CENTRAL MEDIA ÉLECTRONIQUE DOSSIER. Réf. KCM 439. Version 1.50

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1 CENTRAL MEDIA DOSSIER Réf. DÉ ÉLECTRONIQUE Version 1.50

2 AVANT PROPOS Ce projet est étudié en tenant compte de son aspect ludique et éducatif pour les ateliers de technologie. Chaque élève apprend à réaliser un projet dans les conditions réelles d'une entreprise. Central Media fabrique tous ses projets dans un seul souci : vous donner une entière satisfaction par des contrôles stricts et rigoureux. Nous sommes toujours à votre disposition En cas de doute, d'hésitation ou d'explication supplémentaire n'hésitez pas à contacter nos services technique et assistance. Par téléphone : Par fax : Par support@centralmedia.fr A4 2

3 SOMMAIRE Pages SOMMAIRE I - OBJECTIFS I - 1 : Idée de base I - 2 : Le but visé II - ÉLECTRONIQUE II - 1 : Schéma structurel II - 2 : Liste des composants II - 3 : Principe de fonctionnement II - 4 : Génération de signaux et temporisation II - 5 : Circuit de comptage III - RÉALISATION PRATIQUE III - 1 : Typon du dé électronique III - 2 : Implantation des composants sur le circuit imprimé III - 3 : Conseils de montage III - 4 : Implantation du circuit imprimé et de la pile dans le boitier III - 5 : Face avant - Plan des perçages III - 6 : Synoptique externe ANNEXES Fiche 1 - Le Circuit NE 555 Fiche 2 - Le Circuit CMOS 4017 Code des résistances Code des condensateurs céramiques et polyesters Européens Code des condensateurs céramiques et polyesters non Européens Fiche 3 - Kits disponibles chez Central Média 3

4 I : OBJECTIFS I - 1 : Idée de base Il est courant de jouer au dé de manière mécanique. On secoue un ou plusieurs cubes qu'on lance sur la table de jeu pour faire apparaître de manière aléatoire un chiffre compris entre 1 et 6. Ce qui est utile pour le joueur, c'est l'apparition du chiffre qui va déterminer sa stratégie de conduite du jeu. Imaginons maintenant que cette apparition des chiffres soit confiée à un circuit électronique de comptage. I - 2 : Le but visé Il s'agit ici de mettre en évidence trois fonctions : la fonction temporisation, la fonction génération de signaux électriques et enfin la fonction de comptage. Les deux premières fonctions seront assurées par le circuit NE 555 et la dernière par le CMOS Le NE 555 sera monté en oscillateur astable de manière à produire des signaux rectangulaires périodiques qui vont solliciter l'entrée du 4017 (cette entrée est nommée horloge). Le 4017 est un compteur décodeur décimal qui avance au rythme des fronts montants des signaux présents à l'horloge. L'état haut se déplace alors de proche en proche de la sortie Q i à la sortie Q i+1. Si le comptage n'est pas arrêté auparavant, lorsque l'état haut atteint la sortie Q 9, le compteur se bloque sur cette position car l'entrée de validation se trouve sur un état haut. A4 4

5 Pour jouer au dé, il faudra générer un code aléatoire faisant apparaître six événements compris entre 1 et 6. Pour ce faire, le blocage et/ou déblocage du compteur sera obtenu par un interrupteur à poussoir (ou un interrupteur à bille). En position interrupteur ouvert, le compteur est bloqué. C'est en fermant le circuit (bouton poussoir actionné) que l'horloge est activée. Dans le modèle livré avec un interrupteur à bille, le suspens est encore plus grand. Ici, il suffit de secouer le boitier, pour que la bille de l'interrupteur, dont on ne contrôle pas le mouvement, bloque et débloque le compteur plus d'une fois avant l'apparition d'un chiffre quelconque. Comme l'interrupteur à bille n'est pas visible, on se retrouve dans un cas similaire au cas classique consistant à secouer un petit cube dans un cylindre, en espérant en bout de course obtenir un chiffre qui va permettre au joueur de remporter le jeu. E F G A D C B Les diodes sont disposées de façon à reproduire les faces d'un dé. Les lettres permettent de définir le positionnement des LED A4 5

