Deux extensions pour microcontrôleurs PIC



Cet article vous propose de construire deux platines pour rendre plus performant votre programmateur de PIC EN1580 : grâce à elles, après des essais rigoureux, vous serez en mesure d’effectuer de nouvelles expérimentations sur le pilotage des relais et des triacs, ainsi que sur les signaux PWM.

Ceux qui ont déjà monté notre programmateur pour PIC EN1580 et le bus EN1581 allant avec, pourront en effet bientôt se livrer à de nouvelles explorations dans ce domaine (la programmation des PIC), s’ils prennent la peine (oh, elle est légère, vous allez voir) d’analyser avec nous puis de construire les deux platines proposées ici. Nous verrons d’abord la carte à relais EN1583, puis la carte à triacs (et générateur PWM) EN1584. A l’aide du CDR1580, où nous avons mis des programmes de démonstration (et vous savez que nous en fournissons toujours la source !), vous pourrez si vous voulez écrire vos propres logiciels.

La platine à relais
La carte à relais EN1583 comporte quatre relais commandés par quatre transistors BC547 montés en mode ON / OFF. Chaque relais est relié à une LED qui s’allume quand l’enroulement du relais est excité par le passage du courant.
En utilisant les connexions A (normalement ouvert), C (normalement fermé) et B (commun, au centre), il est possible d’obtenir deux logiques de gestion des sorties : sorties nulles et non nulles. On peut relier à cette platine différents types de charges, en continu comme en alternatif, par exemple des ampoules secteur 230 V alternatif ou 12 V continu ; ce qui importe, c’est de ne pas dépasser le courant maximal admissible par les contacts du relais lequel, en cas de surcharge, risque de ne plus décoller. Afin de rendre ce circuit d’un usage encore plus général, nous y avons inséré des cavaliers entre la sortie du micro et les bases des transistors pilotant les relais ; ainsi, on peut modifier les connexions des broches simplement en jouant sur les cavaliers J1-J4, en vue de futurs logiciels personnels. Vous verrez que la platine à relais est très semblable à la platine à triacs car les modes de fonctionnement sont en fait identiques, les différences ne portant que sur des points secondaires que nous verrons ensuite.

Figure 1 : Notre programmateur de PIC EN1580 et son bus EN1581 peuvent accueillir et programmer simultanément les platines relais EN1583 et triac EN1584 (l’article vous propose de construire ces dernières).

Le schéma électrique de la platine relais
Comme le montre le schéma électrique de la figure 2, entre les broches B4-B5-B6-B7 du connecteur CONNA, correspondant aux broches RB4-RB5-RB6-RB7 du PIC et les transistors, nous avons intercalé quatre cavaliers J1-J2-J3-J4 permettant la liaison directe du PIC aux relais. On peut mettre ces cavaliers en position circuit ouvert (contact AB) et il est possible de souder un fil reliant le circuit qui commande le relais à une broche différente de celle que nous avons proposée (dans le circuit comme dans les programmes). Après les cavaliers, nous trouvons quatre transistors BC547 pilotés par deux résistances montées dans leurs bases. Entre les collecteurs et l’alimentation 12 V, nous avons quatre relais en parallèle avec les diodes DS1-DS2-DS3-DS4 : elles sont montées en parallèle sur les enroulements des relais afin d’éviter qu’au moment de la coupure de l’alimentation (et donc de la relaxation des relais) des pics de forts courants ne se produisent et n’endommagent les transistors ; elles permettent au courant de circuler dans l’enroulement et de s’y dissiper. En plus de ces diodes, en parallèle avec les enroulements, on a aussi des LED dont la fonction de chacune est d’indiquer si le relais correspondant est excité ou non et s’il change l’état de ses contacts libres de sortie (ainsi, nul besoin de tendre l’oreille pour savoir si le relais –et lequel ?– a collé ou non). On le voit sur le schéma, le contact central B de la sortie des relais est le commun. Si vous voulez que, lorsque le relais est excité, la charge soit connectée, vous devez relier cette charge au contact normalement ouvert A et donc utiliser la logique positive des relais ; sinon, si vous voulez que lors de l’excitation du relais la charge soit débranchée, vous devez relier cette charge au contact normalement fermé C et donc utiliser la logique négative des relais.

Figure 2 : Schéma électrique de la platine relais EN1583. Deux logiques de gestion de la sortie des relais : si on se sert des contacts AB (normalement ouverts) quand le relais est excité la charge est reliée (logique positive) ; avec les contacts BC (normalement fermés) lorsque le relais est excité la charge est déconnectée (logique négative).

