Correction sujet BAC - ESTI – Session 2006 Trancheur automatique

Correction sujet BAC - ESTI – Session 2006
Trancheur automatique
/100
A
ANALYSE FONCTIONNELLE :
/4
Q1)
FEUILLE REPONSE CR1
/4
Repères
1
15
16
24
27
B
Désignations
Réglage épaisseur tranche
Convoyeur de tranches
Clavier
Système de déplacement produit
Lame
Fonctions associées
FP2
FP3
FP7
FP1
FP2
ACQUISITION DES CONSIGNES UTILISATEURS FP7 :
/22
Q2)
/3
D’après la documentation contructeur du 74LS14 :
VT+=1,65V
VT-=0,85V
VOL=0,4V
VOH=3,5V
G BERTHOME
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Trancheur automatique
FEUILLE REPONSE CR1
UC1(V)
1,65V
0,85V
t(s)
HORLOGE
3,5V
TH
TL
0,4V
t1
t2
t3
t(s)
De 0 ≤ t < t1 :
VC1=0V (condensateur C1 initialement déchargé).
Le condensateur C1 se charge tant que VC1<VT+=1,65V l’entrée est donc
considérée comme niveau logique bas.
Le 74LS14 est une porte complémentation avec un cycle d’hystérésis.
Par conséquent la sortie (HORLOGE) sera au niveau haut, VOH=3,5V.
De t1 ≤ t < t2 :
Dès que VC1 devient supérieur à VT+=1,65V, la porte considère que l’entrée
est à un niveau logique 1 ce qui fait basculer la sortie au niveau logique bas, VOL=0,4V.
Le passage de la sortie à 0,4V, provoque la décharge du condensateur C1.
Le condensateur va se décharger tant que VC1>VT-=0,85V.
De t2 ≤ t < t3 :
Dès que VC1 devient inférieur à VT-=0,85V, la porte considère que l’entrée
est à un niveau logique 0 ce qui fait basculer la sortie au niveau logique haut, VOH=3,5V.
Le passage de la sortie à 3,5V, provoque la charge du condensateurC1.
Le condensateur va se charger tant que VC1<VT+=1,65V.
Et ainsi de suite….
G BERTHOME
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Trancheur automatique
Q3)
/3
a)
Calcul de la durée à l’état haut de l’HORLOGE (TH) :
Le condensateur C1 se charge.
La valeur de la tension initiale est VINI=U0=VT-=0,85V.
La valeur finale de charge (si le condensateur se charge complètement) est
U∞
∞=VOH=3,5V.
La valeur de la tension aux bornes du condensateur au bout d’une durée
de charge égale au temps TH est UC=VT+=1,65V.
 V −V 
TH=τ×ln  OH T − 
 VOH − VT+ 
 V −V 
TH=R1×C1×ln  OH T − 
 VOH − VT+ 
AN :
3,5−0,85 
TH=1×
×103×100×
×10-9× ln 

 3,5−1,65 
TH=36µs
b)
Calcul de la durée à l’état bas de l’HORLOGE (TL) :
Le condensateur C1 se décharge.
La valeur de la tension initiale est VINI=U0=VT+=1,65V.
La valeur finale de décharge(si le condensateur se décharge complètement)
est U∞
∞=VOL=0,4V.
La valeur de la tension aux bornes du condensateur au bout d’une durée
de décharge égale au temps TL est UC=VT-=0,85V.
 V −V 
TL=R1×C1×ln  OL T+ 
 VOL − VT − 
AN :
0,4−1,65 
TL=1×
×103×100×
×10-9× ln 

 0,4−0,85 
TL=102µs
c)
T=TH+TL
T=36×
×10-6+102×
×10-6
T=138µs
1
F= 1 =
T 138×10− 6
F=7246Hz
Remarque :
Les calculs réalisés avec VOH=5V et VOL=0V donnent les résultats suivants :
TH=21,4µs ;
TL=66µs
;
T=87,4µs
G BERTHOME
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Q4 :
/3
Le 74LS290 utilise le compteur-diviseur par 5 (horloge CP1 et sorties Q1 à Q3).
Un compteur-diviseur par 5 compte de 0 à 4.
Voir feuille réponse 2.
Q5 :
/2
Pour avoir C2=NL0, il faut que la sortie Y3 soit sélectionné (active sur niveau
bas).
Pou que Y3 soit sélectionné il faut [CBA]=[011]
Soit [PB2,PB1,PB0]=[011]
Q6 :
Voir feuille réponse2.
