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2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 2012-2013 ATELIER AUTOMA

2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 TP n°1 : la logique séquentielle Objectif : Le but de ce TP est de se familiariser avec les éléments de base des systèmes logiques séquentiels que sont les bascules, compteurs et décompteurs. L’objectif est d’étudier la structure de ces éléments et d’analyser leur fonctionnement et plus particulièrement leur fonctionnement temporel. I. Les Bascules : Les bascules sont des éléments séquentiels simples qui réalisent une fonction de mémorisation. Leur intérêt réside principalement dans leur utilisation pour réaliser des systèmes complexes. 1. Bascule RS : Réalisez dans Proteus le Montage 1 utilisant 2 portes ET-NON, 2 générateurs logiques LOGICSTATE et 2 sondes logiques LOGICPROBE (BIG). Dans ce Montage 1 : Les 2 entrées sont appelées R et S Les 2 sorties sont appelées Q et Q’ Ce montage est une bascule RS Lancez la simulation et dessiner la table de vérité correspondant, déduire les fonctions réalisées par cette bascule. Dans quelle condition Q et Q’ ne sont-elles pas complémentaires ? Complétez les chronogrammes des sorties Q et Q’ : 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 2. Bascule D : Réalisez le Montage 3 utilisant une bascule D (4013), 4 générateurs d’états logiques bistables LOGICSATE et 2 sondes logiques LOGICPROBE BIG. Comme le montre le symbole, une bascule D possède : - Deux entrées R et S permettant de mettre à 0 (entrée R) et de mettre à 1 (entrée S) la bascule. - Une entrée de donnée D - Une entrée d’horloge H (notée C1 sur le symbole et reconnaissable par le triangle intérieur) - Une sortie principale Q - Une sortie complémentée /Q (« Q barre », reconnaissable par le triangle extérieur de complémentarité) Donner la table de vérité et déduire la fonction réalisée par cette bascule. Quel le rôle de deux entrées R et S ? Quel est le niveau de franchissement de la bascule ? Remettez la bascule à 0 en utilisant l’entrée R puis complétez le chronogramme suivant en modifiant seulement l’état de H et de D et en laissant les entrées R et S à 0. 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 3. Bascule JK : Placez une bascule JK 4027 et observez son symbole, tester cette bascule dans un montage puis donner la table de vérité correspondante et déduire les fonctions réalisées. Lancez la simulation puis complétez le chronogramme suivant montrant le fonctionnement de la bascule JK. Mettez en évidence les fronts montants du signal d’horloge H en les indiquant par des flèches. II. Compteurs/décompteurs 1. Compteur binaire asynchrone : Les compteurs électroniques reposent sur des bascules placées en cascade (l’horloge de chaque bascule est reliée à la sortie de la bascule précédente). Chaque bascule réalise une division par deux de son signal d'horloge. Et la sortie de chaque bascule constitue une sortie du compteur. Le nombre de bascules du compteur dépend de séquence de comptage : soit la plus grande valeur de cycle de comptage inférieur ou égale à 2n alors le nombre de bascules est n. Si on a des bascules front montants, on réalise un décompteur, alors que si on a des bascules fronts descendants, on réalise un compteur. Le diviseur de fréquence à partir d’une bascule RSH et D s’obtient lorsqu’on boucle les sorties sur les entrées. 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 On obtient de même un montage de base de Diviseur par 2 de la fréquence d’horloge d’entrée en utilisant la bascule JK : Réaliser ce montage : 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 S’agit-il d’un montage synchrone ou asynchrone ? Donner le cycle de comptage. Modifier ce montage dans le but d’inverser le cycle de comptage. 2. Comptage incomplet : Il est toujours possible de réaliser un compteur dont le modulo est différent de 2N. Il suffit de forcer sa réinitialisation à zéro avec le mot de sortie qui suit immédiatement la dernière impulsion comptée. Par exemple On cherche à réaliser un comptage de 2 à 5. Si on utilise des bascules avec Set et Reset, il suffit de faire un reset ou un set des bascules au nombre de fin +1 ici 6 (1102) pour obtenir le nombre de départ voulu ici 2 (0102). Réaliser un décompteur de 6 à 2 avec des bascules RS. Inconvénients : Les compteurs asynchrones sont les plus simples à concevoir. Toutefois, le délai de propagation qu'ils engendrent provoque des imprécisions importantes. On évite donc leur utilisation pour la mesure précise du temps. Comme chaque bascule a un temps de réponse le signal d'horloge ne parvient pas simultanément sur toutes les bascules. Ceci a pour conséquence de provoquer des états transitoires qui peuvent être indésirables. Les compteurs synchrones résolvent ce problème car toutes les bascules changent d’état en même temps. 