6 II : ÉLECTRONIQUE II - 1 : Schéma structurel C2 C1 A4 6

7 II - 2 : Liste des composants IC2 1 CIRCUIT INTEGRE NE555 IC1 1 CIRCUIT INTEGRE MC14017 R1 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R2 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R3 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R4 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R5 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R6 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R7 1 RESISTANCE CARBONE 1 KΩ 1/4W R8 1 RESISTANCE CARBONE 2.2KΩ 1/4W R9 1 RESISTANCE CARBONE 2.2KΩ 1/4W R10 1 RESISTANCE CARBONE 10KΩ 1/4W R11 1 RESISTANCE CARBONE 100KΩ 1/4W D1 1 DIODE 1N4148 D2 1 DIODE 1N4148 D3 1 DIODE 1N4148 D4 1 DIODE 1N4148 D5 1 DIODE 1N4148 D6 1 DIODE 1N4148 C1 1 CONDENSATEUR CERAMIQUE 10NF / 50V Rep. Nb. Désignation Observation A4 7

8 II - 2 : Liste des composants C2 1 CONDENSATEUR Chimique Radial 22µF / 16V SU16 1 SUPPORT DE C.I. SU1016 SU08 1 SUPPORT DE C.I. SU1008 COUP 1 COUPLEUR DE PILE CP1730 COF 1 COFFRET DE COULEUR SA INT 1 INTERRUPTEUR IN5010 FILRO 1 Fil Rouge interrupteur/coupleur de pile Long = 100 mm A 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R B 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R C 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R D 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R E 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R F 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R G 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R CIIMP 1 CIRCUIT IMPRIME Dim : 53 x 62 mm Version Bouton Poussoir BP 1 BOUTON POUSSOIR NOIR IN5750N FILNOI 2 FIL NOIR POUR B.P. Long = 100 mm Rep. Nb. Désignation Observation A4 8

9 II - 2 : Liste des composants C2 1 CONDENSATEUR Chimique Radial 22µF / 16V SU16 1 SUPPORT DE C.I. SU1016 SU08 1 SUPPORT DE C.I. SU1008 COUP 1 COUPLEUR DE PILE CP1730 COF 1 COFFRET DE COULEUR SA INT 1 INTERRUPTEUR MARCHE / ARRET IN5010 FILRO 1 Fil Rouge interrupteur/coupleur de pile Long = 100 mm A 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R B 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R C 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R D 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R E 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R F 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R G 1 DIODE ELECTROLUMINESCENTE LED Φ 5 MM ROUGE = LD5000R CIIMP 1 CIRCUIT IMPRIME Dim : 53 x 62 mm Version interrupteur à bille INBI 1 INTERRUPTEUR A BILLE IN2025 Rep. Nb. Désignation Observation A4 9

10 II - 3 : Principe de fonctionnement Le circuit intégré NE555 est monté en astable pour fournir un signal d'horloge au Le NE555 joue le rôle d'un oscillateur ou multivibrateur astable. Il génère des signaux rectangulaires qui se répètent dans le temps. Dans la fiche 1 de l'annexe, nous montrons que ce signal rectangulaire que l'on détecte à la broche 3 du circuit NE555 a une période donnée par : soit une fréquence de : T = 0, 693 (R9 + 2R8) C2 f = 1/T = 1,44 / [(R9 + 2R8)C2] avec les valeurs des composants donnés à la page 6, nous trouvons : T = 0,1 s et f = 10 Hz La sortie de la broche 3 du NE555 est reliée à la broche d'horloge 14 du 4017 symbolisant son entrée. Cette liaison passe par l'intermédiaire d'une résistance de 10kΩ (R10). Le circuit intégré 4017 est un compteur décimal. Il peut compter jusqu'à 10. Puisque nous avons besoin de compter jusqu'à 6 uniquement (principe du dé) on relie la broche 5 du circuit 4017 au reset (broche 15). Ainsi dès que la broche 5 sera active, elle remettra le circuit 4017 à 0 et recommencera alors à compter. Cette procédure permet d'obtenir un compteur jusqu' à 6. Notons que le fonctionnement du compteur exige que la broche 13 de validation soit dans un état bas. Sur ce, lorsque l'interrupteur est fermé, la broche de validation 13 reçoit un message prioritaire venant de la broche 8. Ce message place cette broche dans un état bas prioritaire, et le compteur se met à fonctionner. En revanche, lorsque l'interrupteur est ouvert, la broche de validation 13 du circuit 4017 se trouve directement en contact avec la borne positive de la pile par l'intermédiaire d'une résistance de 100kΩ (R11). Cette entrée se trouve alors à un niveau haut et bloque ainsi l'avance du compteur. A4 10

