livret 4a cahier cours-final

Livret : ricit : Cours, exercices et devoirs -4me A. Technologique G.E. Page 1

REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L'EDUCATION Anne scolaire : 2013/2014

Cahier de cours destine aux lves de 4me Anne Technologique GE

- CAHIER Cours, Activits, Exercices & Devoirs

- 1r trimestre

Propos par :

Mr : Hmidi Fredj Professeur principal - gnie lectrique Lyce Ibn Eljazzar - kairouan


Table des matires

LES OPERATIONS ARITHMETIQUES:

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LES CIRCUITS ARITHMETIQUES:

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LES COMPTEURS BINAIRES:

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LE GRAFCET :

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LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS :

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MOTEUR A COURANT CONTINU:

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EXERCICES & DEVOIRS :

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Leon A11 : Les oprations

arithmtiques binaires

OS A11: excuter en binaire une opration arithmtique de base

OS A12: reprsenter un nombre entier relatif

I- ADDITION BINAIRE :

1- MISE EN SITUATION :

a/ Activit : - SOUSTRACTEUR

1) En se rfrant au dossier technique (page 3/3), remplir le tableau ci-

dessous.

Circuit Rfrence Nom

U1 74HC283

Fonction logique XOR

U3 7404

Fonction logique ET


2) La carte lectronique indique ci-additionneur soustracteur.

a) Cbler la carte ou charger le fichier ADD-SST, mettre SST 0 puis 1 et vrifier le fonctionnement pour : A=1011(2). B=0111(2).

2- ADDITION EN BINAIRE : 2-a/ Principe : 2-b / : S = A + B Sachant que A = 83(10) = 1010011(2), B= 67(10) = 1000011(2) et S = 150(10) = 10010110(2)

2-c / Evaluation : 1-a/ Raliser les oprations d'addition suivantes : S = A + B

II ADDITION EN BINAIRE BCD

SST C4 S3 S2 S1 S0 Fonction ralis

0 .. .. .. .. ..

1 .. .. .. .. ..

A + B Rsultat Report

0+0

0+1

1+1

1+1+1

Pondration 27 2

6 2

5 2

4 2

3 2

2 2

1 2

0

Retenues

Terme A 1 0 1 0 0 1 1

Terme B 1 0 0 0 0 1 1

Rsultat S


1-PRINCIPE :

La notation en BCD est couramment utilise dans les ordinateurs et les calculettes.

Dans cette notation ( BCD : Binary Code Dcimal) : Chaque chiffre du nombre dcimal est reprsent en binaire sur ............................

Exemple : Convertir le nombre dcimal 237 en binaire naturel et en binaire BCD:

2- ADDITION EN BINAIRE BCD

1er cas : A0 + B0 0 (10) et B0 (10) deux nombres dcimaux.

Exemple : A0 = 6 = ....................(BCD) B0 = 2 = ....................(BCD) 2

me cas : A0 + B0 > 9 avec A0 (10) et B0 (10) deux

nombres dcimaux.

Exemple : A0 = 7 = ...................(BCD) B0 = 5 = ..................(BCD)

Erreur de calcul : ...................................................................

Solution : Si A0 + B0 > 9 on ajoute 6(10) = 0110(BCD) au rsultat trouv pour obtenir la valeur exacte.

3

me cas : A0 + B0 1 + B1 1A0 (10) et B1B0 (10) deux nombres dcimaux.

Exemple : A1A0 (10) = 25 et B1B0 (10) = 23

6

+2

=

7

+5

=


4

me cas : A0 + B0 > 9 et A1 + B1 1A0 (10) et B1B0 (10) deux nombres dcimaux.

Exemple : A1A0 (10) = 17 et B1B0 (10) = 45

Solution :

A0 + B0 > 9 donc on ajoute 6(10) = 0110 au 1er quartet et non au 2

me quartet car A1 +

B1 5

me cas : A0 + B0 1 + B1 > 9 avec A1A0 (10) et B1B0 (10) deux nombres dcimaux.

Exemple : A1A0 (10) = 81 B1B0 (10) = 52

Solution : A1 + B1 > 9 donc on ajoute 6(10) = 0110 au 2

me quartet et non au 1

er quartet

car A0 + B0 6

me cas : A0 + B0 > 9 et A1 + B1 > 9 avec A1A0 (10) et B1B0 (10) deux nombres dcimaux.

Exemple : A1A0 (10) = 83 et B1B0 (10) = 79

Solution :

A1 + B1 > 9 et A0 + B0 > 9 donc on ajoute 6(10) = 0110 au 1er

quartet et au 2me

quartet

III - SOUSTRACTION BINAIRE :


1-A/ PRINCIPE : 1-B / Sachant que A = 11(10) = 1011(2), B= 7(10) = 111(2) et S = 4(10) = 0100(2) 1-C / EVALUATION : 1-Raliser les oprations de soustraction suivantes : S = A - B

IV -


Les oprations arithmtiques (+, -nombres positifs ainsi que des nombres ngatifs

pour la reprsentation de ces nombres.

2- NOTATION SIGNE GRANDEUR :

2-A/ PRINCIPE : exact de la valeur dcimale devanc par un bit de signe

A B Rsultat Report

1-0

0-1

1-1

10-1

11-1

Pondration 23

22

21

20

Terme A 1 0 1 1

Terme B 0 1 1 1

Report

Rsultat S


BIT DE SIGNE : Si le nombre est (+) le bit de signe est indiqu par 0 Si le nombre est (-) le bit de signe est indiqu par 1

EXEMPLE : 5(10) = 101 (2) +5(10) = .......................... (2) 5(10) = 101(2) -5(10) = ......................... (2) 2-B / INCONVENIENTS DE CETTE NOTATION :

Exemple : +5(10) + -5(10) = 0

+5

+ (-5)

=

.....................................................................................................................................

arithmtiques 2-C / REMARQUE : Le nombre binaire doit tre reprsent sur un nombre des bits

3-FORMAT BINAIRE DE 8 BITS :

3-A/ FORMAT 8 : reprsentation des nombres relatifs de 8 bits : Donc permet de reprsenter .......................... nombres relatifs seulement : ......... nombres (-) : -0, -1, - -127

