sommaired1n7iqsz6ob2ad.cloudfront.net/document/pdf/537ef72557d4a.pdfthème 1 : Étude et...

45
ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 1 BTS BTS BTS BTS Option Télécommunications Télécommunications Télécommunications Télécommunications SOMMAIRE SOMMAIRE ..................................................................................................................................... AVANT PROPOS .............................................................................................................................. REMERCIEMENTS ........................................................................................................................... DÉDICACE ...................................................................................................................................... INTRODUCTION .............................................................................................................................. PREMIÈRE PARTIE : GENERALITES ................................................................................................. I. PRÉSENTATION DU CAHIER DES CHARGES ............................................................................. II. APPROCHE PRÉLIMINAIRE DU THÈME ...................................................................................... III. ANALYSE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE ............................................................. IV. ÉTUDE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE ................................................................ IV-1- Schéma fonctionnel de niveau un ........................................................................................ IV-2- Schéma fonctionnel de niveau deux ..................................................................................... IV-3- Schéma fonctionnel de degré un .......................................................................................... DEUXIÈME PARTIE : ANALYSE TECHNIQUE ..................................................................................... I. ÉTUDE DES DIFFÉRENTES FONCTIONS PRINCIPALES DE L’OBJET TECHNIQUE ........................ I-1- Étude de la fonction principale FP1: Générateur de signaux horaires ............................................. 12 I-1-1- Rôle de FP1 ..................................................................................................................... I-1-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP1 .................................................................... I-2- Étude de la fonction principale FP2 : Système de comptage horaire ............................................... 12 I-2-1- Rôle de FP2 ..................................................................................................................... I-2-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP2 .................................................................... I-3- Étude de la fonction principale FP3 : Système d’affichage .............................................................. 1 I-3-1- Rôle de FP3 ..................................................................................................................... I-3-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP3 .................................................................... I-4- Étude de la fonction principale FP4 : Système de mise à l’heure ..................................................... 13 I-4-1- Rôle de FP4 ..................................................................................................................... I-4-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP4 ....................................................................

Upload: others

Post on 22-Oct-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 1 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    SOMMAIRE SOMMAIRE ......................................................................................................................................................... 1

    AVANT PROPOS .................................................................................................................................................. 4

    REMERCIEMENTS ............................................................................................................................................... 5

    DÉDICACE ........................................................................................................................................................... 6

    INTRODUCTION .................................................................................................................................................. 7

    PREMIÈRE PARTIE : GENERALITES ..................................................................................................................... 8

    I. PRÉSENTATION DU CAHIER DES CHARGES ................................................................................................. 9

    II. APPROCHE PRÉLIMINAIRE DU THÈME ....................................................................................................... 9

    III. ANALYSE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE .............................................................................. 9

    IV. ÉTUDE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE ................................................................................ 10

    IV-1- Schéma fonctionnel de niveau un ......................................................................................................... 10

    IV-2- Schéma fonctionnel de niveau deux ..................................................................................................... 10

    IV-3- Schéma fonctionnel de degré un .......................................................................................................... 10

    DEUXIÈME PARTIE : ANALYSE TECHNIQUE ...................................................................................................... 11

    I. ÉTUDE DES DIFFÉRENTES FONCTIONS PRINCIPALES DE L’OBJET TECHNIQUE ......................................... 12

    I-1- Étude de la fonction principale FP1: Générateur de signaux horaires ............................................. 12

    I-1-1- Rôle de FP1 .................................................................................................................................... 12

    I-1-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP1 ................................................................................... 12

    I-2- Étude de la fonction principale FP2 : Système de comptage horaire ............................................... 12

    I-2-1- Rôle de FP2 .................................................................................................................................... 12

    I-2-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP2 ................................................................................... 12

    I-3- Étude de la fonction principale FP3 : Système d’affichage .............................................................. 13

    I-3-1- Rôle de FP3 .................................................................................................................................... 13

    I-3-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP3 ................................................................................... 13

    I-4- Étude de la fonction principale FP4 : Système de mise à l’heure ..................................................... 13

    I-4-1- Rôle de FP4 .................................................................................................................................... 13

    I-4-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP4 ................................................................................... 13

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 2 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    I-5- Étude de la fonction principale FP5 : Alimentation .......................................................................... 13

    I-5-1- Rôle de FP5 .................................................................................................................................... 13

    I-5-2- Schéma fonctionnel de degré deux de FP5 ................................................................................... 13

    II. ÉTUDE STRUCTURELLE DES DIFFÉRENTES FONCTIONS PRINCIPALES ...................................................... 14

    II-1- Étude structurelle de FP1 : Générateur de signaux horaires ............................................................ 14

    I-5-3- Étude structurelle de FS1.1 : Oscillateur à quartz .................................................................... 14

    I-5-4- Étude structurelle de FS1.2 : Étage diviseur de fréquence ....................................................... 15

    I-5-5- Schéma structurel de FP1: Générateur de signaux horaires .................................................... 16

    II-2- Étude structurelle de FP2 : Système de comptage horaire .............................................................. 16

    II-2-1- Étude structurelle de FS2.1 : Compteur modulo 60 des secondes .......................................... 16

    II-2-2- Étude structurelle de FS2.2 : Compteur modulo 60 des minutes ............................................ 17

    II-2-3- Étude structurelle de FS2.3 : Compteur modulo 24 des heures ............................................... 18

    II-2-4- Schéma structurel de FP2 : Système de comptage horaire ..................................................... 19

    II-3- Étude structurelle de FP3 : Système d’affichage .............................................................................. 19

    II-3-1- Étude structurelle de FS3.1 : Décodage du comptage .............................................................. 19

    II-3-2- Étude structurelle de FS3.2 : Adaptation ................................................................................. 21

    II-3-3- Étude structurelle de FS3.3 : Affichage .................................................................................... 23

    II-3-4- Schéma structurel de FP3: Système d’affichage ...................................................................... 26

    II-4- Étude structurelle de FP4 : Système de mise à l’heure .................................................................... 26

    II-4-1- Étude structurelle de FS4.1 : Commande de mise à l’heure .................................................... 26

    II-4-2- Étude structurelle de FS4.2 : Logique de mise à l’heure .......................................................... 27

    II-4-3- Schéma structurel de FP4 : Système de mise à l’heure ........................................................... 28

    II-5- Étude structurelle de FP5 : Alimentation ......................................................................................... 28

    II-5-1- Étude structurelle de FS5.1 : Abaissement .............................................................................. 29

    II-5-2- Étude structurelle de FS5.2 : Redressement ............................................................................ 31

    II-5-3- Étude structurelle de FS5.3 : Filtrage ....................................................................................... 32

    II-5-4- Étude structurelle de FS5.4 : Régulation .................................................................................. 33

    II-5-5- Étude structurelle de FS5.5 : Alimentation de secours ............................................................ 33

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 3 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    II-5-6- Schéma structurel de FP5 : Alimentation ................................................................................. 35

    TROISIÈME PARTIE : ÉTUDE PRATIQUE DU SYSTÈME TECHNIQUE .............................................................. 36

    I. SCHÉMA STRUCTUREL GLOBAL ................................................................................................................ 37

    II. NOMENCLATURE DES COMPOSANTS....................................................................................................... 39

    III. RÉALISATION DES TYPONS ................................................................................................................... 40

    IV. BILAN .................................................................................................................................................... 41

    CONCLUSION .................................................................................................................................................... 42

    ANNEXES .......................................................................................................................................................... 43

     

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 4 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    AVANT PROPOS  L’Institut de Technologies et Spécialités (ITES) sis aux II Plateaux Cocody à 

    Abidjan, a été crée par l’arrêté ministériel n° 1076/ME/DEP du 27091989. Mr Diéty Félix 

    en est le fondateur. L’institut assure la formation en : 

      Enseignement secondaire technique. 

