Flipper

Transcription

Flipper

« FLIPPER » pour lieux publics
TWILIGHT ZONE
A1 : MISE EN SITUATION
L’objet technique étudié est un billard électrique pour lieux publics (salle de jeux, café...)
Couramment appelé « flipper », du nom du levier qui sert à renvoyer les billes vers le haut , il permet de
procurer un divertissement pour un joueur Il intervient dans le système représenté par le diagramme sagittal
suivant .
A
argent
EDF
énergie
commandes
U
GERANT
argent
A
SALLE DE JEUX
E
BILLARD
ELECTRIQUE
argent
A
informations T
tests
DEPANNEUR
A
JOUEUR
argent
lumière, sons,
S scores, tilt, partie gratuite
R
réparations
entretien
A2 : ORGANISATION FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE
Fonction d’usage : En fonction de l’adresse du joueur pour manoeuvrer les commandes du flipper , le
billard produit des sons et des éclairages en cumulant des points qui permettent, éventuellement, d’obtenir
une partie gratuite.
commandes
des boutons
Droit et Gauche
E1
JOUEUR
manifestant E2
l'
envie de se A
divertir
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
PERMETTRE
un DIVERTISSEMENT
Etude des Systèmes Techniques Industriels
Présentation
S1
sons
lumière,
scores,
partie gratuite
S2
JOUEUR
diverti
Page A :1 / 5
A3
A 3.1
MISE EN OEUVRE du JEU.
Description du billard électrique.
Flipper en vue partielle
Figure 1
Disposition des cartes électroniques
Figure 2
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Présentation
Page A :2 / 5
Plan de jeu supérieur
Figure 3
A 3.2
Plan de jeu inférieur
Figure 4 (vue de dessous de figure 3)
Utilisation ludique du billard électrique.
L’appareil étant sous tension, le joueur introduit une pièce de monnaie correspondant au tarif
indiqué pour le nombre de parties qu’il souhaite faire.
Il dispose alors d’un certain nombre de billes pour la partie.
La première bille monte. Il actionne le levier 18 (figure 1 page A2/5 ) pour l’envoyer dans la zone de
jeu. La bille déclenche sur son passage des dispositifs qui renvoient la bille, cumulent des points,
allument des lumières et produisent des sons....
Le joueur peut renvoyer la bille en actionnant les boutons latéraux (gauche et droit _ repère 4 figure
1 page A2/5) de commande de flippers.
On appelle « flipper » la partie mécanique en forme de « batte » qui est actionnée et percute la
bille. (Elle sert à la renvoyer vers le haut).
L’appareil dispose de 4 Flippers repérés 2, 47, 13 et 39 sur la figure 3.
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Présentation
Page A :3 / 5
A4 :
ETUDE FONCTIONNELLE DE 1° DEGRE.
A 4.1 : SCHEMA FONCTIONNEL DE 1° DEGRE.
Fins de course
4
/
des flippers
commande
manuelle
des flippers
E1
Bouton
Droit / Gauche
GESTION DES FLIPPERS
DETECTION
4
/
E2
FP1
F2 F6
F4 F8
B
PASSAGE
de la
BILLE
détection
optique
L4
Traitement
passage
Adaptation
en
PUISSANCE
F7
Haut Gauche
FLIPPERS
F1
Bas Droit
F3
Bas Gauche
FP3
L5
F5
Haut Droit
D[0-7]
proximité
FP4
2
/
2
/
2
/
2
/
FP2
L3
L1
L2
CONVERSION
B
autres
actionneurs
ACTION
sur la
FP6
FP5
BILLE
ENERGIE
= ENERGIE
MECANIQUE
ELECTRIQUE
FP7
CONVERSION
L6
ENERGIE
ELECTRIQUE
=
ENERGIE
ACOUSTIQUE
PARTIE OPERATIVE
S1
INFORMATION
SONORE
FP8
A
L7
Affichage
PARTIE COMMANDE
S2
INFORMATION
VISUELLE
O.T. : BILLARD ELECTRIQUE
La fonction FP6 est en relation avec toutes les autres fonctions car elle permet de fournir les tensions
d’alimentation nécessaires.
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Présentation
Page A :4 / 5
A 4.2 : INVENTAIRE des LIAISONS.
E1
E2
action manuelle sur le bouton Droit de commande de flipper
action manuelle sur le bouton Gauche de commande de flipper
F2,F6
F4,F8
Information logique de commande de flipper Droit ( Bas et Haut ).
Information logique de commande de flipper Gauche ( Bas et Haut ).
F1,F5
F3,F7
Information logique de fin de course de flipper Droit ( Bas et Haut ).
Information logique de fin de course de flipper Gauche ( Bas et Haut ).
L1
Informations logiques de commande des bobines (puissance et maintien) des flippers (Haut
et Bas, Droit et Gauche) .
L2
Informations logiques de commande des bobines des différents actionneurs.
L3
Informations logiques de gestion de commande des flippers.
