rapport 159
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INTRODUCTION GENERALE
Ce rapport est une description complète des différentes taches accomplies durant
la période de notre projet de fin d’étude. En rédigent ce rapport nous avons voulu décrire
les principaux partis de notre projet dont le sujet est la commande numérique d’un
thyristor à base de pic 16f877. Tout en suivant notre cahier de charge nous avons réussit à
réaliser un nouveau produit et ainsi satisfaire le besoin.
Ce projet contient trois chapitres décrivant les trois grandes parties de notre
projet.
Le premier chapitre fait l’étude du redressement commandé des différents
montages utilisés.
Le deuxième chapitre décrit la structure et le choix du pic choisi ainsi que la
programmation.
Le troisième aborde l’étude de la partie commande des thyristors.
Durant la période de notre projet nous avons essayé de mieux connaître les
différentes parties constitutives de notre système et tout au long de ce rapport nous avons
essayé d’exploiter nos connaissances d’une façon simple directe et compréhensive.
PRESENTATION DU PROJET
Le projet de fin d’études constitue la dernière phase de notre étude au sein de
l’Institut supérieure des Etudes Technologiques de Radès. Il a pour objectif de développer
l’esprit analytique et critique chez l’étudient, de tester ses capacités et de résoudre les
problèmes qu’il peut rencontrer dans la vie professionnelle.
Ce projet consiste à réaliser une plaque qui permet de commander un pont à
thyristors numériquement à base d’un microcontrôleur PIC 16F877
Détection des passages par zéro des tensions puis émission d’impulsions pour la
commande des thyristors.
Choix entre plusieurs mode de fonctionnement
Angle d’amorçage réglable numériquement
CHAPITRE1 :
REDRESSEMENT
COMMANDE
INTRODUCTION
Puisque notre projet de fin d’études vise à réaliser un déclencheur numérique pour
thyristor donc, dans un premier lieu, nous allons nous intéresser à la description du
thyristor comme composant électronique dont dépend notre étude.
Dans un deuxième lieu, on va essayer de se familiariser avec des différentes
formes de redressement commandé (monophasé et triphasé) pour différentes charges
(résistives ou inductives).
I- Description
I-1-Généralité
Le thyristor est un composant électronique au silicium formé de quatre couches
alternativement PN:
L’extrémité N constitue la cathode.
L’extrémité P constitue l’anode.
Une troisième électrode de commande gâchette est implantée dans la couche P adjacente à
la cathode.
Trois jonctions se trouvent donc en série :
Jk : jonction cathode
Jc : jonction de commande
Ja : jonction anode (figure A)
En électronique, le thyristor est équivalent à un interrupteur unidirectionnel commandé à la fermeture.
Symbole
Aspect il comporte 3 broches. Il faut se référer à un catalogue pour connaître l’ordre du brochage.
Pour amorcer un thyristor Il faut : -que la tension vAK soit positive ; -un courant de gâchette suffisant leTemps que iAK s’établisse. Le thyristor se comporte comme un interrupteur fermé.
Pour bloquer le thyristor Il faut annuler le courant iAK.
Le thyristor se comporte comme un interrupteur ouvert.
Figure A
iAK ia A k
vAK
Des convertisseurs à thyristors servent à moduler l’énergie entre une source et un
actionneur.
La modulation de l’énergie se fait par :
Une conversion alternatif/continu
Une conversion alternatif/ alternatif
Une conversion continu /continu
Une conversion continu /alternatif
I-2-Fonctionnement d’un thyristor
I-2-1-Etats bloqué du thyristor
L’une au moins des jonctions PN du thyristor est bloquée :
Sous tension inverse : la tension anode cathode notée VAK est négative : la jonction Ja et
Jk sont polarisées en inverse et donc bloquées le courant de fuite a une intensité très faible
en raison des différences de dopage entre les couches. C’est la jonction d’onde qui
supporte la plus grande partie de la tension inverse.
Sous tension directe : la tension anode cathode est positive VAK > 0 donc
*le courant de gâchette est nul ou très faible
*le thyristor n’est pas amorcé au préalable
La jonction Jc est polarisée en inverse et bloquée
I-2-2- Amorçage du thyristor
L’amorçage d’un thyristor est obtenu par différents phénomènes physiques, dans tous les
cas l’amorçage rend le thyristor conducteur de l’anode vers la cathode (iAK > 0). La
tension VAK est alors faible de l’ordre de quelques dixièmes de volts.
*Dans un amorçage par tension : le courant gâchette a une intensité Ig nulle. Si la tension
VAK dépasse une certaine valeur VBO toujours élevée il y a amorçage et conduction du
thyristor. La caractéristique de
Conduction est représentée en trait épais sur la figure1, I est l’intensité du courant positive
entre A et K, Im est la valeur minimale de I qui maintien l’état de conducteur du thyristor
d’où le nom de ‘’courant de maintien’’ qui est donné par le constructeur (figure1).
Il est la valeur minimale de l’intensité I qui assure à l’avalanche de la jonction Il est
appelé courant d’accrochage (Il > Im avec pour ordre de grandeur 10ˉ³.In si In est le
courant nominal du thyristor).
*Amorçage par élévation de température se produit à Ig=0 pour une valeur élevée de
VAK, mais inférieure à VBO c’est une brusque élévation de température qui risque de
provoquer l’amorçage.
*L’amorçage par rapide variation de la tension :
Soit dV/dt élevée à l’intensité Ig=0. L’ordre de grandeur de dV/dt est alors de 100 à
300V/μs. Une croissance très rapide de la tension VAK, soit dVAK/dt positif amorce le
thyristor. Ceci s’explique par le fait que la jonction de commande à l’état bloqué se
comporte comme un condensateur, d’où la naissance du courant d’intensité I=C dVAK/dt.
