Base de connaissances en SIN:
Système de l'Information et du Numerique
Régis Cassier
Années scolaires 2013/2014
Table des matières
1 Les Composants 2
1.1 Comparateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
Chapitre 1
Les Composants
1.1 Comparateur
Fonctionnement général
Quand V +  V - alors V S est à l'état logique 0
Quand V +...
STI2D
Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.2 Monostable
Fonctionnement général
Quand le monostable rencon...
STI2D
Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.3 Acheur LCD
Les acheurs à cristaux liquides ou LCD (Liquide C...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
Diérents types d'éclairages
Rééctif utilise la lumière ambiante ...
STI2D
Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
Display Data RAM (DDRAM) La DDRAM mémorise les données d'achage ...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.4 Acheur 7 segments
Cet acheur permet de visualiser un chire d...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
sur ce shéma, la LED de la ligne 3 et de la colonne 3 est allumé...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.5 Moteur
1.5.1 Le moteur à courant continu(DC)
La machine à co...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.5.2 Le Servomoteur
An de sélctionner un servomoteur adapté à v...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.5.3 Le moteur Pas à Pas
Une moteur Pas à pas permet de convert...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
Le moteur Hybride Le moteur Hybride est de loin le plus rependu ...
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Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS
1.6 Diodes
Allez au pdf sur les Diodes en cliquant ici.
1.7 Tran...
Chapitre 2
Le Fonctionnement interne
2.1 Liaison série
Introduction Une liaison série est une ligne de bits d'information ...
STI2D
Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 2. LE FONCTIONNEMENT INTERNE
2.1.3 Mode d'exploitation
15 Contactez-moi
Annexe
.1 Oscilloscope
Allez au pdf de la Fiche du Fonctionnement de l' Oscilloscope en cliquant ici.
.2 Commande en pont ...
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  1. 1. Base de connaissances en SIN: Système de l'Information et du Numerique Régis Cassier Années scolaires 2013/2014
  2. 2. Table des matières 1 Les Composants 2 1.1 Comparateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Monostable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Acheur LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Acheur 7 segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.5 Moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5.1 Le moteur à courant continu(DC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5.2 Le Servomoteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.5.3 Le moteur Pas à Pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.6 Condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.6.1 Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.7 Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.8 Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 Le Fonctionnement interne 15 2.1 Liaison série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.1 Liaison Série Synchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.2 Liaison Série Asynchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.3 Mode d'exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Annexe 16 .1 Oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 .2 Commande en pont en H d'un moteur à courant continu . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1
  3. 3. Chapitre 1 Les Composants 1.1 Comparateur Fonctionnement général Quand V + V - alors V S est à l'état logique 0 Quand V + V - alors V S est à l'état logique 1 Fonction de transfert 2
  4. 4. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.2 Monostable Fonctionnement général Quand le monostable rencontre un changement d'état il conserve la valeur durant un durée Ton xe. Ils peuvent être déclenchables sur front montant ou front descendant. Deux modes de déclenchement Non-Redéclenchable : Si un front actif apparaît à l'entrée de la structure avant la retombée de la sortie ce front est sans eet. Redéclenchable : Si un front actif apparaît à l'entrée de la structure avant la retombée de la sortie, celle ci ne retombe qu'au bout de Ton après le front La durée Ton : elle s'obtient avec Ton = R ∗ C ∗ k 3 Contactez-moi
