Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable LES CODEURS NUMÉRIQUES. CI13 : Caractérisation de la chaine d information

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1 Term STI2D Sciences e Technologies de l Indusrie e du Développemen Durable LES CODEURS NUMÉRIQUES CI3 : Caracérisaion de la chaine d informaion Cours ET CODEURS NUMERIQUES. Inroducion Le conrôle du déplacemen, de la viesse e de la posiion d'un mobile es un problème courammen renconré sur les machines e insallaions indusrielles. Les sysèmes de déecion convenionnels (inerrupeurs e déeceurs de posiion), qui ne fournissen que des informaions de ype ou ou rien à des endrois prédéerminés, ne réponden que pariellemen aux besoins de précision e de flexibilié des machines. Avec les codeurs numériques, le posiionnemen d'un mobile es enièremen maîrisé par les sysèmes de raiemen e non plus réalisé physiquemen par des capeurs réparis sur la machine ou l'insallaion. Leurs nombreuses possibiliés permeen d'opimiser e d'améliorer la producivié e la flexibilié des sysèmes indusriels. 2. Codeurs roaifs Un codeur roaif es un capeur de posiion angulaire. L'axe du codeur es lié mécaniquemen à la machine qui l'enraîne. Ce axe fai ourner un disque qui compore une succession de zones opaques e ransparenes. α Une lumière émise par des diodes élecroluminescenes arrive sur des phoodiodes à chaque fois qu'elle raverse les zones ransparenes du disque. Les phoodiodes génèren alors un signal élecrique qui es amplifié e converi en signal numérique avan d'êre ransmis à une unié de raiemen (généralemen un Auomae Programmable Indusriel). La sorie élecrique du codeur représene ainsi, sous forme numérique, la posiion angulaire de l axe d enrée. Il exise deux ypes de codeurs roaifs : Les codeurs incrémenaux (appelés égalemen généraeurs d'impulsions) e les codeurs absolus. CI3_cours_3_codeurs_E_V.docx Lycée Jules Ferry Versailles /6

2 2.. Exemple Posiionnemen d un chario mobile enrainé par un moeur élecrique sur un axe horizonal. Signal ransmis Vis à billes Chario mobile Moeur élecrique Codeur roaif 3. Codeurs incrémenaux Les codeurs incrémenaux son desinés à des applicaions de posiionnemen e de conrôle de déplacemen d'un mobile par compage ou décompage des impulsions qu'ils délivren. Le disque d'un codeur incrémenal compore deux ypes de pises : Une ou deux pises exérieures (voies A e B) divisées en un nombre n d inervalles d'angles égaux alernaivemen opaques e ransparens. Le nombre n correspond à la résoluion du codeur ou encore au nombre de périodes par our qu il délivre. Derrière la ou les pises exérieures son insallés deux phoodiodes qui délivren deux signaux carrés A e B en quadraure. Ce déphasage de 9 élecrique (/4 de période) perme alors de déerminer le sens de roaion du codeur : - Dans un sens, le signal B es à pendan le fron monan de A. - Dans l'aure sens, le signal B es à pendan le fron monan de A. Une pise inérieure (voie Z) qui compore une seule fenêre ransparene e qui ne délivre qu'un seul signal par our. Ce signal Z, appelé op zéro, déermine une posiion de référence e peu permere une réiniialisaion à chaque our. CI3_cours_3_codeurs_E_V.docx Lycée Jules Ferry Versailles 2/6

3 3.. Chronogrammes Voie A Voie B Voie Z Voie A Voie B 3.2. Fréquence des signaux f = n. R f : Fréquence des signaux en sorie du codeur (voies A e B). n : Viesse de roaion de l axe du codeur en r/s. R : Résoluion du codeur en p/r ou périodes/r Remarque Les codeurs incrémenaux auorisen rois niveaux de précision d'exploiaion : - Uilisaion des frons monans de la voie A seule : Exploiaion simple correspondan à la résoluion du codeur. - Uilisaion des frons monans e descendans de la voie A seule : La précision d'exploiaion es doublée. - Uilisaion des frons monans e descendans des voies A e B : La précision d'exploiaion es quadruplée. 4. Codeur absolu Les codeurs absolus son desinés à des applicaions de posiionnemen e de conrôle de déplacemen d'un mobile par codage. Le disque d un codeur absolu compore un nombre n de pises concenriques divisées en segmens égaux alernaivemen opaques e ransparens. Chaque pise à son propre sysème de lecure (couple émeeur/récepeur). La lecure simulanée de oues les pises donne un code binaire pour chaque posiion angulaire de l'axe du codeur. Ce code compore auan de bis qu'il y a de pises sur le disque. MSB LSB CI3_cours_3_codeurs_E_V.docx Lycée Jules Ferry Versailles 3/6

