TEXTE des devoirs de synthèse

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CENTRE NATIONAL D’ENSEIGNEMENT À DISTANCE
INSTITUT DE VANVES
GÉNIE ÉLECTRIQUE OPTION ELECTRONIQUE
TEXTE des devoirs de synthèse
AVERTISSEMENT
Au cours des devoirs autocorrectifs proposés à partir du dossier perche,
l’auditeur de C.N.E.D. a abordé l’étude de différentes structures.
Ces deux devoirs à envoyer à la correction doivent permettre à l’auditeur,
•
de faire une synthèse des notions abordés lors de l’étude des devoirs
autocorrectifs,
•
d’analyser son aptitude à réaliser un travail écrit en temps limité dans
des conditions similaires à celles du concours (sans document hormis
ceux imposés par le sujet).
•
de s’entraîner sur un sujet qui abordent des notions variées de manière
similaire à d’un sujet de concours.
L’aptitude à rédiger des réponses précises et concises en temps limité est très
importante pour l’entraînement aux épreuves écrites.
DANS UN PREMIER TEMPS, IL EST IMPÉRATIF D’ÉTUDIER
L’ENSEMBLE DES DEVOIRS AUTOCORRECTIFS 1 À 5.
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CONSIGNES pour les deux devoirs
Il est demandé à l’auditeur de prendre UNIQUEMENT les documents
suivants,
• le document support de la perche Pirée,
•
les dossier de documentation constructeur T1 et T2 associée à la
perche Pirée,
•
le présent dossier qui comprend le texte des devoirs à envoyer à la
correction. Les schémas structurels sont fournis dans le
document support. Ils ont été également reproduit du texte des
devoirs.
Suivant le temps dont il dispose l’auditeur pourra,
• soit faire les deux devoirs proposés d’affilée sur une durée de 8 heures
ce qui correspond à un entraînement d’un sujet complet du concours.
•
soit faire chaque devoir séparément sur une durée de 4 heures chacun.
L’auditeur indiquera sur sa copie la stratégie choisie.
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TEXTE du devoir 1
Suivre les consignes données en avertissement aux pages 1 et 2.
1 ETUDE DU FONCTIONNEMENT DE L’OBJET TECHNIQUE
La « perche PIREE » est destinée à mesurer le débit d’une rivière.
Cette partie du questionnaire concerne
fonctionnelle du système et de l’objet technique.
essentiellement
la
description
1.1 ANALYSE DE LA MESURE DU DÉBIT
2 Travail demandé
Q 1) On considère un section élémentaire de la rivière de section dS situé à une
profondeur z. On note V(z) la vitesse de l’eau. Donner l’expression de la
relation liant le débit dDz traversant cette section et la vitesse de l’eau.
Q 2) On considère un tronçon vertical de rivière de section rectangulaire de
largueur Ln et de profondeur Pn situé à une abscisse xn. Sachant que la
vitesse de l’eau varie seulement avec la profondeur z, donner l’expression
de DSu le débit pour cette section en fonction de la vitesse Vn(z) de l’eau.
En déduire que DSu est égal au produit de la largueur Ln avec la valeur
moyenne de l’eau sur une verticale. Proposer une expression pour le débit
total du cours d’eau.
1.2 MESURE DE LA VITESSE DE L’EAU
Q 3) A partir de la description fonctionnelle fournie dans le document support,
donner la relation entre la vitesse moyenne de l’eau, la durée de la
remontée du moulinet et le nombre de tours de l’hélice du moulinet.
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Q 4) On considère la fiche de jaugeage définie ci-dessous. Le nombre d’octets
pour stocker l’en tête de la fiche est de 111. Calculer le nombre d’octets
nécessaires pour stocker la fiche de mesure.
FICHE N° 046 DE JAUGEAGE PAR
INTEGRATION
COURS D’EAU ----- Hers
Abscisses
Profondeur
Nbre Tours
Temps
(m)
(m)
hélice
sec
0,40
0,53
32
57,8
0,90
0,62
36
67,8
1,90
0,61
26
66,6
2,90
0,68
14
42,2
3,50
0,71
15
47,2
3,90
0,77
15
45,2
4,40
0,67
8
41,6
4,90
0,30
6
37,2
LIEU ------------------- Saint Orens
0,20
DATE ------------------ 20/04/84
N° POINT ------------MOULINET ----------- NERPIC
HELICE --------------- NEYRFLUX 01
Début du Jaugeage
------------------------- Heure
09/15
------------------------- Côte échelle
Fin du Jaugeage
------------------------- Heure
10/05
------------------------- Côte échelle
Observations :
5,10
(état de l’échelle, météo ....)