L’intensité I devient supérieure à Il ce qui provoque l’amorçage.
*L’amorçage par courant de gâchette :
La caractéristique VGK=f(Ig) d’un thyristor a l’allure indiquée à la figure
suivante (figure2):
IL
IM
Vb00B
Vkkkk**B
I
C’est la caractéristique tension-courant d’une jonction PN (jonction Jk) polarisée en
direct. L’amorçage est obtenu quand Ig dépasse une
Le seul type d’amorçage intéressant consiste à envoyer un courant de gâchette entrant, en
appliquant une tension gâchette-cathode positive, lorsque la tension anode cathode est
elle-même positive.
Certaine valeur minimale notée Iga, à laquelle correspond VGKa, la partie trait épais de la
courbe indique tous les couples de valeur (Ig, VGK) ou l’amorçage est certain sous VAK
> 0.
I-3-Caracteristiques dynamiques d’amorçage :
Bien entendu, dans cette étude, nous ne considérons que l’amorçage par courant entrant
dans la gâchette.
Td : le temps de retard à la croissance du courant d’intensité I
Tr : le temps de montée du courant qui est aussi le temps d’étalement de l’avalanche
Ton=td+tr= temps total de l’amorçage
Les caractéristiques sont données à la figure suivante (figure3).
IGK
VGKM
IGKO
O IGa IGM
IG
IG
tm
10%t
IGM maxi
10%
t
90%
60
VAK**
t
p
I
IL
t
Pour amorcer correctement un thyristor, il suffit d’envoyer une impulsion positive entre
gâchette et cathode, de manière à ce que l’intensité Ig soit positive et supérieure à Iga,
ceci pendant la durée Tam nécessaire pour l’intensité I du courant de charge dépasse
nettement la valeur de l’intensité Il du courant d’accrochage.
I-4- Commande d’un thyristor (Condition de
fonctionnement)
Rappelons les principaux résultats énoncés qui vont intervenir dans l’étude de la
commande d’un thyristor.
Pour l’amorçage il faut
des impulsions entre gâchette et cathode de puissance et de durée suffisante pour
amorcer le thyristor.
que la charge soit résistive ou inductive.
*Le niveau minimal de l’impulsion (en tension VGKmin et en courant Igmin) réaliser
l’amorçage certain de tous les thyristors.
Sur la caractéristique de la figure le constructeur fournit deux courbes extremes CM et
Cm entre lesquels se trouvent toutes les caractéristiques VGK=f(Ig) des thyristors d’une
série donnée il définit d’autre part trois zone d’amorçages représentés (figure4).
En hachure fin pour l’amorçage, certain, cette zone est limitée par l’hyperbole de pour Sur
la caractéristique de la figure le constructeur fournit deux courbes extrêmes CM et Cm
entre les quelles se trouvent toutes les caractéristiques VGK=f(Ig) des thyristors d’une
Cm
CM
P = VGk0 IG
VGk
U
URG0
M
IG
série donnée il définit d’autre part trois zones d’amorçages représentés (figure4).puissance
maximale admissible pour le thyristor.
La partie hachurée en trait épais pour la zone d’amorçage impossible.
En blanc pour la zone d’amorçage incertain, ces deux dernières zones ne doivent jamais
être utilisées.
En effet pour que l’amorçage du thyristor soit obtenu il faut que la droite d’équation :
VGK=U-RgIg traverse la zone d’amorçage certain.
L’intersection de cette droite avec la caractéristique VGK=f(Ig) d’un thyristor se trouve
en M, a l’intérieure de la zone en trait épais.
II- Redressement commandé
II-1- Redressement mono alternance
II-1-1- Principe
*Montage
FIG 1 : montage redressement commandé mono-alterance
Le thyristor est passant qu’à partir du moment ou l’on envoie le signal de gâchette et à la
condition que la tension VAK soit positive
L’amorçage s’effectue avec un retard t0 après chaque début de période T
Le signal de gâchette doit être synchronisé avec celui de la tension V
L’angle = w.t0 s’appelle l’angle de retard à l’amorçage.
VAK R1V U
iG
iA K
II-1-2-Montage à deux thyristors et
transformateur à point milieu
Transformateur à point milieu
Le transformateur à point milieu possède un enroulement primaire et deux enroulements
secondaires délivrent chacune tension de même valeur efficace mais en opposition de
phase.
II- 1-3- Débit sur une charge résistive
Montage TR1
VT1
VT2
U
R
V1
V2
V
T1
T2
i1
i2
iG1
iG2
i
FIG 2 : montage de débit d’une charge résistive
Analyse
Pour 0<θ<Π
V>0
Si T1 est bloqué alors VT1=V1 et i1=0
C’est T1 qui est susceptible d’etre amorcé
à θ = (l’angle d’amorçage)
T1 est amorcé.
VTR1=0
u=V1
i=i1=V1/R
à θ = Π
i passe par 0 pour devenir negatif.
T1 se bloque.
Pour Π <θ<2Π
V2>0
C’est T2 est susceptible d’etre amorcé.
à θ = Π+
T2 est amorcé
Valeur moyenne de u
<u>= U0.(1+cos)/2
Où U0 est ma valeur moyenne pour =0, soit pour un pont de diode.
<u>=2V/ Π.(1+cos)
II-1-4- Débit sur une charge inductive
Montage
FIG 3 : montage de débit d’une charge inductive
La tension moyenne peut être négative.
TR1VT1
VT2
U
R
V1
V2
V
T1
T2
i1
i2
iG1
iG2
iL
Valeur moyenne de u
<u>=2ū/. cos
II-1-5- Pont mixte
Montage
FIG 5 : montage pont mixte
Valeur moyenne age de u
<u>=V/ Π.(1+cos)
T1 T2
D1 D2
R
L
U
i
V
j
II-2- Redressement commandé triphasé .