3-B / ECRITURE DUN NOMBRE SIGNE DANS LA NOTATION EN COMPLEMENT A 2 :

PRINCIPE : Si le nombre est positif : Grandeur = Grandeur binaire exacte Si le nombre est ngatif : Grandeur = complment 2 de la grandeur

exacte

METHODES DE REPRESENTATION EN COMPLEMENT A 2 : EXEMPLE : Reprsenter le complment 2 du nombre -5 sur un Format de 8 bits

Mthode thorique :

soit x = 5

Bit de signe bits de grandeur

b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

Bit de signe nombre binaire de 7 bits


Calculer Y = 28 x

Y = ............................................... Convertir Y en binaire

Y = ............................................... Y : La reprsentation de -5 sur un format de 8 bits

-5(10) = .................................. Vrifier en binaire que : +5 + (-5) = 0 :

Mthode pratique :

convertir 5 en binaire sur 8 bits x = 5 (10) = ................................................

complment 1 de 5 : complmenter tous les bits C1(5) = ...................................

complment 2 de 5 : ajouter 1 au complment 1 de 5 C2(5) = C1(5) + 1

C2(5) = .................................. La reprsentation de -5 sur un format de 8 bits

C2(5) = -5(10) = 1 1 1 1 1 0 1 1 (2) CONCLUSION :

nombre positif en un nombre ngatif et vice versa. La proprit de la notation en complment 2 est permet de

: A B = .....................................................................................

+5

-5

= 0


Leon A2 :

Circuits arithmtiques

OS A21: Rsoudre un problme de logique combinatoire

OS A22: Mettre en un circuit arithmtique

I-Mise en Situation :

1-/ ADDITION EN DECIMAL : A(10) = 786 et B(10) = 259 S(10) = A + B = ..................... 2-/ ADITION EN BINAIRE NATUREL A(2) =1101 et B(2) = 1011 S(2) = A + B = .................. 3-/ PRINCIPE : Soient A et B deux mots binaires 4 bits et S = A + B : A(a3a2a1a0) , B(b3b2b1b0) et S(s3s2s1s0) RANG0: On additionne ... bits ( .... et .... ) : retenue d'entre ................, retenue de sortie : .. ( ............... Additionneur) RANG1: On additionne 3 bits (......, ...... et .......) : retenue d'entre : r1, retenue de sortie : r2 (Additionneur ........................)

II - DEMI -ADDIT IONNEUR OU H ALF -A DDER

1- PRINCIPE : Somme de ......... bits de deux nombres binaires A et B de mme rang ........ retenue

0) , B(b0) et S(s0) avec S = A + B et r1 : retenue de sortie 2- ACTIVITE N1:

Simuler le montage suivant :

S R

R1, R2 : rsistance de forage ou de rappel R3,R4 : rsistance de limitation


Remplir la table de vrit suivante et Retrouver les quations logiques de S et de r.

S = .................................................................................................................. r = .............................

: Un additionneur ....................................... additionner ................... bits : .............................

III - A DDITIONNEUR COMPLET OU FULL -A DDER

1-/ PRINCIPE : Soit : S = A + B Somme de deux bits ai et bi de deux nombres binaires A et B de mme rang i avec :

ri : retenue d'entre ri+1 : retenue de sortie ai : bit du mot binaire A du rang i bi : bit du mot binaire B du rang i si : bit du mot binaire S du rang i

2-/ ACTIVITE N2


Dterminer les expressions logiques de si et ri+1 :

Si =................................................................................................................................................. = ................................................................................................................................................................ = ................................................................................................................................................................ = ................................................................................................................................................................ ri+1 = ..................................................................................................................................................... AUTRE MANIERE :

ri+1 =

= = = = =

:

3-/ EVALUATION :


-suivante : -Modliser cette opration par des

- 3 additionneurs ....................................... pour excuter cette opration 4-/ CONCLUSIONS : Les additionneurs complets sont commercialiss sous des circuits intgrs tel que ............................. ou .................................

IV-A DDITIONNEUR BINAIRE INTEGRE 7483 OU 74283

1-/ PRINCIPE : Complter le logigramme cidessous pour obtenir la somme binaire : S = A + B avec une retenue d'entre r0 et retenue de sortie r4 Sachant que: A = a3a2a1a0 (2) B = b3b2b1b0 (2) S = s3s2s1s0 (2)

2-/ SYMBOLE : Le circuit TTL 7483, 74283 ou CMOS 4008 est un additionneur complet 4 bits :

3a2a1 a0 (2), : B = b3b2b1b0 (2) , somme de A + B : S = s3s2s1s0 (2) C0 : retenue d'entre C4 : retenue de sortie

Rang i Rang3 Rang2 Rang1 Rang0 retenue A 1 0 1

B 0 1 1

S

Rang i Rang4 Rang3 Rang2 Rang1 Rang0 Retenue r4 r3 r2 r1 r0 A a3 a2 a1 a0

B b3 b2 b1 b0

S s3 s2 s1 s0


3-/ ACTIVITE N3 :

A-1 : Sur maquette, simulateur ou avec un logiciel, cbler et simuler le montage ci-dessus A-2 : Dduire les principales caractristiques de ce circuit : ..................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... A-3 : Complter le cblage de ce circuit pour faire fonctionner en additionneur de deux mots binaires 2bits, identifier la retenue de sortie.

4-/ MISE EN CASCADE DE DEUX DES ADDITIONNEURS BINAIRES INTEGRES A-1 : Soient A et B deux mots binaires 8 bits et S = A + B avec A = 10010111 et B = 01010011, raliser l'opration d'addition suivante :


A-2 : Complter le schma de cblage et vrifier le rsultat prcdente

V-A DDITIONNEUR BCD INTEGRE 4560

1-/ PRINCIPE :Chaque chiffre du nombre dcimal est reprsent en binaire sur 4 bits (= quartet) 2-/ SYMBOLE : Le circuit CMOS 4560 est un additionneur complet 4 bits :

4a3a2a1 (BCD), m : B = b4b3b2b1 (BCD) , somme de A + B : S = s3s2s1s0 (BCD) CI : retenue d'entre CO : retenue de sortie

3-/ EVALUATION : A-1 : Soit A et B deux mots binaires BCD : A = 0111 (2) , B = 0011(2) , S =A + B raliser l'opration d'addition suivante. A-2 : indiquer les niveaux logiques aux entres et BCD.


