps requiscommence à s’écouler. Les LED s’éteignentprogressivement dans la moitié supérieure ets’allument une à une dans la moitié infé-rieure. La touche Stop permet d’arrêter l’écou-lement n’importe quand. Toutes les LED dansla moitié inférieure de l’affichage sont allu-mées lorsque le temps requis s’est écoulé. Lehaut-parleur monté à l’arrière émet un soncontinu dès que la dernière LED de la moitiéinférieure s’allume. Une pression sur latouche Stop permet de l’interrompre. On peutaussi couper le son du haut-parleur en pres-

La LED D65, reliée directement à latension de fonctionnement par unerésistance de protection (R3), estdonc allumée en permanence. Saposition au centre du « champ deLED » permet de contrôler facile-ment la tension de fonctionnement(contrôle de mise en circuit).

L’alimentation ne mérite pas degrands développements. Un régula-teur de tension de type 78L05 et lescondensateurs C1 et C2 assurent lastabilité de la tension à 5 V. D1 sertà la protection contre l’inversion depolarité et un interrupteur (nonreproduit) à l’entrée 9 V du circuitpermet de mettre en marche et d’ar-rêter le sablier. La tension de 9 Vpeut provenir d’un bloc d’alimenta-tion secteur 9 V, d’une pile 9 V (6éléments de 1,5 V) ou d’un accumu-lateur 9 V (7 éléments de 1,2 V). Lecircuit consomme environ 45 mA.

Construction et fonctionnementTous les composants du schéma seretrouvent dans le plan de montagede la platine à une face (figure 2). Ladisposition des 65 diodes lumines-centes dans le champ d’affichagereproduit la forme d’un sablier tradi-tionnel. La platine peut être diviséeen 2 moitiés, l’une pour les LED etl’autre pour la commande (compor-tant le reste du circuit) au cas où l’onpréférerait éloigner un peu la platinede commande du champ de LED. Laligne de séparation passe par lecentre de la rangée de plages deconnexion entre les 2 parties de pla-tine. Les moitiés des plages deconnexion restant de chaque côtéservent à raccorder les conducteursde liaison. Les 2 platines du proto-type réalisé au labo Elektor ont étémontées perpendiculairement l’une

DOMESTIQUE

493/2003 Elektor

020036-1(C) ELEKTOR

les LED sont arrangées de façon à évoquer le contour d’un sablier.

sant la touche Start au lieu de la touche Stop.Dans ce cas, le sablier se remet en marchependant le même intervalle de temps définiprécédemment par le commutateur decodage. Si le cavalier mentionné plus haut setrouve sur la platine, chaque changementd’état des diodes luminescentes s’accom-pagne d’un bref signal acoustique.

Le logicielLes tâches du contrôleur sont com-posées en gros des tâches élémen-taires suivantes :

1. Commande de la matriceLED 8x8Il s’agit d’une tâche de fond réali-sée à l’aide de l’interruption d’untemporisateur.

2. Largement dans les registresPOS1 à POS32 des adresses desLED à allumer.

3. Interrogation de la touche Start,puis du commutateur de codageHEX. (Il est superflu d’interrogerla touche Stop, celle-ci étantdirectement reliée à l’entrée deréinitialisation ! La touche Stopentraîne donc une réinitialisationqui remet le contrôleur dans l’étatinitial).

4. Mise en marche du haut-parleur àla fin de l’intervalle de temps

Ce projet a ceci de particulier que lesadresses des 32 LED qui sontmomentanément allumées se trou-vent dans les registres de la RAMaux dénominations auto-généréesPOS1 à POS32. Dans l’état final (les32 LED inférieures sont allumées),les registre RAM POS1 à POS32contiennent les adresses des LEDD33 à D64. POS1 contient donc lavaleur b‘10011100‘ (= Adresse de laLED D33) et POS32 la valeurb‘10000000‘ (= Adresse de la LEDD64). Le sous-programme de traite-ment des interruptions (InterruptService Routine, abrégé ISR) gèrel’allumage des diodes luminescentesdes registres POS1 à POS32.

La touche Start « retourne » lesablier : c’est au tour des 32 diodesluminescentes supérieures de s’allu-mer. Les registres de la RAM POS1 àPOS32 doivent donc contenir leursadresses. POS1 contient donc lavaleur b‘10111111‘ (= Adresse de laLED D1) et POS32 la valeurb‘10100010‘ (= Adresse de la LEDD32). Le sous-programme ISR effec-tue une tâche supplémentaire,décrémenter (diminuer de 1) leregistre de comptage AKTZEITx(durée d’activité) lors de chaque

appel. Ce registre est un compteur16 bits qu’il faut donc partager en 2registres de 8 bits portant les nomsAKTZEITL et AKTZEITH. Si ceregistre 16 bits est nul, un bit (indi-cateur « NaechstZust » = état sui-vant) est mis à « 1 » pour avertir leprogramme principal qu’il faut effec-tuer un changement d’état desdiodes luminescentes. Il existe 2sous-programmes (ZUSTAND1 etZUSTAND0 = ETAT), un par état(état initial -les 32 LED supérieuressont allumées- et état final -les 32LED inférieures sont allumées).

Il serait possible d’écrire un pro-gramme supplémentaire pour lesétats intermédiaires, mais sa réali-sation avec un PIC16F84 s’avéreraitplus que problématique en raison dela grande quantité de mémoire pro-gramme nécessaire. Il existe uneautre façon de s’en tirer. Une analyseplus poussée du listage du pro-gramme (en allemand et disponiblesur le site Internet d’Elektor àl’adresse www.elektor.fr sous ladénomination 020036-11) fourniratous les détails nécessaires. Notezqu’il est possible d’acheter auprèsdes adresses habituelles une versionprogrammée du PIC16F84 sous ladénomination EPS020036-41.

(020036)

DOMESTIQUE

50 Elektor 3/2003

Tableau 1.Durées programmables par lebiais du commutateur S1.

Position du Duréecommutateur0 15 secondes1 30 secondes2 60 secondes 3 90 secondes4 2 minutes5 3 minutes6 4 minutes7 5 minutes8 8 minutes9 10 minutesA 12 minutesB 15 minutesC 20 minutesD 30 minutesE 45 minutesF 60 minutes

MUSIQUE&SCÈNE

52 Elektor 3/2003

La mise en et hors-fonction d’effets pour gui-tare tels que distorsion, flanger ou phaserpose souvent des problèmes d’ordre pratique.Chacun de ces appareils à effet possède eneffet son propre commutateur mécanique. Ilfaut de ce fait, pour changer d’effet, com-mencer par mettre en fonction un effet et sup-primer l’autre (ou inversement). Comme il estrelativement difficile d’actionner les commu-tateurs de façon synchrone, il est extrême-

ment difficile de réaliser un passageimpeccable d’un effet à l’autre. Lemontage décrit dans le présentarticle apporte une solution simpleet efficace à ce problème. Notons aupassage que cette réalisation n’estpas réservée uniquement à la com-mutation d’effets pour guitare maisqu’elle pourrait fort bien égalementservir à d’autres applications qui

requièrent de faire passer dessignaux analogiques à travers unsystème donné.La commande du commutateur poureffets de guitare se fait au pied !Comme cela est courant pour ce typed’appareil, l’organe de commande dece système est placé dans un com-mutateur à commande au pied dis-tinct. Le « reste » du montage, c’est-à-dire la logique du commutateurd’effets et les générateurs d’effetseux-mêmes, prend place, comme onle voit sur la figure 1, dans un rack.L’astuce : la commutation d’un effetà l’autre ne se fait pas par le biaisd’interrupteurs mais à l’aide detouches. La logique se charge defaire en sorte que l’effet reste enfonction même lorsque l’on n’appuieplus sur la pédale et cela jusqu’à uneprochaine action sur cet organe decommande. Il n’est plus nécessaireainsi d’intercâbler les signaux audioun peu partout sur la scène, ces der-niers restant bien au chaud dans lerack. La liaison reliant le commuta-teur à pied et l’électronique de lalogique ne véhicule que des signauxde commutation.

Encodeur de clavierLe circuit intégré-roi de l’électro-nique représentée en figure 2 est un74HC148, un encodeur de priorité à8 entrées doté en aval d’une basculebistable (flipflop) de type D, IC2. Il apour fonction de générer un signal

Sélecteur d’effetCommutateur inter-effets pour guitare

Thomas Rooney Poms

Ce sélecteur d’effet est, sur une scène, une garantie de rangement et defonctionnement sûr. Il permet de placer tous les effets pour guitare « horsde portée de main » et de les commander sans la moindre interruptionpar le biais d’un seul et unique commutateur à pied.

MUSIQUE&SCÈNE

533/2003 Elektor

Les 2 autres circuits intégrés connectés aubus de commande bits sont associés à l’affi-chage du canal et partant de l’effet sélecté.Au niveau du sélecteur d’effet un afficheur7 segments à LED (à cathode commune)visualise le numéro du canal couplé au déco-deur BCD-7 segments IC6, un 4511. L’entréede commande non utilisée du 4511, sabroche 6, est forcée à la masse et partant blo-quée. Le 4511 peut fournir 10 mA par sortie,valeur qu’il ne faut en aucun cas dépasser. Lavaleur des résistances de limitation de cou-rant de l’afficheur 7 segments dépend dutype d’afficheur utilisé. Si vous adoptez l’affi-cheur cité dans la liste des composants vouspourrez vous contenter de résistances de680 Ω.Des LED disposées sur le commutateur àpied visualisent le canal sélecté. À cet effet,IC3, un décodeur/démultiplexeur 3-vers-8 dutype 74HC238, convertit le signal de com-mande à 3 bits en signaux binaires distincts.Les 8 sorties du circuit intégré sont reliées,par le biais de l’embase sub-D à 25 contacts,aux LED D1 à D8 de la commande à pied.Comme le 74HC238 ne fournit qu’un couranttrès limité, les LED de la commande à pieddevront impérativement être du type à faiblecourant, composants qui se contentent dequelques milliampères de courant direct.Tous les circuits intégrés présents sur le bus3 bits travaillent en mode transparent, c’est-à-dire qu’ils ne requièrent ni signal d’horlogeni signal de validation (enable) pour que lesinformations d’entrée se traduisent par lesfonctions correspondantes au niveau des ditscircuits intégrés.La partie de logique du montage requiert unetension de 5 V bien stable, sa partie analo-gique (c’est-à-dire les 2 multiplexeurs analo-giques) ont besoin eux d’une tension d’ali-mentation symétrique de manière à per-mettre un transfert sans obstacle des signauxaudio. Cette situation explique qu’il nousfaille recourir à une alimentation symétriquebasée sur un transformateur secteur 9 V à2 enroulements et à une paire de régulateursde tension (7805 et 7905). Comme la consom-mation de courant maximale du montage nedépasse guère plus de quelques dizaines demA, il n’est pas nécessaire de doter les régu-lateurs de tension d’un radiateur.