II-1- Redressement polyphasé à thyristor
Montage
-Cas d’une charge résistive
Analyse
Pour П/6+<wt<5 П/6+
Th1 est passant
Uc=V1 et VTh1=0
Pour 5 П/6+<wt<9 П/6+
Th2 est passant
Uc=V2 et VTh2=0
V1-VTh1-V2=0
VTh1=V1-V2
Pour 9П/6+<wt<13 П/6+
Th3 est passant
Uc=V3
VTh2=V2-V3
Oscillogramme
Tension moyenne
Ucmoy=(3Vemax/2П).√3.cos
-cas d’une charge inductive
Analyse
Si la charge est infiniment inductive (L tres grande)
Π/6+α<Th1<5Π/6+α Th1 est passant
5Π/6+α<Th1<9Π/6+α Th2 est passant
9Π/6+α<Th1<13Π/6+α Th3 est passant
Ceci est vrai si et seulement si la charge est active.
Oscillogramme
Montage PT3 tout thyristor
Oscillogramme
CHAPITRE2 :
PIC16F877
INTRODUCTION
Puisque notre projet de fin d’études vise à réaliser un déclencheur numérique pour thyristor
donc, dans un premier lieu, on va s’intéresser à la description du thyristor comme composant
électronique dont dépond notre étude.
Dans un deuxième lieu, on va essayer de se familiariser avec des différentes formes de
redressement commandé (monophasé et triphasé) pour différentes charges (résistives ou
inductives).
Les microcontrôleurs et
les PICS
I- Les microcontrôleurs
A- Généralités Un microcontrôleur se présente comme étant une unité de traitement de l’information de
type microprocesseur contenant tous les composants d’un système informatique, à savoir
microprocesseur, des mémoires et des périphériques (ports, timers, convertisseurs…).
Chaque fabricant a sa ou ses familles de microcontrôleur. Une famille se caractérise par
un noyau commun (le microprocesseur, le jeu d’instruction…). Ainsi les fabricants
peuvent présenter un grand nombre de pins qui s’adaptent plus au moins à certaines
tâches. Mais un programmeur connaissant une famille n’a pas besoin d’apprendre à
utiliser chaque membre, il lui faut connaître juste ces différences par rapport au père de la
famille. Ces différences sont souvent, la taille des mémoires, la présence ou l’absence des
périphériques et leurs nombres.
B- Les avantages du microcontrôleur L’utilisation des microcontrôleurs pour les circuits programmables à plusieurs points
forts et bien réels. Il suffit pour s’en persuader, d’examiner la spectaculaire évolution de
l’offre des fabricants de circuits intégrés en ce domaine depuis quelques années.
Nous allons voir que le nombre d’entre eux découle du simple sens.
Tout d’abord, un microcontrôleur intègre dans un seul et même boîtier
ce qui, avant nécessitait une dizaine d’éléments séparés. Il résulte donc
une diminution évidente de l’encombrement de matériel et de circuit
imprimé.
Cette intégration a aussi comme conséquence immédiate de simplifier le
tracé du circuit imprimé puisqu’il n’est plus nécessaire de véhiculer des
bus d’adresses et de donnée d’un composant à un autre.
L’augmentation de la fiabilité du système puisque, le nombre des
composants diminuant, le nombre des connexions composants/supports
ou composants/circuits imprimés diminue.
Le microcontrôleur contribue à réduire les coûts à plusieurs niveaux :
-Moins cher que les autres composants qu’il remplace.
-Diminuer les coûts de main d’œuvre.
Réalisation des applications non réalisables avec d’autres composants.
Contenu d’un microcontrôleur
Un circuit microcontrôleur doit contenir dans un seul boîtier tous Les éléments de bases
qu’on verra par la suite. En effet, pour l’analyse des divers systèmes réalisés avant
l’avènement des microcontrôleurs, les fabricants des circuits intégrés ont affinées un peu
la définition de ce qu’il fallait intégrer pour arriver à un schéma type analogue à la figure
suivante :
ROMUVPROMOTPRO
Nous y retrouvons bien évidemment l’unité centrale qui est plus simplifiée par rapport à
celle du microprocesseur. En contre partie, des instructions de manipulation de bits, très
utiles pour faire des entrées/sorties lui ont été ajoutées. Dans certains circuits, cette unité
centrale se voit dotée d’un très grand nombre de registres internes qui servent alors de
mémoire vive d’où une impression d’absence de cette dernière.
Structure interne d’un microcontrôleur
Interface spécifique
Contrôle d’interrupti
on RAM
EEPROM
Timer 1
Timer 0
CPU
Oscillateur Contrôleur de bus de données
Port série
Interruptions externes
TVRXD
Portd’entrées/sorties
Un certain nombre de microcontrôleurs étaient, et sont toujours d’ailleurs disponibles sans
ROM. Puis, les technologies d’intégration progressent, les fabricants ont appris à placer
sur la puce de la mémoire programmable électriquement et effaçable aux ultraviolets
(UVPROM) qui coûtent relativement cher, non à cause de la mémoire elle-même dont la
technologie est maintenant facile à produire, mais plutôt à cause de la fenêtre en quartz
nécessaire à son effacement, on a vu également apparaître des microcontrôleurs dits
OTPROM.
Dans ces circuits ou OTPROM (ONE TIME PROM), c’est à dire programmable une fois,
la mémoire UVPROM existe toujours dans ce programme donc comme n’importe quel
circuit de ce type, mais, fait de l’absence de toute fenêtre, cette mémoire n’est ensuite plus
effaçable. C’est une solution intéressante pour les productions en petite série, ne justifiant
pas une programmation par masque. En effet, du fait de l’absence de fenêtre, ces versions
OTPROM sont disponibles en boîtier plastique très peu coûteux.