      BTS  informatique  de  gestion,  gestion  commercial,  finance  comptabilité, 

    électronique, électrotechnique, maintenance et automatisme industriel, informatique 

    industriel et maintenance, NTIC et télécommunications. 

      Ingénieur informatique, électronique et télécommunications. 

     L’objectif  de  la  formation  des  techniciens  supérieurs  en  télécommunications  est  de 

    disposer d’une élite de diplômés capables d’intervenir aussi bien dans les domaines des 

    télécommunications que dans les domaines électronique et informatique.  

    La formation dure deux ans et se déroule en deux phases :   

      En milieu académique pour les cours magistraux, travaux pratiques et réalisation de 

    projets ; 

      En entreprise pour un stage d’au moins deux (2) mois concrétisé par la rédaction et 

    la soutenance d’un mémoire de fin de cycle.  

    Le présent rapport représente la dernière partie de la première phase de formation ; à 

    savoir l’étude et la réalisation de projets. 

    Chaque année le thème du projet est proposé par le ministère chargé de l’enseignement 

    supérieur et de la recherche scientifique. 

    Pour cette année académique 20082009, deux (2) thèmes ont été soumis au choix ; à 

    savoir : 

      Thème 1 : Étude et réalisation d’un micro espion FM dans la bande de 88 à 

    108 MHz. 

      Thème 2 : Étude et réalisation d’une horloge numérique. 

    Il s’agit dans ce rapport de la rédaction du thème 2. 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 5 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    REMERCIEMENTS 

    Avant d'exposer les résultats de notre projet de Fin d'Etude, nous aimerons adresser nos remerciements 

    à tous ceux qui ont facilité sa réalisation.  

      Tout d'abord, nous rendons grâce à DIEU parce qu’il nous a permis la réalisation de ce projet 

    dans d’excellentes conditions et de mener à terme nos études. 

    Nous voudrions exprimer toute notre reconnaissance à l’ensemble du personnel de l’Institut de 

    Technologie & Spécialités des 2 Plateaux en particulier à : 

      Monsieur DJEMBERT, Responsable de la filière Télécoms à l’Institut de Technologie & 

    Spécialités des 2 Plateaux (ITES). 

      Monsieur OUATTARA Ali, Professeur d’électronique Numérique à l’Institut de Technologie 

    & Spécialités des 2 plateaux (ITES). 

      Monsieur ABEU, Professeur de TP transmission l’Institut de Technologie & Spécialités des 2 

    Plateaux (ITES). 

      Monsieur DOFFOU, Professeur de téléphonie commutée l’Institut de Technologie & 

    Spécialités des 2 Plateaux (ITES). 

    Nous tenons également à exprimer notre reconnaissance à tous nos enseignants en particulier 

    Monsieur OUATTARA ALI pour la qualité de l’enseignement qu’ils ont bien voulu nous prodiguer 

    durant nos études.  

    Finalement, merci à toutes les personnes qui m’ont aidé dans la réalisation de ce travail 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 6 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    DÉDICACE 

    A mon cher père Monsieur ATTININE Assoumane 

    Pour vos sacrifices et votre patience.  

    J’essaierai toujours d’être à la hauteur de vos espoirs  

      

    A ma très chère mère   SAMBA Aissatou 

    Pour votre tendresse, votre affection et votre grand amour  

      

    A mon frère Ibrahima, mes sœurs Safiatou et Abibata et  mon neveu Ryan    

    Pour votre soutien et votre amour  

      

    A mes camarades étudiants 

    Avec lesquels j’ai partagé des moments de  joies mais aussi de douleurs   

      

    A tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la construction  

    Des édifices qui servent de cadre de formation à ITES. 

    A tout ce que j’aime. 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 7 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    INTRODUCTION 

     

    La réalisation d’un projet en fin de formation est d’une importance capitale car cela permet à 

    l’étudiant de mettre en œuvre les connaissances théoriques acquises afin d’améliorer son savoir 

    faire. Le choix du deuxième thème soumis par le ministère de tutelle n’est pas fortuit. En effet, l’étude 

    de ce thème intitulé ‘Étude et réalisation d’une horloge numérique’ qui est à n’en point douter un 

    thème purement électronique, permet de mettre en exergue l’immensité de compétences dans la 

    formation de techniciens supérieurs en télécommunications. Cette étude permettra aux techniciens 

    supérieurs  en  télécommunications  de  consolider  leurs  connaissances  dans  la  conception  et 

    réalisation de projets électroniques ; car il ne faut pas perdre de vue que tout équipement de 

    télécommunication est avant tout issu d’une conception électronique. 

    Le développement du thème étudié se structurera en trios grandes parties : 

      Les généralités sur l’analyse d’un thème électronique et plus particulièrement sur la réalisation 

    d’une horloge numérique 

      L’analyse technique du thème permettant de ressortir les différents constituants fonctionnels 

    du système 

      L’étude pratique du système permettant d’entrevoir les différentes étapes de sa mise œuvre. 

     

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 8 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     

     

     

     

     

     

     

     PREMIÈRE PARTIE :  

     GÉNÉRALITÉS

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 9 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     

    I.  PRÉSENTATION DU CAHIER DES CHARGES Il s’agit pour la présente étude de réaliser une horloge numérique c’estàdire une montre à 

    affichage digital. La montre doit afficher les heures et les minutes. Pour ce faire, elle dispose de quatre afficheurs ; deux pour les unités et dizaines des heures et deux autres pour les unités et dizaines des minutes.  

    Son fonctionnement est le suivant :  

      Affichage en mode 0 heures à 23 heures.   Possibilité de mise à l’heure (ou réglage) à l’aide de boutons disponible sur la face avant.   Source d’alimentation continue et avec un système d’autonomie à l’aide d’une batterie. 

    II.  APPROCHE PRÉLIMINAIRE DU THÈME  

    Le système s’articule autour d’une logique de commande automatique. Sa réalisation fera beaucoup plus appel à l’électronique numérique qui aujourd’hui passe pour le grand domaine des investigations en technologie. Dès lors nous nous engageons à informer d’avance tous les utilisateurs de ce document que seuls les plus initiés au digital se sentirons les mieux à l’aise au cours d’une étude en sein. Néanmoins, l’autre catégorie d’utilisateurs peut le comprendre avec un peu plus d’effort ou même accroître ses connaissances en étudiant à fond. 

     

    III.  ANALYSE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE    

      Fonction d’usage : La montre que nous allons réaliser est très indispensable dans la mesure où elle peut 

    intervenir dans plusieurs domaines à savoir :   Domaine courant : 

    Elle permet de s’organiser, de planifier la journée, les différentes tâches à effectuer, d’avoir une notion exacte du temps. 

      Domaine technique : 

    Elle peut permettre :  

      Le déclenchement de dispositifs de signalisation ou d’alarmes, l’actionnement de processus industriels. 