Liste des composants
(toutes les résistances sont des quart de W).
R1 ..... 2,2 k
R2 ..... 10 k
R3 ..... 1, 5 k
R4 ..... 2,2 k
R5 ..... 10 k
R6 ..... 1, 5 k
R7 ..... 2,2 k
R8 ..... 10 k
R9 ..... 1, 5 k
R10 .... 2,2 k
R11 .... 10 k
R12 .... 1, 5 k
DS1 .... 1N4148
DS2 .... 1N4148
DS3 .... 1N4148
DS4 .... 1N4148
DL1 .... LED
DL2 .... LED
DL3 .... LED
DL4 .... LED
TR1 .... NPN BC547
TR2 .... NPN BC547
TR3 .... NPN BC547
TR4 .... NPN BC547
RL1 .... relais 12 V 1 contact
RL2 .... relais 12 V 1 contact
RL3 .... relais 12 V 1 contact
RL4 .... relais 12 V 1 contact
J1 ..... cavalier
J2 ..... cavalier
J3 ..... cavalier
J4 ..... cavalier


Figure 3 : Brochages du transistor BC547 vu de dessous et de la LED vue de face.

Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de la platine relais EN1583.

Figure 4b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine relais EN1583 (côté soudures).

Figure 4b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine relais EN1583 (côté composants).


La réalisation pratique de la platine relais
Pour réaliser cette carte à relais, la figure 4b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1 du circuit imprimé double face à trous métallisés. Fabriquez-le (n’oubliez pas de réaliser les connexions entre les deux faces, c’est-àdire de souder les broches du CONNA des deux côtés) ou procurez-vous les auprès de nos annonceurs. Montez avec beaucoup de soin (pour les soudures : ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée et enlevez l’excès de flux décapant) les quelques composants, en commençant par les plus bas, sans vous tromper dans l’orientation des composants polarisés comme les transistors et les LED, voir figure 3. Pour finir, montez les relais, les borniers et le CONNA. C’est terminé, vous pourrez relier cette platine à relais au programmateur / BUS (voir figure 1).

La platine à triacs
La carte à triacs EN1584 comporte quatre triacs BT137 pilotés par quatre photodiacs MCP3020. Avec ces triacs, on peut commander des charges de différents types, mais nous vous conseillons d’essayer des charges résistives ne consommant pas plus de 10 A.

Le schéma électrique de la platine triacs
Comme le montre le schéma électrique de la figure 6, elle est constituée de quatre canaux plus un : les quatre sont composés de triacs qui peuvent piloter des charges alimentées en alternatif et le cinquième d’un darlington BDX53 allumant une ampoule alimentée en 12 V continu. Entre les broches B0-B1-B2-B3, correspondant aux broches RB0-RB1-RB2-RB3 du PIC et les triacs, nous avons intercalé les cavaliers J1-J2-J3-J4-J5-J6 permettant la liaison directe du PIC aux triacs. On peut mettre ces cavaliers en position CB, afin que les signaux à la sortie des broches du PIC commandent directement les triacs, ou en position AB (ouvert), afin d’exclure les signaux à la sortie du PIC. On l’a dit à propos de la platine relais, selon les exigences du matériel que vous réaliserez, vous pourrez souder un fil reliant les quatre canaux aux autres broches du micro. Nos programmes démos ayant été écrits de telle manière qu’il est nécessaire de fermer les cavaliers, il suffira de les mettre dans la position où ils ferment la piste, soit CB. Entre les cavaliers et les triacs, nous avons inséré des photodiacs MCP3020 opérant une isolation galvanique entre le circuit qui commande et celui qui est commandé.
A l’intérieur se trouve une photodiode laquelle, excitée par le courant électrique, fait fonctionner par l’intermédiaire d’ondes lumineuses le diac qu’elle a en face d’elle. Le photodiac est une sorte d’interrupteur contrôlé par la lumière d’une LED : quand cette dernière est allumée, l’interrupteur est fermé et lorsqu’elle est éteinte il est ouvert. Ces photodiacs garantissent une isolation de 7 500 V. Le schéma électrique montre enfin quatre ampoules LP1 à 4, montées pour les besoins de la demo afin que chaque charge soit alimentée par le secteur 230 V alternatif monophasé, ce qui sera le cas pour les sorties 1 à 4.