VI -COMPARATEUR BINAIRE :

1-MISE EN SITUATION :

A-1 / PRINCIPE : deux nombres binaires A et B et indiquer en sortie si ..................... , ................... ou ..................... .

A-2 / EVALUATION : Soient : A = a3a2a1a0 et B = b3b2b1b0 Comparer A et B revient comparer ............................. : A-3 / CONCLUSION :

2- COMPARATEUR A 1 BIT :

A-1/ PRINCIPE : Comparer deux nombres binaires A et B chacun de un seul bit : A(a0) ; B(b0) et indiquer en sortie : S2 =1 si A > B , S1 =1 si A = B ou S3 =1 si A < B A-2/ ACTIVITE1:

Sur un maquette, simulateur ou avec un logiciel, cbler puis simuler le montage suivant :


Complter la table de vrit et retrouver les quations logiques de S1, S2

et S3.

S2 = ( A > B ) S1 = (A = B ) = ............................................................................................. S3 = ( A < B ) = .............................................................................................

Dterminer le logigramme d'un comparateur seul bit sachant que :

3- COMPARATEURS INTGRS :

A-1/ PRINCIPE : Comparaison de deux nombres binaires 4 bits et indiquer en sortie : Si A > B alors QA>B = 1 Si A = B alors QA=B = 1 Si A < B alors QA


A-3/ ACTIVITE :

A/ Sur maquette, simulateur ou avec un logiciel, cbler et simuler le montage ci-dessus B/ Dduire les principales caractristiques de ce circuit : ..................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... C/ Complter la table de fonctionnement du circuit 7483

D/ CONCLURE : Lorsque on utilise un seul circuit intgr les entres de la mise en cascade : A>B , AB) = .... et (A


4-MISE EN CASCADE DE DEUX CIRCUITS COMPARATEURS :

1-/ PRINCIPE : * Pour comparer deux nombres de ........................................ on utilise ... circuit comparateur * Pour comparer deux nombres de ............................... et ................................ on utilise .... circuits comparateurs monts en ............................................. 2-/ ACTIVITE :

Soient A = a7a6a5a4a3a2a1a0 et B = b7b6b5b4b3b2b1b0, complter le schma de cblage

Soient A et B deux nombres binaires en BCD : A=10010000 et B=0101 1111 indiquer l'tat des sorties : QA>B = ...., QA


A-1/SYMBOLE & BROCHAGE:

A-2/ ACTIVITE :

A- / Sur maquette, simulateur ou avec un logiciel, cbler et simuler le montage ci-dessus B-/ En se rfrant au tableau de fonctionnement du UAL 74181 : B-1/ Simuler la fonction logique ET (F = A ET B) et complter le tableau suivant :

B-2/ Vrifier le rsultat thoriquement:

Fonction Logique ET

S3S2S1S0 M Cn A3A2A1A0 B3B2B1B0 F3F2F1F0

............... .... .... 0011 1010 .................

A 0 0 1 1

B 1 0 1 0 F ... ... ... ...


B-3/ Simuler la fonction arithmtique ADDITION (F=A PLUS B) et complter le tableau

B-4/ Vrifier le rsultat thoriquement: B-5/ Sur un format de 4bits, Dterminer le complment 2 de 5 : ........................................................................................................................................................................ B-6/ Dterminer le complment 2 de 5 pratiquement : ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ .......................................................................................................................................................................

Addition binaire

S3S2S1S0 M Cn A3A2A1A0 B3B2B1B0 F3F2F1F0

.................... .... ....

0011 1010 ......................

A 0 0 1 1

B 1 0 1 0 F ... ... ... ...


Leon A31 :

Compteur asynchrone

OS A31: Raliser des applications base de bascules

OS A32: Choisir et mettre en un compteur/dcompteur

I-MISE EN SITUATION : Horloge numrique:

numrique, c'est-- : deux chiffres pour les heures, deux chiffres pour les minutes et deux chiffres pour les secondes.

N.B : loge est fourni gnralement par un oscillateur quartz.

II -Compteur Asynchrone base de bascules :

1-PRINCIPE :

A-/ Un compteur asynchrone est un circuit logique :

de n bascules (T ou les autres bascules quivalentes T). Il reoit le signal de re

bascule. Pour les autres bascules :

o si elles sont front descendant-1)

: Hi


o si elles sont front montant-1)

o : Hi

B-/ Un dcompteur asynchrone est un circuit logique :

de n bascules (T ou les autres bascules quivalentes T). Il re

bascule. Pour les autres bascules :

o si elles sont front descendant-1)

: Hi

o si elles sont front montant -1)

: Hi

C-/ Un compteur modulo N :

Il comporte N combinaisons de 0 (N-1) Utilise n bascules tel que : 2n-1 < N 2n

o si N = 2n : Comptage sans forage ; Exemple : Modulo = (2, 4, 8, 16, 32, 64, 132, ...).

o si N < 2n : Comptage avec forage

2-COMPTEUR ASYNCHRONE MODULO 16 :

A base des bascules JK front descendant : : Hi = Qi


A base des bascules D front montant :

: Hi = /Qi

Nombre des bascules : n=...., Cycle de comptage : (0...........), Modulo : N=..... N ............ 2n : ....................... forage N(10) = Q3 Q2 Q1 Q0 (2) = 23Q3 + 22Q2 + 21Q1 + 20Q0

3-COMPTEUR ASYNCHRONE MODULO 10 :

Compteur Modulo 16 forcer 10 ; Cycle de comptage :

n, Equations de forage : On utilise la combinaison : 10(10) =

2 =Q3Q2Q1Q0 , pour forcer zro, les 4 bascules du compteur Modulo 16 ; il suffit de forcer les

4-DECOMPTEUR ASYNCHRONE MODULO 16 :