      L’ordonnancement de tâches, la synchronisation de la transmission de données.   La commande et la gestion de la facturation, de la taxation de services payants.   Etc… 

      Milieu associé : Le système doit tenir compte dans sa réalisation des contraintes économiques afin d’en 

    vulgariser l’usage non seulement dans un intérêt social mais aussi économique quand il s’agira de le commercialiser par exemple. C’est ce qui explique d’ailleurs l’utilisation au plan technique de composants courants, moins chers.  La structure organisationnelle de l’objet technique va s’opérer par la mise au point de blocs fonctionnels qui vont permettre au fur et à mesure d’entrevoir les différents modules de son fonctionnement. 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 10 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     

    IV.  ÉTUDE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE  Cette étude doit nous amener à compartimenter en blocs fonctionnels le système technique. 

    IV1  Schéma fonctionnel de niveau un  

     

                         

     

    IV2  Schéma fonctionnel de niveau deux   

     

     

     

     

     

     

    IV3  Schéma fonctionnel de degré un  

     

     

     

     

     

     

     

     

    FP : Fonction Principale 

    MONTRE Indication de l’heure

    Source d’énergie

    ALIMENTATION

    COMPTAGE DU TEMPS

    AFFICHAGE

    ALIMENTATION

    FP5

    GÉNÉRATEUR DE SIGNAUX HORAIRES

    FP1

    SYSTÈME DE COMPTAGE HORAIRE

    FP2

    SYSTÈME D’AFFICHAGE

    FP3

    SYSTÈME DE MISE À L’HEURE

    FP4

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 11 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     

     

     

     

     

     

     

     DEUXIÈME PARTIE :  

     ANALYSE TECHNIQUE

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 12 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    I.  ÉTUDE DES DIFFÉRENTES FONCTIONS PRINCIPALES DE L’OBJET TECHNIQUE 

    I1  Étude de la fonction principale FP1:  Générateur de signaux horaires  

     

    I11  Rôle de FP1 

    Cette fonction permet de générer un signal en créneau de fréquence 1Hz (c'estàdire de période une seconde) devant servir d’impulsions d’horloge. Ce signal constitue en effet la base temps du système technique.  

    La montre que nous réalisons devant être assez précise et fiable, il est indiqué de réaliser le générateur de signaux avec un quartz. Particulièrement le quartz utilisé doit vibrer à une fréquence de 32768Hz soit 215 Hz ; fréquence particulièrement indiquée à la réalisation de la base de temps d’une seconde bien précise.  

    I12  Schéma fonctionnel de degré deux de FP1  

     

       

     

    FS : Fonction Secondaire 

    I2  Étude de la fonction principale FP2 :  Système de comptage horaire 

    I21  Rôle de FP2  

    Cette fonction doit permettre de compter au rythme de l’heure ; c’est en fait un système de compteurs qui compte les secondes, les minutes et les heures. Les compteurs des secondes et minutes doivent être des compteurs de modulo 60 et celui des heures un compteur modulo 24. Ce système de comptage est destiné à être affiché. Pour ce faire les compteurs doivent être de type BCD.  

    I22  Schéma fonctionnel de degré deux de FP2 

     

     

     

     

       

    FP1

    OSCILLATEUR À QUARTZ DE FRÉQUENCE 32768

    Hz FS1.1

    ÉTAGE DIVISEUR DE FREQUENCE

    FS1.2 Vers FP2 

    Vers  

    FP3 

    FP2

    COMPTEUR MODULO 60 DES SECONDES

    FS2.1

    COMPTEUR MODULO 60 DES MINUTES

    FS2.2

    COMPTEUR MODULO 24 DES HEURES

    FS2.3

    Sortie 

    de FP1 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 13 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    I3  Étude de la fonction principale FP3 :  Système d’affichage  I31  Rôle de FP3 

    Cette fonction est destinée à décoder les sorties des compteurs et à les afficher par des afficheurs sept segments. Ici seules les heures et les minutes seront affichées. Les secondes seront indiquées par un clignotement de LED.   

    I32  Schéma fonctionnel de degré deux de FP3 

     

     

     

     

    I4  Étude de la fonction principale FP4 :  Système de mise à l’heure 

    I41  Rôle de FP4 

    Cette fonction permet de mettre la montre à l’heure à l’aide de boutons de réglage. 

    I42  Schéma fonctionnel de degré deux de FP4 

     

     

     

     

    I5  Étude de la fonction principale FP5 :  Alimentation  I51  Rôle de FP5  

    Cette fonction permet de fournir l’énergie nécessaire pour le bon fonctionnement du montage.  Elle va s’opérer par la transformation de la tension alternative 220V du secteur en une tension continue de 5V. 

    Pour  assurer le fonctionnement permanent du système technique, une batterie de sauvegarde relayera l’alimentation par le secteur en cas de coupure de celuici.  

    I52  Schéma fonctionnel de degré deux de FP5 

     

     

     

     

    FP3

    DECODAGE DU COMPTAGE

    FS3.1

    ADAPTATION

    FS3.2

    AFFICHAGE

    FS3.3

    Sortie de FP2 

    FP4

    COMMANDE DE MISE A L’HEURE FS4.1

    LOGIQUE DE MISE A L’HEURE

    FS4.2 Sortie 

    de FP1 

    Vers 

    FP2 

    FP5

    ALIMENTATION DE SECOURS

    FS5.5

    SECTEUR 

    220V 

    ABAISSEMENT FS5.1

    REDRESSEMENT FS5.2

    FILTRAGE FS5.3

    REGULATION FS5.4

    Vers les Fonctions  Principales 

    (FP) 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 14 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    En tout état de cause, l’étude de chaque fonction principale ayant permis de ressortir les différents  sousblocs  (fonctions  secondaires)  le  constituant,  il  y  a  lieu  maintenant  de déterminer techniquement de quoi est formé chacun de ceuxci. 

     

    II.  ÉTUDE STRUCTURELLE DES DIFFÉRENTES FONCTIONS PRINCIPALES 

    Cette  étude  est  destinée  à  élaborer  le  schéma  électronique  de  chaque  fonction secondaire intervenant dans la constitution de chaque fonction principale. 

    II1  Étude structurelle de FP1 : Générateur de signaux horaires  I53  Étude structurelle de FS1.1 :  Oscillateur à quartz  

    a)  Schéma du montage 

     

    b)  Fonctionnement 

    Le montage construit autour du CD4060 permet de générer sur la broche 10, un signal en créneau de fréquence :  

    F = FQz.   Où  FQz est la fréquence d’oscillation du quartz.  

    En effet, le CD4060 est un circuit intégré compteur constitué de 14 bascules en cascade et disposant en interne d’un réseau de portes logiques permettant de réaliser directement sur le circuit intégré le générateur de signaux d’horloge devant impulser le compteur.  

    Sur le circuit intégré, les sorties vont de Q0 à Q13.  

    Ainsi, le circuit constitue un compteur modulo 214  =16384. 

    La fréquence disponible sur une sortie Qi du compteur est : 

    QZQi i+1

    FF=

    2.   Avec i = 0, 1, 3, …, 13. 

    Il ressort donc que sur la sortie Q13 (dernière sortie) on a une fréquence      

                                                QZQ13 14F

    F =2

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 15 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    Pour produire une fréquence assez précise, il est bien indiqué d’utiliser un quartz horloge dont la fréquence d’oscillation est F Qz  = 32768Hz : fréquence particulièrement adaptée car elle est une puissance exacte de 2 (FQz = 32768Hz = 215Hz).  

    En définitive à la sortie Q13 du compteur CD4060 on a :  

    15

    Q13 142F = =2Hz.2

     

    c)  Choix des composants  

    Les constructeurs donnent pour les bonnes conditions d’oscillation du quartz : 

    R2  10M et R1  2,2K. 