B
Bille (Passage détecté de la bille ou Action sur celle-ci).
L4
Informations logiques de gestion de détection optique de la balle (passage ou proximité).
L5
Informations logiques de gestion de la puissance à fournir.
L6
Informations logiques de gestion de commande des sons.
L7
Informations logiques de gestion de l’affichage.
S1
Information sonore (bruitages, musique...).
S2
Information visuelle ( lumières, scores, messages..).
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Présentation
Page A :5 / 5
ETUDE DES
CONSTRUCTIONS
Partie B
Copies relevées à l’issue des 1h30 de composition
(Aucun document autorisé)
Composition du dossier:
Le dossier d’étude des constructions est centré uniquement sur l’étude du mécanisme de la
chaîne fonctionnelle d’entraînement du flipper 2. En plus d’une description du fonctionnement
de ce mécanisme, ce dossier est composé de quatre parties dont trois sont indépendantes et
peuvent donc être traitées dans n'
importe quel ordre. Toutefois une approche ordonnée permet
une approche plus aisée du problème.
La 3ème partie demandant une conclusion sur le choix de l’actionneur dépend des parties
précédentes.
Fonctionnement du système
(p1/10 et 2/10)
1ère partie: Etude cinématique
(p3/10)
2ème partie: Etude statique
(p4/10)
3ème partie: Etude énergétique
(p4/10 et 6/10)
4ème partie: Etude de construction
(p5/10)
feuilles réponses à rendre obligatoirement : pages 7/10, 8/10, 9/10, 10/10,
Objectif de l'étude mécanique: Le but de l'étude mécanique est la vérification des
caractéristiques de l'électroaimant associé au mécanisme 28 (voir fig.4 page A3/5 ) portant le
flipper 2 (voir fig. 3 page A3/5 )
Attention, le flipper repéré 2 sur le document constructeur de la page A3/5 portera le
repère 22 dans la suite de cette partie mécanique B.
I Fonctionnement du système (voir dessin d'
ensemble page 2/10)
On a représenté en page 2/10 le dessin d’ensemble du mécanisme étudié en vue de face et
→
→
vue de dessous. On définit par l’axe z , l’axe vertical de la vue de face et par l’axe x , l’axe
horizontal de la vue de face.
L'
alimentation de l'
électroaimant provoque la rentrée (en translation) de la tige 16. La tige 16 est
en liaison pivot d'
axe (A,z,→) avec la biellette 21 qui elle-même est en liaison pivot d'
axe (B,z,→)
avec la biellette 23 elle-même en liaison encastrement avec le flipper 22. Lors de son
déplacement 16 tire sur 21 qui déplace à son tour 23 entraînant la rotation du flipper 22 en liaison
pivot d’ axe (C,z,→) avec le support 1. Le rappel en position initiale est effectué par le ressort 15
accroché en E à la bielette 23..
Nomenclature
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Repère
Désignation
1
Support d'
assemblage du flipper
2
Rupteur bilames
7
Support de rupteur
11
Support arrière de l'
électroaimant
12
électroaimant 24 V.C.C.
13
Support avant de l'
électroaimant
15
Ressort de rappel
16
Axe de l'
électroaimant
17
Butée caoutchouc
18
Support axe flipper
21
Biellette
22
Flipper
23
Biellette
Etude des Constructions
Page B : 1/10
1
15
E
23
7
2
F
C
11
B
Câbles
alimentation
A
21
12
z
22
2 7 et 15
ne sont
pas représentés
18
17
x
23
21
Câbles
alimentation
16
FLIPPER ASSEMBLAGE
BAC S.T.I. Génie Electronique
13
Ech: 1
Page : B2/10
II Etude cinématique
Objectif: Déterminer la vitesse de translation nécessaire de l'axe de l'électroaimant
Hypothèses
- Le calcul s'
effectue au moment où la bille est en contact au point D avec le flipper 22
→
→
et V, D22/1 est dirigée suivant l’axe y,
- La position extrême droite de 16 correspond à l'
alignement des points C, B, A (notés C, B’, A’)
Données:
Vitesse de départ de la boule en D: VDboule/1 = VD22/1= 5,3 m/s
22 et 23 font partie du même ensemble cinématique (liaison encastrement ou fixe)
Le débattement angulaire de 22 doit être de 70°
22
D
C
y
23
B
A
21
16
x
Questions (répondre page 7/10 et 8/10)
II-1 Etude des trajectoires
II-11
Sur la figure 1 de la page 7/10, le mécanisme est dessiné en position électroaimant
alimenté. Tracer, sur cette figure, les trajectoires des points A, B et D dans leurs
mouvements par rapport au support 1 fixe, lorsqu’il y a mouvement de l’axe 16.
II-12
Sur cette figure en page 7/10, construire les points A’’, B’’ et D’’ correspondant aux
positions des points A, B et D lorsque l’électroaimant n’est plus alimenté.
