Sommaire - Jacques BOUDIER
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Sommaire - Jacques BOUDIER
Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Sommaire Présentation...................................................................................................................................1 Fiche pédagogique.........................................................................................................................2 1. Analyse temporelle...................................................................................................................3 2. Analyse du schéma structurel de la carte d'interface................................................................3 3. Étude du circuit 74LS194 : Travail sur ordinateur...................................................................3 4. Commande en logique câblée du moteur traînard : .................................................................3 5. Manipulation : Travail sur le Microtour...................................................................................4 Document réponse 1......................................................................................................................5 Document réponse 2......................................................................................................................6 Document réponse 3......................................................................................................................7 Document réponse 4......................................................................................................................8 Annexe 1 - Microtour partie opérative..........................................................................................9 Annexe 2 – Registre à décalage 74LS194...................................................................................10 Présentation Le déplacement de l'outil selon l'axe Z est réalisé par l'intermédiaire d'un moteur pas à pas. Un moteur pas à pas est un actionneur électrique où sont contrôlés : - la vitesse - le sens de rotation - l'angle de rotation Le déplacement angulaire minimal de ce moteur correspond à un pas, d'où le nom de ce type de moteur, qui associé à un module de commutation électronique, transforme un train d'impulsions de pilotage en un déplacement angulaire. La figure ci-dessous résume cette description ; l'unité de pilotage, intégrant souvent un microprocesseur, élabore les impulsions de commande ; le séquenceur aiguille les impulsions sur les différentes éléments du module de commutation ; ce dernier dirige l'énergie sur les enroulements (phases) appropriés du moteur. Alimentation Unité de pilotage Séquenceur Commutation de puissance Moteur P/P Ce TP porte sur la commande des quatre phases du moteur pas à pas "traînard". Cette commande s'effectue grâce à une interface de puissance. Un registre à décalage bidirectionnel(circuit TTL 74LS194) permet de générer les impulsions de commande nécessaires au fonctionnement du moteur. tp_08.sdw juin 2002 1/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Fiche pédagogique Public visé et période : Term.S, 3ème trimestre. Titre de la séquence pédagogique : Microtour : Etude de la commande du moteur pas à pas permettant le déplacement de l'outil selon l'axe Z Objectifs à atteindre lors de la séquence : A la fin de cette séquence, l'apprenant devra être capable de : - Identifier les solutions technologiques utilisées pour déplacer précisément l'outil dans le plan - Comprendre les différentes séquences d'un moteur pas-à-pas - Analyser le fonctionnement d'une structure logique simple - Comprendre le fonctionnement d'un registre à décalage - Produire le schéma électronique permettant de piloter le moteur pas-à-pas du traînard dans les deux sens de rotation - Évaluer les performances de la commande Support technique de l'activité : Le microtour Jeulin ainsi que les modules associés Condition de réalisation : Ö durée de l'exercice : 3 heures Ö groupe de travail : en binôme Pré-requis : Ils