    Dans notre cas on prendra :  

    R1 = 2,2 K  1/4W 5 

    R2 = 10 M 1/4W 5 

    Pour les condensateurs, les valeurs indiquées sont : 

    C1 = 10 pF et C2 = 30 pF variable. 

    Dans la pratique il faut ajuster C2 pour étalonner l’oscillateur. 

    I54  Étude structurelle de FS1.2 :  Étage diviseur de fréquence  

    Cet étage est destiné à produire une fréquence de 1Hz avec précision à partir du signal de fréquence 2Hz produit précédemment. 

    a)  Schéma du montage 

     

    b)  Fonctionnement  

    Pour obtenir le signal de 1Hz à partir du signal de 2Hz, il suffit d’utiliser une bascule JK câblée en trigger (mode basculement). Cela revient en effet à mettre les deux entrées J et K à un logique (c'estàdire à Vcc). Bien entendu les entrées de forçage à zéro et forçage à un devant être désactivées. Puisque ces dernières sont actives à un logique, elles doivent donc être mises à zéro logique (c'estàdire à la masse) afin de les rendre inactives. 

    Ainsi à chaque front montant du signal d’horloge S’, la sortie S change d’état. Ce qui permet d’obtenir une période du signal de sortie S correspondante à deux périodes du signal d’horloge S’. 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 16 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    c)  Chronogrammes illustratifs  

     

     

     

     

     

      

    On a TS = 2TS’  S S'

    1 1=

    T 2T  

      S S1F= F2

     

     avec FS’ = 2Hz, on a FS = 1Hz.  

    I55  Schéma structurel de FP1:   Générateur de signaux horaires   

     

    II2  Étude structurelle de FP2 :  Système de comptage horaire   

    II21  Étude structurelle de FS2.1 :   Compteur modulo 60 des secondes   

    a)  Schéma du montage 

      

    T

    S (Sortie de la bascule JK) 

    T

    S’ (Signal de fréquence 2Hz) 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 17 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    b)  Fonctionnement  

    Le compteur modulo 60 est réalisé avec un circuit CD4518. Ce circuit est en effet un double compteur BCD (ou double compteur décade) dont la table de fonctionnement est la suivante : 

    Entrées  Évolution des sorties MR  CP0  CP1 

    1  X  X  RAZ 0    1  Comptage 0  0    Comptage  0  1  X  Inchangé  0  X  0  Inchangé  

     

    La première partie compteur qui reçoit les impulsions d’horloge extérieur va évoluer de 0 à 9 et cela de façon naturel puisse que c’est un compteur modulo 10. Cette partie constitue le compteur des unités.  

    À chaque recyclage de ce celuici, le second compteur est impulsé. Ce dernier est remis à zéro lorsqu’il atteint 6.  

    Ainsi le dernier compteur va compter de 0 à 5. Il doit donc être câblé en modulo 6. C’est le compteur des dizaines. 

    En définitive en considérant les deux parties du circuit intégré on obtient, une mise en cascade d’un compteur modulo 10 et d’un compteur modulo 6. Ce qui donne alors un compteur modulo 6x10. C'estàdire un compteur modulo 60.      

    L’impulsion d’horloge ayant une période d’une seconde (1s), alors la remise à zéro du compteur des dizaines a lieu chaque 60 secondes ; c'estàdire chaque minute. Cette information de remise à zéro est donc toute particulièrement importante pour déclencher l’avancement du compteur des minutes.  

      

    c)  Choix de la porte logique  

    La porte logique ET à deux entrée est disponible dans un circuit intégré  CD4081. Ce circuit contient en effet, quatre (4) portes ET à deux entrées. On utilisera donc une porte 

    parmi les 4. À ce niveau le circuit serait utilisé au 14  .  

    II22  Étude structurelle de FS2.2 :   Compteur modulo 60 des minutes   

    a)  Schéma du montage 

     

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 18 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    b)  Fonctionnement 

    Il s’agit également ici de réaliser un compteur modulo 60 selon la même manière que précédemment avec un circuit CD4518.  Particulièrement sur ce compteur, la première partie (compteur des unités) reçoit une impulsion chaque minute ; impulsion bien entendue issue du compteur des secondes. Ainsi la partie qui compte les dizaines est remise à zéro à chaque 60 minutes ; c'estàdire à chaque  1  heure.  Cette  information  de  remise  à  zéro  est  donc  toute  particulièrement importante pour déclencher l’avancement du compteur des heures.  

    c)  Choix de la porte logique  

    La porte logique ET sera encore récupérée dans le même circuit intégré CD4081. À ce 

    niveau le circuit serait utilisé au 12 .  

    II23  Étude structurelle de FS2.3 :  Compteur modulo 24 des heures    

    a)  Schéma du montage 

     b)  Fonctionnement 

     

    Il s’agit ici de réaliser un compteur modulo 24 avec un circuit CD4518.  La première partie (compteur des unités) reçoit une impulsion chaque heure issue du compteur des minutes. 

    Lorsque les deux parties (compteur des unités et compteur des dizaines) auraient évolué pour atteindre dans le courant de la troisième décade, la valeur 24 (c’estàdire Q3Q2Q1Q0 = 0100 et Q’3Q’2Q’1Q’0 = 0010), cellesci sont toutes remises à zéro.  

    c)  Choix de la porte logique  

    La porte logique ET sera également récupérée dans le même circuit intégré CD4081. À ce 

    niveau le circuit serait utilisé au 3 4 . 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 19 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    II24  Schéma structurel de FP2 :   Système de comptage horaire   

      

    NB : les trois portes logiques ET sont toutes disponibles dans le circuit intégré référencé IC6 :CD4081. 

     

    II3  Étude structurelle de FP3 :  Système d’affichage   

    II31  Étude structurelle de FS3.1 :   Décodage du comptage   

    a)  Schéma du montage  

      

    b)  Fonctionnement  

    L’affichage ne portera que sur les heures et les minutes. Ainsi seules les sorties du compteur des heures et celles du compteur des minutes seront décodées. En effet, les quatre décades de sortie (unité des minutes, dizaines des minutes, unités des heures,  dizaines  des  heures)  vont  attaqués  chacun  un  décodeur  BCD/7segments ; notamment le CD4543. 

    Ce circuit est un décodeur BCD/7segments universel. Il est capable de piloter des afficheurs  à  cathodes  communes,  des  afficheurs  à  anodes  communes  et  même  des afficheurs à cristaux liquides. L’adaptation du circuit à chaque type d’afficheur se fait à l’aide de la broche 6 (appelée PH : PHASE).     

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 20 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    D’après sa table de vérité cidessous :   

    Entrées  sorties Affichage 

    LD  BI  PH*  DD  DC  DB  DA  Qa  Qb  Qc  Qd  Qe  Qf  Qg x  1  0  x  x  x  x  0  0  0  0  0  0  0  Éteint 

    1  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  0   1  0  0  0  0  0  1  0  1  1  0  0  0  0   1  0  0  0  0  1  0  1  1  0  1  1  0  1   1  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  0  0  1   1  0  0  0  1  0  0  0  1  1  0  0  1  1   1  0  0  0  1  0  1  1  0  1  1  0  1  1   1  0  0  0  1  1  0  1  0  1  1  1  1  1   1  0  0  0  1  1  1  1  1  1  0  0  0  0   1  0  0  1  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1   1  0  0  1  0  0  1  1  1  1  1  0  1  1   1  0  0  1  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0 

    Éteint 

    1  0  0  1  0  1  1  0  0  0  0  0  0  0 1  0  0  1  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0 1  0  0  1  1  0  1  0  0  0  0  0  0  0 1  0  0  1  1  1  0  0  0  0  0  0  0  0 1  0  0  1  1  1  1  0  0  0  0  0  0  0 

    0  0  0  x  x  x  x  

    **  

    ** 

        1    Inverse de cidessus Affichage comme 

    cidessus  

    x :   Indifférent  :  Comme cidessus 

    * :  Pour les afficheurs à cristaux liquides, appliquer un signal rectangulaire à PH.       Pour les afficheurs à cathodes communes, appliquer 0 logique à PH.       Pour les afficheurs à anodes communes, appliquer 1 logique à PH. ** : Dépend du code BCD préalablement appliqué quand LD était à l’état haut 

     

    il ressort que :   Pour la commande d’afficheurs à cathodes communes, il faut appliquer à la broche 6 

    (PH) le niveau logique zéro.   Pour la commande d’afficheurs à anodes communes, il faut appliquer à la broche 6 

    (PH) le niveau logique un.   Pour la commande d’afficheurs à cristaux liquides, il faut appliquer à la broche 6 (PH) 

    un signal rectangulaire.  