11 II - 4 : Génération des signaux et temporisation Pour un fonctionnement en oscillateur ou multivibrateur astable, le schéma de fonctionnement du NE555 est le suivant : + Vcc = +9 V R9 R C C1 Dans ce montage, le condensateur C2 se charge au travers des résistances R8 et R9. Il se décharge au travers de la résistance R8 par un transistor interne au circuit. La charge s'effectue selon une constante de temps égale à (R8 + R9)C2, en revanche la décharge correspond à une constante qui est R8C2. Aux bornes du condensateur, nous observons les mécanismes suivants : - Au cours de la charge, la tension tend vers 2/3 de Vcc. - Au cours de la décharge, la tension tend vers 1/3 de Vcc Pendant la durée de la charge, la broche 3 de sortie est à l'état 1 ; elle est à l'état 0 durant la décharge. On en déduit une oscillation de la tension de sortie entre un niveau haut et un niveau bas correspondants respectivement aux durées : τh = 0,693 (R8 + R9)C2 τb = 0,693 R8C2 temps pour le niveau haut temps pour le niveau bas Ce qui nous donne une période du signal égale à T= 0,693(R9 +2R8)C2 et donc une fréquence de f = 1 / T = 1,44 / [C2(R9 + 2R8)] A4 11

12 II - 5 : Circuit de comptage La figure ci-dessous représente le brochage du circuit intégré 4017 qui est un compteur décimal. Cette représentation nous permettra d'expliquer son fonctionnement de manière générale. Horloge Validation de l'horloge Remise à zéro CK CK EN R 4017 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Cout Légende Q0...Q9 : Les 10 sorties du C.I Cout : Sortie de retenue (Cout ou Carry Out) CK : Entrée de l'horloge CK EN : Validation de l'horloge R : Remise à zéro Vcc : Tension d'alimentation GND : La masse Vcc GND Fonctionnement du 4017 Chaque sortie (Q0... Q9) change d'état sur le front montant du signal d'horloge (14) à condition que : - l'entrée 13 [ validation d'horloge; CK EN ou Clock Enable ] et - l'entrée 15 de remise à zéro [ R ou Reset ] soient tous deux au niveau bas. Si l'entrée de remise à zéro (15), passe de l'état bas à l'état haut, les deux sorties Q0 (03) et Cout (12) [sortie de retenue; Cout ou Carry out] seront à l'état haut. En revanche, les sorties Q1 à Q9 vont demeurer à l'état bas quelques soient les valeurs aux entrées 13 et 14. En effet, l'entrée de remise à zéro est une entrée prioritaire. Si l'entrée 13 passe du niveau bas au niveau haut, les sorties conservent l'état qu'elles occupaient précédemment et ceci indépendamment du signal d'horloge. Tant que l'entrée de validation d'horloge restera au niveau haut, le compteur sera bloqué. La broche 12 (Cout) change d'état lorsque Q5 passe au niveau haut et aussi dès que la sortie Q9 passe au niveau bas. A4 12

13 III : RÉALISATION PRATIQUE III - 1 : Typon du dé électronique Vue face cuivre 1/1 A4 13

14 III - 2 : Implantation des composants Version à bille Version bouton poussoir Vue côté composants 1/1 A4 14

15 III - 2 : Implantation des composants D1 R3 Vers bouton poussoir ou interrupteur à bille E R7 R6 IC1 D3 D4 D2 D R2 R11 D5 D6 F C2 R A R9 IC2 R5 R8 C R1 G C1 R4 B Vue côté composants Vers interrupteur marche/arrêt A4 15

16 III - 3 : Conseils de montage D1 R3 R7 R6 Support de circuit intégré D3 D4 D2 R2 D5 R11 D6 R R5 C2 R9 Support de circuit intégré R8 C1 R4 R1 Vue côté composants 1 - Commencer par souder les résistances 2 - Souder les supports des circuits intégrés 3 - Souder la capacité céramique 4 - Souder les diodes 1N Souder la capacité chimique A4 16