Construction et mise en boîtierVenons-en à la réalisation. Comme le montrele dessin des pistes et la sérigraphie de l’im-plantation des composants de la figure 3nous n’avons pas opté pour un dessin spéci-fiquement « rack ». Si notre choix se traduitbien par une densité d’implantation plusimportante il présente également l’avantage

de commande sur 3 bits correspon-dant aux touches actionnées. Lesentrées du 74HC148 sont actives auniveau bas : en l’absence d’actionsur l’une des touches toutes lesentrées se trouvent au niveau haut.Une action sur une touche force à lamasse l’entrée correspondante. Ondispose aux sorties 1A à 3A, au for-mat BCD (Binary Coded Decimal =décimal codé binaire), du signalconverti, signal qui est en outrestocké dans 3 bascules bistables du74HC173. Il faut, pour que le signalreste actif après relâchement de latouche, que le 74HC173 reçoive unsignal d’horloge de manière à pou-voir mémoriser les valeurs dispo-nibles aux sorties de l’encodeur.Nous pouvons dériver ce signald’horloge du signal GS (broche 14)de l’encodeur de touches. Le niveauprésent sur cette sortie bascule d’unniveau haut vers un niveau bas dèsla moindre action sur une touche. Ilfaut partant effectuer une inversionde ce signal, la tâche de l’inverseur74HC04, pour pouvoir s’en servircomme un signal d’horloge pour le74HC1373, mais ce n’est pas tout :de manière à ce que le circuit intégréne fournisse son signal d’horlogeque lorsque les niveaux du signal decommande à 3 bits sont bien valides,une paire d’inverseurs supplémen-taires introduisent une certaine tem-porisation du signal d’horloge. Les3 autres inverseurs intégrés dans le74HC04 restent inutilisés et sont par-

tant forcés au potentiel de la masse.En aval de IC2, le signal de com-mande à 3 bits est appliqué à un busauquel sont connectés 4 autres cir-cuits intégrés.

Commutateurs analo-giques et affichage via lebus2 de ces circuits intégrés sont des75HC4051, des multiplexeurs analo-giques. Il est possible d’intercalerjusqu’à 8 générateurs d’effets entreles 2 multiplexeurs c’est-à-dire plusprécisément entre les connecteursK3 (entrée) et K4 (sortie). L’embaseK2 reçoit la guitare, l’embase K5 serareliée à l’amplificateur. Le 4051 estpour ainsi dire la version bon marchédu commutateur; il existe un autrecircuit, compatible broche à brocheet encore mieux adapté, mais mal-heureusement bien plus cher et plusdifficile à trouver, le MAX4617 deMaxim.Ce multiplexeur analogique se dis-tingue par sa RON faible et son excel-lente diaphonie (séparation descanaux) qui est de –93 dB. Un exa-men critique des fiches de caracté-ristiques du 4617 à l’adresse :http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/MAX4617-MAX4619.pdfet du 4051 à l’adresse :http://www.philipslogic.com/products/hc/pdf/74hc4051.pdfmontre clairement les différences.

Effets

dans commutateur à pied

dans le rack

Boutons&

Indicateurs

Logique&

Alimentation

Affichage7 segments

020181 - 13

Figure 1. Le sélecteur d’effet et les générateurs d’effets restent bien à l’abri dans lerack, seul le commutateur à pied se trouve sur scène.

de permettre un dessin plus compact et deréaliser un simple face, ce qui se traduit dansle prix de revient de la platine.On commencera par la mise en place des

MUSIQUE&SCÈNE

54 Elektor 3/2003

R1 8x 10k1

2 3 4 5 6 7 8 9

IC7.E11 10

IC7.C5

6 IC7.D

9 8

74HC173

IC2

14

13

12

10

11

15

1D

9

7

6

5

4

3

2&

R1

&

K2

K5

100n

C1

100n

C2

2x 9V

Tr1

C3

1000u

C4

1000u

IC8

7805

IC9

7905

C5

10u

C6

10u

100n

C7

100n

C8

100n

C9

100n

C10

100n

C11

100n

C14

100n

C15

IC7.A

1 2

IC7.B

3 4

IC7.F

13 12

+5V

+5V

+5V

+5V

+5VR9

1k

IC4

4051

MDX

11

10 12

15

14

13

G8

8x9

6

3

4

2

5

1

0

1

2

3

4

5

6

7

0

1

2

07

IC5

4051

MDX

11

10 12

15

14

13

G8

8x9

6

3

4

2

5

1

0

1

2

3

4

5

6

7

0

1

2

07

BCD / 7-SEG

D10,11

C10,11

B10,11

A10,11

E10,11

F10,11

G10,11

4511

IC6

9D,1

9D,2

9D,4

9D,8

10

11

12

13

15

14

LT

BI

C99

3

4

5

7

1

2

6

K3

10

1112

1314

1516

12

34

56

78

9

K4

10

1112

1314

1516

12

34

56

78

9

LD1

CC CC10

dp

7 a6

b4

c2

d1

e9

f

g

3 8

5

R2680Ω

R3680Ω

R4680Ω

R5680Ω

R6680Ω

R7680Ω

R8680Ω

74HC138

IC3

10

11

12

13

14

15DX

1

2

3

4

5

6

7

9&

0

1

2

3

4

5

6

7

0

2

G07

HPR1/BIN

74HC148

0/Z10

1/Z11

2/Z12

3/Z13

4/Z14

5/Z15

6/Z16

7/Z17

IC1

EN A

V18

10

11

12

13 15EO

14

1A

2A

3A

≥1

1

2

3

4

5

A

9

7

6

K1

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

1

2

3

4

5

6

7

8

9

SUB D25

16V

16V25V

25V

B1

-5V

B80C1500

IC1

16

8

IC2

16

8

IC3

16

8

IC6

16

8

IC7

14

7

+5V

100n

C12

100n

C13

IC4

16

8 7

IC5

16

8 7

-5V

+5V

IC7 = 74HC04

020181 - 11

2VA6

K6

50mA T

F1

see text*

siehe Text* zie tekst*voir texte*

*

*

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

"0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7"K1

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

1

2

3

4

5

6

7

8

9

SUB D25

+5V

D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8

020181 - 12

"0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7"

Figure 2. L’électronique du sélecteur d’effet ne comporte que des circuits intégrésde logique standards.

de commutateur à pied à 8 contacts(Marshall tient la corde avec un com-mutateur à 6 contacts); cette consta-tation implique qu’il va nous falloirréaliser notre propre modèle de boî-tier de commutation d’effet. Il faudrabien entendu tenir compte, lors de laconception de cet organe de com-mande, de la taille de chaussure duguitariste concerné. Il n’est pasnécessaire de prévoir de dessin deplatine, les 8 touches, les 8 LED etl’embase sub-D à 25 contacts pour-ront être câblées en l’air (comme àl’époque des postes à galène...).Une fois que l’on aura terminé lecommutateur à pied et qu’on l’aurarelié à la logique de commande parle biais d’un câble pour ordinateurdu commerce classique il est pos-sible de tester le fonctionnement du

nombreux ponts de câblage (isolés) àcôté des et sous les (supports des)circuits intégrés; on passe ensuite àl’implantation des résistances, descondensateurs et des supports pourles circuits intégrés (on pourra fortbien opter aussi pour des barrettesautosécables de contacts tulipe). Ilreste, pour finir, à mettre en place lescomposants encombrants (embaseschâssis, transformateur secteur,embase sub-D). Seule exception, l’af-ficheur 7 segments, que l’on monterasur un échafaudage de manière à cequ’il affleure la surface de la demi-coquille supérieure du boîtier.En vue de pouvoir tester le montageil faudra, avant de se lancer dans lecâblage extensif, commencer parréaliser le commutateur à pied. Iln’existe pas, à notre connaissance,

férentes touches. Si chaque action se traduitpar l’affichage du chiffre adéquat et l’allu-mage, dans la pédale, de la LED correspon-dante, il est pratiquement certain que le mon-tage fonctionne correctement. Il ne reste plusensuite qu’à effectuer le câblage entre les2 embases K3 et K4 et les 16 embases jackchâssis, câblage qui pourra se faire à l’aidede câble non blindé si tant est que la lon-gueur des connexions ne dépasse pasquelques centimètres.

(020181)

montage. La première étape consisteà vérifier, avant d’avoir mis les cir-cuits intégrés en place et après avoirmis le montage sous tension, la pré-sence de la tension d’alimentation, àla valeur correcte, aux contactsrequis des supports pour circuitsintégrés. Si tel est bien le cas, oncoupe la tension d’alimentation et onplace les circuits intégrés de lalogique dans leur support respectif.On aura vite fait de vérifier le fonc-tionnement de l’électronique enappuyant successivement sur les dif-

MUSIQUE&SCÈNE

553/2003 Elektor

(C) ELEKTOR020181-1

B1

C1C2

C3C4

C5C6C7C8

C9

C10C11

C12

C13

C14

C15

H1

H2

H3

H4

IC1

IC2IC3IC4 IC5

IC6IC7

IC8

IC9

K1

K2

K3 K4

K5K6

LD1

R1

R2R3

R4R5

R6

R7R8

R9

TR1

020181-1

(C) ELEKTOR020181-1

Figure 3. Dessin des pistes et sérigraphie pour une platine compacte.

Liste des composants dusélecteur d’effet

Résistances :R1 = réseau SIL de 8 résistances

de⋅10 kΩR2 à R8 = 680 ΩCondensateurs :C1,C2,C7 à C15 = 100 nF radialC3,C4 = 1 000 µF/25 V radialC5,C6 = 10 µF/16 V radial

Semi-conducteurs :B1 = B80C1500 rondIC1 = 74HC148IC2 = 74HC173IC3 = 74HC138IC4,IC5 = 4051 ou MAX4617*IC6 = 74HC04IC8 = 7805IC9 = 7905LD1 = afficheur 7 segments à LED

à cathode commune tel que, parexemple, HD1133O (Infineonex-Siemens)

Divers :K1 = embase Sub-D à 25 contacts

femelle encartable en équerreK2,K5 = embase jack châssis

6,35 mm mono encartableK3,K4 = connecteur HE-10 mâle

droit sans verrou à 2 rangées de8 contacts

K6 = bornier encartable à2 contacts au pas de 7,5 mm(RM7,5)

Tr1 = transfo secteur2x⋅9 V/2,6 VA (tel que, parexemple, Hahn BV EI 303 2016)

embase d’entrée secteur avecporte-fusible intégré + fusible50 mA retardé

16 embases jack châssis 6,35 mmmono

Liste des composants ducommutateur à pied

Semi-conducteurs :D1 à D8 = LED 3 mm faible

courant

Divers :K1 = embase Sub-D à 25 contacts

mâle S1 à S8 = bouton-poussoir pour

commande au pied tel que, parexemple, FS-10 (Monacor)

MICROCONTRÔLEUR

56

Cette participation au Concours « Flash »montre qu’il n’est pas nécessaire de faireappel, pour pouvoir piloter une LED tricolore,à une circuiterie complexe telle qu’un conver-tisseur numérique-analogique (CNA), maisque l’on peut fort bien se tirer d’affaire, pourun affichage de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel, en utilisant pour le pilotage un micro-contrôleur de la famille 80Cxx.Il est possible de créer n’importe quelle cou-leur par un mélange des 3 couleurs fonda-mentales (composantes). Il existe différentsmodèles de couleur basés sur les couleursfondamentales :

RGB (RVB pour Rouge, Vert, Bleu)Données brutes (0 à 255)(trichromie additive)

RGB (RVB pour Rouge, Vert, Bleu)Indication en % (0 à 100)

CMY (CMJ pour Cyan, Magenta, Jaune)Valeurs en % (0 à 100)(trichromie soustractive)

HSB (Chrominance, Saturation, Luminance)(modèle adapté à la physiologie humaine)

En raison des limitations dues à la taille demémoire, les possibilités de ce montage selimitent aux 4 modèles énumérés plus haut.

Il devient possible, en augmentant la taille dela mémoire, d’implémenter d’autres modèlestels que CMYK, YUV, VCbCr, YIQ et autres. Ilsuffit pour cela de savoir effectuer la conver-sion vers le code RGB et inversement.