On trouve donc à l’heure actuelle aux moins cinq types différents de microcontrôleurs :
*Ceux avec ROM programmable par masque.
*Ceux avec UVPROM ou EEPROM.
*Ceux sans aucune ROM.
*Ceux avec l’OTPROM.
*Ceux avec mélange de ces combinaisons.
Pour ce qui est de la mémoire vive ou RAM, la situation est plus simple. Quasiment tous
les microcontrôleurs disposent d’une RAM interne de taille en principe assez faible et
lorsqu’elle n’est pas explicitement visible sur le synoptique, c’est que l’unité centrale
dispose d’assez de registres pour servir de RAM.
De même on a d’autres éléments de base qui constituent un microcontrôleur qui sont des
lignes d’entrées /sorties parallèles en nombre variable selon la vocation et la taille du
boîtiers (un problème de nombre maximum de pattes se posant très vite avec
l’accroissement du nombre de ligne).
Au moins une interface d’entrée/sortie série asynchrone, plus au moins
évoluée selon les circuits.
Un ou plusieurs timers internes dont les possibilités peuvent être très
variables mais qui fonctionnent généralement en compteur, décompteur ou
générateur d’impulsion programmable.
Un ou plusieurs convertisseurs analogiques/numériques précédés ou non de
multiplexeurs pour offrir plusieurs voies.
Parfois, mais plus rare, un convertisseur numérique/analogique.
I. Les PICs Structure d'un PIC
Les PIC, au même titre que les microprocesseurs, sont composés essentiellement de
registres ayant chacun une fonction bien définie. Les PIC possèdent également des
périphériques intégrés, tels qu'une mémoire EEPROM, un timer, des ports d'entrées/
sorties ou bien encore un convertisseur analogique/numérique.
Selon le type de PIC utilisé, on retrouvera en interne un certain nombre de registres et
périphériques possédant des caractéristiques différentes. Les différences de
caractéristiques selon le PIC utilisé sont :
La taille de la RAM interne ;
La mémoire EEPROM intégrée ;
Le type de mémoire programme : FLASH, EPROM ou OTP et la taille
de celle-ci.
Le timer intégré ;
Les convertisseurs analogique/numérique intégrés.
1- Structure minimale d'un PIC
La structure minimale d'un PIC est constituée des éléments ci-dessous :
• Une mémoire de programme contient le code binaire correspondant aux instructions que
doit exécuter le microcontrôleur. La capacité de cette mémoire est variable selon les PIC
• Une mémoire RAM sauvegarde temporairement des données. sa capacité est aussi
variable selon les PIC
• Une Unité Arithmétique et Logique (UAL ou ALU en anglais) est chargée d'effectuer
toutes les opérations arithmétiques de base (addition, soustraction, etc.) ainsi que les
opérations logiques de base (ET, OU logique, etc.).
•Des ports d'entrées/sorties permettent de dialoguer avec l'extérieur du microcontrôleur,
•Un registre compteur de programme (CP ou PC en anglais), est chargé de pointer
l'adresse mémoire courante contenant l'instruction à réaliser par le microcontrôleur. Le
contenu du registre PC évolue selon le pas de programme.
• Un registre pointeur de pile (PP ou SP en anglais) est essentiellement utilisé lorsque l'on
réalise un sous-programme. Le pointeur de pile est chargé de mémoriser l'adresse
courante que contient le compteur de programme avant le saut à l'adresse du sous-
programme. Lorsque le sous-programme est terminé, le pointeur restitue l'adresse
sauvegardée vers le compteur de programme.
•Un registre d'instruction contient tous les codes binaires correspondant aux instructions à
réaliser par le microcontrôleur. Le PIC 16F876 comporte 35 instructions.
•Un registre d'état est en relation avec l'UAL et permet de tester le résultat de la dernière
opération effectuée par le microcontrôleur. Selon la dernière opération effectuée, des bits
sont positionnés dans le registre d'état et ceux-ci peuvent être testés à l'aide d'une
instruction de branchement pour effectuer des sauts conditionnels.
•Une horloge système permet de cadencer tous les échanges internes ou externes au
microcontrôleur.
La dénomination PIC est sous copyright de Microchip
Les PICs sont des composants dits RISC (Reduced Instructions Set Computer), ou encore
composant à jeu d’instructions réduit.
La famille des PICs est subdivisée en 3 grandes familles : La famille Base-Line, qui
utilise des mots d’instructions de 12 bits, la famille Mid-Range, qui utilise des mots de 14
bits , et la famille High-End, qui utilise des mots de 16 bits.
Identification d’un PIC
Pour identifier un PIC, nous utilisons simplement son numéro.
Les 2 premiers chiffres indiquent la catégorie du PIC, 16 indique un PIC Mid-Range.
Vient ensuite parfois une lettre L : Celle-ci indique que le PIC peut fonctionner avec une
plage de tension beaucoup plus tolérante. Ensuite, nous trouvons :
C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM,
CR pour indiquer une mémoire de type ROM Ou F pour indiquer une mémoire de type
FLASH.
À ce niveau, on rappelle que seule une mémoire FLASH ou EEPROM est susceptible
d’être effacée, finalement nous trouvons sur les boîtiers le suffixe « -XX » dans lequel
XX représente la fréquence d’horloge maximale que le PIC peut recevoir. Par exemple –
04 pour un 4MHz.
Notons dès à présent que les PICs sont des composants STATIQUES, c’est à dire que la
fréquence d’horloge peut être abaissé.