3. Compteur binaire synchrone : Dans la structure synchrone, l’horloge est la même pour tous les étages : le basculement de toutes les bascules se fait en même temps. Pour faire décrire au compteur une séquence déterminée il faut à chaque impulsion d'horloge définir les entrées synchrones J et K. Pour cela on utilise la table de transition suivant de la bascule J-K. 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 Table de transition Puis, on représente le cycle de comptage par un graphe : Ce graphe permet d’expliquer les différentes transitions de chaque bascule qui vont nous servir à déterminer l’état de chaque sortie : Les équations d’état des sorties des bascules sont constatés après avoir remplir le tableau précisant les valeurs des entrées J et K permettant d'obtenir chaque transition (passage d'une ligne à la suivante). Ensuite, il nous faut la simplification du tableau obtenu de chaque sortie par le moyen de tableau de Karnaugh. Réaliser le générateur des séquences suivant à l’aide des bascules JK. 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 Valider votre travail par une simulation du montage trouvé. 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 Définition des Signaux et Simulation des Systèmes avec Matlab Objectif : Introduire un jeu d’instructions de base afin de définir et visualiser des signaux et systèmes. I. Représentation temporelle des Signaux Signal = fonction du temps continue (souvent tension, ou courant) ou échantillonnée, mesurée, traitée, émise par un ordinateur à une suite d’instants périodiques. Un signal ne transporte pas de puissance mais véhicule une information: amplitude, signe, fréquence, durée, rapport cyclique, valeur moyenne, etc … RAPPEL : par définition : signal causal = signal nul pour t 0 signal continu == défini t . a - rampe : r(t)=at , t>0 , ( , rampe unité) b - échelon u t a ( )  pour t 0 ( a 1, échelon unité) c - distribution (impulsion) de Dirac : δ(t)=0, t≠0 avec ( ) t dt    1 a = 1, rampe unité t s(t) a 1 a.t >> plot ( 0 : 0.01 : 1, 0 : 0.01 : 1) % instructions Matlab >> t=0 : 0.1 : 10 ; >> plot(t, ones( size(t))) % plot(t,t) pour la rampe u(t) u(t)= a pour t 0 u(t) = 0 pour t <0 0 a t T ( )  0 T temps t 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 d - Impulsion (signal Porte, fenêtre temporelle) Soit par exemple la fonction ( ) t a  entre 2*T et 3*T, ( ) t 0 sinon e – Sinus causal s(t)=asin(ωt) pour t≥0 f - exponentielle décroissante g - Sinusoide amortie 0 1 2 3 4 5 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 temps seconde e xp (-t).*s in(2 *p i*1 0 *t) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 temps (sec.) exp(-t) exp(-t) sur 3 secondes Pas programmable avec Matlab T=10 seconde 2*T Π(t) t 0 3*T a >> PI =[zeros(1,10),a*ones(1,5),zeros(1,10)] Matlab : >> plot( 0:0.1:10, sin(0:0.1:10)) Période 10 s 0 s Instructions Matlab t = 0.03*[0:100]; plot(t,exp(-t),'r--'); grid xlabel('temps (sec.)') ylabel('exp(-t)') title('exp(-t) sur 3 secondes') Instructions Matlab t = 0:.01:5; plot(t,exp(-t).*sin(2*pi*t)); grid xlabel('temps seconde') ylabel('exp(-t).*sin(2*pi*t)') 0 2 4 6 8 - 1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 2012-2013 ATELIER AUTOMATIQUE Génie mécanique niveau 2 h - rampe asymptotique Rq : Les instructions MATLAB sont écrites en gras. Pour avoir des détails, utiliser la commande : "help instruction" (par exemple taper "help ones"). II. Etude de la réponse à un échelon Soit la fonction de transfert suivante : H ( p):10 p2+p+2 . Taper les instructions suivantes dans le "workspace" de Matlab : printsys(num,den) step(num,den) pour voir la réponse à un échelon pendant 10s t=0:0.1:10 ; y=step(num,den,t); plot(t,y) Commentaires sur la courbe : title('réponse à un échelon'); xlabel('temps'); ylabel('y'); Pour lire des valeurs sur la courbe : [x,y]=ginput(3) et cliquer avec la souris sur 3 points à mesurer (pas de point virgule sinon commande inopérante ici) Pour tracer un quadrillage ou une uploads/s3/ tp-1 1 .pdf