Abscisses min. 0,20 m -----------------------------Abscisses max. 5,10 m ---------------------------------------------------------------------------------------------------
Noms des jaugeurs
Mathieu NICOLAS-----------------Luc PIERRE--------------------------
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1.3 ANALYSE DU TRANSFERT DES FICHES DE MESURE
Cette partie concerne la fonction FP3 « transfert des fiches »
Q 5) Quel est le type de liaison utilisée entre la perche Pirée et l’ordinateur pour
le transfert des fiches de mesure.
Q 6) Quels sont les composants mis en jeu au niveau de la perche Pirée lors du
transfert des fiches vers l’ordinateur compatible ?
Q 7) Préciser les fonctionnalités principales offertes par l’interface SCI du
68HC11.
Q 8) La vitesse de transmission est 1200 bits/s. Indiquer quels sont le ou les
registres du 68HC11 à initialiser pour obtenir ce mode de fonctionnement et
les valeurs à y placer.
Q 9) La gestion des échanges de données peut se faire avec différents
protocoles. Expliquer pourquoi il nécessaire de contrôler le flux lors de la
transmission.
Q 10) Il est prévu dans le cahier des charges le mode DTR ou XON/XOFF.
Préciser la différence essentielle entre ces deux modes.
Q 11) Expliciter le mode de gestion du flux de données dans le cas du protocole
XON, XOFF ?
Le tableau ci dessous donne un inventaire
éventuellement disponibles pour liaison RS232.
différentes
DB9
Nom
Description
Sens
3
TxD
Emission de donnée
Sortie
2
RxD
Réception de donnée
Entrée
7
RTS
Demande pour émettre
Sortie
8
CTS
Prêt à émettre
Entrée
6
DSR
Poste de données prêt
Entrée
5
0V
Masse
1
DCD
Détection de porteuse
Entrée
4
DTR
Equipement terminal de données prêt
Sortie
Drapeau de sonnerie
Entrée
RI
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de
broches
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Q 12) Donner le schéma des connexions minimales à réaliser pour obtenir un
branchement correct entre la prise de la perche Pirée et celle de
l’ordinateur dans le cas d’un contrôle de flux de type XON/XOFF.
Une fiche de mesure est en cours de transmission, une variable CHRONO va
être transmise. Elle correspond à une durée de remontée est de 37,2 s. La vitesse de
transmission est de 1200bit/s. Le transfert se fait sans parité.
Q 13) Définir la valeur en Hexadécimal de la variable CHRONO correspondant à
la durée de remontée de 37,2s.
Q 14) Définir le chronogramme du signal disponible sur la ligne TXD du 68HC11,
lors de la transmission de la variable CHRONO.
Q 15) Définir le chronogramme du signal disponible sur la ligne TXD du
connecteur de la perche Pirée, lors de la transmission de la variable
CHRONO.
2 ETUDE DE LA COMMANDE DU MOTEUR
Cette série de questions concernent les schémas structurels carte moteur, les
schémas de connexions des différentes cartes, la documentation constructeur des
composants associés ainsi que celle du moteur ESCAP 28D11 219P.
Q 16) Montrer que le schéma d’alimentation du moteur est un pont en « H ».
Le pont en « H » est alimenté sous une tension de 24 V. La constante de temps
mécanique est supérieure à 500 ms.
Q 17) Le moteur est à l’arrêt, le courant initial dans le moteur est nul, le pont en
« H » est alimenté sous une tension de 24 V. Tracer le chronogramme du
courant circulant dans le moteur pour T compris entre 0 et 10ms en
supposant que le pont en H reste toujours dans le même état de
fonctionnement (ce sont toujours les deux mêmes transistors qui sont
commandés, il n’y a pas de commutation).
Q 18) Quels sont les avantages de la solution retenue pour la commande du
moteur ? (commande en courant).
On se place en régime établi, la vitesse de rotation est constante. Le point A est
situé au repère CO2_B1 entre la diode D600 et l’inductance L1. Le point B est situé au
repère CO2_M1 entre le moteur et la diode D602. Le courant IAB correspond au
courant sortant de la carte moteur (broche CO2_B1). Une mesure du courant IAB et de
la tension VAB a conduit aux relevés donnés ci dessous.