II-13
En page 7/10, donner la valeur de la course de la tige 16 de l'électroaimant
II-2 Et ude des vitesses
→
On a représenté sur la figure 2 en page 7/10 V, D22/1, déterminez
→
graphiquement V, B23/1 sur cette figure
→
→
II-22
En page 8/10, comparez V, B23/1 et V, B21/1
justifiez
→
II-23
En page 8/10, indiquez la direction deV, A16/1 justifiez
→
→
II-24
En page 8/10, comparez V, A16/1 et V, A21/1
justifiez
→
II-25
En page 8/10 sur la figure 3, déterminez V, A21/1 par la méthode
d’équiprojectivité,
II-21
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 3/10
III
Etude statique
Objectif: Déterminer la résultante de l'action mécanique de 21/16 tige de l'électroaimant
Hypothèses
Les liaisons sont parfaites
Les poids propres des pièces sont négligeables devant les actions en présence
Le calcul s'
effectue au moment où la bille est en contact en D avec le flipper 22 et V,→D22/1
est dirigée suivant y,→
→
Le problème est ramené à un problème plan pour déterminer A, 16/21
→
En vue de déterminer A, 16/21, il faut faire le bilan des actions mécaniques exercées sur
l'
ensemble isolé S={biellette 21 + ensemble (22,23)}
Questions (répondre page 9/10)
III-1
Le mécanisme est dans la position de la figure 4 page 9/10. La bielette 21 étant
soumise à 2 actions mécaniques appliqués au point A et au point B, indiquer dans le tableau
→
de bilan en page 9/10 la propriété de la direction de la résultante A, 16/21.
III-2
A partir de la description du fonctionnement (page 1/10), le mécanisme étant dans la
position de la figure 4 page 9/10, compléter en page 9/10 le tableau de bilan des actions
mécaniques exercées sur l’ensemble isolé S au moment où la bille est en contact en D avec
le flipper 22.
IV Etude énergétique
Données
→ →
Le calcul de la puissance instantanée est donné par P =F, .V, =F.V.cos ψ avec ψ angle
→
entre les vecteurs F,
→
et V,
Le mécanisme étant dans la position de la figure 4 en page 9/10, on prendra
→
→
V, A16/1 =1,5 m/s et A, 21/16 =7,5N
IV-1
A l’aide de la nomenclature, de la valeur de la course de 16 trouvée au chapitre II-13
et de l’extrait de dossier technique page 6/10, indiquer en page 10/10 les références des
actionneurs dont le flipper pourrait être équipé.
IV-2
Calculez, en page 10/10, la puissance instantanée P à développer par
l'actionneur dans la position de la figure 4 en page 9/10.
IV-3
En considérant que cette puissance instantanée P correspond à la puissance moyenne à
développer par l'
actionneur, indiquer en page 10/10 la référence de l’actionneur dont le flipper
devra être équipé.
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 4/10
V Etude de construction (répondre page 10/10)
Objectif:
- Etablir une analyse critique de plusieurs liaisons fixes
- Choisir une solution répondant aux exigences du Cahier des charges fonctionnel
Extrait du cahier des charges fonctionnel
L'
assemblage du flipper 22 sur l'
axe de rotation devra:
- être démontable
- présenter un dispositif d'
indexage angulaire
- être réglable suivant sa position axiale
Solutions proposées
Vis de pression sur méplat
Collier fendu
22
22
Goupille
Collage
22
22
Vis en bout
Dentelure
22
22
V-1
Dans le tableau de la page 10/10, mettre une croix pour chaque solution, lorsque
le critère est rempli
V-2
Dans le tableau de la page 10/10, mettre une croix pour la solution répondant à
toutes les exigences du cahier des charges
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 5/10
Electro-aimants P.E.D.