Le choix du microcontrôleur : pourquoi le pic16F877
Le choix d’un microcontrôleur est primordial car c’est de lui que dépendent en grande
partie les performances, la taille, la facilité d’utilisation et le prix du montage.
En fait ce choix est imposé dans le cahier de charge.
Le pic 16F877 possède en plus des instructions très puissantes donc un programme à
développer réduit, une programmation simple grâce au mode série.
LE MICROCONTRÔLEUR PIC 16F877
Nous allons maintenant s’intéresser à la structure interne du PIC 16F877, avec lequel nous
avons travaillé.
Le 16F877 est un microcontrôleur de MICROCHIP, fait partie intégrante de la famille des
Mid Range (16) dont la mémoire programme est capable d’accepter une fréquence
d’horloge maximale de 4Mhz.
Caractéristiques générales :
Brochage du 16F877
Les particularités électriquesOn constate que sur le schéma concernant le 16F877, on a deux connexions « VSS » qui
sont reliées à la masse. En fait, en interne, ces pins sont interconnectés. La présence de
ces 2 pins s’explique pour une raison de dissipation thermique. Les courants véhiculés
dans le Pic sont loin d’être négligeables du fait des nombreuses entrées/sorties
disponibles.
•Le TIMER
Un timer est un registre interne au micro contrôleur, celui-ci s’ incrémente au grès d'un horloge,
ce registre peut servir par exemple pour réaliser des temporisations, ou bien encore pour faire
du comptage (par l'intermédiaire d'une broche spécifique : RA4/TOKI). Le PIC 16F876
possède trois timers sur 8 bits (il compte jusqu ' à 256) configurable par logiciel.
Les ports entrée/sortie
On dispose de 33 broches d'entrées/sorties, chacune configurable soit en entrée soit en
sortie (PORTA, PORTB, PORTC , PORTD, PORTE).
Un registre interne au PIC, nommé TRIS, permet de définir le sens de chaque broche d'un
port d'entrées/sorties. En règle générale, un bit positionné à « 0 » dans le registre TRIS
donnera une configuration en sortie pour la broche concernée ; si ce bit est positionné à «
1 », ce sera une broche d'entrée.
2.1 Particularité du port A
Le 16F877 dispose de 5 canaux d’entrée analogique. Nous pouvons donc échantillonner
successivement jusque 5 signaux différents avec ce composant. Les pins utilisés sont les
pins AN0 à AN4 (qui sont en fait les dénominations analogiques des pins RA0 à RA3 +
RA5).
On peut noter également que les pins ANx sont des pins d’entrée. Il n’est donc pas
question d’espérer leur faire sortir une tension analogique. Ceci nécessiterait un
convertisseur numérique/analogique dont n’est pas pourvu notre PIC.
2.2 Particularités du port B
Hors de sa fonction principale autant que ports d’entrées /sorties, on note la pin RB0 qui,
en configuration d’entrée, est de type « trigger de Schmitt » quand elle est utilisée en
mode interruption « INT » ; La lecture simple de RB0 se fait, elle, de façon tout à fait
classique, en entrée de type TTL. Encore il y a (RB3-RB6-RB7) qui peuvent servir dans
la programmation (en mode LVP) en cas d’absence de programmateur commercial.
2.3 Particularités du port C : C’est un port tout ce qu’il y a de plus classique, Or qu’il a deux pins qu’on utilisera plus
tard dans la communication série avec le PC à travers (TX et RX) (pin17 et 18).
2.4 Particularités du port D
Un fois de plus, ce port fonctionne de façon identique aux autres, dans son mode de
fonctionnement général.
Le registre TRISD comportera donc les 8 bits de direction.
2.5 Particularités du port E
Ce port ne comporte que 3pins, RE0 à RE2, contrairement aux autres ports, les bits non
concernes de TRISE sont implantés pour d’autres fonctions
L’oscillateur :
L'horloge système peut être réalisée soit avec un quartz (a), soit avec une horloge extérieure
(b), soit avec un circuit RC(c). Dans ce dernier cas, la stabilité du montage est limitée.
La fréquence maximale d'utilisation va dépendre du microcontrôleur utilisé. Le suffixe indiqué
sur le boîtier donne la nature de l'horloge à utiliser et sa fréquence maximale.
MCLR :
La broche MCLR permet de réaliser un Reset du circuit quand elle est placée à 0V
4-RESET
Cette broche sert à initialisé le microcontrôleur. Ce dernier dispose en interne d’un circuit de détection de niveau quand la tension Vdd est comprise entre 11.2v et 1.7v il démarre une procédure d’initialisation.Cette broche peut être seulement reliée à Vdd si on n’a pas besoin de reset externe. Par contre si on souhaite implanter un bouton de remise à zéro on pourra câbler un simple réseau RC sur la broche MCLR.
CONCLUSION
Ce chapitre est un portail pour notre réalisation et conception matérielle .Ce nous a permis
de maîtriser les options de notre pic et ses caractéristiques afin de les exploiter d’une
manière correcte.
CHAPITRE3 :
CONCEPTIO
N
Introduction
Ce chapitre est une étude théorique et par simulation des différents montages possibles
pour l’atténuation, la protection et l’amplification. Le but est de trouver le montage le plus
adapté à notre projet, la comparaison entre les performances et les limites de chaque
circuit déterminera notre choix, sans oublier que nous sommes limités par les
caractéristiques de la carte son et que nous voulons un circuit simple à réaliser et non
coûteux. Afin de concevoir notre circuit, nous emploierons une démarche progressive.
Dans une première étape nous essayerons d’analyser les différents montages qui présente
la solution de notre projet, dans une autre nous allons faire l’association de ces montages
qui nous permettrons d’avoir une conception pratique et simple à manipuler.
