ÉTAPE FP3B : ÉTUDE DETECTION CARTE ET POSITIONNEMENT AUTOMATIQUE Durée : 7H max. I. Activité E : Rappel fonctionnel

Transcription

1 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 1 / 8 ÉTAPE FP3B : ÉTUDE DETECTION CARTE ET POSITIONNEMENT AUTOMATIQUE Durée : 7H max. Avertissement : Ce document comporte des réponses du corrigé officiel. Il est fourni pour améliorer la compréhension du fonctionnement de l objet technique et faciliter les révisions pour l épreuve de construction électronique. Vous ne devez en aucun cas le recopier pour constituer votre dossier de synthèse personnel. I. Activité E : Rappel fonctionnel 1) Quelles sont les fonctions de FP3 qui permettent de détecter et traiter l information position de la carte? Les fonctions qui permettent de détecter et traiter l information position de la carte sont FS31 «DÉTECTION CARTE» et FS32 «PRODUCTION DES SIGNAUX DE COMMANDE». 2) Définir le rôle et caractériser les entrées-sorties des fonctions secondaires de FP3 qui permettent de détecter et traiter l information position de la carte. Fonction FS31 : "DÉTECTION CARTE" Le rôle de cette fonction est de détecter si l utilisateur présente une carte dans le lecteur, mais aussi de détecter la position de la carte dans le lecteur. Entrée : OP1, OP2, OP3 : signaux logiques indiquant la présence ou non de carte en différents points du lecteur. Sorties : P33 (V CE OP3 ) : Signal logique de niveau bas en cas d absence de carte. Niveau haut si présence de carte. S1 : Signal logique de niveau haut en cas d absence de carte. Niveau bas si présence de carte. S2 : Signal logique de niveau haut en cas d absence de carte. Niveau bas si présence de carte. FONCTION FS32 : "PRODUCTION DU SIGNAL DE COMMANDE" Le rôle de cette fonction est de générer des signaux logiques dépendant de la position de la carte. Entrées : AUTO : Signal logique (0V-5V). Actif au niveau logique 0. Un niveau logique 0 lance un positionnement automatique. CEL : Signal logique (0V-5V). Actif au niveau logique 0. Commande de l électroaimant, un niveau logique 0 abaisse le connecteur. MAV : Signal logique (0V-5V). Actif au niveau logique 0. Marche avant. Un niveau logique 0 commande la marche avant du moteur. MAR : Signal logique (0V-5V). Actif au niveau logique 0. Marche arrière. Un niveau logique 0 commande la marche arrière du moteur. P33 : Signal logique (0V-5V). Signal logique de niveau bas en cas d absence de carte. Niveau haut si présence de carte. Sorties : IN1, IN2, EN : Signaux logiques (0V-5V) P23 : Signal logique (0V-5V) COK (Connexion OK) : Information logique de bon positionnement. Un niveau logique 0 indique que la carte est prête pour une communication. 3) Identifier les fonctions secondaires mises en jeu sur le schéma structurel de la carte commande page suivante. Rappel : Série E24 = 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91