A base des bascules JK front descendant : : Hi = /Qi


A base des bascules JK front montant : : Hi = Qi

Nombre des bascules : n=............., Cycle de comptage : (.................0),

Modulo : N=......... N ........... 2n : .................. forage N(10) = Q3 Q2 Q1 Q0 (2) = 23Q3 + 22Q2 + 21Q1 + 20Q0

5- DECOMPTEUR ASYNCHRONE MODULO 10 :

Dcompteur Modulo 16 forcer 10 ; Cycle de comptage :

N = 10 -- > 2n-1 2n --- N = ................. 2n On utilise la combinaison :, On doit forcer le dcompteur commencer

(2) = Q3Q2Q1Q0 au lieu de commencer

(2) = Q3Q2Q1Q0 , on doit donc forcer zro les bascules Q2 et Q0 R0 = R2 1 = R3


III -Compteur Asynchrone base de circuit intgr :

1- CIRCUIT INTEGRE : 74393

Compteur binaire asynchrone de .......... bits, modulo 2........ = ..........., cycle complet de (0...................), MR : une entre ...................................

2- CIRCUIT INTEGRE : 7493

A-/ DOSSIER TECHNIQUE : Le circuit 7493 est constitu par 2 compteurs : compteur modulo2 et compteur modulo8 :

Compteur Modulo8 (D

R01 et R02 : entres de remise zro du circuit de comptage Si R01. R02 = 1 : actives alors QDQCQBQA = 0000 (2) = 0 Schma interne et table de fonctionnement du compteur 7493

N.B. 1.

B-/ ACTIVITES :


ACTIVITE1 :.......................................................................................................................

ACTIVITE2 :............................................................................................................................

ACTIVITE3 :......................................................................................................................................

ACTIVITE4 : .............................................................................................................................

ACTIVITE5 : COMPTEUR BINAIRE MODULO 32

...................................................................................................................................................................


ACTIVITE6 : COMPTEUR BINAIRE MODULO 42 1ER CAS : circuit1 : Div2 et Div 8 et circuit2 : Div2 .......................................................................................................................................................................

2EME CAS : circuit1 : Div8 et circuit2 : Div8 .......................................................................................................................................................................

3-CIRCUIT INTEGRE 7490

A-/ DOSSIER TECHNIQUE :

Compteur binaire asynchrone 4 bits, Modulo 10, cycle de comptage incomplet de (0..9). R01 et R02 : entres de remise zro du circuit de comptage

Si R01. R02 = 1 : actives alors QDQCQBQA = 0000 (2) = 0 R91 et R92 : entres de mise 9 du circuit de comptage

Si R91. R92 = 1 : actives alors QDQCQBQA = 1001 (2) = 9 Le circuit 7490 est constitu par 2 compteurs : compteur modulo2 et compteur modulo5 :

oge.

Table de fonctionnement : Pour Comptage BCD, relier la sortie QA

Table de fonctionnement des Resets


B-/ ACTIVITES ACTIVITE1 :..........................................................................................................................................

ACTIVITE2 :........................................................................................................................................

ACTIVITE3 :........................................................................................................................................

ACTIVITE4 : rle de R91 et de R92

........................................................................................................................................................................


ACTIVITE5 :

........................................................................................................................................................................

ACTIVITE6 : compteur dcimal modulo 52

.......................................................................................................................................................................


Leon A31 :

Compteur synchrone

OS A31: Raliser des applications base de bascules

OS A32: Choisir et mettre en un compteur/dcompteur

I-MISE EN SITUATION :

CIRCUIT DE COMPTAGE N1 :

CIRCUIT DE COMPTAGE N2 :

SIMULER, COMPARER ET CONCLURE

CIRCUIT DE COMPTAGE N1 : Compteur modulo ; Le mla bascule CIRCUIT DE COMPTAGE N2 : Compteur modulo Le mode est synchrone si signal


II -Compteur synchrone a base des bascules :

1-Compteur synchrone Modulo 10 :

A) TABLE DE COMPTAGE B) TABLE DE FONCTIONNEMENT DES DIFFERENTES BASCULES

C) REALISATION DU COMPTEUR AVEC DES BASCULES JK : I) MATRICES DES ENTREES : JI

J0 = .................................... J1 = ....................................

Q JK

0


J2 = .................................... J3 = .................................... I) MATRICES DES ENTREES : KI

K0 = .................................... K1 = ....................................

K2 = .................................... K3 = .................................... D) SCHEMA DE CABLAGE :

1-Dcompteur synchrone Modulo 8 :

A) TABLE DE DECOMPTAGE : B) TABLE DE FONCTIONNEMENT DES DIFFERENTES BASCULES :


C) REALISATION DU DECOMPTEUR AVEC DES BASCULES D : I) MATRICES DES ENTREES : DI

II) EQUATIONS LOGIQUES :

D0 = D1 = D2 = D) SCHEMA DE CABLAGE :


III -Compteur synchrone base de circuit intgre:

1- circuit intgr 4510 :

SYMBOLE ET CHRONOGRAMME :

CARACTERISTIQUE:

DIV10 : compteur BCD (= modulo ). U/ D : entre de slection de de comptage

(compteur ou dcompteur) P3..P0 : Donnes de prpositionnement /CE : Entre de du compteur PL : Entre de de donnes /Tc : Sortie de de comptage. MR : Entre de remise des sorties du

compteur Q3..Q0 : du compteur.

TABLE DE FONCTIONNEMENT :

MR PL U/ /D /CE CP MODE 0 X X X Chargement parallle 0 0 X X Bloqu (=inchang) 0 0 0 Dcomptage 0 0 0 Comptage

X X X X Raz ( Remise zro)

STRUCTURE INTERNE


ACTIVITES : Raliser le schma de cblage et dduire : 1- Le rle de :

......................................................................................................................................................................

2- :


.......................................................................................................................................................................

3- : .......................................................................................................................................................................

4- : ........................................................................................................................................................................


5- Le rle de la sortie /Tc : ............................................................................................................................

.......................................................................................................................................................................


6- Le modulo de compteur.