I- Présentation
I-1- Schéma synoptique de la solution:
Affichage
Unité de traitement et de calculPic 16 F 877
Etage de commande de thyristor
Image de tension de réseau
Détecteur de passage par zéro
Interface
I-2- Image de la tension du réseau:
L'image de le la tension du réseau sert comme référence pour calculer le retard
d'enclenchement des thyristors et synchroniser les impulsions générés avec la tension du
secteur.
I-3- Détecteur de passage par zéro
I-3-1- Montage
Figure 6: montage détecteur de zéroI-3-2- Analyse
Le signal sinusoïdal (image de réseau) a été écrêter au moyen des diodes D1 et D2
puis appliquer aux bornes de l’AOP. La résistance R1 a pour rôle de limiter le courant
traversant les deux diodes. L’AOP fonctionnant en boucle ouverte, il bascule soit à +Vcc
soit à –Vcc selon que la tension ε soit égale positive ou négative.
En effet :
Si V+>V- alors Vs=+Vsat
Si V->V+ alors Vs=-Vsat
A la sortie du comparateur LM 741 nous aurons un signal carré d’amplitude 5v
donc on va mettre une diode de type 1N4148 pour éliminer la partie négative du signal.
TR1 R1
D1 D2
3
26
74
15
U1
R2 D3 Q1NPN
GND
R3
+VC
C
+VCC
-VCC
R41k8
GND
A la sortie de la diode nous utilisons un transistor de type 2N2222 que nous le
faisons fonctionner en commutation lorsque Ve est comprise entre -0.6V et +0.6V les
deux diodes D1 et D2 seront bloquées, le courant traversant les deux diodes va être nul
Si Ve>0.6V donc D1 va être passante.
Déterminons alors le courant I= ?
Nous savons que le transformateur que nous utilisons a comme puissance P=3VA.
Imax= 3/12=250mA
Soit I=20mA
R*I=U
Re>= U/I=12/0.02=600Ω
Soit par convention R=1KΩ
I-3- Etage amplificateur de courant
Montage
Fig. : Etage amplificateur de courant+séparation galvanique
Analyse
Pour protéger l’unité de traitement (pic16F877) du mauvais fonctionnement on
doit procéder par sa séparation de la partie commande qui va stimuler les thyristors .pour
cette raison on fait recourt à un composant électronique (transformateur d’impulsion).
I-3-1 Etude du montage
I-3-1-1 Amplificateur de courant
A la sortie du Pic 16 F877, le signal formé d’impulsions (train d’impulsion) n’est
pas assez puissant pour pouvoir amorcer le thyristor pour cette raison nous sommes
amenés à réaliser un circuit d’amplification de courant afin de piloter le thyristor à partir
de sa gâchette
Schéma développé
Calcul de la résistance Rb
Loi des mailles
U-Urb-Vbe=0
Urb=U-Vbe
Rb*Ib=U-Vbe
Rb=(U-Vbe)/Ib or Vbe=0.6V
Ic=β*Ib
Ib=Ic/β
AN: Ib=150/100=1.5mA
Donc Rb>=(5-0.6)/1.5=3KΩ
Par convention Rb=4.7KΩ
I-4- Transformateur d’impulsion
Les transformateurs d’impulsions ont un large domaine d’applications les utilisations les
plus courantes sont :
Allumage des thyristors et des triacs
Commande des thyristors et de triacs
Commande d’amorçage des transistors de puissance utilisés comme commutateur
Emploi comme transformateur de couplage pour transmission des données.
Séparation galvanique
Constitution
Le circuit magnétique est composé se deux parties :
La partie principale en forme de ‘H’, constituée par des tôles au silicium comme celles du
transformateur classique. L’enroulement primaire P est bobiné sur la branche qui forme le
‘H’.
Le noyau sur lequel est bobiné le secondaire ‘S’ est un matériau très saturable c’est à dire
ayant une forte perméabilité magnétique et une faible section.
La courbe d’aimantation b=f(H) de ce matériau
Etant donné la grande perméabilité du noyau de 0 à S il se sature avec un faible champ
magnétique φ.
Dans la partie (SS’), le flux qui traverse le noyau de section constante ne peut plus croître.
I-5- Afficheur LCD
I-5-1- Présentation
Généralité
Les afficheurs à cristaux liquides sont des modules compacts intelligents et nécessitants
peu de composants externes pour un bon fonctionnement. Ils sont relativement bons
marchés et s’utilisent avec beaucoup de facilité. Un exceptionnel microprocesseur
‘’polite’’ de la famille C-MOS diminue considérablement leurs consommation (<0.1mW)
ils sont pratiquement seuls à être utilisée sur les appareils à alimentation par piles.
Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et ne différent les uns des autres , non
par leurs dimensions (de 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi par leurs
caractéristique technique et leurs tensions de service. Certains sont dotés d’un rétro
éclairage de l’affichage. Cette fonction fait appel à des leds montées derrière l’écran du
module, cependant, cet éclairage est gourmant en intensité (250 mA max).
Le but des afficheurs LCD est d’initier aux écrans LCD un texte de 8 bits et 4 bits.
Principe de fonctionnement
Un afficheur LCD est capable d’afficher tous les caractères alphanumériques usuels et
quelques symboles supplémentaires. Pour certains afficheurs, il est même possible de
créer ses propres caractères.
Chaque caractère est identifié par son code ASCII qu’il faut envoyer sur les lignes D0 à
D7, broches 7 à 14. ces lignes sont aussi utilisés pour la gestion de l’affichage avec
l’envoi d’instructions telles que l’effacement de l’écran, l’écriture en1 ou en ligne 2, le
sens de défilement du curseur.