/5
Q7 :
/2
DETECTION=PB 3•PB 4•PB 5•PB6•PB7
Tant que les touches ne sont pas appuyées les sorties PB3 à PB7 sont au NL1,
donc DETECTION=NL0.
Si la touche PROG est appuyée alors PB7=C4, DETECTION=NL1 lorsque
PB7=C4=NL0.
Voir feuille réponse2.
G BERTHOME
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FEUILLE REPONSE2
HORLOGE
1
0
t(s)
PB0
1
0
t(s)
PB1
1
0
t(s)
PB2
1
0
t(s)
C5
1
0
t(s)
C4
1
0
t(s)
C3
1
0
t(s)
C2
1
0
t(s)
C1
1
0
t(s)
DETECTION
1
0
/2
t(s)
Q8) : Voir feuilles réponse2
Touche « 1 »
Touche « 2 »
Touche « 7 »
Touche « PROG »
G BERTHOME
PB7
PB6
PB5
PB4
PB3
PB2
PB1
PB0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
CODE EN
HEXADECIMAL
$F4
$F3
$EB
$79
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Q9) :
/2
Si 2 touches d’une même ligne sont appuyées simultanément sans les diodes :
+5V
Les deux sorties du
74LS138 sont courtcircuitées
74LS138
C
AFFICHAGE INFOS PROGRAMMATION ET FONCTIONNEMENT – FP8 :
Q10) :
/2
La LED D4 est allumée pour la position circulaire (cercle du milieu) et pour la
position rectangulaire.
DM1 est allumée uniquement pour la position circulaire (cercle du milieu).
Q11) : Voir feuille réponse CR3
/3
FEUILLE REPONSE CR3 :
LED
DA1A
DA1B
DA1C
DA1D
DA2A
DA2B
DA2C
DA2D
DM1
DM2
DM3
DM4
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D9
D10
D11
G BERTHOME
Etats des LED pour le cercle du milieu
E
E
E
E
E
E
E
E
A
A
A
A
E
E
E
E
E
E
E
A
E
A
E
A
E
A
E
E
E
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/26
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Q12) :
/2
L’opérateur logique 7407 possède une sortie à collecteur ouvert.
Si Vcommande=0V (NL0), la sortie de cet opérateur logique sera un niveau
logique bas.
Par conséquent Vout4max=VOLMAX=0,4V
Q13) :
/2
Si Vout4=0,4V, le transistor est saturé par conséquent pratiquement tout le
courant circule à travers le transistor.
Le courant dans la diode zener étant pratiquement nul elle sera considérée
comme bloquée (voir caractéristique de transfert de la diode zener).
Le courant de base IB sera pratiquement nul par conséquent le transistor T3 sera
bloqué (circuit ouvert).
On peut en conclure que ILED=0A.
5V
7407
ILED=0A
R19
IR9
IB≈0A
T3
IC≈IR9
0,4V
R20
Remarque :
On peut également justifier le blocage de T3 en expliquant que la tension
de 0,4V n’est pas suffisante pour établir un courant de base positif (<VBESAT du
transistor=0,6V).
Q14) :
/2
Si Vcommande=5V, le transistor de sortie du 7407 est bloqué, un courant circule
dans la diode zener. Par conséquent la tension à ses bornes sera de 3,3V.
Vout4=VDZ3=3,3V
Un courant IB pourra s’établir (>VBESAT) :
5V
7407
ILED
R19
IR9
IB≈0A
T3
IC=0A
VBE
3,3V
G BERTHOME
IR20
R20
VR20
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Q15) :
Vout4=VBE + VR20=VBE + R20×IR20
/3
I R20 =
Vout4− VBE
R 20
AN :
3,3−0,6
390
IR20=6,92mA
I R20 =
IE=IC+IB, avec IB<<IC. Par conséquent IE≈IC.
Donc ILED≈IR20
ILED=6,92mA
Q16) :
/2
Les structures qui commandent les LED DM4 et DI3 sont les mêmes par
conséquent le courant y circulant sera sensiblement le même donc l’éclairement
également.
Q17) :
/4
D1 à D11 sont commandées si U3.n=0V (transistor de sortie du 7407 saturé).
Voir feuille réponse CR3.