.......................................................................................................................................................................

7- Le modulo de dcompteur. .......................................................................................................................................................................


Leon A33 :

Rappel sur Grafcet

OS A33: Dcrire le fonctionnement systme automatis de GRAFCET

I- Rappel :

A) SYSTEME AUTOMATISE : un systme est dit automatis s'il excute toujours le mme cycle de travail conu sans l'intervention de l'oprateur.

automatise:

B) PARTIE COMMANDE : la partie commande est en gnral compose d'lments de traitement de l'information, de mmoires, automate programmable et d'ordinateur. Elle transmet les ordres partir :

du programme qu'elle contient. des informations reues par les capteurs; des consignes donnes par l'oprateur.

C) PARTIE OPERATIVE : la partie oprative ncessite pour son fonctionnement de l'nergie lectrique ou pneumatique (air comprim) ou hydraulique (huile sous pression). Elle comporte en gnral :

DES ACTIONNEURS : qui transforment l'nergie reue en nergie utile : moteur, vrin,

DES CAPTEURS : qui transforment la variation des grandeurs physiques lies au fonctionnement de l'automatisme en signaux lectriques :

DES EFFECTEURS :

confrer la valeur ajoute dsire.

II - ACTIVITES :


1 -SYSTEME(1) : POSTE DE TRANSFERT DE BOITES

1-A/ FONCTIONNEMENT :

commande le vrin C1 qui ramne la boite jusqu'au point B qui correspond la fin de la sortie de C1 par action sur l11 . Cette action commande en arrire C1 jusqu' l10 10 commande le vrin C2 pour ramener la boite sur un tapis roulant capteur l21 correspondant la fin de la sortie de C2 permet sa rentre. Ds la fin de la rentre un nouveau cycle recommence .La fin du cycle est obtenue quand deux boites sont transfres.

n : nombre de botes: Si n


2-SYSTEME(2) : UNITE DE PERAGE DE DEUX TROUS

A-/ FONCTIONNEMENT : La pice percer est mise

un capteur S et serre

magntique non reprsent. Ds que le bouton dpart cycle est actionn, le perage sera excut simultanment par deux perceuses lectriques animes en translation par deux vrins double effet C1 et C2. On prvoit un arrt du vrin C1 de 2 secondes

position initiale et un arrt de 5 secondes pour le vrin C2. Les ttes de perage descendent des vitesses diffrentes. La suite de chaque squence de perage se droule indpendamment ; la fin de

La rotation des broches est assure par deux moteurs Mt1 et Mt2 commands respectivement par deux contacteurs KM1 et KM2 B-/ GRAFCET PC :


3 -SYSTEME (3) : B.C.I (BANC DE CONTROL INDUSTRIEL)

A-/ PRESENTATION DE LA MAQUETTE BCI : On peut assimiler la maquette un systme de bouchonnage de bouteilles. Les bouteilles (pices hautes) et les bouchons (pices basses) arrivant sur le mme convoyeur sont, dans un premier temps, tries. Les bouteilles sont guides en bout de tapis pour tre amenes en zone de bouchonnage. Les bouchons sont jects dans une goubouchonnage. Le bouchonnage tant simul par un assemblage mcanique, les bouteilles sont ensuite convoyes par un tapis, command par un moteur Mb, vers une zone de mise en pack.

B-/ ETUDE DE ZONE DEJECTION : Diffrentes dtections le long du tapis permettant de reconnatre les bouteilles correctement bouchonnes, les bouteilles non bouchonnes ainsi que les bouchons isols.

la bouteille non bouchonne ou le bouchons isol ne sera pas dtect par le capteur infrarouge Cp, ce qui provoque sa rejet lors de son passage

Se pendant une temporisation de T1=2s. La bouteille bouchonne sera dtecte par le capteur Cp et achemine

vers la zone de mise en pack.

REMARQUE : I2 : Un capteur infrarouge dtectant toutes les pices associes Cp

3-C/ GRAFCET D UN POINT DE VUE PC RELATIF A LA ZONE DEJECTION .


IV -REGLES GRAFCET :

REGLE 1 : INITIALISATION :

prcise les tapes actives au dbut du fonctionnement. Les tapes initiales sont actives inconditionnellement.

REGLE 2 : VALIDATION DUNE TRANSITION :

Une transition est soit valide, soit non valide. Elle est valide lorsque toutes les tapes immdiatement prcdentes sont actives. Elle ne peut tre franchie que

Lorsque la transition est valide, ET que la rceptivit associe cette transition est vraie.

Lorsque ces deux conditions sont ralises la transition est alors obligatoirement franchie.

REGLE 3 : FRANCHISSEMENT DUNE TRANSITION :

immdiatement suivantes et la dsactivation de toutes les tapes immdiatement prcdentes.

REGLE 4 : TRANSITIONS SIMULTANEES :

Plusieurs transitions simultanment franchissables sont simultanment franchies.


V-MISE EN EQUATION ETAPE GRAFCET :

1-REGLE GENERALE :

2-Activit :

Ecrire les quations des tapes suivantes. SYSTEME (1) : POSTE DE TRANSFERT DES BOITES.

SYSTEME (2) : UNITE DE PERAGE DE DEUX TROUS.

SYSTEME (3) : BCI


Leon-A41 :

A utomate Programmable

Industriel (A.P.I.)

OS A41: Identifier les lments de dialogue d'un systme automatis pilot par API

OS A42: Traduire un Grafcet en langage automate

OS A43: Ecrire, modifier ou complter un programme et l'implanter sur API

I-Mise en situation :

1) ACTIVITE DE DECOUVERTE : Systme de tri ( BCI ) quip d'un API A) faire fonctionner le systme de tri et identifier les lments de dialogue

B) dduire :

* Les sorties du Systme : * Les sorties A * Les entres systme sont relies aux ............ AEG travers une ..................................... * Les sorties systme sont relies aux ............. AEG travers une .....................................

2) INTRODUCTION : Les API sont des micro-ordinateurs qui sont spcialement conu pour traiter,par un programme,des problmes de logique squentielle ( ou combinatoire ) afin de remplacer

limitations. Les encombrements ( poids et volume ). La difficult de matriser des problmes complexes. La complexit de recherche des pannes. Le changement de cblage dans le cas de changement de mode de fonctionnement du

systme.