2 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 2 / 8

3 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 3 / 8 II. Activité F : Étude du fonctionnement des optocoupleurs Calcul de la résistance de polarisation des diodes infrarouges (R4) : Problématique : La société Toshiba ne fabrique plus la référence TLP806 pour les capteurs optiques. Elle a été remplacée par des TLP801 (même empreinte et écartement identique entre émetteur et récepteur). L entreprise Cartadis est dans l obligation de redimensionner la résistance de polarisation des DEL et celle des phototransistors. 4) A l aide du l analyse fonctionnelle et de la documentation du TLP801, donner les nouvelles valeurs dans la série E24 à attribuer à ces deux résistances. Le circuit TLP801 est un capteur optique (optocoupleur) à coupure de faisceau. Dans notre objet technique, les diodes infrarouges des capteurs émettent en permanence. En cas d absence de carte à puce, le faisceau arrive sur la base du phototransistor assurant ainsi sa saturation (V CE SAT = 0,15 V). En cas de présence de carte à puce, le faisceau est coupé et le phototransistor bloqué (V CE = 5 V). Les caractéristiques générales du TLP801 sont : - Largeur de passage de l objet à détecté (la carte à puce) : 3mm. - Résolution (largeur du passage du faisceau infrarouge) : 1mm. - Temps de réponse : 6µs. - Curent transfert ration = CTR = I C /I F = 10%min. - Package en polycarbonate à souder sur circuit imprimé. Les valeurs de courant à ne pas dépasser (sous peine de destruction) sont : - I F MAX = 50mA. - I C MAX = 50mA. Dans les caractéristiques de couplage, on remarque que le courant I F utilisé par le constructeur est de 20mA. Nous retiendrons donc cette valeur : I F = 20mA On remarque qu avec un tel courant, le CTR est compris entre : 10% < CTR < 165% Pour assurer la saturation du phototransistor, il faut : I F > I C sat / CTR min I C sat devra donc être : I C sat < I F x CTR min I C sat < 2mA On retiendra donc la valeur : I C sat < 1mA R4 = U R4 / I F = (+24V V F V F V F ) / I F R4 = (+24V 3V F ) / I F Dans la notice technique du TLP801 on trouve sur le graphique ci-dessous V F = 1,215V. Donc : R4 = (24 3x1,215) / R4 = 1017,75 Ohms On choisit R4 = 1kOhms dans la série E24. On prend une valeur inférieure à la valeur théorique pour avoir un courant légèrement supérieur à 20mA et ainsi saturer d avantage le phototransistor en cas d absence de carte. Calcul de la résistance de polarisation des phototransistors (R1 à R3) : R1 = U R1 / I C sat = (+5V V CE sat ) / I C sat Dans les caractéristiques de couplage de la notice technique du TLP801 on trouve : V CE SAT = 0,15V TYP pour I F = 20mA, I C = 1mA et une température de 25 C. R1 = (5 0,15) / R1 = 4850 Ohms On choisit R1 = R2 = R3 = 5,1kOhms dans la série E24. On prend une valeur supérieure à la valeur théorique pour avoir un courant I C sat < 1mA.

4 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 4 / 8 5) Reporter ces nouvelles valeurs sur le schéma structurel. Voir schéma ci-dessus. positioncarte Rappel : les entrées de la carte commande moteur sont actives au niveau bas. 6) Rappeler le rôle des portes logiques 74HCT00. Les composants 74HCT00 sont des portes logiques -ET. Les deux entrées des portes Initialisation de la pile système. CI3A et CI3B sont reliées (CI3 C et CI3D sont inutilisées), elles fonctionnent donc en inverseur (voir cours sur la logique combinatoire). Initialisation du registre Y. Pour l utilisation des instruction de masquage. Leur rôle est de mettre en forme le signal sortant des optocoupleurs. En effet, les tensions Initialisation du système Des ports, de l afficheur V CE des optocoupleurs varient de 0,15V à 5V lorsqu une carte est engagée dans leur fente. Cette tension est donc analogique. Pour garantir la compatibilité avec le PORTA de notre Écriture CEL = 1 Remonter l électroaimant. microcontrôleur 68HC11, ces signaux sont transformés en signaux logiques. 7) Quel est le niveau logique actif des signaux S1 et S2 lorsqu une carte est présente devant les capteurs OP1 et OP2. En cas d absence de carte à puce, le faisceau arrive sur la base du phototransistor assurant ainsi sa saturation (V CE SAT = 0,15 V). Dans ce cas, S1 et S2 sont au niveau haut. Écriture MAR = 0 Temporisation de 10ms Écriture MAR = 1 Demande de marche arrière du moteur au Arrêt de la demande de marche arrière du moteur au En cas de présence de carte à puce, le faisceau est coupé et le phototransistor bloqué (V CE = 5 V). Dans ce cas, S1 et S2 sont au niveau bas. Lecture S1 Attente d introduction d une carte à puce. S1 provient du capteur qui est le plus à l entrée du lecteur. Pour comprendre comment est effectué un positionnement automatique, vous allez réaliser une mesure des signaux S2 et V CE OP3 en concordance des temps en exécutant le programme positioncarte : S1 = 0? Écriture AUTO = 0 Demande de positionnement automatique au 8) Donner la ou les instruction(s) permettant de réaliser le positionnement automatique. suit2 bclr porta,y auto ; Positionnement automatique brset porta,y S3 suit2 ; Test si capteur S3 actif Lecture S3 S3 = 1? Attente de fin de positionnement automatique. S3 provient du capteur qui indique que la carte est correctement positionnée. 9) Donner l ordinogramme du programme principal de positioncarte. Écriture AUTO = 1 Arrêt de la demande de positionnement automatique au 1 = 1? Reboucler inconditionnellement. FIN