  5. 5. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.3 Acheur LCD Les acheurs à cristaux liquides ou LCD (Liquide Crystal Display) consomment relativement peu (1 à 5 mA), peu chères et se programment facilement. Fonctionnement général Les cristaux liquides peuvent s'orienter en fonction des ten- sions qui leurs sont appliquées. La lumière passe : La Lumière L est polarisée par le ltre P2, elle suit la rotation de phase des cristaux liquides LC La rotation permet à la lumière de traver- ser le ltre croisé Pi, on observe en I de la lumière blanche. La lumière ne passe pas : L'interrupteur S est fermé il y a donc une diérence de potentiel entre les électrodes E1 et E2, les cristaux s'organisent et la lumière ne peut plus passer on observe en I un pixel noir. 4 Contactez-moi
  6. 6. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS Diérents types d'éclairages Rééctif utilise la lumière ambiante pour fournir l'image dans des lieux très éclairés ou en extérieur. Transmissif équipé d'un rétro-éclairage pour utiliser dans un endroit peu éclairé. Transectif Utilise la lumière ambiante ainsi qu'un dispositif de rétro-éclairage. Éclairage positif Cratères sombres sur fond clair. Éclairage négatif Cratères clairs sur fond sombre. Diérents types de Modules LCD ˆ de 1 à 4 lignes, de 6 à 80 caractères ˆ Caractéristiques techniques diérentes ( couleurs, mode de transmission de la lumière) ˆ Certains sont dotés d'un rétro éclairage de l'achage. cette fonction fait appel à des LED montées derrière l'écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en énergie (80 à 250 mA) Construction d'un module ˆ E = Horloge : Elle synchronise les échanges entre les données et le contrôleur LCD ˆ R/W = Signale de lecture/Écriture : Il dénit le sens de transfert des données ˆ RS = Signale de sélection : il indique au contrôleur LCD la Nature de l'information dans le Bus de données (instruction, caractère) ˆ D0 à D7 = Bus de données : Il véhicule soit un caractère soit une commande Deux RAM Générateur de caractères un circuit intégré spécialisé est chargé de la gestion du module. il remplit une double fonction : d'une part il commande l'achage et de l'autre i l se charge de la communication avec l'extérieur. 5 Contactez-moi
  7. 7. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS Display Data RAM (DDRAM) La DDRAM mémorise les données d'achage en code ASCII. ici 4 lignes de 16 caractères. Pour acher le caractère ASCII 3 sur la 8ème position de la 2ème ligne du LCD alors on écrit son code ASCII (33) à l'adresse 47 de la DDRAM. Le Contrôleur LCD va chercher le motif à générer dans sa table de symboles (CGROM1) créé par le constructeur. il fournit tous les signaux électriques nécessaires à l'acheur LCD. L'utilisateur peut Fabriquer des caractères personnalisés . On utilise une matrice de 5 ∗ 7 points. Il permet la création d'un maximum de 8 caractères ou symboles. une fois le nouveau caractère chargé en mémoire, il est possible d'y accéder comme s'il s'agissait de caractères classiques stockés en ROM. 1. Character Generator ROM 6 Contactez-moi
  8. 8. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.4 Acheur 7 segments Cet acheur permet de visualiser un chire décimal ou hexadécimal. chaque segment est une LED rectangulaire. Chaque segment est repéré par une lettre le repérage est eectué de la manière suivante. Caractéristiques ˆ Contraste, angle de vision large ˆ Large gamme de fonctionnement en température ˆ le rendement de l'intensité lumineuse augmente avec le courant Acheur à Anode commune l'anode commune doit être relier au +V CC de l'alimentation tandis que les entrées (a, b, c, ..., g) sont placées au niveau bas pour allumer les LED. Acheur à Cathode commune la cathode commune doit être relier au +V CC de l'alimentation tandis que les entrées (a, b, c, ..., g) sont placées au niveau haut pour allumer les LED. Acheur à matrice Ces acheurs sont constitués de LED rondes disposées en matrice( lignes ∗ colonnes). 7 Contactez-moi
  9. 9. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS sur ce shéma, la LED de la ligne 3 et de la colonne 3 est allumée : L1 = L2 = L4 = L = L6 = C4 = 0 et L3 = C1 = C2 = C3 = C5 = +vcc Il y une diérence de potentiel entre L3 et C3 mais pas les autres. Commande des Acheurs Acheur 7 segments En électronique, un chire décimal est représenté par un nombre bi- naire sur 4 bits. Pour acher ce chire, il faut donc convertir l'information BCD2 en une information binaire permettant la commande 7 segments. Acheur à Matrice Sa commande nécessite l'usage d'un mode multiplexé3. Le problème du multiplexage est qu'il faut orienter les informations dans le temps, les colonnes sont validées les unes après le autres de manière cyclique. On découpe le cycle de commande par colonne dans la matrice. La durée d'éclairement des LED s'obtient en faisant : période de la commande /(1/nombre de colonnes) Pour limiter le coût d'une carte d'achage, on réalise la fonction en utilisant qu'un seul circuit de commande pour tous les acheurs. c'est à partir de 4 que le multiplexage devient rentable. pour que l'÷il ne perçoive pas de scintillement il fait que la fréquence soit supérieur à 60Hz. Le meilleur rendement se situe autour de 1kHz. Le multiplexage des acheurs permet aussi de réduire la consommation moyenne de la carte. Acheur LCD Il faut que la moyenne des tensions qui commande les segments soit nulle, le phénomène d'électrolyse qui se produirait détruirait l'appareil en quelques heures. 2. Binary Coded Decimal 3. Action de transmettre plusieurs informations sur une même ligne 8 Contactez-moi