Figure 5 : Photo d’un des prototypes de la platine relais EN1583.

Figure 6 : Schéma électrique de la platine à quatre triacs EN1584. Avec les triacs on peut commander des charges alimentées en courant alternatif et avec le darlington une ampoule de 12 V grâce au signal PWM du PIC.

Figure 7 : Brochages du photodiac MCP3020 vu de dessus et des triac et darlington vus de face.

Figure 8a : Schéma d’implantation des composants de la platine à quatre triacs EN158. Ayez soin de monter les triacs et le darlington semelles métalliques orientées vers la droite et de laisser environ 3 mm de leurs pattes au dessus du circuit imprimé.
N’insérez les photodiacs dans leurs supports qu’à la fin des opérations de soudure et orientez leurs repère-détrompeurs (point de référence) vers la gauche.


Figure 8b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine à quatre triacs EN1584 (côté soudures).

Figure 8b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine à quatre triacs EN1584 (côté composants).

Figure 9 : Photo d’un des prototypes de la platine à quatre triacs EN1584.

Liste des composants
(toutes les résistances sont des quart de W).
R1 ..... 2,2 k
R2 ..... 100
R3 ..... 1 k
R4 ..... 2,2 k
R5 ..... 100
R6 ..... 1 k
R7 ..... 2,2 k
R8 ..... 100
R9 ..... 1 k
R10 .... 2,2 k
R11 .... 100
R12 .... 1 k
R13 .... 4,7 k
R14 .... 22 k
C1...... 47 nF polyester 400 Vts
C2...... 47 nF polyester 400 Vts
C3...... 47 nF polyester 400 Vts
C4...... 47 nF polyester 400 Vts
C5...... 100 nF polyester
TR1..... darlington NPN BDX53
OC1 .... photodiac MCP3020
OC2 .... photodiac MCP3020
OC3 .... photodiac MCP3020
OC4 .... photodiac MCP3020
TRC1 ... triac 500 V 5 A BT137
TRC2 ... triac 500 V 5 A BT137
TRC3 ... triac 500 V 5 A BT137
TRC4 ... triac 500 V 5 A BT137
LP1..... voir texte
[...]
LP4..... voir texte
LP5..... ampoule 12 V
J1 ..... cavalier
J2 ..... cavalier
J3 ..... cavalier
J4 ..... cavalier
J5 ..... cavalier
J6 ..... cavalier


L’ampoule 12 V
Sur cette platine, il n’y a pas que les quatre triacs, mais aussi un darlington TR1 lequel, grâce aux signaux PWM produits par le PIC et envoyés sur sa base, allume une ampoule 12 V et en contrôle la luminosité. Avec un PIC 628, vous devez fermer le cavalier J5 (position BC) relié à la broche B3 du connecteur CONNA. Dans ce cas, vous ne pouvez pas fermer en même temps les cavaliers J1 et J5. Si en revanche vous voulez utiliser le signal PWM déjà présent dans le PIC 876, vous devez fermer le cavalier J6 (position BC) relié à la broche C2 du CONNA.

La réalisation pratique de la platine triacs
Pour réaliser cette carte à triacs, la figure 8b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1 du circuit imprimé double face à trous métallisés. Fabriquez-le (n’oubliez pas de réaliser les connexions entre les deux faces, c’est-àdire de souder les broches du CONNA des deux côtés) ou procurez-vous les auprès de nos annonceurs. Montez d’abord avec beaucoup de soin les quatre supports des photodiacs et les connecteurs à cavaliers J1 à 6 (pour les soudures : ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée et enlevez l’excès de flux décapant) puis tous les composants, en commençant par les plus bas, sans vous tromper dans l’orientation des composants polarisés comme les triacs, le darlington et les photodiacs (que vous n’insèrerez qu’à la fin des soudures en orientant le point de référence vers la gauche), voir figure 8a. Pour finir, montez les borniers et le CONNA. C’est terminé, vous pourrez également relier cette platine à triacs au programmateur / BUS (voir figure 1).