Deux gammes d'électro-aimants de traction robustes
TENSION
PUISSANCE
BOBINE
BOBINE
Vmax/rapport cyclique
COURSE
Référence
Force à
10% 25% 50% 100% MAX. course 6mm U.D.V. commande
prix
prix
prix
24
25-49
50
TYPE STANDARD
1
12 V c.c.
10 W
38 V 24 V 17 V 12 V 18 mm
0.35 Kg
1
258-17959F
78,21
70,39 62,57
2
24 V c.c.
10 W
77 V 48 V 34 V 24 V 18 mm
0.35 Kg
1
258-17960G
80,42
72,38 64,34
3
24 V c.a.
10.5 VA 565 V 424 V 314 V 240 V 12 mm
0.3 Kg
1
258-17961D
81,88
73,69 65,50
4
240 V c.a.
0.4 Kg
1
258-17962A
93,62
84,26 74,90
15 VA
536 V 412 V 311 V 240 V 24 mm
TYPE GRAND
5
12 V c.c.
12 W
38 V 24 V 17 V 12 V 18 mm
0.6 Kg
1
258-17963J
109,87
98,88 87,90
6
24 V c.c.
12 W
77 V 48 V 34 V 24 V 18 mm
0.6 Kg
1
258-17964F
109,87
98,88 87,90
7
240 V c.a.
20 VA
585 V 406 V 312 V 240 V 18 mm
0.7 Kg
1
258-17965C
110,72
99,65 88,58
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 6/10
II Etude cinématique
II-11 Tracé des trajectoires des points A,B,D
et II-12 position des points A'
',B'
'
, D'
'
et II-13 Valeur de la course ci-après
D’
Ech 1,2:1
1
22
C
23
Course de 16 =
21
B’
A’
1
16
figure 1
→
II-21 Déterminer graphiquemet V, B23/1 : tracer sa direction, le construire et,donner sa norme
échelle 1cm
1 m/s
VD22/1
y
22
D
C
23
B
x
figure 2
A
21
16
→
V, B23/1
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
=
Page B : 7/10
II-22
→
→
Comparez V, B23/1 et V, B21/1
justifiez
Justification:
II-23
→
direction deV, A16/1:
Justification
II-24
→
→
Comparez V, A16/1 et V, A21/1
Justification
→
Redessinez V, B23/1 trouvé à la question II-21 à l’échelle 2 cm → 1 m/s
→
Par équiprojectivité déterminez V, A21/1 : tracer sa direction, puis donner ci-après son
intensité.
II-25
22
y
D
C
23
B
A
x
21
16
figure 3
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
→
V, A21/1
=
Page B : 8/10
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 9/10
III
Etude statique
E
22
y
D
C
23
B
α = 9°
x
figure 4
A
β = 70°
16
21
→
III-1 Propriété de la direction de la résultante A, 16/21
III-2 Bilan des actions mécaniques exercées sur l’ensemble S :
exercée
sur la
point
propriété de la direction
propriété du moment
par
pièce
d’application
de la résultante du torseur
résultant du torseur des
des actions mécaniques
actions mécaniques
16
21
A
composante suivant l’axe
des z nulle
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 10/10
IV Etude énergétique
IV-1
Référence des actionneurs dont le flipper
pourrait être équipé
IV-2
Puissance instantanée P à développer
P=
IV-3
Référence de l'
actionneur dont le flipper devra être doté
Réf. :
V Etude de construction
Solution
Question V-1
Solution
Solution
Solution
Solution
Solution
Démontable
indexable
angulairement
réglable
axialement
Question V-2
CHOIX
BAC S. T. I.
Génie
Electronique
Page B : 11/10
L’étude porte sur les fonctions FP1 et FP2 dont l’agencement est donné page A4/5.
NOTE aux élèves : A LIRE ATTENTIVEMENT
Pour tout le sujet :
Tension de seuil des diodes 1N4004 : Vd = 0.7 V.
Toutes les valeurs des résistances sont données en Ω.
Caractéristiques techniques du flipper : température de fonctionnement : min 0°C et MAX 40°C
Alimentation : 220 v - 50 Hz.
Réglages particuliers : Tarif et nombre de balles...
On entourera sur les feuilles réponses N°1, N°2, N°3 pages C11 /16, C12 /16, C13 /16, les
éléments relevés dans la documentation technique fournie et utilisés pour faire les calculs.
Les feuilles réponses N° 1 à 6 seront rendues même sans résultats consignés.
I-
ETUDE DE FP1
DETECTION
Schéma fonctionnel de 2 ° degré.
action
manuelle
mouvement
de pièce
mécanique
TRANSLATION
BOUTON DROIT
DETECTION
de PRESENCE
de PIECE MECANIQUE
BOUTON GAUCHE
signal
électrique
F2
F4
F6
F8
Fs1.1
Fs1.2
Représentation matérielle de FP1
Les capteurs optiques utilisés sont constitués d’un capteur à fourche et d’un mécanisme à
obstruction commandé par le bouton.
Ils sont composés d’une diode émettrice et d’un photo-transistor récepteur (principe des
optocoupleurs ).référence :TIL147 document technique dans le document réponse N° 1 page C 11/16
Informations
Informations
F2 (ou F8)
F2 (ou F8)
F4 (ou F6)
F4 (ou F6)
Bouton 4 au REPOS
schéma 1.1
Bouton 4 ACTIONNE
schéma 1.2
Le fonctionnement est le suivant :
Lorsque le bouton est au repos, une pièce mécanique solidaire du bouton de commande de flipper
vient obturer le faisceau lumineux émis par la led.
Lorsque le bouton est actionné, la pièce mécanique se déplace et permet au faisceau lumineux
d’atteindre le phototransistor . Le phototransistor fonctionne ici en commutation.
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Electronique
Page : C 1 / 16
Schéma structurel partiel
R46 = 10 kΩ
schéma 1.3
I-1
I-2
I-3
I-4
Quelle est la solution technologique pour interrompre le faisceau lumineux émis par la LED ?
D’après le schéma 1.1,lorsque le bouton n’est pas actionné, quel est l’état du phototransistor?
D’après le schéma 1.2, lorsque le bouton est actionné, quel est l’état du phototransistor ?