Mode d’emploiL’interface utilisateur prend la formed’un clavier à 4 boutons-poussoirspermettant de naviguer dans lesmenus pour l’entrée des valeurs etun affichage LCD à 2 lignes servantà la visualisation des valeurs.Les 4 boutons-poussoirs occupentles lignes de port P1.4 à P1.7; il faut,dans le programme, les traiter parinversion (ON = 0, OFF = 1). Commele microcontrôleur est doté de résis-tances de forçage au niveau haut(pull up) internes, il suffit de connec-ter les boutons-poussoirs en réfé-

rence à la masse.Les boutons-poussoirs remplissentles fonctions suivantes :

Sx Ligne Fonctionde port

Sw1 P1.4 Sélection du modèle decouleurs

Sw2 P1.5 Sélection des compo-santes

Sw3 P1.6 Incrémentation de lavaleur

Sw4 P1.7 Décrémentation de lavaleur

L’électronique mise en oeuvre est,

Générateur RVBÀ commande directe par contrôleur

Alexander Steiger steigeralex@gmx.de

Le générateur RVB est un petit appareil qui génère, par la commande desvaleurs de rouge, de vert et de bleu d’une LED tricolore, la couleurdésirée. Cet appareil peut en outre servir de convertisseur entre lesmodèles de couleur.

K1

T5

BC557B

R1

2k7

R5

33Ω

T6

BC557B

R2

2k7

R6

100 Ω

bleuvertrouge

4V52V22V0

BC557B

R3

2k7

R7

33Ω

T8

T7

BC557B

R4

2k7

R8

100 Ω

K2

S2

S3

S1

S4

M

S

+

–

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

P1.2

P1.0

P1.3

P1.1

+5V

D1LED RVB DIFFUSE

020409 - 11

rouge

bleu

bleu

vert

Figure 1. L’électronique du générateur RGB n’a vraiment pas de quoi faire peur.

Elektor 3/2003

grammes de taille plus importante sachantque cette limite de 2 Koctets ne concerne quele code-objet.La taille du programme est de quelque3 300 octets. Il nous manque en outre l’arith-métique en virgule flottante et on se trouvedans l’impossibilité de créer une bibliothèque(LIB). Reads51 de son côté ne permet pas unpilotage simultané des 4 LED et de l’affichageLCD. Reads51 est (toujours encore) trop lentet génère, en comparaison avec le C51 deKeil, un code bien moins compact. L’expé-rience nous a même appris qu’il était quasi-ment impossible de générer en assembleurun code aussi compact qu’avec le C51 de Keil.

Le programmeUn temporisateur fournit une durée d’impul-sion. En fonction des valeurs attribuées auxcouleurs Rouge, Vert et Bleu (0 à 255), on aune actualisation incessante, dans la routineIRQ, des rapports ON/OFF. Il nous faut par-tant, en arrière-plan, pilotage simultané (demanière à ce que processus passe inaperçu)et individualisé des 4 LED; au premier-planon procède à l’interrogation des 4 boutons-poussoirs et pilotage de l’affichage LCD.Si vous voulez en savoir plus quant à la tech-nique utilisée, vous pouvez télécharger gra-tuitement le code-source de ce projet depuisle site Internet d’Elektor (www.elektor.fr).Si l’on transpose le programme vers uncontrôleur disposant de plus de mémoire ildevient possible d’implémenter d’autrescodages de couleur (CMYK, YUV, YCbCr, YIQ,CIE, Lab, HSI...) et/ou de réaliser une adap-tation individuelle de la luminosité de cha-cune des LED.

(020409)

comme le prouve la figure 1, extrê-mement simple; elle se compose de4 étages de commande, un pour cha-cune des LED. Les 4 LED occupentles ports P.0 à 1.3. Contrairement à ceque l’on pourrait penser, une LED tri-colore ne comporte pas, dans unmême boîtier, 3 mais 4 LED, une decouleur rouge, une de couleur verteet 2 de couleur bleue. La LED doitêtre du type à corps diffus vu quel’utilisation d’un corps transparentse traduit par une visualisation etidentification potentielle de chacunedes couleurs de sorte que l’on n’aurapas l’effet de mélange de couleursrecherché.Après un message de bienvenue lorsdu démarrage du programme, on asélection du modèle de couleur etentrée de la valeur dans la plage devaleurs prévue (cf. figure 2). Détailintéressant : si l’on entre une valeurcorrespondant à un modèle donné etque l’on appuie sur le bouton Sw1pour choisir un modèle de couleursdifférent, on une conversion automa-tique des valeurs.

Langage de programmationVu que le pilotage de la luminositédes différentes LED est effectuédirectement par le microcontrôleur enMLI (Modulation en Largeur d’Im-pulsion = PWM pour Pulse WidthModulation), il n’est pas possibled’utiliser le BASIC pour ce projet.Sachant d’autre part que la mise en

oeuvre de l’assembleur est inutile-ment complexe pour le résultatescompté, l’auteur a opté pour la pro-grammation en C avec C51 de Keil.Ce compilateur C est disponible gra-tuitement chez Keil (www.keil.com)en version d’évaluation pour desapplications nous commerciales. Cecompilateur a été évoqué dans Elek-tor à d’autres occasions et utilisé; àquelques tout petits détails près, sasyntaxe est identique à Reads51. |Anoter cependant que la versiond’évaluation limite à 2 Koctets lataille du code de programme. Celan’empêche pas d’écrire des pro-

MICROCONTRÔLEUR

RCode RVB 0 ... 255

G B

RCode RVB 0 ... 100%

G B

H

Code CMY 0 ... 100%M YC

Code HSB

020409 - 12

S B

Figure 2. Saisie des valeurs à l’aide desboutons-poussoirs.

573/2003 Elektor

AUDIO&VIDÉO

58 Elektor 3/2003

Attention : Certaines des tensions présentessur les circuits décrits dans le présent article sontpotentiellement létales. Il faudra prendre toutesles précautions pour éviter tout contact avecquelque point que ce soit de ces circuits lors-qu’ils sont en fonctionnement (lire sous tension).

Note : Ce projet n’a pas été testé ni modifiédans les laboratoires d’Elektor.

En faisant passer le signal d’entrée par 2filtres d’aiguillage ou plus, ces filtres attri-buent à chaque circuit de commande dehaut-parleur sa propre bande de fréquencesdans laquelle il opérera. Les filtres utilisésse subdivisent en 2 types fondamentaux :numérique et analogique, cette dernièrecatégorie se subdivisant en passif ou actif.Chaque modèle de filtre présente des avan-tages et connaît des inconvénients. Aux fré-quences très élevées, lorsque les systèmesactifs voient leur bande passante se limiter,les filtres passifs sont à leur avantage.Aux fréquences situées dans le domaineaudio, le filtre actif s’en tire avec les hon-neurs, les filtres passifs imposant trop delimitations. Un exemple : les enceintes uti-lisent des filtres passifs comportant unecombinaison soit de grosses inductances

pesantes coûteuses associées à descondensateurs à film encombrants,soit des inductances de petite taille,bon marché arrivant facilement à

saturation et des condensateursélectrolytiques montés en série pourannuler leur polarisation.À ces « défauts » s’ajoute le fait

Filtres d’aiguillage à tubeAvec programme de conception gratuit

John R. Broskie crvquestion@glass-ware.com

À moins qu’un haut-parleur ne fasse appel qu’à un unique driver couvrantla totalité du spectre, on aura inévitablement besoin d’un filtre d’aiguillage(crossover) pour subdiviser le spectre audio en bandes discrètes defréquences. Notre filtre se doit-il de travailler en passif ou en actif ? Si l’on opte pour la seconde approche, doit-il le faire à l’aide de semi-conducteurs ou de tubes, la question se pose.

Figure 1. Exemple de circuit produit par le programme Tube Crossover Designer.À signaler l’utilisation d’une tension d’alimentation symétrique. Les valeurs descomposants sont fonction de votre cahier des charges, le programme lesproposant dans la fenêtre de gauche.

B-

B+

300

1M

1M R2

C2

C3

0200324 - 11

20k

in

Sortie

R1

C1

RL

D1 D2

AUDIO&VIDÉO

593/2003 Elektor

fournit le même son si agréable à l’oreillequ’un celui qu’elle donne aux amplificateurspour guitare et autres préamplificateurs pourtables de lecture.Si la réalisation d’un filtre à tube n’est ni plusdifficile ni plus complexe que sa version àsemi-conducteurs, elle est d’un coût plusélevé. Les tubes travaillent à des tensionsrelativement importantes, ce qui se traduitpar l’utilisation de composants comparative-ment plus chers. Un condensateur de 47µF/250 V coûte près de 8 fois plus cher queson homologue en version 25 V. À celas’ajoute que les tubes sont loin d’être bonmarché, sachant que pour le prix d’un tube onpeut avoir une poignée de circuits intégrés desorte que l’on ne peut pas, en touteconscience, parler de choix le plus écono-mique. Si les équipements à tube coûtent lesyeux de la tête, ils n’en sont pas moins undélice pour l’ouïe et la vue. Une fois mis soustension, un appareil audio à tube attire inévi-tablement le regard comme aucun système àcircuits intégrés ne pourra jamais le faire.

Le PlanL’objectif de ce projet est la réalisation d’unfiltre à tube le plus flexible possible. Contrai-rement à ce que l’on pourrait croire, l’utilisa-tion d’un circuit imprimé peut y contribuer.S’il est envisageable d’effectuer un câblagepoint à point, la mise en oeuvre d’une platinefournit une base physique consistante quipermet d’éviter les erreurs de câblage, tout

qu’un filtre pour haut-parleur passifdoive être réglé finement pour fonc-tionner correctement lorsqu’il aaffaire à la charge réactive queconstituent les bobines d’attaque dehauts-parleurs.À l’inverse, les filtres actifs n’utili-sent pas d’inductances, reposant surdes résistances qui quoique peu coû-teuses n’en sont pas moins préciseset de petits condensateurs à tolé-rance serrée relativement bon mar-ché pour définir la fréquence de tran-sition. Si l’on fait abstraction deséconomies, les filtres actifs peuventse targuer d’être plus précis et beau-coup plus flexibles que leurs homo-logues passifs. Il est facile de trouverdes résistances et des condensa-teurs à tolérance serrée vu en outrequ’il est facile de les remplacer pardes composants d’une autre valeur,ce qui permet de changer facilementla fréquence de transition. Pour finir,le filtre actif permet d’utiliser mieux lapuissance disponible en sortie del’amplificateur vu qu’il n’y a pasbesoin de réseaux d’atténuation grosconsommateurs d’énergie dès lorsqu’il est possible de réduire le gainefficacement par une simple actionsur un potentiomètre.

Filtres d’aiguillage à tubeLes filtres d’aiguillage à tube rem-plissent la même fonction que leurs

homologues à semi-conducteursmais utilisent des tubes au lieu decircuits intégrés. Pourquoi se casserla tête avec des équipements audioà tube ? Si vous vous posez laquestion c’est sans doute parcequ’il ne vous est jamais arrivéd’écouter une installation audio dequalité à base d’appareils à tubes.Dans un filtre actif à tube, la lampe

Figure 2. Le programme Tube Crossover Designer d’Elektor en action. Des circuitscomplets, les listes des composants et le plan de leur implantation sont produits en unclin d’oeil.