17 E D F + - A C G B Vue côté composants 6 - Souder les DELS Astuce pour souder toutes les dels à la même hauteur - Faire un gabarit à partir d'une feuille cartonnée ou d'une plaque de plastique de 1 mm d'épaisseur environ. - Découper un rectangle de 60 x 12.5 mm. - Placer ce rectangle entre les pattes de la première del à souder, positionner la del sur le circuit imprimé avec le rectangle et souder la. - Passer à la deuxième del et ainsi de suite jusqu'à la dernière. N.B. : Le rectangle déterminera exactement la même hauteur pour toutes les dels. Lorsqu'elles seront toutes soudées, enlever le gabarit. A4 17

18 Version bouton poussoir Bouton poussoir + Interrupteur marche / arrêt Coupleur de pile Vue côté composants 7 - Souder les fils du coupleur de pile Le fil rouge sur une patte de l'interrupteur marche / arrêt et le fil noir au - sur le circuit imprimé 8 - Souder le fil rouge sur la 2ème patte de l'interrupteur marche / arrêt et son extrémité au + sur le circuit imprimé 9 - Souder les fils noirs sur le circuit imprimé, et les 2 autres extrémités des fils sur chaque patte du bouton poussoir A4 18

19 Version interrupteur à bille Interrupteur à bille Interrupteur marche / arrêt Coupleur de pile Vue côté composants Idem version bouton poussoir 9 - Souder l'interrupteur à bille sur le circuit imprimé à une hauteur de 1 cm minimum, pour pouvoir orienter celui-ci de façon à ce que le dé fonctionne uniquement après une secousse. En effet, si l'on positionne l'interrupteur à bille verticalement, celui-ci sera alors "fermé" et le dé ne cessera de compter et d'afficher des valeurs différentes. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un positionnemnt légèrement inférieur à l'horizontal (-10 environ) A4 19

20 IC1 IC Enficher les circuits intégrés Vue côté composants 11 - Fixer l'interrupteur marche / arrêt sur le coffret 12 - Positionner le circuit imprimé dans le coffret 12a - Fixer le bouton poussoir si vous avez opter pour cette version 13 - Enficher la pile 9V et la mettre dans son logement 14 - Refermer le couvercle en prenant soin de faire apparaître toutes les dels Compte tenu de l'implantation des divers composants dans le boitier, le circuit imprimé se trouve prisonnié et n'a pas besoin d'être fixé par des vis A4 20

21 III - 4 : Implantation du circuit imprimé et de la pile dans le boitier PILE A4 21

22 III - 5 : Face avant - version bouton poussoir Plan des perçages Φ Φ trous Φ 5.5 Nota : pour percer les trous de passage des interrupteurs, il est conseillé de le faire avec le coffret fermé Φ 6 1/1 A4 22

23 III - 5 : Face avant - version interrupteur à bille Plan des perçages trous Φ Φ Nota : pour percer le trou de passage de l'interrupteur, il est conseillé de le faire avec le coffret fermé A4 23

24 III - 6 : Synoptique externe Version bouton poussoir 1/1 A4 24

25 III - 6 : Synoptique externe Version interrupteur à bille A4 25

26 ANNEXES Fiche 1 : Le Circuit NE 555 Schéma de brochage 1 - GND Trigger 3 - Output 4 - Reset 5 - Control voltage 6 - Threshold Discharge 8 - Vcc Valeurs maximales absolues Symbol Parameter Value Unit Vcc Supply voltage 18 V T oper Opérating Free Air Temperature range for NE555 0 to 70 C for SA to 105 C for SE to 125 C T j Junction temperature 150 C T stg Storage temperature range -65 to 150 C A4 26

27 Fiche 2 : Le Circuit 4017 Schéma de brochage 1 - Q Q1 3 - Q Q2 5 - Q Q7 7 - Q3 8 - GND 9 - Q Q Q Cout (Carry Out) CK EN (Clock Enable) 14 - CK (Clock) 15 - R (Reset) 16 - Vcc Valeurs maximales absolues Symbol Parameter Value Unit V cc DC Supply voltage -0,5to +18 V V in, V out Input or Output Voltage (DC or Transient) -0,5 to V cc + 0,5 V I in, I out Input or Output Current (DC or Transient), per pin +-10 ma P D Power Dissipation; per Package 500 mw T L Lead Temperature 260 C T stg Storage temperature range -65 to 150 C A4 27