II -Automates Programmables Industriels (API)

I) ARCHITECTURE : INTERFACE DENTREES :

capteurs et d . INTERFACE DE SORTIES : types logiques et lectroniques vers les practionneurs et la visualisation sur le pupitre

LA MEMOIRE : enregistre les instructions du programme de commande ainsi les donnes au cours de traitement.

LE PROCESSEUR : excute les instructions.

II) CARACTERISTIQUES DE L'API DE TYPE AEG A020 1) ACTIVITE N1 A- A partir du dossier technique du AEG, identifier les variables E/S de AEG A020

B- A partir du logiciel DOLGAKL , identifier les caractristiques de AEG A020


2) AFFECTATIONS :

3) GRAFCET PC : 4) GRAFCET CODE AUTOMATE :

III -Programmation en langage automate.

1-DEFINITION DUN PROGRAMME :

fonctionnement du systme automatis. On peut programmer en utilisant plusieurs langages :

LD ( Ladder Program) ou schma contacts ST ( Structured Text ) ou texte structur SFC ( Sequentiel Function Chart ) issu du langage GRAFCET

NB IL et LD.

2- PROGRAMMATION EN LANGAGE LISTE D NSTRUCTIONS : ( I.L )

1) OPERATEURS ET OPERANDES :


2) PROGRAMMATION: A) PROGRAMMATION DE L'ETAPE INITIALE - Voir rgle d'volution n1 : Situation initiale. -

- Pour activer la variable interne M1, il suffit:

B) PROGRAMMATION ETAPE TRANSITION :

C) EVALUATION : COMPLETER LA PROGRAMMATION DU GRAFCET :


D) PROGRAMMATION DUNE SORTIE - D'aprs le Grafcet systme l'quation de sortie de l'tape n5 : X5 = Se, ce qui est traduit en langage AEG par les lignes d'instructions ci-dessous (circuit 15)

- Evaluation : Complter la programmation du Grafcet

3) IMPLANTATION D'UN GRAFCET SUR API


* ACTIVITE : AEG et tester vide le fonctionnement en suivant le guide du logiciel DOLOGAKL

3- PROGRAMMATION EN LANGAGE SCHEMA A CONTACTS : (L.D )

1) DEFINITION Le schma contacts est semblable au schma lectrique, mais les liaisons sont disposes horizontalement. Une section de programme crite en langage schma contacts se compose

disposs sur une grille organise en lignes et colonnes. 20 lignes et 9 colonnes. Les lments graphiques sont les instructions du langage contacts. 2) INSTRUCTION DE COMMANDE EN SCHEMA A CONTACTS :

AEG A020:

3) ACTIVITE : Etablir le programme en langage schma contacts correspondant au GRAFCET cod automate.


IV -Guide du logiciel DOLOGAKL

-1- Dmarrage :C: \ > CD DOLOGAKL puis C: \ DOLOGAKL > AKL. -2- Mode de configuration:


-3-Pour saisir un programme : Edit/instructions -LI .

-4- programme :Test/ Temps rel - simulation


Appuyer sur la touche E Appuyer sur la touche M Appuyer sur la touche Shift droite Tester le GRAFCET cod automate en exploitant le clavier numrique

5- : On line /dmarrer puis envoyer Rq: on le dcharge : Arrter A.P.I BORNES DENTREE / SORTIE


Leon B3 :

Moteur

courant continu

OS B31: Tracer les caractristiques d'un moteur courant continu

OS b32: Dterminer le point de fonctionnement pour une charge donne

I-Rappel :

La machine courant continu est constitue de deux parties principales : Une partie fixe appele ........................................ ou .......................... Une partie mobile appele .................................... ou ..........................

Le circuit inducteur tant aliment, la machine courant continu fonctionne en :

Elle transforme alors l'nergie lectrique en une nergie mcanique de rotation

Elle transforme alors l'nergie mcanique de rotation en une nergie lectrique on dit que la machine courant continu est ......................................

(donc sens de rotation) est donn par la rgle des trois doigts de la main ........................... telle que :

Pour inverser le sens de rotation : lectro-aimant, on inverse soit le sens du .............................. dans ............................

soit le sens du courant dans ....................................... (donc sens du champs) aimant permanent, on inverse seulement le sens du .................... dans ................... SYMBOLES SCHEMA EQUIVALENT DE L INDUIT :

: U = ........................................................ Expression de la force contre lectromotrice


II -Bilan nergtique et rendement :

1-CAS D'UN MOTEUR A ELECTRO-AIMANT :

1) BILAN:

2) DEFINITIONS :

P : (w) Po : vide (=sans charge); (w) Pex : ;(w) Pa : Puissance absorbe par le moteur ; (w) pj : (w) pjo : vide ; (w) pjex : ; (w) Pu : Puissance lectrique utile ou puissance moteur ou puissance lectromagntique (w) Pu : Puissance utile ; (w) pc : pertes constantes ;(w) pf : petes dans le fer ;(w) pm : pertes mcaniques ;(w) I : courant absorb par la charge ; (A)

Iex : I0 : courant absorb vide (= sans charge) ; (A) U : Uex : : f.c.e.m en charge (V)

: f.c.e.m vide (V) T : couple lectrique utile ou couple moteur ou couple lectromagntique ; (N.m) Tu : couple mcanique utile ou couple utile ; (N.m) Tc : couple constant ;(N.m)

: Vitesse angulaire ;(rd/s) n : Frquence de rotation ;(tr/s)

: Rendement ;( sans unit) R : ; ( )

3) RELATIONS :

4) ESSAI A VIDE : (TU = 0 )

pc = Po pj0 0I0

2- CAS D'UN MOTEUR A AIMANT PERMANENT :

1) BILAN

Pu = Pu pc = P - Pu = P pj = 2* *n T = Pu / Tu = Pu /

Tc = pc / T = Tu + pc = Pu /Pa Pu = E'*I = T * . pc = pm + pf Po = UI0


2) RELATIONS :

= Pu /P

3- ACTIVITE :

1/ Lancer le logiciel de simulation "MCC" et relever les caractristiques nominales des machines partir de la plaque signaltique.