Citer la fonction réalisée par FP1.
On se propose de vérifier le fonctionnement en commutation du dispositif.
Le TIL147 est composé d’une diode éméttrice TIL 23 et d’un phototransistor TIL601.
Les caractéristiques de chacun d’eux sont fournies sur la feuille réponse N°1 page C 11 /16
et doivent être exploitées.
On souhaite un courant dans la diode d’environ 20mA .
I-5
I-6
I-7
I-8
I-9
I- 10
I - 11
I - 12
I - 13
Indiquer sur la courbe IF = f (VF), la valeur de VF que vous choisissez.
Calculer la valeur de la résistance RD .
Proposer le choix technologique de RD (valeur normalisée dans la série E12, tolérance,
puissance, technologie).
Série E12 : 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82
On considèrera que le courant Is = 0 µA.
Dessiner le schéma structurel simplifié lorsque le phototransistor est Bloqué.
Donner la valeur de la tension Vam .
Dessiner le schéma structurel simplifié lorsque le phototransistor est Saturé.
Donner alors la valeur de Vce et de Ic.
Donner la valeur de la tension Vam.
On prendra pour le coefficient de transfert la valeur minimale : Ic/IF = 0.2 .
L’entourer sur le document constructeur _feuille réponse N°1 page C11/16.
Justifier que le phototransistor peut être saturé.
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Electronique
Page : C 2 / 16
II
ETUDE DE FP2 : GESTION DES FLIPPERS.
Chaque flipper est actionné par 2 bobines. A chaque bobine est associée un contact de fin de course.
Les contacts sont nommés F1(bas droit), F5 (haut droit), F3 (bas gauche), F7 (haut gauche).
Lorsque la commande de flipper est active, le µP(FP5) envoie une information sur FP2 pour
commander le circuit de puissance afin d’obtenir un fort courant dans une des 2 bobines et donc un
déplacement rapide.
Le flipper étant en position haute, il n’est plus nécessaire de l’alimenter avec un fort courant. Le µP
détecte l’activation de la fin de course du flipper et envoie une information pour commander l’autre
bobine avec une puissance plus faible (courant de maintien).
On appellera Bobine de Maintien, celle qui est alimentée en faible puissance.
On appellera Bobine de Puissance, celle qui est alimentée en forte puissance.
Schéma fonctionnel de 2° degré :
Fins de
course de flipper
F1 F3 F5 F7 4
Détection
2
"optique"
F2
F6
Boutons
2
Droit / Gauche
F4 F8
commande
ACQUISITION
des
consignes
des
bobines
Fs21
8
Fs22
W1/
DIALOGUE
8
W4/
BLANK
FS23
Bus de
contrôle
vers FP5
Bus de
Données
D[0-7]
Les entrées de FP2 sont obtenues à partir de :
_ FP1 DETECTION.
Aux boutons de commande (droit ou gauche ) sont associés les contacts « optiques »
nommés F2 (bas droit), F6 (haut droit), F4 (bas gauche), F8 (haut gauche).
_ FP3 CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE en ENERGIE MECANIQUE.
Les contacts de fin de course sont nommés : F1(bas droit), F5 (haut droit), F3 (bas
gauche), F7 (haut gauche).
Rôle des fonctions secondaires :
_ Fs21 ACQUISITION des consignes.
Adapter la réponse du contact F1 à F8 à la fonction de dialogue.
_ Fs22 COMMANDE des bobines.
Fournir aux bobines la puissance necessaire pour actionner ou maintenir le « flipper ».
_ Fs23 DIALOGUE .
Echanger avec FP5 (Unité de Traitement), sur le bus de données D[0-7], les informations
correspondant à l’état des contacts ou à la commande des bobines selon les ordres du « bus
de contrôle ».
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
Electronique
Page : C 3 / 16
II - 1 ETUDE DE Fs21
ACQUISITION DES CONSIGNES
Les informations issues des fins de course des flippers (contact normalement ouvert) ou de FP1 sont
mises en forme par Fs21 pour être traitées par le µP (FP5).
La structure de base (acquisition de la commande F2 _bouton Droit _flipper Bas) est représentée par
le schéma structurel partiel suivant :
Vce sat max =0.4 v
schéma 2
La documentation technique est fournie sur la feuille réponse N°2 page C12/16.
II - 11 Identifier à l’aide de sa documentation ou du symbole normalisé, le type d’étage de sortie de
U4B ( LM339 ).
II - 12 En déduire le rôle de R42.
II - 13 Quelle est la valeur de la tension Ve-?
Hypothèses simplificatrices : Les 2 valeurs possibles pour Ve+ sont : Ve+ = 0 v ou Ve+ = 12 v.
II - 14 Dans les 2 cas de tension Ve+, indiquer l’état logique de la sortie EF2 de U4B.
Justifier la réponse.
Donner les valeurs numériques correspondantes de la tension Vef2.