sont relatifs : - Logique combinatoire - réglage d'un GBF Connaissances nouvelles : - la commande des phases d'un moteur pas-à-pas. - les registres à décalage Données : L'élève aura pour toute la durée de la séquence, le dossier comprenant le travail demandé, et le matériel nécessaire à la manipulation : - le microtour Jeulin ainsi que les modules associés : - plaque de connexion rapide - pupitre de commande - registre à décalage bidirectionnel 4 bits 74LS194 - un GBF - une alimentation continue - le dossier technique tp_08.sdw juin 2002 2/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z 1. Analyse temporelle 1.1. Afin de comprendre les différentes séquences de fonctionnement du moteur pas à pas, on vous propose de compléter les grafcets se trouvant sur les documents réponse 1 et 2 afin d'obtenir la séquence et le sens de rotation souhaité. 1.2. Déduire de ces grafcets les conclusions suivantes : (Répondre sur le document réponse 2) : - Le sens de rotation dépend................ - La fréquence de rotation dépend....... 2. Analyse du schéma structurel de la carte d'interface 2.1. Préciser dans le tableau du document réponse 2, l'état des composants de la carte interface moteur traînard (voir dossier technique). Aidez-vous de l'annexe 1 pour répondre à cette question. 2.2. En déduire les informations binaires qui doivent être chargées dans le port B pour faire tourner le moteur traînard en mode une phase alimentée, les unes après les autres. Répondre sur le document réponse 3 3. Étude du circuit 74LS194 : Travail sur ordinateur Le chargement des informations binaires sur le port B, nécessaire au fonctionnement du moteur, est assuré par un registre à décalage bidirectionnel (circuit TTL 74LS194). Pour comprendre le fonctionnement de ce registre, on va établir le chronogramme de ce circuit en utilisant un logiciel de simulation électronique : Electronics Workbench. Lancement du logiciel de simulation : Allumer l'ordinateur, cliquer sur Démarrer, programmes, les logiciels de technologies puis double cliquer sur électronics workbench. Dans le menu en haut de l'écran, cliquer sur Fichier, ouvrir, double cliquer sur systèmeS puis sur microtour et enfin sur micropas. Simulation du fonctionnement : Cliquer sur l'interrupteur O/I (en haut à droite de l'écran) permettant d'activer la simulation du montage. 3.1. En agissant sur les différents interrupteurs commandés par la lettre entre crochet du clavier de l'ordinateur, compléter les chronogrammes des sorties QA à QD du registre se trouvant sur le document réponse 3. Une LED allumée correspond à un 1 logique et à un 0 logique lorsque elle est éteinte. 3.2. Compléter la table de vérité traduisant le fonctionnement du registre se trouvant sur le document réponse 4 à partir des chronogrammes tracés précédemment et de l'annexe3. 4. Commande en logique câblée du moteur traînard : Afin d'informer le système combinatoire (voir annexe 2) d'un positionnement limite du traînard, la carte interface est connectée sur les entrées Fdc GA (fin de course gauche) et Fdc DR (fin de course droit). 4.1. Pour analyser ce système combinatoire, ouvrir sous le logiciel de simulation le fichier micropas2. Par simulation du fonctionnement, compléter le chronogramme se trouvant sur le document réponse 4. 4.2. En déduire les équations logiques logique des sorties S1 et S2. tp_08.sdw juin 2002 3/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z 5. Manipulation : Travail sur le Microtour ATTENTION : Il est strictement interdit de procéder à la mise sous tension d'un montage ou d'une modification de montage sans une vérification préalable du professeur. 5.1. A l'aide du dossier technique, trouver les sorties sur le port A (PA0 à PA7) correspondantes aux butées gauche, droite, avant et arrière du moteur de traînard, ainsi que les entrées correspondantes aux quatre phases du moteur pas-à-pas "traînard". 5.2. Mettre sous tension le système (capot soulevé) et vérifier en présence du professeur que les sorties correspondantes aux butées gauche, droite, avant et arrière du moteur de traînard, sont bien celles de la question 1 . Nota : utiliser pour cela un ohmmètre en position diode. 