2/ ESSAI A ROTOR BLOQUE : MESURE DE LA RESISTANCE DE L'INDUIT RA PAR LA METHODE VOLTAMPERE METRIQUE : 2-A/ Rappeler le schma quivalent de l'induit d'un moteur courant continu et

dduire l'expression de U en fonction E', Ra et I puis en fonction de N, , n , Ra et I U = ............................

Un(V) Uex(V) Pun(W) nn(tr/mn)

U

+

-


2-B/ A quoi est quivalent ce schma lorsque le rotor est bloqu (n=0) ? , justifier votre rponse. ....................................................... ....................................................... 2-C/ A partir du logiciel de simulation :

Bloquer le rotor de la machine1. Alimenter l'induit par une tension continue trs faible ,10V par exemple

: Fermer l'interrupteur " interrupteur induit " puis relever, la valeur

affiche par le voltmtre ainsi que l'ampremtre, dans le tableau suivant :

U(V) I(A)

3/ ESSAI A VIDE : MESURE DES PERTES CONSTANTES

Alimenter l'induit et l'inducteur de la machine1 (moteur) avec leurs valeurs nominales et laisser le moteur fonctionne vide (interrupteur induit 2 ouvert) :

3-A/ Relever la valeur des grandeurs suivantes :

3-B/ Calculer :

La puissance absorbe vide : ............................................................................. La puissance utile vide : ..................................................................................... Les pertes constantes : ........................................................................................

4/ ESSAI EN CHARGE : CALCUL DU RENDEMENT

Fermer l'interrupteur induit2 Varier la charge jusqu' obtenir le point de fonctionnement nominal

4-a/ Relever la valeur des grandeurs suivantes : Un(V) nn(tr/mn) In(A) Tun(Nm)

220V 1200

U(V) I0(A) n0(tr/mn) Tu0(Nm)

220

U

+

-


4-B/ Calculer : La puissance absorbe par l'induit :

La puissance absorbe par l'inducteur :

La puissance absorbe par le moteur :

le rendement du moteur :

4-C/ Dduire le bilan nergtique :

III - Caractristiques d'un moteur courant continu :

A excitation indpendante ( iex = C te ) et U = Un = C te

1-CAS D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU A EXCITATION INDEPENDANTE CONSTANTE :

1/ ACTIVITE: * Faire varier la charge et pour diffrente valeur de courant de l'induit I, relever

la valeur de la vitesse n et du couple Tu correspondante.

* Faire vari la charge et pour diffrentes valeurs de courant de l'induit I, relever la valeur de la vitesse n et du couple Tu correspondante.

2/ CARACTERISTIQUE DE VITESSE : N = F(I)

Tracer la courbe de n = f(I)

I (A) 22 25 30 35

n (tr/mn)

Tu (Nm)


Conclure : La vite

3/ CARACTERISTIQUE DE COUPLE : TU = F(I) Tracer la courbe de Tu =f(I)

* Conclure : Le coup 4/ CARACTERISTIQUE MECANIQUE : TU = F(N)

Tracer la courbe de Tu en fonction de n

Conclure : Le couple uti

5/ETUDE THEORIQUE :


A-/ Sachant que

RIU=E'

N

E'=n

-

Exprimer n en fonction de I ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... La vitesse B-/ Sachant que

nN=E'

Pu=T

Exprimer Tu en fonction de I ...................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................

C-/ Sachant que

R.I + E' =U

I2

N=T

Exprimer T en fonction de n ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... Le couple u

6/ POINT DE FONCTIONNEMENT : Une charge oppose au moteur un couple rsistant Tr . Pour que le moteur puisse entraner cette charge, il doit fournir un couple utile Tu de telle sorte que Tu = Tr . A-EVALUATION :

Dterminer le point de fonctionnement de ce moteur, dans le cas o le moteur entrane une charge rsistive de couple rsistant constant : Tr = 30Nm Sachant que T = Tu + Tp . (tracer ce point sur la courbe : Tu = f(n)) ...................................................................................................................... * la puissance utile Pu :


IV -Commande par variateur de vitesse : Hacheur srie


l'expression de la vitesse n en fonction de U , N et ; si on suppose que : U>> RI

...........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................... La variation de la vitesse peut tre obtenue par :

La vitesse ..................................... proportionnelle la tension. La vitesse ..................................... proportionnelle au flux.

2 LE HACHEUR SERIE :

A1-/ DEFINITION : Le hacheur est un convertisseur statique continu-continu ; il permet de ......................... une tension continue ............... en une tension continue ........................ A2-/ SYMBOLE : A3-/ EXEMPLE DAPPLICATION : Le hacheur srie est souvent employ pour

moteur est proportionnelle la

Logiciel de simulation Hacheur srie


A4- ACTIVITE PRATIQUE :

1) Lancer le logiciel de simulation Hacheur srie et simuler le montage ci- :

LE HACHEUR SERIE ALIMENTE UNE CHARGE RESISTIVE .

suivant, on suppose que la diode et le transistor sont parfaits et que L = 0, E=0 et la charge est

Sachant que : U=36V, f= 500Hz et rapport =0,3

Calculer la priode T


LA VALEUR MOYENNE : Calculer la valeur moyenne de u(t), i(t), v(t) et uH(t) : Umoy = imoy = Vmoy = UHmoy = LE HACHEUR SERIE ALIMENTE UN MOTEUR A DC .

D : DIODE DE ROUE LIBRE: Assure la du courant dans une bobine, L : BOBINE DE LISSAGE DE COURANT: Sert la variation du courant. signifie que le courant dans une inductance ne peut pas tre coup brutalement sinon une surtension dangereuse apparait (di/dt trop grand).

Lorsque la frquence est trs grande (frquence de 100 1000 Hz) . Le moteur ne voit pas les crneaux mais voit la de la tension.


Exercices & Devoirs

1r trimestre


1. Oprations arithmtiques :

Exercice n1 : Conversion binaire

1-A/ Coder le nombre dcimal N =150 en binaire Mthode : ........................................................................................................