II - 15 La tension Vef2 commande l’entrée de U5 (74HCT244). Schéma 4 page C9/16
Entourer, sur la documentation technique fournie page 12/16, les valeurs des tensions
comparées à la tension Vef2 et justifier la compatibilité des niveaux logiques.
II - 16 Calculer l’immunité aux bruits (ou marge de bruit) à l’état 0 et à l’état 1 de la liaison réalisée.
Bac S. T. I.
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Electronique
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Page : C 4 / 16
II - 2 ETUDE de Fs22
COMMANDE DES BOBINES
On se propose d’étudier la structure d’un circuit de commande de bobine en faible puissance avec
le schéma structurel partiel suivant (commande de SOL1 _bobine de Maintien du flipper Bas Droit) :
R0 = 10 kΩ
R19 = 56 Ω
R33 = 470 Ω
R34 = 1 kΩ
C2 = 100 µF
Q11 = TIP102
Q19 = 2N4403
schéma 3.1
II - 21 ETUDE de l’étage ALIMENTATION
schéma 3.2
La tension de seuil des diodes est Vd = 0.7 V.
La tension d’entrée Vac est délivrée par le secondaire d’un transformateur branché sur le secteur
EDF 220 V _ 50 Hz . On dispose d’une tension alternative(AC) d’amplitude 51.4 v (valeur maximale).
II - 211 Sur la feuille réponse N°4 page C 14/16, définir l’état des diodes Passantes(P) ou
Bloquées(B) pendant l’alternance positive de Vac?
Flécher le sens du courant dans tous les éléments traversés.
II - 212 Sur la feuille réponse N°4 page C 14/16, définir l’état des diodes Passantes(P) ou
Bloquées(B) pendant l’alternance négative de Vac.
Flécher le sens du courant dans tous les éléments traversés.
II - 213 Quelle est la valeur de la tension de crête disponible aux bornes du condensateur?
Lorsque la bobine SOL1 n’est pas alimentée, le courant de sortie Isol=0 µA.
II - 214 Calculer la constante de temps τ du circuit de décharge de C2?
II - 215 Comparer τ à la période du signal Vsol, Quelle est la conséquence pour Vsol ?
II - 216 Compléter ,sur le chronogramme de Vac = f(t), la tension Vsol en indiquant toutes les
valeurs caractéristiques (tension et temps).
Bac S. T. I.
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II - 22 ETUDE de l’étage COMMANDE DE BOBINE _FAIBLE PUISSANCE.
R0 = 10 kΩ
R19 = 56 Ω
R33 = 470 Ω
R34 = 1 kΩ
C2 = 100 µF
Q11 = TIP102
Q19 = 2N4403
schéma 3.3
schéma 3.4
Hypothèses simplificatrices
On considère que : _ la tension V smbd peut valoir 0 v ou 5 v .
_ les transistors Q19 et Q11 ne peuvent être que dans l’état Saturé ou Bloqué.
_ Vce sat = 0v pour les questions II - 221 à II - 225.
_ le dipôle BM correspondant à D7, R19, R11,Q11 est considéré comme passif
On se propose d’étudier le fonctionnement de Q19 en fonction de la tension de commande V smbd.
A partir du schéma 3.3 :
II - 221 Quel est le type du transistor Q19 ?
II - 222 V smbd = 0 v
Quel est l’état de Q19? Que vaut la tension Vbm?
II - 223 V smbd = 5 v
Quel est l’état de Q19? Que vaut la tension Vbm?
II - 224 Quel est le type du transistor Q11 ?
Le µP envoie un niveau bas en SMBD pour commander l’alimentation des bobines.
II - 225 Sur la feuille réponse N°4 page C 14/16, compléter le tableau, qui résume :
_ les valeurs des tensions Vsmbd, Vbm,
_ le fonctionnement des transistors Q19 et Q11, de la diode D7 et de la bobine SOL1.
(B = Bloqué, S = Saturé , P = Passante, A = Alimentée et NA = Non Alimentée )
On a considéré que les transistors travaillaient en commutation.
On va vérifier cette hypothèse pour Q19.
Les valeurs caractéristiques à prendre en considération sont :
Q19
I V ce sat I = 0.1 v
I Vbe I = 0.6 v
β min= 100
Q11
I V ce sat I = 0.8 v
I Vbe I = 1.2 v
β min = 1000
II - 226 Lorsque Q19 est saturé, calculer le courant de base Ib dans R33.
II - 227 Calculer le courant Ic dans R19 . Justifier que Q19 est bien saturé.
II - 228 Indiquer les conditions dans lesquelles la diode D18 est passante. Que peut entraîner son
absence?
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II - 23 ETUDE de l’étage COMMANDE DE BOBINE FORTE PUISSANCE.
On se propose d’étudier la structure d’un circuit de commande de bobine en forte puissance avec
le schéma structurel partiel suivant (commande de SOL0 _bobine de Puissance du flipper Bas Droit) :
R0 = 10 kΩ
R20 = 56 Ω
R35 = 470 Ω
R36 = 1 kΩ
C2 = 100 µF , 50V
schéma 3.5
La différence avec le schéma 3.1 consiste en l’ajout de Q4 et R4.