I-5-2- Description
Brochage de l’afficheur
Connexion
connexion de l’afficheur
Pour utiliser le LCD il faut bien sur l’alimenter par 5V et la masse. Ensuite il va falloir
relier les ports RS, R/W et E au PIC ( pin RC2, RC0 et RC3) puis les ports D0 àD7.
Utilisation des ports pour envoyer une instruction
………….. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 V R/ RS VLC VDD VSS
16 caractères
16 caractères
Pour envoyer une instruction à l’afficheur il faut régler le bit READ/WRITE
(généralement à WRITE) spécifier le bit RS (si c’est une commande ou une donnée),
mettre les bits du poids fort de la commande ou la donnée en question sur les bits D7 à
D0et enfin valider pour que l’afficheur en tient compte.
La validation se fait en mettant le bit E à 1 puis on le remet à 0. il y a tout de même des
contraintes de tempes à respecter (il faut un certain temps aux LCD pour comprendre et
exécuter une commande). Ces contraintes sont d’un temps minimum
Commande
Apres avoir alimenter le LCD il faudra envoyer une série de commande pour
l’initialisation.
Si la phase de l’initialisation est terminée, on peut envoyer directement des codes ASCII
pour que le LCD les affiche.
Le programme n’est ni gourmand en taille mémoire (moins de270 instructions, en contant
les timers), ni en RAM.
L’exécution est préalablement plus longue mais le coût de l’affichage se fait à temps
court.
Les différents broches de LCD
N° DE BROCHE SIGNAL Niveau01 VSS Masse02 VDD +5V03 VLC +/-2.5V 04 RS 0=instruction 1=characters05 R/ 0=ecriture
1=lecture06 E Front descendant07 D0 Logique positive08 D1 Logique positive09 D2 Logique positive10 D3 Logique positive11 D4 Logique positive12 D5 Logique positive13 D6 Logique positive14 D7 Logique positive
I-6- L’alimentation
On désire réaliser une alimentation stabilisée pouvant débiter un courant Imax et impose
une tension Umax . on utilise pour cela le montage proposer sur la figure suivante.
Celui si est composer :
D’un transformateur de rapport M
D’un pont de diode ou chacune d’entre elles possède une tension de seuil notée Vd
.
D’une capacité C
D’un régulateur intégré CI
Pour comprendre la façon de choisir ses différents composants, il faut d’abord s’intéresser
au fonctionnement du montage complet
Fonctionnement du montage
Le transformateur génère une tension sinusoïdale d’amplitude crête VM et de fréquence
f=50Hz (fréquence de secteur). Cette tension est redressée sur deux alternances par le
pont de diodes. L’association pont de diodes-capacité forme un détecteur de crête. En
absence de charge R, la tension aux bornes de la capacité est continue et égale à VM- 2Vd.
Le régulateur est un circuit intégré CI générant une tension constante entre ses broches 2
et 3 lorsque la tension entre ses bornes 2 et 3 est supérieure à un seuil noté VT.
De plus, le courant sortant de la broche 2 est négligeable. Le courant débité par le circuit
provient donc de son entrée 1 soit I1=I3. en charge, le courant débité par le CI va venir
décharger la capacité C. le courant de décharger est I3=VS/R et il reste constant tant que la
tension Vc aux bornes du condensateur reste supérieur à la tension seuil VT du régulateur.
Pour un fonctionnement normal du montage, il faut que quelque soit la charge, la tension
aux bornes de la capacité soit supérieur à la tension de seuil du régulateur.
Choix des différents éléments
On néglige dans cette partie la résistance de sortie du transformateur et le courant inverse
des diodes du pont.
Choix de la capacité C
La figure suivante indique l’évolution de la tension aux bornes de la capacité C quand le
montage fonctionne à vide (VCvide) et en charge (VCcharge) dans le cas ou la capacité C est
correctement dimensionné.
On suppose que l’on allume le dispositif à t=0, pour la première période de T de la tension
secteur, trois instants t1, t2 et t3 peuvent être définis :
T1 est l’instant ou la tension VC(t) est maximale
T2 est l’instant ou la tension VC(t) est égale à la tension V(t)
T3 est l’instant ou la tension VC(t) est de nouveau maximale
Pour 0<t<t1 les diodes D1 et D2 sont passantes et la tension VC(t) est égale à la tension
V(t) : capacité se charge
Pour t1<t1<t2 tout les diodes du pont sont bloquées puisque la tension Vc(t)>V(t).
En fonctionnement à vide, la tension reste constante et égale à VM. en charge, la tension
aux bornes de la capacité est donnée par l’équation suivante.
Pour t2<t<t3, les diodes D2 et D4 sont passantes. La capacité se charge, V c(t)>V(t). Après
la valeur maximale de la tension V(t>t3), un cycle identique se reproduit indéfiniment. La
valeur de la capacité C est déterminé par la condition :
En négligeant la tension de seuil des diodes, on peut écrire à l’instant t2 :
Il apparaît que l’expression de l’instant t2 n’est pas soluble analytiquement pour suivre
l’analyse on confond l’instant t2 avec l’instant t3 ou la tension V(t) est maximale.
L’équation 3 nous donne :
Pour : VS=5V et Imax=0.25A on a Cmin=152μF
On prend la valeur normalisée 2200µF
Choix du régulateur
Ce choix se fait à partir de Imax et Umax désirée.
Choix du transformateur
Deux points sont à prendre en considération lors d’un choix du transformateur, la
puissance qu’il doit fournir et son rapport m.
Choix du pont de diodes
A l’instant proche de t2, les diodes du pont se débloquent et il apparaît alors un pic de
courant limitée par la résistance de sortie du transformateur. Le calcul de ce PIC est
complexe.