  10. 10. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.5 Moteur 1.5.1 Le moteur à courant continu(DC) La machine à courant continu est un convertisseur d'énergie, totalement réversible, elle peut fonctionner soit en moteur, convertissant de l'énergie électrique en énergie mécanique soit l'inverse (en générateur). Dans les deux cas un champ magnétique est nécessaire aux diérentes conversions. cette machine est donc un convertisseur électromagnétique. Pméca= T ∗ Ω ⇔Pélec= U ∗ I T : Couple en N.m Ω : Rotation en rad/s Le fonctionnent la machine à courant continu comporte les parties suivantes : ˆ l'inducteur est formé soit d'aimants permanents soit de bobines, il crée un champ magnétique. ˆ l'induit Le noyau de l'induit est en fer pour canaliser les lignes de champ. les conducteurs sont logés de manière à former des spires. Lorsque ces spires sont parcourus par un courant et sou- mis à un champ magnétique, l'induit se met en rotation. ˆ Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre isolées, disposées sur l'extrémité du rotor, les balais portés par le stator frottent sur le collecteur pour amener le courant vers les spires du rotor. Commande La vitesse de rotation (n) est proportionnelle à la tension à ses bornes. La constante de vitesse Kn relie le nombre de tours n avec la tension induite dans le bobinage U(f.e.m 4) Modèle équivalent de l'induit d'un moteur R : la résistance de l'induit représente les pertes joules U : Tension appliqué sur le moteur E : cette tension determine la vitesse de rotaion de l'axe du moteur I : L'intensité su courant dans l'induit est imposée par le couple appliqué sur l'axe moteur a 4. Force Electro-motrice 9 Contactez-moi
  11. 11. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.5.2 Le Servomoteur An de sélctionner un servomoteur adapté à votre application, certains critètre doivent être pris en compte : ˆ Le type d'environnement ˆ Le type de mouvement de l'organe à entraîner ˆ Le type de fonctionnement de l'organe à entrainer ˆ La position de sécurité ˆ Le type de Contrôle Le servomoteur dispose de 3 ls : Rouge → +vcc Noir ou marron → 0V Blanche ou Jaune → signale de commande La longueur de l'impulsion envoyée au servomoteur dé- termine son angle de sortie. la période est généralement de 20 ms. ˆ Si l'impulsion est de 1.5 ms la position est neutre, le servomoteur s'arrête en position centrale (schéma A). ˆ Pour une impulsion de moins de 1.5 ms le moteur tourne dans le sens du schéma B. ˆ Si l'impulsion est supérieur à 1.5 ms alors le moteur tour dans le sens du schéma C 10 Contactez-moi
  12. 12. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.5.3 Le moteur Pas à Pas Une moteur Pas à pas permet de convertir un signal électrique numérique en un déplacement angulaire. Chaque impulsion envoyée par le système de commande au module de puissance se tra- duit par la rotation d'un pas du moteur. Ce type de moteur est utilisé pour assurer des positionnements angulaires précis(par exemple im- primante scanner,...) sans boucles d'asservissement (contrairement au moteur à courant continue). Le moteur Pas à Pas est caractérisé par sa résolution angulaire ou encore pas son nombre de pas par tour. La résolution angulaire s'obtient en faisant 360 / nombre de pas par tour On transforme donc une grandeur numérique (le nombre d'impulsions) en une grandeur Physique (la rotation du rotor). Les trois Types de moteur Pas à Pas Le moteur à aimant permanent Les pôles du rotor (partie mobile) sont constitués par des aimants et ceux du stator(partie xe) par des noyaux ferromagnétiques sur lesquels on trouve des bobines (électro-aimant). l'alimentation d'une bobine par un courant continu crée un champ magnétique. On obtient à une extrémité un pôle Nord, à l'autre, un pôle sud. l'inversion du courant permute ces pôles. Le positionnement du rotor il parcourt le plus court chemin en étant par les pôles opposés et repoussés par les pôles identiques. Caractéristiques ˆ Ce type de moteur possède un couple moteur important, la puissance des aimants du rotor s'additionnent à l'eet du courant qui traverse les bobines(le couple est proportionnel au courant) ˆ Faible résolution angulaire, on ne dépasse pas 48 pas par tour. Le couple statique(ou de maintien) est le couple maximal auquel le moteur peut résister sans être alimenté de façon permanente(sans communication de pas). Le couple résiduel est le couple maximal auquel le moteur peut résister à l'arrêt (aimant per- manent). Moteur à réluctance variable Le rotor en fer doux se positionne dans l'axe du ux crée par les enroulements alimentés an de réduire l'entre- fer5. Le sens du Champ est quelconque et le sens du courant est sans in- uence. La résolution et la vitesse sont plus élevées car la construction plus facile. lorsque l'alimentation est coupée, la position est instable. 5. règle du ux maximal : tout conducteur délimitant une surface, parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tend à s'orienter de façon à ce que le ux au travers de la surface soit maximum. 11 Contactez-moi