Les programmes
Pour l’installation, nous vous renvoyons à l’article EN1580-1581. Les programmes servant à tester les platines se trouvent dans le dossier PRG DEMO dans le répertoire IC6-PROG. Le parcours de ces programmes est C:\ICPROG\PRG DEMO et les noms des sous répertoires contenant les programmes sont Poussoirs et relais, Poussoirs et triacs. Ces programmes nécessitent le BUS EN1581 qui gère la commutation des relais et des triacs à partir des poussoirs. A chaque programmation, il faut déconnecter la platine du BUS ou, si cela vous semble pénible, ôter les cavaliers qui ne vous servent pas. Si vous avez modifié le circuit, c’est-à-dire si vous avez soudé des fils de "by-pass" des cavaliers allant aux autres broches du PIC, pour charger nos programmes vous devez nécessairement débrancher ces fils et déconnecter la platine BUS.
Dernier conseil : pour ôter et insérer les cavaliers, utilisez une pincette (type à épiler) ou une pince long bec.

Le programme PWM
Le parcours en est C:\IC-PROG\PRG DEMO\ et le nom du répertoire Production d’un signal PWM. Le signal PWM engendré par le microcontrôleur peut être prélevé sur TP1 pour être utilisé en dehors du circuit. La fréquence du signal et son rapport cyclique peuvent être modifiés en intervenant sur le logiciel installé dans le micro (le programme résident).
Ce signal peut piloter des dispositifs comme de petits moteurs alimentés en continu et nécessitant ce type de pilotage. Attention, sur TP1 il n’est pas possible de prélever le signal pour l’envoyer directement à un dispositif consommant un fort courant et ce au risque d’endommager le port de sortie du micro. Afin de l’éviter, il suffit de relier un transistor, dûment commandé comme dans le cas de l’ampoule 12 V, pour effectuer ce type de contrôle. En même temps nous pouvons visualiser la variation du signal PWM simplement en connectant un multimètre, réglé en voltmètre, entre masse et TP1 : si vous faites varier le rapport cyclique, vous verrez que la tension change aussi. Si vous augmentez le rapport cyclique, la tension augmente et si vous le diminuez elle diminue (toujours entre TP1 et la masse).

A propos de l’ampoule LP5
C’est une ampoule à alimenter sous 12 V au maximum (tension nominale pour la luminosité, c’est-à-dire le courant, maxima admissible) et bien sûr le courant varie en fonction de la tension appliquée. Si vous la remplacez par une 5 V, elle grillera sans fournir davantage de lumière.
Si vous prenez une ampoule 12 V mais trop puissante (consommant sous cette tension davantage de courant et fournissant plus de lumière), vous ferez chauffer le BDX53 qui finira par être détruit.
Utilisez donc une ampoule possédant les caractéristiques les plus proches de la nôtre.

L’utilisation simultanée des platines
Les deux cartes relais et triacs peuvent tenir toutes deux sur le BUS EN1581 et être utilisées en même temps, comme le montre la figure 1.
C’est possible quand les cavaliers sont tous en position de fermeture des circuits et qu’aucune modification de connexion n’a été pratiquée.
Bien sûr, si vous utilisez en même temps les deux platines, vous devez exclure J5 et J6 qui ne servent que pour utiliser le signal PWM comme variateur de lumière pour l’ampoule LP5.
Il est possible d’écrire un logiciel pour allumer huit ampoules secteur 230 V en connectant quatre ampoules aux relais et quatre aux triacs. Si vous voulez programmer avec nos programmes le microcontrôleur de la platine BUS, les deux platines étant montées dessus, ôtez tous les cavaliers et ne replacez que ceux qui vous intéressent.

Les normes générales d’utilisation des platines
Attention, quand les platines sont alimentées par le secteur 230 V, de ne pas toucher avec les mains la partie aval des cartes, c’est-à-dire tout ce qui est après les relais ou triacs et borniers !
La section de puissance (dangereuse !) est séparée de l’entrée, côté ordinateur et microcontrôleur, par les photodiacs ou l’isolation propre aux relais électromagnétiques.

Les modifications possibles
Les signaux de contrôle des relais et des triacs sont pourvus de cavaliers permettant à quiconque le désire, de modifier la production des signaux de sortie.
Si, par exemple, vous écrivez un programme pour une application nécessitant l’utilisation d’autres broches que celles mises en oeuvre par nos platines et nos programmes, nul besoin de couper matériellement les broches actuellement utilisées, il vous suffit de vous servir pour cela des cavaliers et d’un morceau de fil (“strap”) à souder entre la broche du PIC qui vous intéresse et la broche du dispositif à commander.
Dans le CDROM disponible avec le programmateur EN1580, se trouvent, on l’a dit, toutes les sources des programmes demo concernant les deux platines, y compris le PWM. Encore une fois, il sera bon de se reporter à l’article cité.

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