Figure 3. Câblage du transformateur secteur pour un secteur de 115 VCA (a) etde 230 VCA (b). La fréquence du secteur (60 ou 50 Hz) est sans conséquence.

en offrant une flexibilité indiscutable vu quele dit circuit imprimé ressemble à un croise-ment entre une carte prototype et une platineclassique. Chaque platine comporte une pairede supports pour tube (4 tampons) et unnombre important d’orifices additionnels.La flexibilité est vraiment impressionnante.Une reconfiguration de la platine permet desdouzaines d’arrangements pour l’obtentionde pentes de filtres du 1er, 2ème, 3ème et 4ème

ordre. La platine offre l’espace suffisant pourla mise en place d’une paire de canaux defiltres passe-haut et passe-bas adaptés l’un àl’autre (jusqu’au 3ème ordre); mais on peutégalement envisager la réalisation d’ununique canal à filtre 3 voies constitué defiltres du 1er, 2ème, 3ème ordre (des filtres 3voies à pente du 4ème ordre requièrent la miseen cascade de plusieurs cartes).Une liberté aussi grande peut se traduire pardes doutes : quel condensateur dois-jemettre où ? Quelle moitié du tube représentel’entrée ? Malheureusement, les formules etles schémas qu’impliquerait une descriptionexhaustive de toutes les combinaisons pos-sibles prendraient bien plus de place que cedont nous disposons dans un magazine com-plet. Cette constatation s’est traduite par lacréation d’un logiciel tournant sous Windowspermettant le calcul la valeur des composantset leur position sur la platine. La figure 1vous propose une recopie d’écran du pro-gramme au travail. Ce programme, TubeCrossover Designer, est téléchargeable

depuis le site Internet d’Elektor, sousla rubrique TELECHARGEMENT,dans le mois correspondant à lapublication, sous la dénominationEPS020297-11.Le programme recouvre 14 configu-rations de filtre de base; la mise encascade de platines fait plus quedoubler le nombre de configurationsde filtres d’aiguillage. À l’inverse denombreux programmes de concep-tion ayant trait à l’électricité, ce der-nier est facile à mettre en oeuvre : ilsuffit d’entrer la fréquence de cou-pure désirée, le type de caractéris-tiques (passe-haut ou passe-bas),l’ordre du filtre (1er, 2ème, 3ème ou4ème) et le type d’alignement (Bes-sel, Butterworth, ou Linkwitz-Riley),les valeurs des composants étantaffichées dans un tableau. Uneaction sur les boutons « Schematic» et « PCB » permet de commuterentre le schéma du circuit et l’écrande placement des composants sur lecircuit imprimé.

Le schémaCe filtre d’aiguillage à tube dont lafigure 2 propose une variante choi-sie au hasard, repose sur uneapproche de montage cathodyne(cathode follower) de manière à

garantir une impédance de sortiefaible et un tamponnage des élé-ments assurant le paramétrage dufiltre. Un montage cathodyne n’in-troduit pas de gain et ne produit quetrès peu de distorsion, vu que latotalité du gain potentiel de la triodeest utilisée en contre-réaction (dege-nerative feedback) de manière àdiminuer son impédance de sortie etd’aplanir sa réponse en fréquence.Comme la sortie du montage catho-dyne suit son entrée en isophase, lacapacité d’entrée n’est pas entachéed’effet de Miller. De plus, le montagecathodyne permet un recyclage de lasortie du filtre d’aiguillage vers leréseau du filtre de manière à créerune boucle de réinjection positive.Nombre d’alignements de filtrerequièrent un minimum de rétroac-tion (feedback) pour supprimer lanécessité de mise en oeuvre d’in-ductances dans le cadre du réseauet pour compenser tout risque d’af-faissement de la sortie à la fré-quence de transition, phénomènenormal lorsque l’on utilise un réseaune comportant que des condensa-teurs et des résistances.Le filtre d’aiguillage fait appel à destubes du type 6DJ8 ou 6N1P (voiretoute autre triode double ayant lemême brochage et la même tension

AUDIO&VIDÉO

60 Elektor 3/2003

65 2

W

150µF250VDC

1.5µF250VDC

150µF250VDC

= .01µF/630VDC

* **

**

*

Toutes diodes = 1N4937 ou plus rapides

1.5µF250VDC

1/8 A

1/8 A

1 2W

10kµF25VDC

4.7µF

020279 - 14

100VDC

H+

.1µF

1kµF15VDC

B+

B-

G

LM7812

15

vac

15

vac

11

5va

c1

15

vac

H-

.1µF

10k

100k

50V 3A

1k µF10VDC

1k µF10VDC

Platine du filtred'aiguillage

Figure 4. L’électronique de l’alimentation.

nelle telle que l’utilisent la plupart des équi-pements à tubes).

Diodes de protectionL’un des problèmes auxquels nous nous trou-vons confronté est que l’alimentation atteintsa pleine tension plus rapidement que lestriodes n’entrent en conduction.

de filament de chauffage et présen-tant une Rp faible et un mu élevé,telle que, par exemple, les 6BQ7,6BS7, ECC85, ECC88, 6DJ8, 6AQ8).En référençant l’entrée du montagecathodyne à la masse permet de sepasse de condensateurs de couplaged’entrée additionnels. En fait, ce cir-cuit a été conçu en vue de supprimer

le maximum de condensateurs decouplage. (Si cette approche pré-sente l’intérêt indéniable d’uneréduction des coûts, les gains ainsiréalisés sont quelque peu « grigno-tés » par le besoin d’utiliser une ali-mentation symétrique (±165 volts)plutôt qu’une alimentation asymé-trique unipolaire plus convention-

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613/2003 Elektor

+

+

+

+

H+

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B+

B-

G

AC

in

0200324 - 15

Figure 5. Dessin des pistes de la platine de l’alimentation (réduit à 67% de la taille d’origine).

+

+

+

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H+

H-

B+

B-

G

AC

in

D1D1

D1D1

Sig

nal

Sig

nal

IF-3

0-23

0IF

-30-

30

F

F

165

100k

10k

.1µF

.01µ

F

.01µ

F

.01µ

F

.01µ

F

.01µ

F

.1µF

1.5µ

F1.

5µF

4.7µ

F

D

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Figure 6. Implantation des composants de l’alimentation (réduit à 67% de la taille d’origine).

Cela signifie que lors de la mise sous tensionla grille de la triode « verra » 0 volt alors quesa cathode se trouvera à –165 volts. Une dif-férence de potentiel aussi importante peutendommager la triode par dénudation de lacathode (cathode stripping) processus aucours duquel des parties de la surface de lacathode sont « arrachées » par la grille aupotentiel extrêmement positif alors que letube est encore froid.L’ajout d’une diode et d’une diode zener ensérie résout ce problème. Lorsque lestriodes sont bien chaudes la paire de diodesen question ne conduit pas et se trouveainsi en fait hors-circuit. Lorsque les triodessont encore froides, ces diodes sont enconduction forçant la cathode à un potentielde –11 volts par rapport à la grille seule-ment, valeur ne présentant pas le moindrerisque pour un tube.

L’alimentationLes transformateurs secteur IF-30-30 et IF-30-230 (de Signal) utilisés par l’auteur sont englo-bés de plastique et conçus pour être montéssur circuit imprimé. Chacun d’entre eux pos-sède un primaire double ce qui en permetl’utilisation quasi-mondiale soit en 115 soit en230 VCA (CA = Courant Alternatif). Leschéma de la figure 3a illustre le câblagepour une tension de 115 VCA, la figure 3bcelui requis pour un fonctionnement en 230VCA. La figure 4 donne le schéma complet del’alimentation qui n’a rien de bien compliqué.Elle fait appel à une paire de transformateursde puissance, le premier pour l’alimentationbipolaire haute tension (HT) pour le montagecathodyne et l’autre pour les filaments dechauffage basse-tension (BT).Chaque transformateur comporte 2 enroule-ments secondaires. La partie HT de l’alimen-tation utilise les 2 enroulements 115 VCApour créer une configuration en pont deredressement double alternance qui produitles tensions de rail de 165 volts tant en posi-tif qu’en négatif. Comme le montage catho-dyne excelle au niveau de la réjection à sasortie du bruit produit par l’alimentation,l’électronique ne comporte pas de régulationau niveau de ces rails HT. Il a été fait appel,au contraire, à des filtres RC conventionnels.L’alimentation BT du filament de chauffageutilise 2 enroulements pour réaliser uneconfiguration à redressement pleine-onde etprise milieu qui fournit la tension de rail posi-tive simple. Cette alimentation continue bruteattaque ensuite un régulateur de tension inté-gré 12 V tripode. Les tubes comportent desfilaments de chauffage 6,3 V, de sorte quelorsqu’ils sont pris en série face à la tensiond’alimentation de 12 V, ils ne « voient » que

6 volts. Cette tension plus faible sesitue à l’intérieur des tolérances detension acceptables et ne pourra quese traduire par une augmentation dela durée de vie des tubes.

Alignements de filtresDans l’univers des applicationsaudio, le type de filtre le plus popu-laire est le filtre de Butterworth. Onpeut aisément le comprendre vu qu’ilpeut se targuer d’une courbe deréponse temporelle relativementplate, une forme de transition biendéfinie et la réponse passe-bande laplus plane.Son principal concurrent, le filtre deBessel, peut prétendre avoir unecourbe de réponse temporelle encoreplus plate, mais sa forme de transi-tion est plus floue et sa réponsepasse-bande moins plane. D’autresalignements de filtres tels que lefiltre de Chebychev et le filtre ellip-tique sont rarement utilisés en audioen raison de caractéristiques indési-rables telles qu’ondulation résiduelledans la bande passante ou dérivesde phase très sensibles.La variation Linkwitz-Riley du But-terworth est particulièrement utilepour l’alimentation de haut-parleursvu qu’elle se traduit par une régionde transition plate en fournissantune sortie –6 dB à la fréquence detransition. Lorsque 2 haut-parleursreproduisent exactement la mêmefréquence sans la moindre différenced’amplitude ou de phase (en casd’utilisation des filtres d’ordre pair,c’est-à-dire du 2ème et 4ème ordre), lasomme des signaux de sortie se tra-duit par un doublement (un gain de+6 dB) du volume. Sachant cepen-dant que les filtres de Butterworthont été conçus pour une sortie –3 dBà la fréquence de transition, le haut-parleur subira un « dos d’âne » de+3 dB à la fréquence de transitionvu que les filtres de Butterworthd’ordre pair produisent un dépha-sage qui est un multiple pair de 90 °(c’est-à-dire de 180, 360 et 540 °) parnombre d’ordre de filtre à la fré-quence de transition. En fonction duphasage des moteurs des haut-par-leurs le résultat est, selon le cas, uncreux profond ou un rehaussement àla fréquence de transition.Parallèlement, des filtres Butter-worth d’ordre impair (c’est-à-dire du

1er et du 3ème ordre) présentent undéphasage qui est un multipleimpair de 45 ° (qui sera partant de45, 135 et 215 °) par nombre d’ordrede filtre à la fréquence de transitionqui se traduit uniquement par unrehaussement de +3 dB qui com-pense parfaitement le creux de –3 dBen sortie à la fréquence de transition.Partant, les filtres Butterworthd’ordre impair impliquent un ajuste-ment de l’amplitude de sortie.En d’autres termes, réaliser un filtred’aiguillage d’ordre pair plat requiertd’abaisser le signal non pas de–3 dB, mais de –6 dB à la fréquencede transition, éléments qui caracté-risent l’alignement Linkwitz-Rileypour les filtres du 2ème et 4ème ordre.Il n’en reste pas moins que rien nevaut l’expérimentation. L’avantageprésenté par un filtre d’aiguillageactif est qu’il permet d’expérimenterplus facilement et à coût moindreque son homologue passif.