5 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 5 / 8 10) Lancer le programme positioncarte. Que constatez-vous? La carte est avalée (bon appétit). Oh mince! Elle ne ressort pas Remarque : Pour récupérer la carte, il suffit d exécuter le programme ejectioncarte 11) Sur quel signal doit-on synchroniser l oscilloscope pour relever les signaux S2 et V CE OP3. justifier votre réponse. - Lancer le programme ejectioncarte (restitution de la carte). - Recommencer la procédure 3 ou 4 fois. Oscillogramme S2 et V CE OP3 pour un premier positionnement automatique. Avant la présence de la carte, les phototransistors des capteurs sont saturés car les faisceaux infrarouges ne sont pas coupés. Dans ce cas, on a V CE OP3 = V CE SAT = 0,15V et S2 = 1 (sortie de la porte -ET montée en inverseur). À l arrivée de la carte à puce, ces niveaux vont s inverser, V CE OP3 va donc générer un front montant et S2 un front descendant. Le capteur OP2 d où provient le signal S2 est physiquement implanté plus près de l entrée du lecteur que le capteur OP3. Il vaut donc mieux synchroniser l oscilloscope sur le front descendant de S2. 12) Relever ces signaux pour trois ou quatre positionnements automatiques. Imprimer et coller les oscillogrammes dans les cadres réservés en faisant apparaître la durée du positionnement. Ne pas oublier les exemplaires pour votre dossier de synthèse. Mode opératoire : - Relier le kit 68HC11 et le lecteur de carte à puce à la carte connectique/afficheur. - Alimenter la carte connectique/afficheur en 5V et 24V (avec suffisamment de courant pour le moteur et l électroaimant). - Connecter la CH1 de l oscilloscope sur S2 et la CH2 sur V CE OP3. - Régler le déclenchement de l oscilloscope sur front descendant de S2 (TRIGGER MENU) avec un niveau (LEVEL) de 2,5V et en mode normal (ou monocoup). - Régler le calibre en tension à 2V/DIV, - 100ms pour la base de temps (ça vous ne pouviez pas le savoir, il faut l ajuster expérimentalement). - Lancer le programme positioncarte (les courbes s affichent). - Si vous avez choisit le mode normal plutôt que le monocoup, il est préférable d appuyer sur STOP pour ne pas que l oscilloscope redéclenche sur une perturbation électromagnétique.

6 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 6 / 8 Oscillogramme S2 et V CE OP3 pour un deuxième positionnement automatique. Oscillogramme S2 et V CE OP3 pour un troisième positionnement automatique.