    Sur le montage, cette broche étant mise à zéro, alors le décodeur est configuré pour piloter des afficheurs à cathodes communes.  

    Par ailleurs pour un souci d’économie d’énergie surtout en cas de coupure du secteur (donc où l’alimentation est relayée par la batterie), le zéro non significatif de l’afficheur des dizaines des heures va être éteint. 

    En effet, l’afficheur des dizaines des heures indique un zéro non significatif dans la plage de temps allant de  00H00Min à 09H59Min . Dans ce cas, l’affichage au lieu d’indiquer durant cette plage horaire ce qui suit  

      

    à 

    à Indiquera plutôt

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 21 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    Pour éteindre ce zéro non significatif (c'estàdire éteindre l’afficheur des dizaines des heures quand la valeur décodée est zéro), il suffit d’après la table de vérité du CD4543, de mettre la broche 7 (appelée BI : BLANKING) au niveau logique 1. Bien entendu lorsque la valeur décodée est différente de zéro (c'estàdire  un ou  deux) l’afficheur en question doit s’allumer. 

    La logique de commande de la broche 7 (BI) du décodeur 4543 des dizaines des heures doit alors être issue d’une logique permettant de détecter particulièrement  zéro (0)  parmi les valeurs  zéro (0), un (1) et deux (2)  ; car ce sont ces trois valeurs que le compteur des dizaines des heures est susceptible de fournir. L’analyse de cette logique peut se résumer comme cidessous : 

     

    Tableau récapitulatif de la logique de détection de zéro  

    Modèle d’afficheur 7 

    segments 

    Valeur affichée 

    Segments allumés 

    Segments éteints 

    Segments particuliers à 

    zéro seul dans l’état allumé  

    Segments particuliers à 

    zéro seul dans l’état éteint  

     

      a, b, c, d, e, f  g 

    f   Néant    b, c  a, d, e, f, g 

      a, b, d, e, g  c, f  

    On note bien qu’à l’aide du segment   f   on peut tout particulièrement reconnaître la  présence ou non de zéro (0) parmi les valeurs zéro (0), un (1) et deux (2).   

    Ainsi :    Pour  f allumé c'estàdire si la sortie du décodeur  Qf=1 alors  zéro (0)  est détecté  et 

    l’afficheur doit être éteint.   Pour  f éteint c'estàdire si la sortie du décodeur  Q f=0 alors  zéro (0)  est absent  et 

    l’afficheur doit être allumé.  

    En tout état de cause, la sortie  Qf (broche 15) du décodeur des dizaines des heures est toute indiquée  pour  commander  la  broche  7  (BI)  de  ce même  décodeur.  Cette  liaison  est clairement indiquée le schéma du montage.   

    II32  Étude structurelle de FS3.2 :   Adaptation   

    a)  Schéma du montage  

       

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 22 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     b)  Fonctionnement 

     

    L’adaptation consiste à commander convenablement la LED correspondant à chaque segment en insérant une résistance de limitation du courant entre le segment et la sortie correspondante du décodeur.   

    c)  Choix des résistances  

    Le choix des résistances de protection des LED (segments), se fait par la connaissance des caractéristiques des afficheurs utilisés. En effet, le type d’afficheur à cathodes communes utilisé est référencé  MAN8640. Ses caractéristiques essentielles sont les suivantes : 

      Courant maximum direct par segment/point décimal : I FMAX = 30mA.    Tension direct par segment/point décimal : V F = 2,5V.   Tension inverse maximale par segment/point décimal : V R = 6V. 

     

    Le schéma cidessous présente un exemple d’attaque de segment.  

      

    La tension VQa = 5V (valeur de la tension d’alimentation). La tension directe au borne de la LED est V F = 2,5V. Le courant maximal autorisé dans la LED est I FMAX = 30mA. Pour un bon fonctionnement sans risque de destruction il faut prendre I F un peu moins que cette valeur maximale. Fixons IF = 10mA.  

    On a donc   Qa FF

    V VR=

    352,5

    R=10.10

      

    R=250 Ω   

    On choisira une résistance R = 270Ω. 

    Elle dissipe une puissance  2 2Qa F

    R

    V V 52,5P= = =23mW

    R 270. 

     

    La valeur normalisée de R est donc R = 270Ω 5%, ¼W.  

     

    Ainsi, il ressort que pour toutes les valeurs de R 3 à R30 sont de valeur 270Ω 5%, ¼W.   

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 23 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    II33  Étude structurelle de FS3.3 :   Affichage   

    a)  Schéma du montage 

     b)  Fonctionnement 

     

    Les  sorties  du  réseau  d’adaptation  vont  attaquées  les  segments  des  afficheurs  7 segments à cathodes communes qui leur correspondent. En effet, les liaisons suivantes sont effectuées :  

      Les sorties décodées et adaptées du compteur des unités des heures attaquent l’afficheur des unités des heures par la liaison entre  chaque sortie et son segment homologue. (C'estàdire que la sortie  a pour le segment  a, la sortie  b pour le segment  b, la sortie  c pour le segment  c, la sortie  d pour le segment  d, la sortie  e pour le segment  e, la sortie  f pour le segment  f, la sortie  g pour le segment g) ; 

     

      Les sorties décodées et adaptées du compteur des dizaines des heures attaquent l’afficheur des dizaines des heures par la liaison entre  chaque sortie et son segment homologue ; 

     

      Les sorties décodées et adaptées du compteur des unités des minutes attaquent l’afficheur des unités des minutes par la liaison entre  chaque sortie et son segment homologue ; 

     

      Les sorties décodées et adaptées du compteur des dizaines des minutes attaquent l’afficheur des dizaines des minutes par la liaison entre chaque sortie et le segment opposé. Cette disposition particulière au niveau de cet afficheur, permet de l’utiliser à l’envers afin que le point décimal (dp : decimal point) soit vu en haut à gauche au lieu d’être vu en bas à droite selon la position normale (voir le schéma cidessous).  