Filtres du 1er, 2ème, et3ème ordreLe filtre d’aiguillage du 1er ordre està la fois le plus trivial et, théorique-ment, la configuration de filtre lameilleure vu que ce filtre offre laphase et la sommation de fréquenceles plus plates à la fréquence detransition. Malheureusement, sespentes de coupure peu raides neréussissent bien souvent pas à pro-téger les tweeters fragiles et n’arri-vent pas à empêcher des wooferslents d’essayer de grimper à des fré-quences trop élevées. Le passage àdes filtres à 2, 3 voire 4 voies dimi-nue le risque de dommages poten-tiels aux haut-parleurs ce que fontégalement des moteurs de haut-par-leurs de haute qualité (lire coûteux)robustes.Il est un point dont il faut se souvenir: un filtre du 1er ordre peut être uti-lisé avec des filtres d’ordre plusélevé. L’une des associations lesplus heureuses est un filtre passe-haut du 1er ordre combiné à un filtrepasse-bas du 3ème ordre. Cette com-binaison s’entend bien avec deshaut-parleurs pleine-plage (full-range) et les caissons de graves(subwoofer). On pourra se contenter,pour réaliser cette combinaison,d’une seule platine pour une versionstéréo, si l’on utilise des filtres à

AUDIO&VIDÉO

62 Elektor 3/2003

ponnage total exigerait elle 16 montagescathodynes et partant 4 circuits imprimés.Dans le cas de la version à mi-tamponnage,si la sortie est bien tamponnée elle, les élé-ments de réglage sont connectés directementà la source de signal. Partant, il faut supposerque le filtre sera attaqué par une source àfaible impédance, telle qu’un amplificateurligne ou une sortie de lecteur de CD et nonpas par une source à haute impédancecomme un potentiomètre.Le choix de la version à mi-tamponnage per-met de placer 2 canaux de filtres d’aiguillageà 2 voies (jusqu’au 3ème ordre) et 1 canal defiltre 2 voies du 4ème ordre sur une seule pla-tine. Un filtre 3 voies implique un montageen cascade des platines ou l’utilisation d’uncircuit imprimé par canal pour des filtres nedépassant pas le 3ème ordre. Si le montage encascade de 2 platines se traduit par l’ajoutde composants actifs dans le trajet du signal,il offre une meilleure atténuation des signauxde faible fréquence pour le tweeter.Un exemple : si nous supposons des fré-quences de transition de 500 Hz et de 5 kHz(2ème ordre, filtres de 12 dB par octave), lapremière platine aiguillera les fréquencesinférieures à 500 Hz vers le haut-parleur degraves (woofer) et enverra les fréquencessupérieures à 500 Hz vers la seconde platinequi se chargera elle de l’aiguillage à 5 kHz.Le résultat de ces opérations est que lemédium se trouve en face d’une pente du2ème ordre de 5 kHz vers le point 500 Hz etd’une pente du 4ème ordre (–24 dB paroctave) de 500 Hz vers le bas. Ce filtragebasse-fréquence additionnel améliore la pro-tection du haut-parleur des aigus (tweeter)contre les fréquences graves et présente unintérêt indéniable dans le cas des tweeters àcornet vu que la charge normalement impor-tante que le cornet constitue pour le dia-phragme disparaît aux fréquences graves.

La constructionLes figures 5 et 6 vous proposent le dessindes pistes et la sérigraphie de l’implantationdes composants du circuit imprimé de l’ali-mentation. Chaque platine d’alimentationpeut alimenter un maximum de 3 platines defiltres d’aiguillage. On pourra monter l’ali-mentation et la platine des filtres dans unmême châssis ou les doter de coffrets diffé-rents. Si vous optez pour cette seconde solu-tion, il vous faudra prévoir un « cordon ombi-lical » entre les deux, sachant que pour desraisons de sécurité cette liaison devra êtreblindée et mise à la terre; il faudra en outrequ’elle se termine par une fiche femelle (lechâssis du filtre étant lui doté de l’embasemâle correspondante) pour éviter que des

tamponnage partiel.En fait, le filtre de la section passe-haut peut être défini par soncondensateur de sortie attaquant lacharge représentée par l’amplifica-teur situé en aval. Si cette approchea pour conséquence la suppressiond’un condensateur de couplagedans le trajet du signal, elle rendraitle filtre d’aiguillage moins universelvu qu’il faudrait changer le conden-sateur de couplage en sortie demanière à l’adapter aux impédancesd’entrée différentes que présente-raient différents amplificateurs. Deplus, la mise en oeuvre de 2condensateurs constitue un filtrepasse-haut protecteur additionnelaux fréquences graves.Il va cependant nous falloir 2 pla-tines pour réaliser des filtres à tam-ponnage total vu que tant le filtrepasse-haut que le filtre passe-basdoivent venir se nicher entre les 2montages cathodynes.Il faudra, en raison des différencesde phase entre les sorties haute etbasse à la fréquence de transition,procéder à quelques expérimenta-tions pour assurer la meilleure inté-gration entre le caisson de graves etle satellite, avec de bonnes chancesd’avoir à inverser la phase du cais-son en intervertissant les câbles «

+ » et « – » du haut-parleur allantvers le caisson.Si nous passons à un ordre de filtresupérieur, les options disponibless’étoffent. Les filtres d’aiguillage du2ème et 4ème ordre peuvent être desalignements Bessel, Butterworth etLinkwitz-Riley donnés. Le filtre d’ai-guillage du 3ème ordre peut être ali-gné selon des alignements de Bes-sel et de Butterworth, mais pasquestion d’utiliser un alignement deLinkwitz-Riley.Pour chacun de ces 3 alignements,la platine pourra être utilisée en 2configurations : soit à tamponnagetotal soit à mi-tamponnage. Avec laversion du filtre à tamponnage totalles éléments servant au réglage sontintercalés bien au chaud entre 2montages cathodynes et il suffirad’une platine par voie pour réaliserun filtre pouvant aller jusqu’au 3ème

ordre. Nous n’avons pas pris encompte les filtres d’aiguillage tam-ponnés du 4ème ordre vu qu’ilsauraient requis un nombre tropimportant de platines. Un exemple :un filtre d’aiguillage 2 voies du 4ème

ordre à tamponnage total requiert 12montages cathodynes c’est-à-dire 3platines, nombre qui correspond auxlimites des capacités de l’alimenta-tion; une approche 3 voies à tam-

AUDIO&VIDÉO

633/2003 Elektor

+

+

H+

H-+

+

B+

020297 - 17

B-

G

Figure 7. Dessin des pistes de la platine de filtre multi-usages (réduit à 67% de lataille d’origine).

doigts fureteurs ne puissent se trouver encontact avec les points véhiculant la HT.En figure 7 nous vous proposons le dessindes pistes et la sérigraphie de la platine defiltre multi-usages. Bien que le programmeCrossover Designer visualise la disposition àadopter sur le(s) circuit(s) imprimé(s) du filtreet qu’il donne les valeurs des composants iln’est pas mauvais de disposer d’un moded’emploi succinct. Toutes les résistancesdéterminant les caractéristiques du réseau defiltrage devront être du type ? watt et avoirune tolérante de 2% ou mieux. Les condensa-teurs du réseau devront être du type 160 VCCet présenter une tolérance de 2% ou moins.Les 4 résistances de charge des montagescathodynes présentes sur chaque platine defiltre doivent être du type 1 ou 2 watt(s) etseront montées 2 à 4 mm au-dessus de laplatine (pour une meilleure circulation d’air etéviter un échauffement du circuit imprimé).Cette dernière remarque vaut égalementdans le cas des 2 résistances chutrices detension de 3 250 ohms qui seront elles dutype 2 à 5 watts.La platine de l’alimentation reçoit les trans-formateurs de puissance et l’électroniqueconnexe. Ces transformateurs font leur poidset pourraient aisément s’arracher du circuitimprimé en cas de chute; il faudra partant àla fois les visser et les souder sur la platine. 4vis auto-taraudeuses par transformateur (aux-quelles s’ajoutent 8 points de soudure)devraient maintenir les transformateurs entoute sécurité à leur place.Contrairement à la platine du filtre d’ai-guillage, celle de l’alimentation n’offre qu’uneseule option de configuration : entrée en 115ou 230 V CA. Il faudra utiliser un conducteurmultibrin pour réaliser ces ponts de câblageainsi d’ailleurs que toutes les autres inter-connexions à établir sur la platine.

Premiers essaisIl faudra commencer par tester la platine del’alimentation seule. Il est recommandé d’uti-liser une alimentation en courant alternatifvariable qui permet de procéder à des essaisà des niveaux de tension plus faibles et par-tant plus « sûrs ».La section basse-tension de l’alimentationdevrait fournir 12 VCC (CC = CourantContinu) et ce à une tolérance ne dépassantpas ±0,5 V.Les parties HT positive et négative de l’ali-mentation fournissent des tensions bien plusélevées hors-charge que lorsqu’elles sontchargées : ceci explique le besoin d’utiliserdes condensateurs ayant des tensions de ser-vice plus élevées. Il ne faut pas vous étonnerde trouver des tensions plus proches de 200

volts que des 165 volts auxquelsvous vous attendiez.Commencez par tester les platinesdes filtres sans y avoir implanté detube; ensuite, si toutes les tensionsmesurées sont bien celles prévues,implantez les tubes et reprenez vosessais. Les filaments de chauffageétant pris en série, il n’y aura pas, enl’absence de tubes, de tension auxcontacts du filament (4 & 5) du sup-port de tube. Vous devriez cepen-dant mesurer 12 volts aux bornesdes 2 supports. La tension deplaque (contact 6) devrait être supé-rieure à 165 volts, les tensions descathodes (broches 3 et 8) devraientse trouver environ à –11 volts parrapport à la masse. Une fois lestubes mis en place, les tensions deplaque (anode) de chacun des tubesdevraient se situer à quelque 100volts; les tensions de cathode serontde +3 volts (la valeur importante dela résistance de cathode constitue enfait un circuit d’auto-polarisation enlui-même).

Mise en oeuvre du filtreIl est fort probable que le rendementdes moteurs des haut-parleurs nesoit pas exactement le même ce quiimplique qu’il faudra jouer au niveaude la sortie du filtre d’aiguillage pour

rétablir l’équilibre. Un ajustage pré-cis requiert l’utilisation d’un généra-teur de bruit blanc et un sonomètre.On pourrait également envisager laméthode suivante : ajustez le niveaujusqu’à ce qu’il vous paraisse conve-nable et réduisez légèrement lesgraves ensuite.Si vous deviez avoir des questions ourencontrer des problèmes, n’hésitezpas à envoyer un E-mail (en anglais)à l’auteur à l’adresse :crvquestion@glass-ware.com.

(020297-1)

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Figure 8. Chaque platine de filtre est dotée d’un découplage pour chacune destensions d’alimentation. Ce découplage prend la forme d’une triplette constituée par une résistance de3kΩ250, un condensateur électrochimique de 150 µF/250 V et un condensateurde 1µF5/250 V.