On choisi en général, un pont de diode pouvant débiter un courant égale à 5 fois le
courant Imax.
Montage final de l’alimentation
L’alimentation des amplificateurs opérationnels (LM741) ce fait à l’aide d’une
alimentation stabilisée délivrant une tension égale à ±5V. en se basant sur l’étude
précédente nous avons choisi le montage suivant :
Carte de commande
GN
DV
CC
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10
D2
9D
18
D0
7
E6
RW
5R
S4
VS
S1
VD
D2
VE
E3
LCD2LM032L
X14MHzC1
33p
C2
33p
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-4
RA4/T0CKI6
RA5/AN4/SS7
RE0/AN5/RD8
RE1/AN6/WR9
RE2/AN7/CS10
OSC1/CLKIN13
OSC2/CLKOUT14
RC1/T1OSI/CCP216
RC2/CCP117
RC3/SCK/SCL18
RD0/PSP019
RD1/PSP120
RB7/PGD40
RB6/PGC39
RB538
RB437
RB3/PGM36
RB235
RB134
RB0/INT33
RD7/PSP730
RD6/PSP6 29RD5/PSP5
28RD4/PSP4
27RD3/PSP3
22RD2/PSP2
21
RC7/RX/DT26
RC6/TX/CK25
RC5/SDO24
RC4/SDI/SDA23
RA3/AN3/VREF+5
RC0/T1OSO/T1CKI15
MCLR/Vpp/THV1
U1
PIC16F877VDD=VCCVSS=GND
ER
WRS
MCLR
R01k D3
1N4148
C7220u
VCC
MCLR
DECO2DEC03
R82.2k
R92.2k
R102.2k
VCC
1 2
SWO
1 2
SW1
1 2
SW2
CARTE DE COMMANDE
12
SW3
ERS
RW
DEC01
TH11TH12TH21TH22TH31TH32
R1
1kBUZZ
BUZZ
BUZ1
BUZZER1
1 2
3
RV1RES-VAR
VC
C
1 2 3 4 5 6 7 8 91
01
11
21
31
41
51
61
71
81
92
0
J2CONN-H20
VCC
TH
11
TH
12
TH
21
TH
22
TH
31
TH
32
DE
CO
2D
EC
03
DE
C01
Carte d’interface
R1
1k
R21k
R3
1k
R41k
R5
1k
R61k
R7
4k7
R8
4k7
R9
4k7
R10100k
R11100k
R12100k
Q12N2222
Q22N2222
Q32N2222
1
2 4
3
TR1
TRAN-2P2S
1
2 4
3
TR2
TRAN-2P2S
1
2 4
3
TR3
TRAN-2P2S
D11N4148
D21N4148
D3
1N4148
D41N4148
D51N4148
D61N4148
D7
1N4148
D81N4148
D9
1N4148
3
26
74
15
U2
LM741
3
26
74
15
U3
LM741
3
26
74
15
U4
LM741
GND
GND
VCC
VCC
VCC
GND
GND
GND GND
-VCC
-VCC
VCC
-VCC
VCC
VCC
DEC01
DEC02
DEC03
11
NEUTRE
11
P1
11
P2
11
P3
1
2 4
3
TR4
TRAN-2P2S
D103EZ6V2D5
D111N4007
Q42N2222
R13
10k
R14
10k
D121N4007
TH11
VCC
GND
1
2 4
3
TR5
TRAN-2P2S
D133EZ6V2D5
D141N4007
Q52N2222
R15
10k
R16
10k
D151N4007
TH21
VCC
GND
1
2 4
3
TR6
TRAN-2P2S
D163EZ6V2D5
D171N4007
Q62N2222
R17
10k
R18
10k
D181N4007
TH12
VCC
GND
1
2 4
3
TR7
TRAN-2P2S
D193EZ6V2D5
D201N4007
Q72N2222
R19
10k
R20
10k
D211N4007
TH22
VCC
GND
1
2 4
3
TR8
TRAN-2P2S
D223EZ6V2D5
D231N4007
Q82N2222
R21
10k
R22
10k
D241N4007
TH31
VCC
GND
1
2 4
3
TR9
TRAN-2P2S
D253EZ6V2D5
D261N4007
Q92N2222
R23
10k
R24
10k
D271N4007
TH32
VCC
GND
11
G11
11
K11
11
G21
11
K21
11
K31
11
K32
11
G32
11
K22
11
G22
11
K12
11
G12
11
G31
BR1
BRIDGE
C12200uF
VI1 VO 3
GN
D2
U1REG-POS
C21nF
C31nF
D28
DIODE-LED
R25
10k
VC
C
1
2 6
4
5
TR10
TRAN-2P3S
P1
N
N
P1
GND
GND
C42200uF
C51nF
VI 1VO3 GN
D2
U5REG-POS
-VCC
C61nF
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
J1CONN-H20
VCC TH11
TH12
TH21
TH22
TH31
TH32
DE
CO
2D
EC
03
DE
C01
CONCLUSION
La réalisation pratique des montages était pour nous une expérience très enrichissante du
fait que nous avons vécu un cas réel de conception et fabrication. Les expériences que nous
avons mené durant ce chapitre nous ont montré que l’étude théorique et l’étude par
simulation étaient très proche de la réalité pratique, sauf que la théorie ne tient pas compte
des problèmes d’origine aléatoire Nous avons donc pu tester notre montage afin de
déterminer ses performances et limites. D’autre part On peu même utiliser des capteurs de
courant et de tension. Ces capteurs vont etre relies à notre PIC 16F877 ce qui nous permet
de mesurer la valeur moyenne et efficace du courant et de la tension,s c’est une étape
qu’on pourrait l’envisager dans le future.