     

    Point décimal en bas à droite 

    Point décimal en haut à gauche 

     

    Afficheur en position normale 

    Cathodes Communes Cathodes Communes 

    Afficheur  à l’envers 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 24 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

      Nécessité du renversement de l’afficheur des dizaines des minutes  

    Les deux afficheurs pour les heures (dizaine et unité) vont être séparés des deux afficheurs pour les minutes (dizaine et unité) par deux points (:) clignotant au rythme d’une seconde afin de faciliter la lecture de l’heure qu’il est.  Cette séparation est assurée par le point décimal du l’afficheur des unités des heures et le point décimal de l’afficheur des dizaines des minutes. Ainsi pour avoir la bonne disposition des deux points, il faille renverser le second afficheur.  Dans ce cas quand il est par exemple 23H45Min, l’affichage montre :  

     Il ressort donc que pour que l’afficheur renversé forme convenablement le chiffre décimal correspondant à la valeur BCD fournie par le compteur des dizaines des minutes, il faille après décodage s’en tenir à des connexions adaptées, résumées dans le tableau cidessous : 

     

    Tableau récapitulatif du mode de commande de l’afficheur renversé des dizaines des minutes  

    Afficheur en position normale 

    Afficheur renversé 

    Segments équivalents Liaisons 

    décodeur  afficheur Afficheur en 

    position normale 

    Afficheur renversé 

    Sorties décodées et 

    adaptées 

    Segments de l’afficheur renversé 

       

    a  d  a  d b  e  b  e c  f  c  f d  a  d  a e  b  e  b f  c  f  c g  g  g  g 

     

    Une fois les deux points décimaux bien disposés (points de séparation  Heure : Minute), il faut les commander tels qu’ils puissent clignoter à la fréquence de 1Hz.   Le signal de fréquence 1Hz produit par la sortie S de la bascule JK au niveau de la fonction principale FP1 est alors indiqué pour ce besoin. Toutefois les points décimaux n’étant rien d’autres que des LED au même titre que les segments, il faut alors que cette sortie S puisse être adaptée afin de pouvoir non seulement piloter les compteurs (voir FP2) mais aussi commander les deux LED des points de séparations  Heure : Minute. Cette adaptation est réalisée par le transistor et les deux résistances qui lui sont associées permettant de ainsi de fournir le courant nécessaire pour l’allumage normal de ces LED.   

    c)  Choix du transistor et des résistances    

      Pour le transistor on prendra T 1 : BC550, référence assez couramment disponible. Ses caractéristiques essentielles sont :  

    Point  décimal  de  l’afficheur  des  unités  des heures (afficheur en position normale) 

    Point décimal de l’afficheur des dizaines des minutes (afficheur renversé)  

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 25 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    VBE = 0,6V (tension direct BaseÉmetteur) ICMAX = 600mA (courant maximum de collecteur) VCESAT = 0,3V (tension CollecteurÉmetteur à la saturation)  = 200 (coefficient d’amplification en courant) 

      Pour le choix des résistances fixons le courant dans chaque LED IF = 10mA.  

    On a le montage équivalent suivant : 

       Choix de R31 

       CC CESAT F31F

    V V VR=

    2I 

    31 350,32,5

    R= =110Ω210.10

     

    Elle dissipe une puissance  2

    32

    50,32,5R = =48mW

    110 

    On choisira R31 = 110Ω 5%, ¼W.  

      Choix de R32  

    Lorsque VS est au niveau haut, on a VS = VCC = 5V. Pour le transistor  on a IC = IE car 1   Le fonctionnement en commutation du transistor requiert  

    CC B BI

    I I I >ββ

     

    On a  S BE F S BE F32 BB 32

    VV V VV VR = I =

    I R 

    Soit alors  S BE F C 32 S BE F32 C

    VV V IR VV V

    R Iβ

    β 

    Or IC = IE = 2IF 

    Donc  32 S BE FF

    R VV V2Iβ

     

    32 323200

    R 50,62,5 R 19KΩ2×10.10  

    On peut choisir R32 = 15kΩ 5%, ¼W.  

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 26 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    II34  Schéma structurel de FP3:   Système d’affichage  

     

    II4  Étude structurelle de FP4 :  Système de mise à l’heure  II41  Étude structurelle de FS4.1 :   Commande de mise à l’heure   

    a)  Schéma du montage  

     b)  Fonctionnement 

     

    La commande de mise à l’heure est réalisé autour du circuit intégré référencé  IC11 : CD4539 : un double multiplexeur 4 vers 1.  Pour activer le processus de mise à l’heure, il faut tout en maintenant enfoncé sur le bouton poussoir  COMMANDE  puis  appuyer  sur  l’un  des  boutons  poussoirs  MINUTE  ou HEURE. Ce qui permet de produire sur la sortie  Commande des minutes ou Commande des heures des impulsions d’horloge expresses de fréquence 2Hz pour faire avancer un peu plus vite le compteur des minutes ou celui des heures. Le signal d’horloge de fréquence 2Hz proviendra de la sortie S’ (sortie Q 13 du CD4060) produit au niveau de la fonction principale FP1.  

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 27 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    Le tableau cidessous donne succinctement le fonctionnement :  

    Entrées  Sorties 

    COMMANDE  HEURE  MINUTE  Commande des 

    heures Commande des 

    minutes  0  0  0  0  0 0  0  1  0  0 0  1  0  0  0 0  1  1  0  0 1  0  0  0  0 1  0  1  0  S’ 1  1  0  S’  0 1  1  1  0  0 

     

    NB : Une entrée vaut 1 si le bouton poussoir est appuyé et elle vaut 0 quand le bouton est relâché.  

    c)  Choix des résistances R33, R34, R35 et des boutons poussoirs  

      Choix des résistances R33, R34, R35  

    Les résistances seront prises telles que le courant qui les traverserait quand un bouton  poussoir  est  fermé  soit  assez  faible ;  car  les  portes  logiques  ne  nécessitent pratiquement pas de courant en entrée.  On peut prendre R33 = R34 = R35 = 15kΩ 5%, ¼W.  

      Choix des boutons poussoirs  

    Les boutons poussoirs sont du type Touche contact miniature KSA pour circuit imprimé.   

    II42  Étude structurelle de FS4.2 :   Logique de mise à l’heure    

    a)  Schéma du montage  

      

    b)  Fonctionnement  

    La commande de mise à l’heure déclenche l’injection au compteur des minutes ou à celui des heures un signal d’horloge de fréquence 2Hz (c'estàdire de période 0,5s). Mais lorsque cette commande n’est pas active, ces deux compteurs doivent recevoir normalement leurs impulsions d’horloge respectivement de période 1 minute pour le compteur des minutes et de période 1 heure pour le compteur des heures.  Il ressort alors que : 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 28 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

      Le compteur des minutes reçoit soit les impulsions d’horloge de période 1 minute en fonctionnement normal soit les impulsions d’horloges de période 0,5s en cas de besoin de mise à l’heure. 

      Le compteur des heures reçoit soit les impulsions d’horloge de période 1 heure en fonctionnement normal soit les impulsions d’horloges de période 0,5s en cas de besoin de mise à l’heure. 

     

    Cet aiguillage est réalisé aisément à l’aide du double multiplexeur CD4539. En effet, d’après le montage on note bien que quand aucun bouton poussoir n’est activé le multiplexeur reçoit l’adresse 00. Ce qui permet d’acheminer sur la sortie Y l’information disponible  sur  l’entrée  E0  (signal  d’horloge  de  période  1  minute)  et  sur  la  sortie  Y’ l’information disponible sur l’entrée E’0 (signal d’horloge de période 1 heure).      

    Le tableau cidessous en donne succinctement le fonctionnement :  

    Entrées  Sorties 

    COMMANDE  HEURE  MINUTE  Commande des heures 

    Commande des minutes  

    0  0  0 Signal de 

    période 1 min Signal de 

    période 1 h 0  0  1 0  1  0 0  1  1 1  0  0  0  0 1  0  1  0  S’ 1  1  0  S’  0 1  1  1  0  0 

     

    II43  Schéma structurel de FP4 :   Système de mise à l’heure    

      

    Le  schéma  structurel  de  FP4  n’est  rien  d’autre  que  le  schéma  analysé  au  FS4.2. directement. 