Guide des tubes BFCaractéristiques – BrochagesApplications

PublitronicISBN 2-86661-111-X

MAX4617-19Interrupteur/Multiplexeur analogique CMOS

Fonctions spéciales

MAX4617-19Interrupteur/Multiplexeur analogique CMOS

Fonctions spécialesINFOCARTE 3/2003 INFOCARTE 3/2003

653/2003

Elektor

Fabricant :Maximhttp://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/MAX4617-MAX4619.pdf

Caractéristiques :Temps de commutation courts : 15 ns tON,

10 ns tOFFCompatible broche à broche avec les standards de

l’industrie 4051/52/53 et 4581/82/83Résistance ON maximale : 10 Ω (Alimentation +5

V; 20 Ω (Alimentation +3 V)Dérive maximale de la résistance ON entre les 2

canaux : 1 Ω (Alimentation +5 V)Courant de fuite faible : 1 nA à 25 °CCourant de fuite ON faible : 1 nA à 25 °CAlimentation asymétrique : +2 à 5,5 VCompatible avec la logique TTL/COMSDiaphonie faible : <–96 dBIsolation Off élevée : <–93 dBDistorsion faible : <0,017 % (sous 600 Ω)

Description :Les MAX4617/18/19 sont des commutateurs analo-giques compatibles CMOS rapides qui travaillent,selon le cas, en multiplexeur 8 canaux (MAX4617),en double multiplexeur 4 canaux (MAX4618) voireen commutateur triple (MAX4619). Ces compo-sants CMOS se contentent, pour travailler, d’unealimentation asymétrique de +2 à +5,5 V. Chaquecommutateur peut traiter des signaux audio dont leniveau se trouve sur la totalité de la plage de la ten-sion d’alimentation (rail-à-rail). Au repos, le courantde fuite ne dépasse pas 1 nA (à +25 °C) ou 10 nA(à +85 °C). Toutes les entrées numériques sontdotées de valeurs de seuil logique de 0,8 et 2,4 Vde sorte que ces circuits intégrés sont, à une ten-sion d’alimentation de +5 V, compatibles avec lalogique TTL/CMOS.

Applications typiques :– Équipements alimentés par piles

– Traitement de signal audio/vidéo– Central de saisie de données basse tension– Électronique de commutation

Types de boîtiers et plages de température :MAX461 x y z

x = 7 : Multiplexeur 1-vers-8x = 8 : Multiplexeur 2-vers-4x = 9 : Triple commutateur

y = C : Plage de température 0 à 70 °Cy =E : Plage de température –40 à +85 °C

z= UE : Boîtier 16 broches TSSOPz= SE : Boîtier 16 broches Narrow SOz= PE : Boîtier 16 broches DIP plastiquez= GD : Boîtier 16 broches QFN

16

15

14

13

12

11

10

9

1

2

3

4

5

6

7

8

VCC

X2

X1

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X3

A

B

C

X4

X6

X

X7

X5

ENABLE

N.C.

GND

MAX4617

DIP/SO/TSSOP

LOGIC

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10

9

1

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5

6

7

8

VCC

Y

X

X1

X0

A

B

C

Y1

Y0

Z1

Z

Z0

ENABLE

N.C.

GND

MAX4619

DIP/SO/TSSOP

16

15

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1

2

3

4

5

6

7

8

VCC

X2

X1

X

X0

X3

A

B

Y0

Y2

Y

Y3

Y1

ENABLE

N.C.

GND

MAX4618

DIP/SO/TSSOP

LOGIC

Diagrammes :

25

20

15

10

5

00 2.5 3.0 3.5 4.0 4.50.5 1.0 1.5 2.0 5.0

ON-RESISTANCE vs. VX, VY, VZ

VX, VY, VZ (V)

ON-R

ESIS

TANC

E (Ω

)

VCC = +2V

VCC = +2.5V

VCC = +5V

VCC = +3V

033002 - 12

0

2.5

3.0

1.5

2.0

0.5

1.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0 2.01.50.5 1.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

ON-RESISTANCE vs. VX, VY, VZ AND TEMPERATURE

VX, VY, VZ (V)

R ON

(Ω) TA = +85°C

TA = +70°CTA = +25°C

TA = 0°CTA = -40°C

033002 - 13

0

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0 8 104 62 12 14 16 18 20

TOTAL HARMONIC DISTORTIONvs. FREQUENCY

FREQUENCY (kHz)

THD

(%) VCC = +3V,

1Vp-p SIGNAL VCC = +3.3V,1Vp-p SIGNAL

VCC = +5V,1Vp-p SIGNAL

VCC = 2.5V,1Vp-p SIGNAL

IN = OUT = 600

033002 - 14

MAX4617-19Interrupteur/Multiplexeur analogique CMOS

Fonctions spéciales

MAX4617-19Interrupteur/Multiplexeur analogique CMOS

Fonctions spéciales

66El

ekto

r3/

2003

INFOCARTE 3/2003 INFOCARTE 3/2003Valeurs maximales

Paramètre Valeur

Tension par rapport à la masse, VCC, entrées numériques et validation (enable) –0,3 à +6,0 V

Broche analogique –0,3 à (VCC + 0,3 V)

Courant de crête pour toute broche 75 mA

Courant de crête pour toute broche analogique (impulsion 1 ms, rapport cyclique 10 %) ±200 mA

Dissipation continue (TA = +70 °C) TSSOPNarrow SO

DIPQFN

533 mW696 mW842 mW1481 mW

Température de soudage +300 °C @ 10 s.

Caractéristiques électriques (VS = +4,5 à 5 V, VH = 2,4 V, VL = 0,8 V, Tamb= TMIN à TMAX,

valeur typique pour 25 °C, sauf mention contraire)

Paramètre Conditions Min. Typ. Max. Unité

COMMUTATEUR ANALOGIQUE

Plage du signal analogique 0 VCC V

Résistance ON IX,IY,IZ = 10 mA; VX,VY,VZ=3 V 8 10 Ω

Dérive de la résistance ON entre les 2 canaux

IX,IY,IZ = 10 mA; VX,VY,VZ=3 V 0,2 1 Ω

Dérive de la résistance ON d’un canal

IX,IY,IZ = 10 mA;

VX,VY,VZ=1 V, 2 V, 3 V1 Ω

Courant de fuite OffVX_,VY_,VZ_ = 4,5 V; 1 V;

VX,VY,VZ = 1 V; 4,5 V-1 0,002 1 nA

Courant de fuite ONVX_,VY_,VZ_ = 1 V; 4,5 V ou

ouvert; VX,VY,VZ = 1 V; 4,5 V-1 0,002 1 nA

E/S NUMERIQUES

Tension d’entrée High 2,4 V

Tension d’entrée Low 0,8 V

Courant d’entrée High VA,VB,VC=VENABLE=VCC -1 0,0003 1 µA

Courant d’entrée Low VA,VB,VC=VENABLE= 0 -1 0,0003 1 µA

Caractéristiques électriques (VS = +4,5 à 5 V, VH = 2,4 V, VL = 0,8 V, Tamb= TMIN à TMAX,

valeur typique pour 25 °C, sauf mention contraire)

Paramètre Conditions Min. Typ. Max. Unité

DYNAMIQUE DE COMMUTATION

Temps d’activation de EnableVX_,VY_,VZ_ = 3 V; RL = 300 Ω,CL = 35 pF

7 15 ns

Temps de désactivation de EnableVX_,VY_,VZ_ = 3 V; RL = 300 Ω,CL = 35 pF

4,5 10 ns

Temps de commutation d’adresseVX_,VY_,VZ_ = 3 V; RL = 300 Ω,CL = 35 pF

7 15 ns

Intervalle BbM (Brake-before-Make)VX_,VY_,VZ_ = 3 V; RL = 300 Ω,CL = 35 pF

0,2 1,5 ns

Capacité d’entrée (Off) VX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz 5 pF

Capacité de sortie (Off)

VX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz,MAX4617

27

pFVX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz,MAX4618

15

VX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz,MAX4619

8,5

Capacité de sortie (On)

VX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz,MAX4617

32

pFVX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz,MAX4618

21

VX_,VY_,VZ_ = 0; f = 1 MHz,MAX4619

15,5

Isolation Off RL = 50 Ω, f = 100 kHz -93 dB

Diaphonie des canaux RL = 50 Ω, f = 100 kHz -96 dB

Distorsion harmoniqueRL = 600 Ω, 1 VSS; f = 20 Hz à 20 kHz

0,017 %

ALIMENTATION

Plage des tensions d’alimentation +2 +5,5 V

Consommation de courant VA,VB,VC=VENABLE=VCC ou 0 -1 1 µA

INFORMATIONS

68 Elektor 3/2003

Dans l’affolement de la production indus-trielle on n’a pas le temps, pas même dans ledépartement « Conception & Développement», de souder les circuits intégrés et autrescomposants au fer à souder. L’outil de sou-dage préférentiel est le fœhn à air chaud quifixe à une vitesse surprenante élevée les com-posants, qu’ils soient CMS ou non peuimporte, sur la platine. Il est évident que l’onne se trouve pas en présence d’un fœhn ser-vant à sécher les cheveux (la températurefournie par ce dernier est, heureusementdirez-vous, bien trop faible), mais d’un ins-trument spécialisé, loin d’être bon marché ilest vrai, mais que l’on trouve depuis quelquetemps au catalogue de certaines maisons devente par correspondance.

Plus que de l’air chaud uniquementOn commence par pré-étamer légèrement lesîlots de soudure. Cette opération devra sefaire de préférence lors de la fabrication de laplatine, mais elle est également envisageableultérieurement après un pré-chauffage de laplatine. Il faudra éviter d’exagérer quant à laquantité de soudure utilisée : elle doit toutjuste suffire à permettre une fixation correctedu composant concerné.On place ensuite le circuit intégré légèrementdécalé par rapport aux îlots et on ajoute duflux de soudure sur tous les îlots de soudure.On réchauffe ensuite les îlots et les circuitsintégrés à l’aide du flux d’air chaud produit parl’instrument réglé à une température « douce» de quelque 290 °. Il faudra, de manière à évi-ter des points chauds, chauffer les îlots à plat ;pour ce faire on placera le fœhn à une distancecomprise entre 5 et 15 cm.Dès que la soudure se met à couler on posi-tionne le circuit intégré à sa position correcte.

Autre possibilité : tiquer doucementla platine à la pincette de sorte que,par effet de capillarité, la souduredéplace doucement le circuit intégrépour l’amener à la position requise.L’ensemble du processus ne devraitpas durer plus de 20 secondes souspeine de risques d’endommagementde la platine et des composants.

Cette technique, si elle requiertd’avoir la main bien ferme, a cepen-dant l’avantage d’éviter la créationde ponts de soudure entre lesbroches des composants. Il devientpossible, pour peu que l’on maîtrisecette technique, de souder plus de100 contacts dans l’intervalle de 10 à20 secondes disponible. Toutemachine de placement automatiqueen deviendra blanche de rage…

(031004)

Souder à l’air chaudAlternative au fer à souder

Jürgen Menke

Notre lecteur a travaillé chez un grand fabricant américain de téléphonesportables où il a appris à souder les composants CMS au fœhn à air chaud.

031004 - 11

Figure 1. Le composant à souder estplacé avec un léger décalage parrapport aux îlots avant d’êtrerepositionné lorsque la soudure s’estliquéfiée.

MODÉLISME

70 Elektor 3/2003

Le pilotage radio-commandé de modèlesréduits navals voit son intérêt grandir lorsquel’on est en mesure de donner d’autres com-mandes que les commandes standardavant/arrière gauche/droite. Nous laissons à

votre imagination féconde le soin detrouver des exemples d’applications.L’approche la plus simple pour réali-ser cette fonction consiste à utiliserune paire de micro-contacts com-

mandés par le biais d’une servo.On pourra imaginer, comme alterna-tive, de créer une unité de commuta-tion à base de combinaison d’unmultivibrateur monostable (MVM) etd’une bascule bistable (flipflop). LeMVM compare le signal MLI(Modulé en Largeur d’Impulsion =PWM pour Pulse Width Modulationen anglais) entrant avec une duréed’impulsion de référence (de 1,5 msenviron). Si la longueur d’impulsiondépasse 1,75 ms, on a déclenche-ment de la bascule bistable et acti-vation de la sortie. Si tel n’est pas lecas, le MVM est remis à zéro. Onpourra, de la même façon, réaliserune seconde fonction pour la détec-tion d’impulsions de durée inférieureà 1,25 ms cette fois.L’une des combinaisons adéquatespourrait prendre la forme, parexemple, d’un 74LS123 (un doubleMVM redéclenchable) et un 74LS73(une double bascule bistable J-K),ensemble qui permettrait de réaliser2 fonctions additionnelles. Rien n’in-terdit non plus d’utiliser des compo-

Unité de commutationpour modélisme2 fonctions de commutation jusqu’à 30 A additionnelles

Arthur Pistorius

La présente unité de commutation a pour fonction de permettre lacommande de 2 fonctions supplémentaires d’un modèle réduit par lebiais d’un canal de commutation de l’émetteur. L’un des canaux est enoutre doté d’une fonction de démarrage en douceur (softstart) de manièreà permettre la commutation d’un moteur électrique. Le signal decommande nécessaire ainsi que la tension d’alimentation sont dérivés durécepteur monté sur le modèle réduit.