28 Code des Résistances 1 2 M T Couleur 1 Chifffre 2 Chiffre Multiplicateur Tolérance Noir Marron Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc Or Argent x 1 Ω x 10 Ω x 100 Ω x Ω x Ω x Ω x Ω x Ω x 0.1 Ω x 0.01 Ω +/- 1 % +/- 2 % +/- 0.5 % +/ % +/ % +/ % +/- 5 % +/- 10 % Exemple : Rouge - violet - orange - Or = 2 7 x Ω Tolérance + 5 % = Ω Tolérance + 5 % = 27 KΩ Tolérance + 5 % A4 28

29 Code des Condensateurs Céramiques et Polyesters Européens 470n K ou 470n K 1 Chifffre 2 Chiffre 3 Chiffre Lettre p = picofarad n = nanofarad Lettre G J K M Tolérance +/- 2 % +/- 5 % +/- 10 % +/- 20 % Exemple : 470 n K = x 1 nanofarad Tolérance + 10 % = 470 nanofarad Tolérance + 10 % A4 29

30 Code des Condensateurs Céramiques et Polyesters NON Européens 224 K ou 224 K 1 Chifffre 2 Chiffre Multiplicateur x 1 pf x 10 pf x 100 pf x pf x pf x pf x pf x pf x pf x pf Lettre G J K M Tolérance +/- 2 % +/- 5 % +/- 10 % +/- 20 % Exemple : 224 K = 2 2 x pf Tolérance + 10 % = pf Tolérance + 10 % = 220 nanofaradtolérance + 10 % A4 30

31 Kits disponibles Alarme de voyage ( 2 projets différents ) Alarme LDR (optoélectronique) ( 2 projets différents ) Alarme par contact (mécanique) ( 2 projets différents ) Alarme personnelle ( 1 projets différent ) Alarme magnétique ( 2 projets différents ) Alarme simple optoélectronique Alimentation et chargeur solaire Amplificateur téléphonique Arbitre électronique Attente téléphonique Basket Ball électronique ( 2 projets différents ) Carillon musical ( 2 projets différents ) Carte musicale Chargeur solaire Chenillard Dé électronique Emetteur FM Enceinte amplifiée pour baladeur ( 12 projets différents ) Feu arrière de stop pour vélo Feu arrière de stop + clignotant + position pour vélo Flash ( 4 projets différents ) Fontaine lumineuse simple Fontaine lumineuse «Arc-en-ciel» Golf musical électronique Horloge Horloge + porte-stylo Horloge + porte-stylo + bloc-note Horloge Pyramide «Arc-en-ciel» Horloge canette Horloge escargot Horloge solaire ( 2 projets différents ) Interphone duplex Jeux vidéo ( 2 projets différents ) Karaoké ( 2 projets différents ) Kits d énergie solaire éducatif ( 4 projets différents ) Porte-clés lumineux ( 3 projets différents ) Porte-clés siffleur et lumineux Porte-clés musical et lumineux Radio FM Robot 6 ème éviteur éviteur d obstacle ( 4 versions différentes ) Robot «Moustache» éviteur d obstacle Robot «Explorer» éviteur d obstacle Robot «Explorer» télécommandé Robot «lunaire» sonore Robot «lunaire» suiveur de lumière Robot solaire 6 ème "éviteur d'obstacle" Vélo modèle réduit Sablier Set de bureau Set de bureau pivotant Sirène + torche de vélo Soucoupe magique «Arc-en-ciel» Testeur de continuité Testeur d habileté avec remise à zéro ( 2 projets différents ) Thermomètre Nouveauté 2006/2007 Quad 6 ème Voiture solaire 6 ème Hand Skate board + finger Skate Board Aéropropulseur 6 ème Robot 5 ème suiveur de ligne Robot 5 ème suiveur de lumière A4 31

32 CENTRAL MEDIA 116, avenue Aristide Briand LE BLANC MESNIL Cedex Tél Fax :