    II5  Étude structurelle de FP5 :  Alimentation  L’alimentation doit fournir une tension continue de 5V. Le courant consommé par le 

    système est maximum quand nous avons le maximum de segments des afficheurs allumés. 

    Ce nombre maximum de segments allumés est obtenu à  . Soit au total 23 segments et les 2 points décimaux. Ce qui donne un courant I = 25x10mA = 250mA. En plus 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 29 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    des autres composants (circuits intégrés, résistances) on peut maximiser le courant à  IMAX = 300mA. 

    Il faut noter que la batterie à utiliser sera une de 12V – 1,2Ah car facilement disponible. Pour pouvoir la charger il faut alors une tension au secondaire du transformateur de 12V au moins. 

    II51  Étude structurelle de FS5.1 :   Abaissement  

    a)  Schéma du montage 

     b)  Fonctionnement 

    La  tension  alternative    du  secteur  d’amplitude  220V  et  de  fréquence  50Hz  va  être transformée  en  une  tension  alternative  d’amplitude  12V  et  de  même  fréquence.  Cet abaissement d’amplitude se fait au moyen d’un transformateur abaisseur.  En effet, le transformateur est un dispositif électromagnétique permettant de transformer la tension  alternative  du  secteur  présente  au  primaire  en  une    tension  alternative  au secondaire. Il est composé d’un noyau en tôles ferromagnétiques empilées autour duquel il y a deux bobinages. Les bobinages constituent le circuit électrique. L’enroulement primaire est branché sur le secteur. Il est fait de fil très fin et comporte un nombre élevé de spires pour un transformateur abaisseur. L’enroulement  secondaire est fait de fil de plus forte section par rapport au primaire et comporte un nombre réduit de spires. Les deux enroulements sont électriquement isolés entre eux  permettant ainsi d’assurer un isolement entre le primaire (secteur) et le secondaire (sortie). Ce type d’isolement est appelé isolement galvanique.  

    Le schéma équivalent du transformateur est le suivant : 

      

    Lorsque la bobine primaire est alimentée par un réseau alternatif, elle créée un flux magnétique variable    =  1+  2 dans le circuit magnétique. Ce flux induit une f.é.m aux 

    Enroulement primaire   Enroulement secondaire  

    Circuit magnétique  

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 30 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    bornes  de  l’enroulement  secondaire  qui  le  suit.  Il  y  a  donc  transfert  d’énergie  entre l’enroulement secondaire via le circuit magnétique. 

    1 e 2 1 2d d

    v =N v =N avec = +p dt dt 

    Allure des signaux au primaire et au secondaire. 

     

    c)  Choix du transformateur, du fusible de protection et de l’interrupteur de mise sous tension 

     

      Choix du transformateur  

    Le courant  ie dans le secondaire du transformateur dépend du courant continu  IS que peut fournir l’alimentation continue. La relation les liant est : 

    SSSSS e eS e eS e eS e e

    IIIII=0,62iI=0,62iI=0,62iI=0,62i⇒i=⇒i=⇒i=⇒i= 0,620,620,620,62  

    Comme indiquer plus haut, on a IS = IMAX = 300mA. 

    Donc   eeee

    300300300300i=i=i=i= 0,620,620,620,62 =483mA=0,483A.  

    On peut alors choisir un transformateur normalisé de caractéristique : 220V/12V0,5A.  

      Choix du fusible de protection  

    Le fusible protège le montage contre les courtscircuits. Son choix dépend du courant dans le primaire du transformateur. Pour un transformateur on a : 

    p e e

    p ee p p

    i v v= i = i

    i v v 

    eMINv =122  

    t 0 

    ev  

    eMAXv =122  

    pMAXv =2202  

    pMINv =2202  

    t 0 

    pv  

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 31 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    p

    12i = 0,5220

      

    pi =0,027A=27mA   

    On peut donc choisir un fusible normalisé de caractéristique : Fusible rapide 250V32mA.   

      Choix de l’interrupteur  

    L’interrupteur sera un interrupteur clipsable pour secteur avec positon ON/OFF.  

    II52  Étude structurelle de FS5.2 :   Redressement  

    a)  Schéma du montage 

      

    b)  Fonctionnement  

    La tension alternative bidirectionnelle disponible au secondaire du transformateur va subir une modification pour devenir une tension variable unidirectionnelle grâce au pont de diodes ou pont de graëtz. En effet, à l’alternance positive, les diodes D 1 et D 3 conduisent tandis que D 2 et D 4 sont bloquées. À l’alternance négative, les diodes D2 et D4 conduisent tandis que D1 et D2 sont bloquées. Ces états alternatifs de (D 1, D3) et (D2, D4) permettent de redresser la tension alternative sur les deux alternances d’une période. On parle alors de redressement double alternance. Le schéma cidessous présente la forme de la tension redressée.   

       

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 32 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    c)  Choix des diodes de redressement  

    Le courant maximum pouvant traverser les diodes est de 0,5A selon le transformateur choisi. Dans ce cas on peut choisir les diodes D1, D2, D3, D4 du type 1N4001.   

    II53  Étude structurelle de FS5.3 :   Filtrage  

    a)  Schéma du montage 

     b)  Fonctionnement 

     

    Le filtrage a pour objectif de réduire considérablement l’amplitude de  l’ondulation de la tension redressée afin d’obtenir une tension presque continue. Cette opération est réalisée à l’aide d’un condensateur qui se charge pendant la phase croissante de V dc (tension redressée) et se décharge pendant la phase décroissante de V dc. Le principe consiste à choisir convenablement le condensateur de filtrage de sorte que sa décharge  soit  extrêmement  lente.  Cela  permet  de  voir  que  la  tension  au  borne  du condensateur lorsqu’il s’était chargé n’aura pas beaucoup chutée quand débute à nouveau une phase de charge.  

    Le schéma cidessous présente l’allure de la tension filtrée. 

      

    c)  Choix du condensateur de filtrage  

    Le calcul du condensateur de filtrage se fait par l’expression : 

    S

    3IC=V.F

       

         On a donc :  

    Avec :    F  =  100Hz,  la  fréquence  de  la  tension  redressée  (le 

    redressement  double  alternance  donne  une  fréquence double de la fréquence du secteur). 

      V = V DCMAXVDCMIN, l’ondulation après filtrage. Pour le calcul fixons  V= 4V. 

      IS = 0,3A, le courant que peut débiter l’alimentation. 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 33 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    4

    30,3C= =7,5.10F

    4 100 

     

    3C=750µF . 

     Dans  cette  alimentation,  la  tension  maximale  que  voit  le  condensateur  est 

    DCMAXV =122 17V .  

    On peut donc choisir un condensateur normalisé C3 = 1000µF25V.  

    II54  Étude structurelle de FS5.4 :   Régulation   

    a)  Schéma du montage 

      

    b)  Fonctionnement  

    La  régulation  permet  d’obtenir  une  tension  de  sortie  parfaitement  continue  en supprimant les ondulations après le filtrage. 

    L’opération de régulation se fait à l’aide d’un régulateur intégré référencé  IC12 qui par ailleurs, permet aussi de ramener la tension continue à une valeur désirée. 

    En effet, le régulateur permet de produire une tension positive s’il est référencé  78xx et une tension négative si sa référence est 79xx ; (où xx est un nombre qui désigne la valeur de la tension produite). Le nombre xx peut être  05 (dans ce cas la tension produite est  5V), 08, 10, 12, 15, 18, 24. 