MODÉLISME

713/2003 Elektor

Duoswitch » de la société Robbe parexemple) mais leurs prix sont souvent pour lemoins élevés. Rien de plus satisfaisantqu’une réalisation personnelle, à base, parexemple, du circuit intégré de servo, ô ! com-bien populaire, ZN409 (ou ZN419) que nousavions déjà utilisé, dans notre numéro doublede 1999 [1] . Ce composant n’est malheu-reusement plus fabriqué ni disponible où quece soit. Il va partant nous falloir imaginer uneautre solution.Un microcontrôleur PIC tel que, par exemple,le PIC16C72 de Microchip devrait permettrede réaliser une variante de substitution d’unetelle unité de commutation. La grande majoritédes réalisations personnelles préfèrent utili-ser le PIC16F84, mais c’est à dessein quenous avons opté pour le 16C712 vu que cetteversion comporte des sorties MLI (PWM).C’est la première fois que nous utilisons cecomposant dans un montage décrit dans noscolonnes.Après lecture de cette introduction vous neserez guère surpris de ce que vous trouverezsur le schéma : une entrée pour le signal MLIet 2 sorties qui attaquent chacune un étagede sortie comportant un ou deux FET. Unecombinaison RC bon marché requise par l’os-cillateur d’horloge complète ce panorama. Vula fréquence d’entrée à laquelle on a affaire,il n’est pas nécessaire de faire appel à unquartz pour obtenir la précision requise.Comme bien souvent avec des montages àmicrocontrôleur, l’étape de soudage serésume (hélas ?) à bien peu de choses.

Le schémaLa caractéristique la plus marquante duschéma représenté en figure 1 est sa simpli-cité. Le microcontrôleur IC1 constitue bienévidemment le pivot autour duquel tournecette réalisation. Ce contrôleur se voit appli-quer, par le biais de l’embase K1, le signal deservo en provenance du récepteur. Les sortiesRB3 et RA0 attaquent chacune, au traversd’une résistance, une paire de transistor àeffet de champ (FET), composants qui sont àleur tour reliés au monde extérieur par lesembases K2 et K3.Les FET utilisés ici sont capables de commu-ter 20 A chacun. L’intensité du courant est enfait limitée par le boîtier sachant que la puceelle-même est en mesure de commuter pasmoins de 55 A !. Il est préférable, pour selaisser une certaine marge, de rester quelquepeu en deçà des 20 A en question. 15 A parFET nous paraît une valeur plus réaliste.Comme nous utilisons 2 FET par canal,chaque canal est en mesure de fournir 30 Aen continu, une intensité plus que respec-table nous semble-t-il. Si l’on peut se conten-

K1 1

R110

k

100n

C1R2

8k2

C2

220p

R3

1k

R4

1k

020126-1

IRLR3103

T1

S

D

G

IRLR3103

T2

S

D

G

T3

S

D

G

T4

S

D

G

PIC16C84

OSC2

IC1

OSC1

MCLR

RA4

RA1

RA0

RA2

RA3

RB0

RB1

RB2

RB3

RB4

RB5

RB6

RB7

18

17

13

12

11

10

16

15

14

1

3

9

8

7

6

2

4

5

K2

K3

2x

2x

Figure 1. L’électronique de notre unité de commutation.

IC1

K1

K2

K3

R3

R4

T1

T4

020126-1

T

T

020126-1(C) ELEKTOR

020126-1(C) ELEKTOR

IC1

K1

K2

K3

R3

R4

T1

T4

020126-1

T

T

C1C2

R1R2T2

T3

020126-1

+-

Figure 2. L’implantation des composants sur cette minuscule platine est plus uneaffaire de soin que de temps.

sants CMOS standard. Pour peu quel’on fasse appel à des composantsCMS (pour montage en surface) il estpossible de réaliser des montages

extrêmement compacts.Notons que l’on trouve dans le com-merce différentes unités de commu-tation basées sur ce principe (le «

ter d’un courant de 15 A voire moins, onpourra fort bien n’implanter que l’un des 2FET.Le réseau RC R2/C2 définit la fréquence detravail du microcontrôleur. Avec les valeursdu schéma, cette horloge sera de 400 kHzavec une tolérance de ±10%. En fait la valeurexacte de cette fréquence n’a qu’une impor-tance relative. Le progiciel présent dans lecontrôleur continue de tourner parfaitementmême si la fréquence diffère de quelquespour cents par rapport à la valeur nominale.T1 force l’entrée de remise à zéro (reset) dumicrocontrôleur à un niveau haut et C1empêche tout signal parasite produit par IC1d’arriver jusqu’au récepteur. L’alimentation del’ensemble se fait au travers de l’embase K1,elle-même reliée au récepteur.La figure 2 vous propose le recto et le versode la platine dessinée à l’intention de cetteunité de commutation. Pour peu que vousayez déjà une certaine expérience du sou-dage de composants CMS, l’implantation descomposants devrait être l’affaire de quelquesminutes. Le PIC16C712 programmé est dis-ponible auprès des adresses habituelles.

Le progicielUn schéma seul ne suffit pas à faire fonction-ner un montage. Un PIC16C712 non pro-grammé ne nous avance à rien. C’est en effetdans le programme, le progiciel puisqu’il eststocké dans le µC, que se situe l’avantage del’utilisation d’un microcontrôleur par rapportà un circuit intégré spécialisé tel que leZN409 évoqué plus haut. Un programme bienpensé permettra de doter un microcontrôleurde fonctions additionnelles que ne possédaitpas le circuit intégré d’origine. L’un des «défauts » caractéristiques du ZN409 était,par exemple, qu’il ne permettait pas de réali-ser un démarrage en douceur sans le doter decomposants connexes supplémentaires. Lamise en oeuvre d’un microcontrôleur permetde réaliser ce type de fonctions sans lemoindre problème. Dans le présent pro-gramme, nous avons choisi d’utiliser l’unedes 2 sorties, K2, comme sortie de démar-rage et d’arrêt en douceur (softstart/softstop).Ceci signifie que l’activation et l’arrêt ne sefont pas brusquement mais que l’on met del’ordre de 1 s pour, par le biais d’un signalMLI, activer la sortie progressivement. L’arrêtlui aussi se fera en douceur. Cette approcheest extrêmement souhaitable lorsque l’on uti-lise ce signal pour attaquer un moteur élec-trique. Normalement, le moteur serait missous tension très brutalement. Ceci se traduitbien entendu par des efforts mécaniques surles points de fixation du moteur. Pour peu quele moteur soit doté d’une temporisation

mécanique, ces efforts sont encoreplus grands et peuvent, dans le piredes cas, se traduire par l’endomma-gement du système de temporisa-tion et/ou du dispositif de fixation del’élément moteur.Le concept du progiciel est deconstituer un détecteur de largeurd’impulsion prenant la forme d’uncompteur mesurant la durée de l’im-pulsion arrivant à l’entrée. La duréemaximale à laquelle on peut s’at-tendre est de 2 millisecondes envi-ron. Si l’on utilise pour ce faire 200cycles d’instruction, cela se traduitpar une très bonne résolution chro-nologique pour l’application en ques-tion. Il suffit en outre d’un seul octetpour représenter le contenu ducompteur, ce qui ne manquera pasde simplifier le programme. Cettevaleur correspond à une durée decycle de 10 µs. Ceci explique quenous ayons opté pour une fréquenced’horloge de 400 kHz. Nous avonsutilisé pour cela un condensateur de300 pF (tolérance de 5% sur notreprototype) et une résistance de6,2 kΩ. Il va sans dire que l’on pourraimaginer d’autres combinaison àcondition de faire en sorte que lacapacité soit supérieure à 20 pF etque la valeur de la résistance soitcomprise entre 3 et 100 kΩ (recom-mandation de Microchip). Lorsquel’on réalise un oscillateur d’horlogeen variante RC, on pourra retrouverla fréquence d’horloge, divisée par 4,sur la broche 15 (OSC2/CLKOUT) dumicrocontrôleur.

En guise de conclusionS’essayer aux microcontrôleurs ouvred’incroyables perspectives au déve-loppement de montages électro-niques destinés au modélisme. Il suf-fit de modifier le programme stockédans le µC pour que le fonctionne-

ment de l’électronique change dutout au tout. Ceux d’entre nos lec-teurs qui ont une certaine expé-rience de la programmation enassembleur des microcontrôleurs dela famille des PIC pourront téléchar-ger le code-source de cette réalisa-tion depuis le site Internet d’Elektor(www.elektor.fr) pour, le caséchéant, l’adapter à leurs besoinsspécifiques. Ceux d’entre nos lec-teurs qui n’auraient pas accès àInternet pourront se procurer unedisquette avec les codes-source ethexadécimal auprès des adresseshabituelles (EPS020126-11).Le code-source est doté de commen-taires (en néerlandais) de sorte quel’on aura vite fait d’en saisir le fonc-tionnement.Si nous en voulons pour preuve lapublication récente de montagesdestinés au modélisme [2], il existeplusieurs chemins pour aller à Rome.Le montage à base de PIC16F712décrit ici pourra, à son tour, servir debase à de nombreux montages com-biné (4 entrées au niveau du port Aet 8 sorties au niveau du port B,avec ou sans mémoire); il constitueun exemple très parlant de ce quel’on peut réaliser de simple et d’effi-cace à l’aide de microcontrôleursmodernes.

(020126)

MODÉLISME

72 Elektor 3/2003

Liste des composants

Résistances :R1 =10 kΩR2 = 8kΩ2R3,R4 = 1 kΩ

Condensateurs :C1=100 nFC2=220 pF

Semi-conducteurs :IC1=PIC16C712-041/SO

(programmé EPS 020126-41)T1 à T4= IRLR3101 chez, par

exemple, Farnell n° 738-372)

Divers :petit câble de servocommande

Bibliographie[1] régulateur de vitesse pour

modèles réduits, Elektor n° 253, juillet/août1999, page 44 et suivantes,

[2] Puce polyvalente pour modélisme, Elektor n° 284, février 2002,page 14 et suivantes, n° 285, mars 2002, page 52 et suivantes

INFORMATIONS

74 Elektor 3/2003

Au cours des dernières années laconception de circuits électroniqueset le dessin de la platine correspon-dante sur PC sont devenus de plusen plus importants. Non seulementles professionnels mais aussi lesamateurs et les étudiants ne fontplus de conception de schéma ni dedessin de platine « à la main »,chargeant leur PC de cette tâche dedessin de schéma et de conceptiondu circuit imprimé. S’il y a encoremoins d’un lustre il existait unnombre important de logiciels dansce domaine, un certain nombre defusions et de faillites ont réduit trèssensiblement le nombre de sourcespour ce type de programmes. Il enreste cependant encore suffisam-ment pour que le choix (aux consé-quences importantes à long terme)d’un logiciel soit encore relativementdélicat.