On se propose de résumer le fonctionnement de Q4 et SOL0 en fonction de Q12.
II 231 Compléter la feuille réponse N° 4 page C 14/16 en précisant :
B = Bloqué, S = Saturé , A = Alimentée et NA =Non Alimentée :
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II - 3 ETUDE DE Fs23
DIALOGUE.
Schéma fonctionnel.
vers Fs23
INFORMATIONS ISSUES
de Fs21EF1
EF2
EF3
EF4
EF5
EF6
EF7
EF8
ACQUISITION
de l'ETAT
MEMORISATION
des
des CAPTEURS
COMMANDES
W1/
W4 /
SABD
SMBD
SABG
SMBG
SAHD
SMHD
SAHG
SMHG
SOL
AIGUILLAGE E/S
D[0-7]
CONTRÔLE
BLANK
INFORMATIONS ISSUES
BUS DE DONNEES
de FP5
AIGUILLAGE
Fonction : Décode les ordres envoyés par le µP (FP5) et oriente les échanges sur le bus
de données D[0-7].
Entrées : Commandes issues de FP5 (bus de contrôle).
Sorties : Signal de validation d’entrée de données (lecture) W1/.
Signal de validation de sortie de données (écriture) W4/.
ACQUISITION de l’ETAT des CAPTEURS
Fonction : Amplifie les signaux issus de FP1 et FP3.
Entrées : Signal de validation d’entrée de données (lecture) W1/.
Données, mises en forme, issues des contacts F1 à F8.
Sortie : Mot binaire sur le bus de données correspondant à l’état des contacts F1 à F8.
MEMORISATION des COMMANDES
Fonction : Mémorise la commande de bobine envoyée par le µP.
Entrées : Signaux de validation de sortie de données (écriture) W4/ et SOL.
Mot binaire sur le bus de données correspondant à l’état de commande des bobines.
Sortie : Mot binaire correspondant à l’état de commande des bobines.
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Schéma structurel partiel
schéma 4
Le µP de la carte CPU envoie des informations logiques qui permettent d’acquérir l’état des contacts
(F1 à F8) vers le bus de données D[0-7] par l’intermédiaire de U5 (74HCT244).
U2 (74HCT374) mémorise les commandes de bobine présentes sur le bus de données D[0-7]
lorsque le µP de la carte CPU envoie des informations logiques adéquates.
U3 (74HCT138) permet de sélectionner une de ces 2 fonctions.
II - 31 Quel est le type de sortie de U5 (74HCT244) d’après le symbole normalisé ou la
documentation technique (feuille réponse N°3 page C13/16)?
II - 32 Justifier le choix de ce type de sortie en donnant des explications en relation avec le
fonctionnement décrit.
Etude de l’aiguillage qui autorise la lecture des informations sur le bus de données.
II - 33 Quel est l’état actif de la commande W1/ ?
II - 34 Quelle est la sortie de U3 (74 HCT138) qui doit être active ?
II - 35 Sur le tableau de la feuille réponse N° 5 page C15/16, indiquer le niveau logique des
informations qui permettent de valider cette sortie.
II - 36 Ecrire l’équation de W1/ en fonction de R/W, CA0, CA1, CA2, CA3, CA4, WDEN.
Etude de l’aiguillage qui autorise l’écriture des informations sur le bus de données.
II - 37 Ecrire l’équation de W4/ en fonction de R/W, CA0, CA1, CA2, CA3, CA4, WDEN.
II - 38 U2 (74HCT374) réalise la mémorisation de la commande des bobines.
Quelles conditions sont nécessaires pour un transfert des données de commande de D[0-7]
vers SABD à SMHG ?
II - 39 Sur la feuille réponse N° 5 page C15/16, compléter les chronogrammes pour W1/ et W4/.
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III -
SYNTHESE de FONCTIONNEMENT
On peut représenter le bus de données D[0-7] avec l’attribution des informations d’entrée et de sortie.
Soit le tableau suivant:
Bus
Entrée
µP
D7
F8
appui
Gauche
Sortie Maintien
µP
Haut
Cde
Gauche
Bobine
D6
F7
fin de
course
Haut
Gauche
Puissance
Haut
Gauche
D5
F6
appui
Droit
Maintien
Haut
Droit
D4
F5
fin de
course
Haut
Droit
Puissance
Haut
Droit
D3
F4
appui
Gauche
D2
F3
fin de
course Bas
Gauche
Maintien
Bas
Gauche
Puissance
Bas
Gauche
D1
F2
appui
Droit
D0
F1
fin de
course
Bas
Droit
Maintien Puissance
Bas
Bas
Droit
Droit
L’appui sur le bouton latéral Droit provoque la commande des flippers Droits Haut et Bas
Les faisceaux lumineux des optocoupleurs correspondants aux informations F2 et F6 sont libérés et
permettent de saturer les phototransistors. Le niveau logique associé est 0.