    L’alimentation que nous réalisons devant produire une tension positive de 5V alors le régulateur est du type 7805. 

    Le condensateur  C4 est un condensateur d’aide au filtrage. Il permet d’éliminer les parasites hautes fréquences qui se trouveraient dans la tension filtrée. 

    Le condensateur C5 est un condensateur d’aide à la régulation. Il permet d’éliminer les parasites ondulatoires résiduels qui se trouveraient dans la tension régulée de sortie.   

    c)  Choix du régulateur et des condensateurs  

    La tension à produire étant de 5V pour un courant I S de 0,3A, on peut choisir un régulateur IC12 référencé LM7805. Les  valeurs  des  condensateurs  C4  et  C5  préconisées  par  les  constructeurs  sont  des condensateurs non polarisés de valeurs C4 = 0,33µF et C5 = 0,1µF.  

    II55  Étude structurelle de FS5.5 :   Alimentation de secours    

    a)  Schéma du montage  

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 34 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

      

    b)  Fonctionnement  

    Pour assurer le fonctionnement continu du système même en cas de coupure de courant, une batterie peut être insérer entre la tension filtrée et le régulateur.  Ainsi en présence de la tension du secteur, la tension filtrée servira non seulement à produire la tension de sortie de 5V à travers le régulateur mais aussi à charger la batterie. En l’absence de la tension du secteur, la tension filtrée n’existant plus, c’est plutôt la batterie qui permettre de produire la tension de 5V à travers le régulateur. En effet, d’après le montage, lorsque la tension filtrée est présente, la diode D 5 est passante et la diode D6 est bloquée. Dans ce cas la tension filtrée V DC est égale à la tension à l’entrée du régulateur V’DC et la batterie peut se charger grâce à V DC à travers la résistance R 36. Par ailleurs, lorsqu’il y a coupure de courant, V DC est nulle. Dans ce cas la diode D 5 est bloquée et la diode D6 est passante. On obtient donc que V’DC est égale à VBATT.  

    En tout état de cause, la tension V’ DC à l’entrée du régulateur devant permettre de produire la tension de sortie de 5V, provient donc du secteur ou de la batterie de secours.   

    c)  Choix des éléments  

      Choix de la résistance R36  

    Lorsque la batterie alimente le montage elle se décharge progressivement. La tension V BATT étant à l’entrée du régulateur, la régulation devient impossible si : 

     

    BATT S BATT S

    BATT

    BATT

    V V 2V V V+2V 5+2V 7V

     

     

    Posons V BATTMIN = 7V et fixons le courant dans R 36 correspondant à cette tension de la batterie IR36 = 20mA. 

    On a  DC BATTMIN36R36

    V VR =I

     

    VDC est la valeur moyenne de la tension filtrée.  

    DCMAX DCMINDC

    V +VV =2

     

      Or  DCMIN DCMAXV =V V  

    Donc 

    DCMAXDC

    2V VV =2

     

    DC DCMAX

    VV =V2

        avec VDCMAX = 17V et V = 4V 

    DC

    4V =172

     

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 35 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    DCV =15V   

    D’où    36 3157R = 400

    20.10Ω  

     

    On peut donc choisir R36 = 390Ω. 

    Elle dissipe une puissance  2

    R36(157)P = 0,16W

    390 

    La valeur normalisée de R36 est donc R36 = 390Ω 5%  , ¼W.  

      Choix des diodes  

    Lorsque chacune des diodes D 5 et D6 conduit elle est traversée par le courant I S dont la valeur peut atteindre 0,3A.  On peut donc choisir D5 et D6 du type 1N4001.  

    II56  Schéma structurel de FP5 :   Alimentation  

       

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 36 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     

     

      

    TROISIÈME PARTIE :  

    ÉTUDE PRATIQUE DU SYSTÈME TECHNIQUE 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 37 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    I.  SCHÉMA STRUCTUREL GLOBAL 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 38 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

     

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 39 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    II.  NOMENCLATURE DES COMPOSANTS  

    DSIGNATION DÉNOMINATION 

    RÉFÉRENCE QUAN

    TITÉ REMARQUES 

    PRIX en FCFA Unitaire  Total 

    Circuits Intégrés 

    IC1  CD4060  1 Compteur diviseur 14 étages 

    1500  1500 

    IC2  CD4027  1  Bascule JK  1000  1000 IC3, IC4, IC5  CD4518  3  Double compteur BCD  1500  4500 

    IC6  CD4081  1  4 portes ET à 2 entrées  1000  1000 IC7, IC8, IC9, IC10 

    CD4543  4  Décodeur BCD/7segments  1500  6000 

    IC11  CD4539  1 Double multiplexeur 4 vers 1 

    1500  1500 

    IC12  LM7805  1  Régulateur  800  800 Transistor  T1  BC550  1  Transistor  300  300 

    Diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6, 

    1N4001  6  Diodes de redressement  100  600 

    Résistances 

    R1 2,2 K  1/4W 

     5 1 

    Résistances métalliques de puissance ¼ W 

    50  

    1800  

    R2 10 M  1/4W 

     5 1 

    R3 à R30 270 

    1/4W  5 28 

    R31 100   

    1/4W 5 1 

    R32, R33, R34, R35 

    15 K  1/4W 5 

    R36 390  

     1/4W  5 1 

    Condensateurs 

    C1  10pF  1  Condensateur non polarisé  100  100 

    C2  30pF  1 Condensateur non polarisé variable 

    150  150 

    C3  1000µF25V  1  Condensateur polarisé  400  400 C4  0,33µF  1  Condensateur non polarisé  100  100 C5  0,1µF  1  Condensateur non polarisé  100  100 

    Quartz  QZ  32,768Hz  1  Quartz horloger  400  400 

    Afficheurs  AFF  MAN8640  4 Afficheur à cathodes communes à point décimal droit 

    3500  16000 

    Batterie  BATT  12V1,2Ah  1  Batterie   17000  17000 

    Transformateur  TRANS 220V/12V

    0,5A 1  Transformateur   1500  1500 

    Fusible  F1  250V320mA  1  Fusible à coupure rapide  150  150 

    Interrupteur  INT Unipolaire miniature 

    1 Interrupteur clipsable pour secteur  

    900  900 

    Boutons poussoirs  BP Touche 

    contact KSA 3 

    Touche contact miniature pour circuit imprimé 

    500  1500 

    Totaux des prix  34050  57300 

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 40 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    III.  RÉALISATION DES TYPONS                                           

  • ITES 2 Plateaux Etude et réalisation d’une HORLOGE NUMERIQUE

    ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane ASSOUMANE Souleymane 41 BTSBTSBTSBTS Option TélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunicationsTélécommunications

    IV.  BILAN  L’achèvement d’une étude de conception doit être nécessairement accompagné d’un 

    support de récapitulation.  L’étude du thème ‘Étude et réalisation d’une horloge numérique’ déroulée en trois parties (généralités, analyse technique et étude pratique) a montré que toute étude de système technique suit une démarche méthodique constituée de différentes parties aussi importantes les unes que les autres. Cette démarche permet en tout état de cause, de mettre en exergue que pour qu’un système technique du plus simple au plus complexe, fournisse le résultat qu’on  lui  attend,  il  faille  mettre  en  relation  de  nombreux  blocs  fonctionnels  (fonctions principales) constitués eux aussi de sous blocs fonctionnels (fonctions secondair