Dessin de platinessous EAGLEAbordable et d’utilisation aisée

Harry Baggen

Le programme de dessin de circuits imprimés d’origine allemande EAGLEest resté jusqu’à présent relativement méconnu en Belgique alors qu’enFrance et en Suisse il connaissait des distributeurs depuis longtemps déjà.Franklin Industries a pris récemment à sa charge la distribution Outre-Quiévrain, alors que Développement Electronique pour la France etLumatron pour la Suisse, l’assuraient depuis plusieurs années déjà. Grâceà une version « découverte » freeware, à des prix abordables et un bonsupport technique, ce logiciel présente un intérêt indéniable pour lesétudiants et les électroniciens amateurs.

INFORMATIONS

753/2003 Elektor

table traçante Gerber, fichiers de perçageExcellon et Sieb&Meyer). L’utilisateur pourraconfigurer ce processeur en fonction des péri-phériques de sortie dont il dispose.La version light de EAGLE 4.0 est téléchar-geable gratuitement depuis le site de CadSoft.Il existe une version Windows et une versionLinux, en anglais et en allemand. Si l’on faitabstraction des limitations évoquées plushaut, on se trouve en présence d’un logicielcomplet dont son distributeur permet l’utilisa-tion pour des applications non commerciales.Les amateurs et étudiants ne pouvant pas sesatisfaire des dimensions restreintes de laversion freeware évoquée plus haut pourrontpasser à la version Standard (format carteeurope 160 x 100 mm et 4 couches pour 750euros) voire Professional (1,6 x 1,6 m 16couches, 1 500 euros avec support tech-nique) ces 2 versions étant accompagnéesd’un manuel en français. Il est possible, avecces 2 versions, d’acheter différents modulesséparément. Il existe une version en français,mais pour ces 2 versions uniquement.

(020358)

L’utilisateur potentiel d’unlogiciel de dessin de schémaet de conception de platinesse trouve inévitablementplacé devant un dilemme qu’ilva lui falloir trancher; en effetil existe 2 catégories de logi-ciels : les « abordables » etceux qui ne le sont pas. Unbon logiciel de « lay-out »(qui associe les aspects des-sin de circuit électronique etconception de platine) avecles auxiliaires nécessaires(tels que autorouteur, etc.) estnormalement relativementcoûteux. Tant que c’est unesociété qui utilise un tel logi-ciel, cela ne devrait pas poserde problème. Mais si l’on secontente de dessinerquelques platines par an, uninvestissement de plusieursmilliers d’euros n’est pas,d’un point de vue purementéconomique, défendable.Même un utilisateur privé nepeut pas se permettre une telledépense.Comme à une certaine époque Layo,la société allemande Cadsoft a optépour une autre approche qui semblecouronnée d’un succès indéniable.L’ensemble de logiciel de lay-outEAGLE (Easily Applicable GraphicalLayout Editor) est proposé en free-ware. Les seules limitations queconnaît cette version est la taille dela platine à dessiner (une demi-cartede format europe) et le nombre decouches (2 pour la version freeware).À ceci près, la version freewarereprend toutes les caractéristiquesde ses grandes soeurs, les versionsStandard et Professional. Les librai-ries de composants sont proposéesgratuitement au téléchargementdepuis le site Internet de Cadosft.EAGLE comporte 3 modulesmajeurs : l’éditeur de schéma, l’édi-teur de circuit imprimé et l’autorou-teur. Le programme est fourni enstandard avec une librairie de com-posants bien étoffée.Le concept des différents modulesest parfaitement logique de sortequ’un électronicien aura vite fait dese frayer un chemin dans les arcanesdu programme et cela sans avoir àconsulter le manuel.L’éditeur de schéma (layout-editor)peut s’accommoder de 99 feuilles

par schéma et possède une fonctionERC (Electrical Rule Check) destinéà permettre la détection deconnexions ou liaisons erronées. Unefonction d’échange de broches et deportes (gate & pinswap) permet uneinterversion aisée de certaines desbroches. L’éditeur de circuits impri-més peut s’attaquer à une platine de1,6 x 1,6 m au maximum et ce à unerésolution de 0,1 micron et avec unmaximum de 16 couches de signal(il s’agit bien entendu là de la ver-sion professionnelle). La librairiecomporte les boîtiers conventionnelset CMS. Un éditeur de composant(library-editor) intégré permetd’ajouter un composant nouveauvoire de modifier un composant exis-tant. Le programme connaît unefonction undo/redo à nombre d’ac-tions illimité. Il est possible d’effec-tuer un traitement générique (batch)à l’aide de fichiers scripts. Le logicielpossède en outre une fonction DRC(Design Rule Check = vérification durespect des règles).Un autorouteur rapide ripup&retrypour 16 couches au maximum per-met, de tenir compte, lors de l’auto-routage, de différents facteurs decoûts.Un processeur CAM se charge defournir le fichier de sortie requis(Postscript, table traçante à plume,

Liens Internetwww.cadsoft.dewww.cadsoftusa.comwww.cadsoftfrance.comwww.franklin-industries.com

OUTILSdeDÉVELOPPEMENT

Elektor 3/200378

Le kit arrive dans d’excellentes conditions deprotection. On y trouve tout ce dont on abesoin pour une première prise en main.Même l’alimentation y est, sous la formed’une pile compacte de 9 V il est vrai.Comme l’illustre la photo en début d’article,le kit se compose d’une petite platine d’ex-périmentation de quelque 6,5 x 5,5 cm necomportant que 2 circuits intégrés, un8 broches presque trop petit pour être dotéd’une inscription et dont la dénominationn’en permet pas l’identification comme étantun 68HC908 et l’incontournable MAX232, uneembase sub-D 9 contacts pour la liaison versle PC, la pile de 9 V évoquée plus haut et unepaire de CD-ROM : l’un concernant la familleNitron™, le second étant le CodeWarrior, unstudio (quel joli nom) de développement pourles microcontrôleurs HC08 de Motorola.

Les CD-ROMLe premier CD-ROM consacré à la familleNitron™ est une source inépuisable de docu-

mentation sous diverses formes(dont des fichiers .pdf) concernant leHC08 et ses outils de développe-ment.Le second CD est celui du CodeWar-rior de Metrowerks en version d’éva-luation. On notera qu’il faut deman-der à cette société une licence d’éva-luation temporaire. Le CodeWarriorDevelopment Studio Special Editionpour la famille 68HC908QT/QY estproposé gratuitement avec le kit. Ilreprésente plus de 2000 $US d’outilsde développement en provenance decertaines des sources les plusconnues; on y découvrecompilateur C, assembleur, débo-gueur, simulateur, programmateur deFlash et générateur d’auto-code pourles périphériques enfouis.Venons-en au kit proprement dit.Comme le souligne la dénominationdu kit, il concerne uniquement le68HC908QT4 (Nitron™) de Motorola.

Motorola offre en effet plusieursmicrocontrôleurs dont le nom com-porte les chiffres 908 mais qui n’ensont pas moins totalement différentstant au point de vue brochage questructure interne (ne mentionnonsque les 980GP32 (40 broches 32 Koc-tets de Flash, 512 octets de RAM,29 broches d’E/S, etc., 908RF2 ou908KX8...).

Le Nitron™, connais pas !La famille Nitron™ est une nouvellesérie de microcontrôleurs 8 bits deMotorola à noyau HC08 dotés, selonleur type, de 1,5 à 4 Koctets demémoire Flash et proposés, parquantité suffisante, au prix des ver-sions OTP ou ROM des concurrents,l’objectif étant les 70 cents (qu’ilssoient de dollar ou d’euro, n’a plus,pour le moment, grande impor-tance), l’objectif étant d’arriver à undemi-dollar ou euro, de manière àpasser en-dessous du prix de lamajorité des microcontrôleurs mêmeOPT (One Time Programmable) ouROM (Read Only Memory). Avec lafamille 68HC08, Motorola proposetoute une palette de microcontrô-leurs 8 bits allant du coût le plusfaible aux performances les plushautes. La présence de mémoireFlash dans un contrôleur permet une(re)programmation multiple (plus de10 000 fois) en cours de développe-ment et même des réactualisationsune fois le composant monté. Moto-rola met en outre gratuitement à dis-position des outils de développe-ment (estimés à plus de 2 000 $US)pour les microcontrôleurs Nitron™Flash. La version fournie gracieuse-ment est bridée à 4 Koctets de code.La famille 68HC908Q comporteactuellement 6 membres, répartis en2 séries, les T à 8 broches et les Y à16 broches (T1,2,4 et Y1,2,4); leurpoint commun est d’être dotés du

68HC908QT4Kit de développement pour le Nitron™

OUTILSdeDÉVELOPPEMENT

3/2003 Elektor

montés (dans l’application concernée), onparle de reprogrammation à la volée, opéra-tion se faisant à raison de 30 ms par octet(soit un peu plus de 30 ms par Koctet). Cescomposants connaissent également une pro-tection de bloc et des dispositifs de sécuritépour aider les utilisateurs à protéger la pro-priété intellectuelle contenue par le code deprogramme. Cette capacité permet une pro-grammation de dernière minute en fin de pro-cessus de fabrication, de mise à jour sur leterrain en cas de modification du cahier descharges client etc. Le code objet est compa-tible avec l’architecture 68HC05.

InstallationL’installation se résume à l’installation desprogrammes à l’aide des CD-ROM présents.Un certain nombre d’exemples et de dictacti-ciels (tutorials) montrent comment utiliser leNitron™. Il va sans dire que toute la docu-mentation et les exemples sont en anglais etque l’utilisation de ce kit requière partant unminimum de connaissance de la langue deShakespeare.À l’écriture de ces lignes, Motorola proposait,à l’adresse :www.motorola.com/mcuson outil à 25 $US (+ frais de port ?), unesomme très modique pour s’essayer à cettenouvelle famille de composants. Il se peutcependant fort bien que cette action se soitterminée entre temps.En raison de son coût faible, le 68HC908devrait trouver place dans de nombreusesapplications à faible coût tels que thermo-stats et autres appareils domestiques. Àquand notre premier montage lecteur à basede ce microcontrôleur ?Il va sans dire que l’on pourra trouver forced’informations sur le site de Motorola sis àl’adresse : www.motorola.comen entrant les mots-clés Nitron ou 68HC908.

(027172)

coeur 0,5 mm 68HC08 très utilisé etapprécié, leur différence se situe auniveau de leur capacité de mémoireFlash qui est soit de 1,5 (versions 1et 2) soit de 4 Koctets (version 5). LaRAM est de 128 octets. Tous cescontrôleurs intègrent un système detemporisateur (timer) 16 bits bi-canalà capture sélectable, comparaison etPWM, protection système tel quepoint d’entrée en fonction LVI (LowVoltage Inhibit) sélectable et un

auto-réveil depuis un mode STOPCOP (Computer Operating Properly).Les versions 2 et 4 de ces contrô-leurs intègrent en outre un certainnombre de périphériques addition-nels dont un CAN 8 bits à 4 canaux.La vitesse du bus est de 8 MHz(durée minimum d’une instruction125 ns), la tension d’alimentationallant de 2,7 à 5,5 V.L’intérêt des microcontrôleurs Flashest qu’ils sont reprogrammables

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Liens intéressantsMotorola : www.motorola/com/mcuFuturlec : Kit de développement pour le68HC908 autres que le kit Motorola original www.futurlec.com/CP68HC908DevBrd.htmlAllen Systems : Produits à base de 68HC908www.allen-systems.com/cp908.htmNoIce :www.noicedebugger.com/help/68HC08.htm