7 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 7 / 8 13) Conclure quant à la durée moyenne d un positionnement automatique. On trouve environ 1s entre le front descendant de S2 et le moment ou V CE OP3 demeure au ejectioncarte_credit Rappel : les entrées de la carte commande moteur sont actives au niveau bas. niveau haut. (À vérifier). 14) En interprétant les relevés précédents, expliquer succinctement comment s opère le positionnement de la carte en considérant les variations de position autour de S3. Initialisation de la pile système. Initialisation du registre Y. Pour l utilisation des instruction de masquage. Lors de l insertion d une carte à puce, le moteur fonctionne en marche avant tant que la carte n est pas arrivée devant le capteur OP3. Lorsque la carte est détectée par OP3, le Initialisation du système Des ports, de l afficheur moteur s arrête mais, avec son inertie, la carte dépasse le capteur. Le moteur fait donc marche arrière et dépasse de nouveau le capteur mais dans l autre sens. Le moteur Écriture CEL = 1 Remonter l électroaimant. repasse donc en marche avant. Il y a plusieurs (nombre variable en fonction du lecteur) inversions de sens du moteur et plusieurs dépassements du capteur. Lorsque la durée du Écriture MAR = 0 Demande de marche arrière du moteur au niveau bas de V CEOP3 est suffisamment courte, c est que le connecteur de lecture de la carte est en face de la puce donc le moteur s arrête. Lecture S1 S1 = 0? Attente de l éjection par l avant de la carte à puce (type carte crédit). On continue la marche arrière tant que la carte est engagée dans le capteur OP1 (d où provient S1). III. Activité G : Étude positionnement et éjection carte Exécuter de nouveau le programme positioncarte puis insérez une carte. Temporisation de 10ms 15) Lancer le programme ejectioncarte; est-ce que la carte a été restituée à l utilisateur (éjection par l avant ou par l arrière)? A quel type de carte cela correspond-il? Temporisation de 10ms Attente supplémentaire sans doute pour que la carte ressorte complètement (?). Le moteur fait marche avant, la carte est éjectée par l arrière : il s agit d une carte jeton! Temporisation de 10ms 16) Rappeler par où doit être éjectées les cartes crédits et le sens de rotation du moteur correspondant. Écriture MAR = 1 Arrêt de demande de marche arrière du moteur au Rappel : les cartes crédits sont restituées à l utilisateur par l avant du lecteur : le moteur doit 1 = 1? Reboucler inconditionnellement. donc faire marche arrière dans ce cas. 17) En vous inspirant du programme ejectioncarte, Proposer l ordinogramme du programme principal de restitution d une carte crédit. FIN

8 BAC 2007 CONSTRUCTION ELECTRONIQUE ÉTAPE FP3B CORRIGE PAGE 8 / 8 18) En vous inspirant du programme ejectioncarte, rédiger le programme principal commenté correspondant. org debrom ; implantation en PROM prog lds #pile ; initialisation pile système ldy #$1000 ; initialisation registre Y jsr init ; initialisation du système bset porta,y cel ; relâchement électroaimant fin2 bclr porta,y mar ; marche arrière demandée brclr porta,y S1 fin2 ; attente éjection par l avant bset porta,y mar ; arrêt moteur demandé deb jmp deb ; fin 19) Saisir votre programme à l aide du logiciel MCU11 et sauvegarder le sous le nom ejectioncarte_credit. Tester votre application. Faire vérifier le fonctionnement par le professeur. 20) À l aide des programmes ejectioncarte et positioncarte, rédiger le programme principal commenté permettant dans un premier temps d avaler la carte de l utilisateur puis de lui la restituer. org debrom ; implantation en PROM prog lds #pile ; initialisation pile système ldy #$1000 ; initialisation registre Y jsr init ; initialisation du système bset porta,y cel ; relâchement électroaimant bclr porta,y mar ; marche arrière demandée bset porta,y mar ; arrêt moteur demandé **************************** * Avalement * **************************** ret brclr porta,y S1 suit2 ; attente d introduction de carte bra ret suit2 bclr porta,y auto ; positionnement automatique demandé brset porta,y S3 suit2 ; tant que S3 = 1 bset porta,y auto ; arrêt du positionnement automatique jsr temp1s ; temporisation 1s **************************** * restitution * **************************** fin2 bclr porta,y mar ; marche arrière demandée brclr porta,y S1 fin2 ; attente éjection par l avant bset porta,y mar ; arrêt moteur demandé deb jmp deb IV. 21) Saisir votre programme à l aide du logiciel MCU11 et sauvegarder le sous le nom avale_restitue. Tester votre application. Faire vérifier le fonctionnement par le professeur. Activité E : Activité F : Activité G : Éléments attendus dans le dossier de synthèse élève - Schéma structurel avec identification de FP3b et de ses fonctions secondaires. - Chronogrammes commentés des signaux de positionnement automatique. - Schéma structurel de la carte commande complété. - Programme complet avec commentaires de l insertion puis éjection d une carte crédit.