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On rappelle qu’un courant IAB positif crée un couple moteur qui entraîne le
moulinet dans le sens de la montée. On néglige les tensions de déchets des
transistors et des diodes.
to
t1
Figure 1. Chronogramme du courant dans le moteur et de la tension
VAB fournie par le pont en H en régime établi avec une vitesse
constante.
Q 19) Commenter la forme des chronogrammes obtenus
Q 20) Calculer la valeur du couple moteur moyen.
Q 21) Calculer la valeur de la vitesse de rotation du moteur en tr/mn
Q 22) Préciser le mode de fonctionnement moyen sur une période du moteur
(générateur, récepteur), ainsi que le mode de fonctionnement mécanique
(montée, descente, ….).
Q 23) Indiquer quels sont les composants actifs qui conduisent, lorsque VAB est
négatif (phase de fonctionnement entre les dates t0 et t1). De même,
indiquer quels sont les composants actifs qui conduisent, lorsque VAB est
positif.
Q 24) On se place dans les conditions d’ondulation de courant les plus
défavorables. Déterminer l’expression de l’ondulation du courant dans le
moteur en fonction de la tension d’alimentation Vs, la période de
découpage T et L l’inductance totale de la charge du hacheur. Calculer la
valeur numérique correspondante.
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Q 25) Le pont en H est réalisé à partir de transistors bipolaires. Quelle autre
technologie de transistor aurait –on pu utiliser? Indiquer alors le critère de
choix ? Quels sont les avantages et les inconvénients par rapport au choix
des transistors bipolaires ?
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TEXTE du devoir N°2
Suivre les consignes données en avertissement aux pages 1 et 2.
3 ETUDE DE L’ASSERVISSEMENT DE COURANT.
3.1 ETUDE DU CAPTAGE DU COURANT
Q 1) La tension moyenne V3,14 entre les broches 3 et 14 du circuit intégré L292
vaut 0,1 V, donner la valeur du courant moyen dans le moteur.
Q 2) Expliciter les critères de choix des composants résistifs R608 et R609.
Q 3) Calculer la valeur maximale admissible pour R606+R607 en négligeant les
tensions de déchets sur l’alimentation de « current sense amplifier »
interne au circuit L292. Comparer aux données de la documentation
constructeur.
Q 4) Donner les critères de choix des composants R606, R607 et C607
(composants entre les broches 7 et 5 du circuit intégré L292).
3.2 ETUDE DE LA BOUCLE D’ASSERVISSEMENT
E'(p)
∆VTH(p)=(VTH-VR)(p)
Vic(p)
2E
+-
Zc
Rs
R4(1+Rf.Cf.p)
VR
Vmoy(p)
Im(p)
+
-
Im(p)
Figure 2. Schéma bloc de l’asservissement de courant
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Q 5) Zc représente l’impédance entre les broches 9 et 7 du circuit intégré L292.
Définir les grandeurs intervenant sur le premier comparateur. Déterminer la
fonction de transfert H1(p) du premier bloc.
Le point A est situé au repère CO2_B1 entre la diode D600 et l’inductance L1.
Le point B est situé au repère CO2_M1 entre le moteur et la diode D602. Le courant Im
correspond au courant sortant de la carte moteur (broche CO2_B1). La tension Vmoy
correspond à la valeur moyenne de VAB sur une durée de 37 s.
Q 6) Déterminer (en la justifiant) la fonction de transfert H2(p) du dernier bloc
apparaissant sur le schéma de la Figure 2.
Q 7) Dans la documentation constructeur, le circuit L292 est qualifié par la
phrase suivante : « The L292 is a monolithic power IC which functions
effectively as a power transconductance amplifier » justifier cette
description. On suppose que la tension de commande Vic a des variations
lentes. Pour une bande de fréquence (0, 500Hz), proposer en la justifiant
une expression simple pour la fonction de transfert en boucle fermée
Im/Vic.
4 MESURE DU DÉPLACEMENT DU MOULINET
4.1 REPÉRAGE DES ÉLEMENTS
Q 8) Préciser quels sont les éléments de structure mis en jeu pour l’ensemble de
la mesure de la vitesse de remontée du moulinet d’une part et de sa
position (profondeur) d’autre part.
4.2 ETUDE DU CAPTEUR OPTIQUE
Le codeur est de type incrémental ESCAP BP120. Le déplacement vertical du
moulinet est de 0,848 mm par tour.
4.2.1 ANALYSE DU CODEUR
Q 9) Exprimer la fréquence des signaux U1 et U2 en sortie du codeur optique en
fonction de la vitesse de rotation du moteur en tr/mn.