N = .....................................................................................................

1-B/ Dcoder le nombre binaire N = 10010110

Mthode :................................................................................................................

N = .................................................................................................................

1-C/ Transcoder le nombre BCD : N = 000101010000 en binaire naturel.

Mthode: .................................................................................................................

N = ................................................................


N = ...................................................................................................................

Exercice n2 : Addition en binaire

Raliser les oprations arithmtiques binaires suivantes : 1-A/ Addition en binaire naturel :

1-B/ Addition en binaire BCD :


1-C/ Soustraction en binaire naturel :

Exercice n3 : Mthode de complment 2

Soit N = 00100000(BCD), 1-a/ Convertir N en binaire naturel: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 1-b/ Reprsenter le complment 1 du nombre N sur un Format de 8 bits. ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 1-c/ Dmontrer que N + C1(N) = 255(10). ..................................................................................................................................... 1-d/ Reprsenter le complment 2 du nombre N sur un Format de 8 bits. ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 1-e/ Dmontrer que N+C2(N) =0. ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................

Exercice n4 : Mthode de complment 2

Soit A = 83(10) et B = 67(10), 1-/ Convertir en binaire 83(10) ,67(10) ,16(10) et 150(10) : 1-A/ 83(10) = ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 1-B/ 67(10) = ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 1-C/ 16(10) = ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................


1-D/ 150(10) = ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 2- Convertir en binaire : -83(10),-67(10),-16(10) et -150(10) : 2-A/ C2(83) = ..................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 2-B/ C2(67) = ..................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 2-C/ C2(150) = ..................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 2-D/ C2(16) = ..................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 3-

4-A/ -B

4-B/ la reprsentation en complment 2 sur un format de 8 bits : S =A-B = ? .................................................................................................................................

Vrifier que le rsultat trouv est 1610 = ? 2 ..................................................................................................................................... 5-/ reprsentation en complment 2 sur un format de 8 bits : S = -A + B = ? ...................................................................................................................................


Vrifier le rsultat trouv : -1610 = ? 2 ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 6-/ reprsentation en complment 2 sur un format de 8 bits : S = -A + B =..................................................................................................................................

Vrifier le rsultat trouv : -15010 = ? 2 ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................

Exercice n5 : mthode de complment 2

1- Le nombre dcimal -20 = 11101100(2) en utilisant la mthode de complment 2 et un format de 8 bits, dduire : 1-A/ Complment 1 : C1(20) : ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 1-B/ Codage de 20 en binaire naturel. ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 2-/ Convertir le nombre 236 en binaire ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 3-/ -20 et de 236. ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................


2. Circuits arithmtiques

Exercice n1 : Additionneur binaire :

1-A/ : S = A + B

1-B/ : S = A - B

2-A/ En se rfrant au schma de la carte lectronique, Exprimer Xi en fonction de Bi et C : ..................................................................................................................................... 2-B/ Dduire le rle du circuit 74HC386 dans les deux cas, C=0 et C=1 ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 2-C/ Quelle est la fonction ralise par le montage dans les deux cas, C=0 et C=1 ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................


3/ Complter le schma de montage dans les deux cas, C=0 et C=1. 3-A/ Pour C=0

3-B/ Pour C=1

4-/ complter le cblage du montage ci-dessous afin de raliser une addition ou une soustraction de deux nombres de 3bits.


Exercice n2 : Comparateur binaire :

On considre le montage suivant:

1-A/ : S2 = ..................................................................... S1 S3 2-A/ complter la table de vrit : 2-B/ Identifier le montage ainsi que les sorties S1, S2 et S3 ......................................................................................................... 2-C/ Dduire S3 en fonction de S1 et S2 ........................................................................................................... 3-A/ transformer S1 avec des portes NAND deux entres.

3-B/ Tracer le logigramme.

4-A/ transformer S1 avec des portes NOR deux entres.

..................................................................................................................................... 4-B/ Tracer le logigramme


Exercice n3 : Unit arithmtique et logique :

On donne la table de vrit du circuit UAL 74181 ci-dessous.

1-/ Quelles sont les oprations logiques ralises par ce C.I ? ..................................................................................................................................... 2-/ Quelles sont les oprations arithmtiques ralises par ce C.I ? ..................................................................................................................................... 3-/ Complter le tableau suivant.


4-/ Complter le tableau ci-dessous, sachant que les oprations logiques sont ralises bit bit.

3. Compteurs binaires :

1- Compteur asynchrone base des bascules

Exercice n1 :

1- Raliser un compteur asynchrone modulo 16 base des bascules JK front descendant

Dduire : o Nombre de bascules :

............................................................................................... o :

................................................................................. o Equation de forage :

................................................................................................

Complter le schma de cblage : o Si les entres de commandes asynchrones sont complmentes.

o Si les entres de commandes asynchrones sont non

complmentes.


2- Raliser un compteur asynchrone modulo 10 base des bascules JK

front montant


............................................................................................... o :


................................................................................................



complmentes.


Exercice n2 :

1 - Raliser un dcompteur asynchrone modulo 16 base des bascules D front descendant


............................................................................................... o :


................................................................................................



complmentes.

Exercice n3 :

1- A partir de schma de cblage suivant :


Identifier le circuit de comptage (compteur ou dcompteur) :

..........................................

Dduire e mode de fonctionnement (synchrone ou asynchrone) : ..................................

: .......................................................................

Dduire le modulo de ce circuit : ....................................................................................... 2- A partir de schma de cblage suivant :

Identifier le circuit de comptage (compteur ou dcompteur) :

.............................................................................................

Dduire e mode de fonctionnement (synchrone ou asynchrone) : .........................................................................................................

es de forage : ............................................................................................................

Dduire le modulo de ce circuit : ...........................................................................................................

Exercice n4 :

Dterminer le modulo et le cycle de comptage pour chaque compteur binaire asynchrone base de circuit intgr.


Circuit U1 :.....................................................................................................

.....................................................................................................................................

Circuit U2 : .................................................................................................... ..........

livret 4a cahier cours-final

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