FEUILLE REPONSE CR3 :
Sorties
U3_3 U3_4 U3_5 U3_6 U3_10 U3_11 U3_12 U3_13 U4_3 U4_4 U4_5 U4_6 U4_10 U4_11 U4_12 U4_13
des
74HC164
Cercle
du
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
milieu
G BERTHOME
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/5+1
Q18) :
CLK2
1
0
t(s)
DONNEES
1
0
t(s)
1
U3_3
0
1
t(s)
1
U3_4
0
0
t(s)
1
U3_5
0
1
t(s)
1
U3_6
0
0
t(s)
U3_10
1
0
1
t(s)
U3_11
1
0
0
t(s)
U3_12
1
0
1
t(s)
U3_13
1
0
0
t(s)
1
U4_3
0
1
t(s)
1
U4_4
0
1
t(s)
1
U4_5
0
1
t(s)
1
U4_6
0
0
t(s)
U4_10
1
0
0
t(s)
U4_11
1
0
1
t(s)
U4_12
1
0
0
t(s)
U4_13
1
0
0
Taff
G BERTHOME
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t(s)
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A t=Taff, on retrouve le même code que celui trouvé à la question Q17.
On affichera donc le cercle du milieu.
D
COMMANDE MOTEUR DE TRANSLATION CHARIOT :
/18
Q19) :
/2
FEUILLE REPONSE CR5 :
T5-4
Q20) :
/2
Phase de fonctionnement du chariot :
PC5/81C55=NL0, l’interrupteur « P » est fermé, par conséquent D2 et D3
sont passantes.
Transistor T5-4 :
Un courant peut circuler entre l’émetteur et la base, par
conséquent IB>0A.
Le transistor T5-4 sera donc saturé.
Transistor T6 :
Il n’y a pas de courant qui circule dans la diode zener DZ2, elle est
donc bloquée
VGS=-VD3=-0,6V<3V donc T6 bloqué.
G BERTHOME
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Q21) :
/2
Phase de freinage ou d’arrêt du chariot :
PC5/81C55=NL1, l’interrupteur « P » est ouvert, par conséquent D2 et D3
sont bloquées.
Transistor T5-4 :
Le courant ne peut pas circuler entre l’émetteur et la base, par
conséquent IB=0A.
Le transistor T5-4 sera donc bloqué.
Transistor T6 :
Un courant va circuler sans la diode zener DZ2 par l’intermédiaire
du +24V et des résistances R8 et R10.
La diode zener étant polarisée en inverse une tension VDZ2 sera
produite.
DZ2 est une diode zener de 12V, par conséquent VDZ2=+12V.
VDZ2=VGS=12V>3V donc T6 passant.
Q22) :
/2
Ceci permet de ne pas mettre en conduction T6 en même temps que T5-4.
Q23) :
D’après le graphe de la page C6/8 :
/2
50µs
Le retard de conduction du transistor T6 sera approximativement de 50µS.
G BERTHOME
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Q24) :
/2
La diode zener DZ2 permet de limiter VGSMAX à 12V, permettant de ne pas
dépasser le VGSMAX=20V préconisé par documentation constructeur de l’IRF540.
Q25) :
/2
D’après la documentation constructeur du TIP120, VCESAT=2V pour IC>1A.
Pour un courant moteur de 2A on aura donc pour la puissance du transistor T4 :
PT4=VCESAT×IM
AN :
PT4=2×
×2
PT4=4W
Q26) :
/4
Tj−Ta
PT4
Tj=150°C (documentation constructeur du TIP120)
Ta=50°C
PT4=4W
RthJA=
RthJA= 150−50
4
RthJA=25°C/W
RthDA=RthJA-RthJB-RthBD
RthJB=1,92°C/W (documentation constructeur du TIP120)
RthBD=0,5°C/W
RthDA=25-1,92-0,5
RthDA=22,58°C/W
Pour augmenter la puissance dissipée il faut diminuer la résistance thermique
RthJA, donc il faut choisir RthDA<22,58°C/W
Le concepteur a choisit un dissipateur ML26 de résistance thermique de
20°C/W<22,58°C/W qui conviendra parfaitement.
G BERTHOME
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E
ELABORATION DES SIGNAUX DE COMMANDE MOTEURS :
/30
Q27) :
/3
La mémorisation du programme est réalisée en EPROM par conséquent la
référence du composant assurant la mémorisation du programme de fonctionnement du
trancheur est « AM27C64 ».
D’après la documentation constructeur sa capacité est de 64kbits.