Q 10) Exprimer la fréquence des signaux en sortie du codeur optique en
fonction de la vitesse de remontée du moulinet.
Q 11) La vitesse de remontée est de 14,1 mm/s. Représenter les chronogrammes
théoriques des signaux U1 et U2 en sortie du capteur optique et montrer en
vous appuyant sur la documentation constructeur que ces signaux
peuvent être considérés en quadrature. On supposera que le captage est
idéal (temps de montée, de descente et de délai nuls) et qu’à t=0, la sortie
U1 du codeur passe à l’état haut.
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4.2.2 EVALUATION DE L’INFLUENCE DES TEMPS D’OCCULTATION SUR LES TEMPS DE
COMMUTATION ET DES DÉFAUTS DU CAPTEUR.
Q 12) Quelle est la valeur minimale de Decl la durée d’éclairement minimale de la
fenêtre sensible du capteur dans l’application étudée?
Q 13) Comparer cette durée aux durées de commutation du signal U1.
Q 14) Donner la valeur des temps de montée et de descente du signal U1. De
quels paramètres dépendent-ils ?
Q 15) Justifier le choix du codeur utilisé.
4.2.3 ANALYSE DU COUPLAGE DE L’OPTOCOUPLEUR
Q 16) Calculer l’intensité du courant dans la photodiode.
Q 17) La tension de saturation VCE du phototransistor est évaluée à 0,4 V.
Déterminer les valeurs maximales et minimales de la différence de
potentiel U1.
4.3 MESURE DE VITESSE ET DE POSITION DU MOULINET
4.3.1 ANALYSE DES RELATIONS
Q 18) Déterminer la relation entre la vitesse de rotation du moteur en tr/mn, la
variable logicielle NVM représentative de la vitesse du moteur et Fe la
fréquence d’échantillonnage.
Q 19) La fréquence d’échantillonnage Fe est égale à 141 Hz, déterminer la valeur
que devra prendre la grandeur de consigne NVC, si l’opérateur souhaite
une vitesse de remontée de 20 mm/s.
4.3.2 MODIFICATION DE LA STRUCTURE EXISTANTE
Q 20) On veut modifier la structure existante pour fournir directement un état
logique représentatif du sens de rotation à partir de signaux U1 et U2
fournis par le codeur. Proposer un schéma structurel à base d’opérateurs
et de bascules de la logique câblée.
Q 21) Proposer un schéma structurel à base d’opérateurs de la logique câblée
permettant d’augmenter la résolution du codeur.
5 ANALYSE DE LA CARTE MICROPROCESSEUR
5.1 ETUDE GÉNÉRALE
Q 22) Quelle est la particularité du bus d’adresse du microcontrolleur 68HC11.
Quel est l’espace adressable ?
Q 23) Repérer les broches du circuit PAL 16V8 en indiquant ceux qui sont
configurés en entrée et ceux qui sont configurés en sortie.
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Q 24) Quelle est l’organisation du PAL 16V8 ?
Q 25) On considère la macro cellule de la Figure 3. Quelle est l’équation logique
liant la sortie S, et les entrées A et B ?
Figure 3. Schéma d’inter-connexion d’une macro-cellule
Q 26) On considère une macro cellule de sortie. Indiquer la condition sur SG0,
SG1 et SL0x pour que la sortie Ox de la macro cellule de sortie soit active à
l’état bas.
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Figure 4. Schéma d’une macro-cellule de sortie.
5.2 DÉCODAGE D’ADRESSE
On dispose des équations logiques suivantes.
csaff=/a15*/a14*/a13*/a10*/a9*a8*E
basc=/a15*/a14*/a13*/a10*a9*/a8*E
time=/a15*/a14*/a13*/a10*a9*a8*E
csclav=/a15*/a14*/a13*/a10*/a9*/a8*E
ram=(/a15*/a14*a13*E)+(/a15*a14*E)
rramck=(/a15*/a14*a13*E*/r_w)+(/a15*a14*E*/r_w)
wramck=(/a15*/a14*a13*E*r_w)+(/a15*a14*E*r_w)
eprom=a15*E
Q 27) Définir le domaine des adresses (valeurs hexadécimales) qui permettent
de sélectionner les mémoires et les composants périphériques. Compléter
le tableau récapitulatif ci dessous.
Composant
ram 68HC11
clavier
afficheur
CAN L291
RAM
EPROM
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Type
Domaine d’adresse utilisé
Adresse la plus
Adresse la plus
haute
basse
Domaine d’adresse nécessaire
Adresse la plus
Adresse la plus
haute
basse