le schéma de la carte principale.
Pour une fois le coeur du montage ne sera pas un 80C32 mais un simple 80C31, comme on peut le voir sur le schéma de la carte principale. Cela ne devrait pas vous gêner puisque le 80C31 est légèrement moins cher que le 80C32. Quoiqu'il en soit, si vous rencontrez des difficultés d'approvisionnement utilisez quand même un 80C32, mais vous payerez plus cher pour rien.
Le microcontrôleur nécessite une EPROM et une RAM externe pour notre application. Les deux circuits U3 et U4 seront donc raccordés aux bus du microcontrôleur en passant par l'habituel latch qui capture le poids faible du bus des adresses (U1). Vous noterez que l'ordre de connexion des signaux est désordonné pour permettre de dessiner le circuit imprimé en simple face. En contrepartie, le contenu de l'EPROM doit être programmé
Circuit imprimé
avec un fichier traité de façon adéquate. En ce qui concerne les opérations demandées à la RAM il n'y a pas besoin de s'inquiéter car le microcontrôleur écrira et lira dans le même désordre. Le microcontrôleur ne se rendra compte de rien.
Pour le reste, la mise en oeuvre du microcontrôleur est tout à fait classique. L'oscillateur interne du circuit U2 est mis en oeuvre grâce à QZ1 et aux condensateurs associés. La remise à zéro du microcontrôleur est confiée à une simple cellule RC constituée de C3 et R2. Pour notre application, cette solution suffit amplement. Le connecteur JP1 permettra de court-circuiter le condensateur C3, pour provoquer une remise à zéro manuellement. Notez que la broche -EA du microcontrôleur est portée en permanence à la masse pour permettre d'utiliser le programme externe situé dans l'EPROM U4.
La logique de synchronisation
Le port P1 du microcontrôleur sera utilisé en entrée pour capturer les signaux à analyser tandis que l'entrée -INT0 sera utilisée pour déclencher l'acquisition par des signaux de contrôle. La logique de synchronisation retenue est en fait d'une logique relativement sommaire, mais qui permet néanmoins de s'adapter facilement aux cas de figure les plus répandus. Les signaux issus de JP3 sont traités en deux groupes. Les entrées 1 à 4 sont combinées de façon à produire une fonction ET à quatre entrées, tandis que les entrées 5 à 8 sont combinées de façon à produire une fonction OU à quatre entrées. Le bloc d'interrupteurs S2 permet de maintenir au niveau approprié les entrées de synchronisation qui ne seront pas utilisées. Il ne faudra cependant pas oublier d'ouvrir les interrupteurs correspondant aux entrées utilisées, sous peine de court-circuiter les signaux à traiter. L'interrupteur (ou le strap) S1 permet de choisir la fonction retenue tandis que l'interrupteur S3 permet de choisir la polarité du signal de synchronisation. Le signal de synchronisation étant reliée à l'entrée -INT0 du microcontrôleur, le signal sera actif à l'état bas. Si vous ne souhaitez par utiliser les entrées de synchronisation, vous aurez la possibilité de démarrer l'acquisition manuellement à l'aide des boutons poussoirs.
le schéma de cette carte principale
Le connecteur CN2 de la carte principale distribue des signaux issus directement du microcontrôleur, pour piloter la carte d'affichage et les boutons poussoirs. Sur le schéma de cette carte principale, l'utilisation du circuit SAA1064 arrange bien nos affaires pour piloter les afficheurs 7 segments. En effet, ce circuit intègre toute la logique nécessaire pour piloter quatre afficheurs à anode commune, et il dispose même d'un circuit de multiplexage. De plus, le circuit intègre des sources de courant pilotées par logiciel, qui permettent de se passer totalement des habituelles résistances de limitation de courant. Même les transistors associés au circuit de multiplexage n'ont pas besoin de résistance dans le circuit base-émetteur !
Le condensateur C1 permet de mettre en oeuvre l'oscillateur interne du circuit U1. L'entrée ADR du circuit U1 permet de définir son adresse logicielle de réponse sur le bus I2C utilisé pour communiquer avec le microcontrôleur. Le bus I2C est constitué seulement des deux signaux SDA et SCL. La simplicité de la couche physique de ce bus explique en grande partie qu'il soit autant utilisé pour raccorder des sous-ensembles à un microcontrôleur (dans les téléviseurs par exemple). Par contre, notre microcontrôleur n'intègre pas la logique nécessaire pour gérer automatiquement le protocole du bus I2C, mais il dispose déjà des sorties à collecteur ouvert nécessaires. Alors, il ne reste plus qu'à simuler le protocole par logiciel. Le programme contenu dans l'EPROM U4 se chargera de tout, sans que vous ne vous en rendiez compte.
Enfin, précisons que le montage sera alimenté par une tension de 9 à 12VDC qui n'a pas besoin d'être stabilisée. Vous pourrez utiliser un bloc d'alimentation d'appoint pour calculatrice capable de fournir 300mA sous 12VDC. Ajoutons que la diode D1 permet de protéger le montage en cas d'inversion des polarités au niveau du connecteur d'alimentation CN1. On n'est jamais trop prudent.