CEPROM 64
=
8
8
CEPROM(ko)=8ko
CEPROM(ko)=
1ko=1024 octets
CEPROM(octets)=1024×
×8
CEPROM(octets)=8192 octets
Q28) :
/3
La mémorisation des données de fonctionnement du trancheur est réalisée grâce
à la RAM non volatile X22C10.
Cette RAM est composée d’une EEPROM qui permet la sauvegarde ou la
récupération de données lorsqu’on coupe l’alimentation.
Cette particularité n’est pas utilisée dans cette application car les broches sont
fixées :
- RECALL =+5V (inactive) (récupération des données) : on ne pourra pas
récupérer des données stockées en EEPROM.
- STORE =+5V (inactive) (sauvegarde des données) : on ne pourra pas
sauvegarder des données).
Par conséquent on ne pourra que lire et écrire des données dans la RAM.
Q29) :
/2
ALE permet le démultiplexage du Port0 avec les adresses basses du bus
d’adresses du microcontrôleur 80C31 (mémorise la partie basse du bus d’adresse lors
d’un accès en mémoire externe).
ALE=NL1, adresses basses présentes sur le bus,
ALE=NL0, accès au Port0.
U4 (74HC373) comporte 8 bascules D avec sorties 3 états commandées par le
signal ALE (broche C : active sur niveau haut).
Si ALE=NL1, les bascules sont transparentes on retrouve donc sur les sorties les
adresses basses du bus d’adresses.
Si ALE=NL0, les bascules mémorisent les sorties (et donc les adresses basses du
bus d’adresses.
U4 permet donc de mémoriser les adresses basses du bus d’adresses.
G BERTHOME
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Q30) :
/2
D’après le schéma structurel annexe CAN 4/15, les entrés de sélection des
composants U2 (27C64), U3 (8155) et U5 (X22C10) sont actives sur niveau bas.
Q31) :
/6+2
D’après le schéma structurel annexe CAN 4/15, on peut en déduire les liaisons
entre les entrées du circuit programmable (U10 : 82123) et les sorties du
microcontrôleur (U1 : 80C31).
U10
WR
A0
RD
A1
A15
A2
A14
A3
PSEN
A4
82123
En s’aidant de la table de vérité du composant programmable (82123), donnée
dans le texte du sujet on peut remplir le tableau feuille réponse CR5 :
FEUILLE REPONSE CR5 :
PSEN
ADRESSE
DE DEBUT
ADRESSE
DE FIN
ADRESSE
DE DEBUT
ADRESSE
DE FIN
ADRESSE
DE DEBUT
ADRESSE
DE FIN
A15 A14 A13 A12 A11 A10
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
CS
CS
U3
U5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
Circuit mémoire
U2
U5
U3
G BERTHOME
Adresse de début en HEXA
$0000
$4000
$8000
Adresse de fin en HEXA
$1FFF
$7FFF
$BFFF
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Q32) :
/2
D’après le schéma structurel de l’annexe CAN 4/15 on en déduit que
CCT=C3=2,2nF.
Pour déterminer la durés de reset tR du composant PCF1252-X il suffit de lire le
graphe de la documentation constructeur annexe CAN12/15 :
2,2ms
2,2nF
tR=2,2ms
Q33) :
VTRIP=4,25V (documentation constructeur PCF1252-X).
Voir feuille réponse CR6.
/2
Q34) :
/2
Voir feuille réponse CR6.
G BERTHOME
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Trancheur automatique
Q35) :
/3
RST1
RESET
0
0
1
1
POWF
0
1
0
1
D1
Passante
Passante
Bloquée
Bloquée
D2
Passante
Bloquée
Passante
Bloquée
RST1
0
0
0
1
RST
1
1
1
0
RST= RESET••/ POWF
On réalise une fonction NON ET.
Voir feuille réponse CR6.
Q36) :
/2+1
Voir feuille réponse CR6.
On réalise une initialisation de 2ms :
-à la mise sous tension,
-à la détection d’une chute de tension de l’alimentation.
Le fonctionnement est donc correct.
G BERTHOME
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Trancheur automatique
FEUILLE REPONSE CR6 :
QUESTION 35 :
RESET
0
0
1
1
POWF
0
1
0
1
RST
1
1
1
0
QUESTION 33, 34 et 36 :
ALIMENTATION
5V
4,25V
t(s)
POWF
5V
tR=2,2ms
tR=2,2ms
t(s)
RESET
5V
4,25V
t(s)
RST
5V
t(s)
G BERTHOME
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