Sur le bus de données, les lignes correspondant à F2 (D1) et F6 (D5) passent à 0.
Les autres contacts étant inactifs, lorsque le µP valide la lecture des informations présentes sur le bus
de données, le mot transmis est :
(D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0)
11011101
soit $DD
appui sur le bouton Droit
Le µP écrit sur le bus de données la commande des bobines correspondantes. Soit :
commande en puissance
11101110
soit $EE
Lorsque les fins de course réagissent, les contacts associés (F1 et F5) provoquent un niveau 0 sur
les lignes correspondantes (D0 et D4).
Au cours d’une scrutation de lecture , le µP détecte :
11001100
soit $ CC
fin de course actives sur les 2 flippers
Le µP écrit sur le bus la commande des bobines correspondantes; soit :
11011101
soit $DD
commande de maintien
Dès que cesse l’appui sur le bouton de commande Droit, le µP peut lire la valeur
11111111
soit $FF
aucune commande active
Le µP peut valider la désactivation des bobines . Il écrit sur le bus
11111111
soit $FF
aucune action sur les bobines. REPOS
L’appui sur le bouton latéral Gauche provoque la commande des flippers Gauches Haut et Bas.
On se propose d’étudier les mots disponibles sur le bus selon que le µP lit ou écrit lors de
différentes phases du jeu.
III - 1
Compléter le tableau sur la feuille réponse N° 6 page C 16/16.
On prendra :
III - 2
R /W= 1
R/W = 0
lecture du bus
écriture sur le bus.
On dispose d’un bus de données bidirectionnel dont la représentation est donnée ci-dessous:
High- Z
Données sur D[0-7] stables
Haute Impédance
High- Z
High- Z
Changement de valeur
Compléter le chronogramme (sur la feuille réponse N° 6 page C 16/16 ) pour mettre en
évidence la date de mémorisation de l’information de commande des bobines et la valeur de
celle-ci.
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FEUILLE REPONSE N°1Erreur ! Document principal seulement.
à remettre avec la copie même sans résultats consignés.
IETUDE DE FP1
DETECTION DE COMMANDE
Documentation technique du TIL 147
II ETUDE DE Fs21
ACQUISITION DES CONSIGNES
Documentation technique du LM339
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Réponse aux questions II - 11 , II - 14 , II - 15 et II - 16 page C4/16.
Schematic and connection diagrams
symbol (each comparator)
Documentation sur 74HCT138, 74HCT374, 74HCT244.
Réponse aux questions : II – 31, II – 33 , II – 34 , II – 38 page C4/16.
Bac S. T. I.
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Electronique
Page : C 12 / 16
Types SN54HCT138, SN74HCT138
3 – LINE TO 8 – LINE DECODERS/DEMULTIPLEXERS
Bac S. T. I.
Génie
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Page : C 13 / 16
II - 2
ETUDE DE Fs22 COMMANDE DE BOBINES
II - 21 ETUDEde l’étage
ALIMENTATION
Réponse à la question II - 211 page C5/16.
V ac
alternance positive
D1
D2
D3
D4
alternance négative
alternance positive
alternance négative
Vsol Vac
Umax
0V
t
-Umax
II - 22
ETUDE de l’étage
COMMANDE DE BOBINE - FAIBLE PUISSANCE.
Réponse à la question II - 225
page C6/16.
B = Bloqué, S = Saturé , A = Alimentée et NA = Non Alimentée :
Q19
V bm
D7
V smbd
0V
5V
II - 23
ETUDEde l’étage
Q11
SOL1
COMMANDE DE BOBINE - FORTE PUISSANCE.
Q12
Bloqué
Saturé
Bac S. T. I.
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Electronique
Q4
SOL0
Page : C 14 / 16
II - 3
ETUDE DE Fs23
DIALOGUE
R/W
CA0
CA1
CA2
CA3
CA4
WDEN
CA01
t
0
CA11
t
0
CA21
t
0
CA31
0
t
CA41
t
0
1
R/W
0
t
1
WDEN
t
0
1
W1/
t
0
1
W4/
0
Bac S. T. I.
Génie
Electronique
t
Electronique
Page : C 15 / 16
Réponse à la question III - 1 page C10/16.
Séquence d’évènements.
boutons Gauche et Droit enfoncés
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
R/W
MOT en HEXA
bobines actionnées
Fin de course Haut Gauche atteinte
Fin de course Bas Gauche atteinte
bobines actionnées
boutons Droit relaché,Gauche enfoncé
Fins de course Haut & Bas Gauche
atteintes
bobines actionnées
boutons Gauche et Droit relachés
bobines actionnées
Réponse à la question III - 2 page C10/16.
Adresse
$13
$14
$15
t
D[0-7]
$DD
t
R/W
t
BLANK
t
W DEN
t
SABD
à
SMHG
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Génie
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t
Electronique
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Flipper

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