Réalisation
La réalisation du montage nécessite deux circuits imprimés de dimensions raisonnables. Les pastilles seront percées à l'aide d'un foret de 0,8mm de diamètre, pour la plupart. En raison de la taille réduite de certaines pastilles, il vaudra mieux utiliser des forets de bonne qualité pour éviter de les emporter au moment où le foret débouche. En ce qui concerne CN1, CN2, REG1, D1 et les boutons poussoirs il faudra percer avec un foret de 1mm de diamètre. Enfin en ce qui concerne les boutons poussoirs, les pastilles pour le passage des ergots de centrage devront être percées avec un foret de 2mm de diamètre.
Circuit imprimé de la carte principale
Circuit imprimé de la carte d'affichage
Implantation de la carte principale
Implantation de la carte d'affichage
Avant de réaliser les circuits imprimés il est préférable de vous procurer les composants pour vous assurer qu'ils s'implanteront correctement. Cette remarque concerne particulièrement les boutons poussoirs et les afficheurs. Veillez bien au sens des circuits intégrés, de la diode D1 et des condensateurs C3, C4 et C5. Il est préférable de monter les circuits intégrés sur support, et de vérifier la distribution correcte de la tension d'alimentation sur les supports. N'oubliez pas les quatre straps sur la carte CPU . Vous noterez la présence d'un strap à la limite des circuits U6 et U5 qu'il ne faudra pas oublier. Il est d'ailleurs préférable d'implanter les straps en premier sur le circuit, pour des raisons de commodité.
Utilisation de l'appareil
A la mise sous tension, l'appareil teste les quatre afficheurs, puis un tiret s'affiche à droite pour indiquer que l'appareil attend des commandes à partir des boutons poussoirs. Le bouton BP1 (à gauche) permet de choisir une fonction, tandis que le bouton BP2 (à droite) permet de valider la saisie. En appuyant successivement sur la touche BP1, vous verrez défiler les fonctions READ, MODE, SPED, PRET, puis l'appareil revient en état d'attente.
La commande READ permet de lire le contenu de la mémoire de l'appareil, après un cycle d'acquisition des données. Validez le choix de cette commande grâce à la touche BP2. Dans le mode READ l'appareil affiche successivement l'adresse courante et le contenu de la mémoire à l'adresse courante (qui correspond donc aux données lues sur le port P1 du microcontrôleur). La touche BP1 permet alors de faire progresser l'adresse courante, tandis que la touche BP2 permet de revenir en arrière. Le fonctionnement de la touche BP1 est répétitif, mais ce n'est pas le cas pour la touche BP2. La vitesse de répétition va en augmentant si vous maintenez la touche BP1 appuyée suffisamment longtemps. Il y a 3 vitesses de répétition différentes, ce qui permet d'atteindre n'importe qu'elle adresse relativement facilement. L'examen des données enregistrées est limité aux données réellement acquises. Ceci est utile essentiellement à la suite d'une acquisition à vitesse lente, avec interruption manuelle du cycle d'acquisition. Enfin, pour sortir du mode READ il suffit d'appuyer sur les deux touches en même temps.
La commande MODE permet de définir le mode de déclenchement de l'appareil. Validez le choix de cette commande grâce à la touche BP2. L'appareil affiche alors "M 00". La touche BP1 permet alors de choisir entre le mode 00 et le mode 01, tandis que la touche BP2 permet de valider la valeur choisie. Le mode 00 correspond à un déclenchement entièrement manuel de l'appareil, tandis que le mode 01 correspond à un déclenchement à l'aide de la logique de synchronisation (traitement des signaux issus de JP3). Nous détaillerons le mode de déclenchement un peu plus loin.
La commande SPED permet de choisir la vitesse d'acquisition des échantillons. Validez le choix de cette commande grâce à la touche BP2. L'appareil affiche alors "S 00". La touche BP1 permet alors de modifier le paramètre entre 00 et 03, tandis que la touche BP2 permet de valider la valeur choisie. La valeur 00 correspond à une fréquence d'acquisition de 100 kHz, la valeur 01 correspond à une fréquence d'acquisition de 10 kHz, la valeur 02 correspond à une fréquence d'acquisition de 1 kHz, et enfin la valeur 03 correspond à une fréquence d'acquisition de 100 Hz.
La commande PRET permet de démarrer un cycle d'acquisition des données. Après avoir validé le choix de cette commande par la touche BP2, l'appareil affiche 2 tirets sur les afficheurs du centre, pour indiquer qu'il attend le déclenchement du cycle d'acquisition. En mode manuel (MODE 00) il suffit d'appuyer sur la touche BP2. En mode 01 il faut que les signaux traités en provenance de JP3 produisent un état bas pour le signal SYNC. La combinaison dépendra donc des interrupteurs S1 à S3.
Le tableau ci-dessus indique les cas les plus fréquents que vous aurez vraisemblablement à utiliser. Selon la vitesse d'acquisition que vous aurez choisie, vous pourrez vouloir interrompre un cycle en cours. Il suffit pour cela d'appuyer sur la touche BP1. Lorsque le cycle d'acquisition est terminé l'appareil affiche l'adresse du dernier échantillon enregistré. Pour revenir au choix des fonctions il faut alors appuyer sur une touche, peu importe laquelle.
Vous voici maintenant à même d'exploiter ce petit montage. Même s'il est bien loin de prétendre à des performances professionnelles (au moins 32 voies, fréquence d'horloge supérieure à 100 MHz), il vous sera utile pour étudier le fonctionnement logique des montages publiés dans la revue.
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