4 La première pise en paran du cenre correspond au bi de poids le plus for du code (Mos Significan Bi). La pise la plus exérieure correspond au bi de poids le plus faible du code (Leas Significan Bi). Elle compore 2 n poins par our ce qui correspond à la résoluion du codeur (nombre de posiions angulaires codées sur un our). Le raccordemen de ce ype de codeur mobilise auan d'enrées sur le sysème de raiemen qu'il y a de pises sur le disque. 4.. Exemple Le disque du codeur ci-dessus compore 3 pises. Nombre de fils Taille du code Nombre de codes différens Résoluion 3 fils + Masse 3 bis 2 n = 2 3 = 8 codes 8 p/r Le code binaire délivré par un codeur absolu peu-êre soi en binaire naurel (ou binaire pur) soi en binaire réfléchi (ou code Gray) Codeur absolu en binaire naurel Le code binaire naurel à l'avanage de pouvoir êre direcemen exploié par l'unié de raiemen. En effe c'es un code pondéré, c'es-à-dire qu'il perme d'effecuer les quare opéraions arihméiques sur des nombres exprimés dans ce code. Il présene cependan l'inconvénien d'avoir plusieurs bis qui changen d'éa enre deux posiions. Ces changemens d'éa ne pouvan êre rigoureusemen simulanés, ils peuven générer des erreurs si une lecure du code es effecuée à ce momen là par l'unié de raiemen. Pour palier à ce inconvénien, cerains codeurs délivren un signal d'inhibiion qui bloque les sories à chaque changemen d'éa Chronogrammes D C B A Grandeur physique Code binaire naurel CI3_cours_3_codeurs_E_V.docx Lycée Jules Ferry Versailles 4/6

5 CI3_cours_3_codeurs_E_V.docx Lycée Jules Ferry Versailles 5/ Codeur absolu en binaire réfléchi (code Gray) Le code binaire réfléchi ne présene pas l'inconvénien d'avoir plusieurs bis qui changen d'éa enre deux posiions, en effe, un seul bi change d'éa enre deux posiions. Mais ce code n'es pas un code pondéré e ne peu donc pas êre direcemen exploié par l'unié de raiemen. Celle-ci doi faire un ranscodage binaire réfléchi/binaire naurel avan oue uilisaion Chronogrammes Inhibiion A B C D A B Grandeur physique Code binaire réfléchi C D A B C D

6 4.4. Différens ypes de codeur absolu - Codeur absolu simple our : C'es le codeur décri précédemmen. Il donne la posiion absolue de son axe sur un our. - Codeur absolu muli-ours : Il perme grâce à l'ajou d'un sysème de démuliplicaion e d'un disque supplémenaire d'indiquer le nombre de ours. Si le disque supplémenaire compore "n" pises, le codeur es capable de coder 2 n ours. 5. Remarque Un codeur absolu délivre en permanence un code binaire qui es l'image de la posiion réelle du mobile à conrôler. C'es un avanage imporan par rappor au codeur incrémenal. En effe, à la première mise sous ension, ou dés le reour de la ension après une coupure d'alimenaion, l'informaion délivrée par le codeur correspondan à la posiion réelle du mobile, elle peu êre direcemen uilisée par l'unié de raiemen. Avec un codeur incrémenal, il es nécessaire de procéder à une réiniialisaion du sysème avan redémarrage, ce qui peu êre pénalisan dans ceraines applicaions. 6. Codeurs linéaires Les codeurs linéaires on un foncionnemen similaire aux codeurs roaifs pour la lecure des informaions sauf qu elles son réparies sur des règles opiques ou sur des bandes linéaires. Codeur Codeur linéaire incrémenal Codeur Codeur linéaire absolu D aures codes son égalemen uilisés. CI3_cours_3_codeurs_E_V.docx Lycée Jules Ferry Versailles 6/6