5.3. Compléter le câblage (déjà effectué partiellement par le professeur) en câblant les entrées correspondantes aux quatre phases du moteur pas à pas (port B), ainsi que les sorties correspondantes aux butées gauches et droites (port A), puis faire vérifier par le professeur. 5.4. Faire l'essai de fonctionnement du moteur traînard puis expliquer oralement le fonctionnement au professeur. 5.5. Recopier le texte ci dessous et le compléter par les termes appropriés. L'action sur provoque du mot binaire correspondant au mode (1 ou 2 phases alimentées). Si le sélecteur de sens de rotation est sur , il y a des sorties du registre sauf est actionné. Dans ce cas, il y a . si Si le sélecteur de sens de rotation est sur , il y a des sorties du registre sauf si est actionné. Dans ce cas, il y a . Si le sélecteur de sens de rotation est sur il y a . Termes à compléter : tp_08.sdw juin 2002 - droite - Fdc droit - BP validation - chargement parallèle - figeage des sorties - décalage à droite 4/10 - décalage à gauche - arrêt - Fdc gauche Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Document réponse 1 Séquence 1 (1 phase alimentée) Sens 2 Sens 1 A 1 Sens 1 – 1ére impulsion B 2 A 1 Sens 2 – 1ére impulsion D B 2 Sens 1 – 2éme impulsion Sens 2 – 2éme impulsion C 3 C 3 Sens 1 – 3éme impulsion Sens 2 – 3éme impulsion D 4 A 4 Sens 1 – 4éme impulsion Sens 2 – 4éme impulsion - Sens 1 - - Sens 2 - Séquence 2 (2 phases alimentées) Sens 2 Sens 1 AB 1 Sens 1 – 1ére impulsion A 1 Sens 2 – 1ére impulsion D 2 B 2 Sens 1 – 2éme impulsion Sens 2 – 2éme impulsion C 3 3 Sens 1 – 3éme impulsion Sens 2 – 3éme impulsion 4 4 Sens 1 – 4éme impulsion Sens 2 – 4éme impulsion - Sens 1 - tp_08.sdw AB - Sens 2 - juin 2002 5/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Document réponse 2 Séquence 3 (mode ½ pas) Sens 1 1) A Principe : alternance des séquences 1 et 2 1 D A B Sens 1 – 1 impulsion ére 2 C Sens 1 – 2éme impulsion 3 Sens 1 Sens 1 – 3 impulsion éme 2) 4 A D Sens 1 – 4 impulsion éme B 5 Sens 1 – 5éme impulsion C 6 Sens 1 – 6éme impulsion Sens 1 3) 7 A Sens 1 – 7éme impulsion D 8 B Sens 1 – 8 impulsion éme C Question 2.1. PB0 = 0 PB0 = 1 Transistor de sortie du 7417 DEL de L'optocoupleur MCT2 Transistor de l'optocoupleur MCT2 Transistor darlington T1 Enroulement 1 moteur traînard tp_08.sdw juin 2002 6/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Document réponse 3 Question 2.2. PB3 PB0 PB3 PB0 PB3 PB0 PB3 PB0 Question 3.1 : chronogramme à compléter pour l'étude du registre à décalage 74LS194 : Clock t Clear t S0 t S1 t Right t Left t A t B t C t D t QA t QB t QC t QD Décalage à droite Charger tp_08.sdw juin 2002 Décalage à gauche Effacer Charger 7/10 Travaux pratique t Mémorisation Effacer Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Document réponse 4 question 3.2 : CLOC K MODE CLEAR x S0 0 S1 0 1 ↑ 1 0 1 ↑ 0 1 1 ↑ 1 1 1 x x x 0 FONCTIONNEMENT Clock : horloge sur front montant ( ↑ ) Clear : remise à zéro (reset) du registre active au niveau bas x : état indifférent question 4.1 : chronogramme à compléter pour la compréhension du système combinatoire Clock t Validation t Sélect D/G t Fdc G t Fdc D t QA t QB t QC t QD t question 4.2 Equation de S0 : S0 = Equation de S1 : S1 = tp_08.sdw juin 2002 8/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Annexe 1 - Microtour partie opérative Horloge 200 Hz FDC. G QD QC QB QA Carte interface de puissance S0 S1 Registre à décalage bidirectionnel FDC. D Sens G Arrêt Sens D Sélecteur sens de rotation Système combinatoire A B C D on on on on Validation off off off off Sélection du mode de fonctionnement (1 ou 2 phase(s) alimentée(s) ) Pupitre de commande Système combinatoire 5V R Fdc GA 5V R 1 E4 E2 1 1 S1 1 1 S0 Sens G Arrêt Sens D 5V R 5V 1 E3 R E5 Fdc DR 5V R 1 E1 Validat ion 0V tp_08.sdw juin 2002 9/10 Travaux pratique Électronique numérique Microtour - Étude du déplacement de l'outil sur l'axe z Annexe 2 – Registre à décalage 74LS194 4-BIT BIDIRECTIONAL UNIVERSAL SHIFT REGISTER The SN54/ 74LS194A is a High Speed 4-Bit Bidirectional Universal Shift Register. As a high speed multifunctional sequential building block, it is useful in a wide variety of applications. It may be used in serial-serial, shift left, shift right, serial-parallel, parallel-serial, and parallel-parallel data register trans-fers. The LS194A is similar in operation to the LS195A Universal Shift Register, with added features of shift left without external connections and hold (do nothing) modes of operation. It utilizes the Schottky diode clamped process to achieve high speeds and is fully compatible with all Motorola TTL families. − Typical Shift Frequency of 36 MHz − Asynchronous Master Reset − Hold (Do Nothing) Mode − Fully Synchronous Serial or Parallel Data Transfers − Input Clamp Diodes Limit High Speed Termination Effects PIN NAMES CONNECTION DIAGRAM DIP (TOP VIEW) Vcc 16 1 Q0 15 Q1 14 2 3 MR DSR P 0 Q2 13 Q3 12 CP 11 S1 10 S0 9 7 8 4 5 6 P1 P2 P 3 DSL GND S0,S1 P 0 –P 3 D SR D SL CP MR Q 0 –Q 3 Mode Control Inputs Parallel Data Inputs Serial (Shift Right) Data Input Serial (Shift Left) Data Input Clock (Active HIGH Going Edge) Input 0. Master Reset (Active LOW) Input Parallel Outputs FUNCTIONAL DESCRIPTION The Logic Diagram and Truth Table indicate the functional characteristics of the LS194A 4-Bit Bidirectional Shift Register. The LS194A is similar in operation to the Motorola LS195A Universal Shift Register when used in serial or parallel data register transfers. Some of the common features of the two devices are described below: All data and mode control inputs are edge-triggered, responding only to the LOW to HIGH transition of the Clock (CP). The only timing restriction, therefore, is that the mode control and selected data inputs must be stable one set-up time prior to the positive transition of the clock pulse. The register is fully synchronous, with all operations taking place in less than 15 ns (typical) making the device especially useful for implementing very high speed CPUs, or the memory buffer registers. The four parallel data inputs (P 0 , P 1 , P 2 , P 3 ) are D-type inputs. When both S 0 and S 1 are HIGH, the data appearing on P 0 , P 1 , P 2 , and P 3 inputs is transferred to the Q 0 , Q 1 , Q 2 , and Q 3 outputs respectively following the next LOW to HIGH transition of the clock. The asynchronous Master Reset (MR), when LOW, overrides all other input conditions and forces the Q outputs LOW. Special logic features of the LS194A design which increase the range of application are described below: Two mode control inputs (S 0 , S 1 ) determine the synchronous operation of the device. As shown in the Mode Selection Table, data can be entered and shifted from left to right (shift right, Q 0 "Q 1 , etc.) or right to left (shift left, Q 3 "Q 2 , etc.), or parallel data can be entered loading all four bits of the register simultaneously. When both S 0 and S 1 ,are LOW, the existing data is retained in a “do nothing” mode without restricting the HIGH to LOW clock transition. D-type serial data inputs (D SR , D SL ) are provided on both the first and last stages to allow multistage shift right or shift left data transfers without interfering with parallel load operation. MODE SELECT — TRUTH TABLE OPERATING MODE INPUTS OUTPUTS MR S1 S0 DSR DSL Pn Q0 Q1 Q2 Q3 Reset L × × × × × L L L L Hold H l l × × × q0 q1 q2 q3 Shift Left H H h h l l × × l h × × q1 q1 q2 q2 q3 q3 L H Shift Right H H l l h h l h × × × × L H q0 q0 q1 q1 q2 q2 Parallel Load H h h × × Pn P0 P1 P2 P3 L = LOW Voltage Level H = HIGH Voltage Level X = Don’t Care I = LOW voltage level one set-up time prior to the LOW to HIGH clock transition h = HIGH voltage level one set-up time prior to the LOW to HIGH clock transition p n (q n ) = Lower case letters indicate the state of the referenced input (or output) one set-up time prior to the LOW to HIGH clock transition. tp_08.sdw juin 2002 10/10 Travaux pratique Électronique numérique