  13. 13. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS Le moteur Hybride Le moteur Hybride est de loin le plus rependu des moteur dans le domaine industriel. Son nom provient du fait qu'il combine les principes des deux autres types de moteur : c'est un moteur à réluctance variable dont le rotor est alimenté. il a une très bonne résolution jusqu'à 400 pas par tour et le couple moteur est élevé grâce à l'aimantation du rotor. L'alimentation uni-polaire le courant dans les phases (bobines) ne s'inverse pas. Il faut donc placer deux phases pour obtenir l'inversion nord/sud. L'alimentation bipolaire L'alimentation est dit bipolaire si le courant dans les phases bobines peut s inverser. Une seule phase sut pour obtenir l'inversion Nord/Sud. Commande du moteur Pas à Pas Commande 1 phase ON Une seul bobine est alimenté à la fois. Cette commande ne permet d'obtenir que des déplacements de pas entier. c'est la commande la moins performante vis à vis du couple fourni (le couple d'attraction est fourni à partir d'une seule bobine). Commande 2 phase ON Deux bobines sont alimentées et dénissent la position du rotor : le rotor se place à mi-chemin entre 2 pôles consécutifs. Le couple utile est plus important (∗ √ 2) lors d'un déplacement. A la mise hors tension, 1 ⁄ 2 pas est perdu. Commande par 1⁄2 pas La commande par 1⁄2 pas est obtenue en combinant les deux com- mandes phase ON, Cela permet d'obtenir les pas entiers et intermédiaires. L'angle des pas est donc divisée par deux (comparé à la commande par pas entier). On multiplie articiellement par 2 le nombre de pas par tour du moteur. 12 Contactez-moi
  14. 14. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 1. LES COMPOSANTS 1.6 Diodes Allez au pdf sur les Diodes en cliquant ici. 1.7 Transistor Allez au pdf sur les Transistors Bipolaires en cliquant ici. 13 Contactez-moi
  15. 15. Chapitre 2 Le Fonctionnement interne 2.1 Liaison série Introduction Une liaison série est une ligne de bits d'information arrivant successivement. Il faut donc les regrouper en paquets avant de les transmettre. Cette liaison s'oppose dans le prin- cipe d'une liaison parallèle à fréquence égale, la communication parallèle a un débit élevé, la liaison série compense en général cette faiblesse par une fréquence plus élevée. Exemple de liaisons série : USB, I2C, SPI, RS232 Le principe d'une liaison série est d'envoyer les bits les uns derrière les autres. Problème : les mots sont en général stockés d'une manière parallèle dans la mémoire. Solution simple : le registre à décalage : ˆ En mode parallèle-série à l'émission ˆ En mode série-parallèle à la réception On obtient par la solution précédente une liaison dite synchrone. il est nécessaire de transmettre une horloge, en plus des données, an que les registres à décalage utilisés de chaque coté de la liaison fonctionne à la même vitesse, sans cette horloge, il peut y avoir une mauvaise interprétation des données reçues L'idée de la liaison asynchrone reste la même que celle de la liaison série synchrone. Comme pour la liaison synchrone; il est nécessaire d'avoir à l'émission, et à la réception deux horloges à la même fréquence. En revanche, les horloges n'ont pas besoin d'être synchronisées. 2.1.1 Liaison Série Synchrone Le changement d'état de la donnée se fait sur un front tandis que la lecture se fait sur l'autre front, la donnée doit être stable. 2.1.2 Liaison Série Asynchrone Ce mode de transmission nécessite obligatoirement une balise pour synchroniser l'échange, le bit START. 14
  16. 16. STI2D Lycée Émilie de Breteuil CHAPITRE 2. LE FONCTIONNEMENT INTERNE 2.1.3 Mode d'exploitation 15 Contactez-moi
  17. 17. Annexe .1 Oscilloscope Allez au pdf de la Fiche du Fonctionnement de l' Oscilloscope en cliquant ici. .2 Commande en pont en H d'un moteur à courant continu Les transistors sont parfaits et fonctionnent en commutation. Cette commande en pont en H permet d'obtenir les deux sens de rotation à partir d'une tension unipolaire. S1 B2 In 1 In 2 Q1 Q2 Q3 Q4 1 2 MG1 0 0 S S B B VCC VCC 0 0 VCC S B B S VCC 0 VCC VCC 0 B S S B 0 VCC -VCC VCC VCC B B S S 0 0 0 1. Saturer 2. Bloquer 16

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