Le microcontrôleur retenu pour cette carte est un PicBasic PB3H de la société coréenne Comfile Technologie, disponible en France chez Lextronic. Ce µC est en fait un PIC 16F877 pré chargé d'un bootloader et d'un interpréteur Basic. J'ai choisi ce µC pour sa très grande facilité d'utilisation, la puissance de son langage et parce qu'un PIC 16F877 vierge lui est parfaitement substituable, si on souhaite utiliser la carte avec un autre langage (assembleur, compilateur C ou Basic).
Par rapport à un 16F877 vierge, le PB3H possède certaines restrictions sur l'usage de ses broches. Ainsi les broches 39 et 40 sont réservées à la programmation grâce au bootloader et seront câblées comme le préconise le fabriquant et reliées à une prise jack 3.5mm stéréo plus solide et fiable à l'usage que le connecteur prévu d'origine. Ce montage évitera l'usage d'un programmateur et autorisera la programmation in-situ. (Pour plus d'info consultez la page de Lextronic).
La broche 38 est quant à elle réservée à l'usage d'un écran LCD à liaison série. Comfile commercialise des interfaces série permettant d'utiliser n'importe quel écran alphanumérique standard. C'est ce choix qui a été fait et un écran 16 x 2 est donc relié à la sortie PICBUS via une telle interface.
La broche 6 est réservée pour faire du comptage d'impulsions (20kHz). Elle est reliée au connecteur des entrées via un buffer (74HCT541). Notons qu'au repos elle est tirée à la masse par une résistance de pull-down.
Enfin la broche 1 est réservée au reset du µC et sera donc tirée à l'état haut par une résistance de 10k et pourvue d'une touche de reset la reliant à la masse.
Toutes les autres broches du µC sont libres d'usage et sont conformes à celles du 16F877 d'origine.
L'assignation des broches est résumée dans le tableau suivant :
Le programme de test présent en fin de page comporte des routines de lecture / écriture qui pourront vous servir dans vos propres programmes.
L'intérêt d'un tel bus est simple à comprendre tant ses possibilités sont nombreuses. En effet on trouve toute sorte de composants compatibles I2C : des capteurs, des mémoires (24C16), des horloges (DS1302), des modules entrées / sorties (PCF8574), des convertisseurs analogiques/numériques, des cartes de pilotage de servos etc...
Des interfaces pour PC existent aussi si on souhaite intégrer un PC au bus.
Les conversions analogiques/numériques sont réalisées par un composant spécifique cité sur la page toiletoine (voir liens), le MAX1270. Ce composant est un octuple CAN 12 bits à liaison série (type SPI). Les mesures peuvent se faire sur 4 échelles différentes. 0/5v 0/10v ±5v ±10v de plus il est protégé des surtensions jusqu'à ±16.5v. Ce sont toutes ces qualités qui me le font préférer aux entrées analogiques dont dispose le PB3H. De plus cela permet de gagner en E/S supplémentaire.
Il est relié au µC via quatre lignes SCLK / CS / Din / Dout (Sstrb est inutilisé) et se commande selon le protocole illustré sur le chronogramme ci-contre.
· s'assurer que les lignes Sclk, Din, Dout sont à l'état bas (elles sont à l'état haut au repos)
· passer CS à l'état bas pour activer le composant.
· générer une clock sur SCLK
· envoyer sur la ligne Din un octet de commande pour préciser au MAX1270
l'entrée à convertir et l'amplitude de cette mesure
· lire le résultat sur la ligne Dout
· couper la clock
· passer CS à l'état haut pour désactiver le composant.
Le résultat de la mesure est émis sur la broche Dout sous la forme d'un mot de 12 bits.
L'octet de commande émis sur Din déclenche la mesure et permet de la paramétrer. Par ailleurs il permet de contrôler le CAN en choisissant son mode de fonctionnement.
Les tableaux ci-dessous décrivent en détail la composition de cet octet.
Le câblage de ce composant est particulier dans ce montage. En effet il est monté de façon peu conventionnelle puisqu'il partage des lignes de données avec le bus I2C bien qu'il fonctionne selon un protocole différent. En fait en utilisation normale, jamais ce composant ne sera utilisé simultanément avec le bus I2C (il faudrait 2 maîtres). En conséquence et afin de mobiliser le moins de broches possibles la ligne Din est commune avec la ligne Sda du bus I2C et la ligne Dout commune avec la ligne Scl du bus I2C. Ce partage ne pose pas de problème particulier comme l'illustre le diagramme ci-contre. (Le fonctionnement de l'I2C est rappelé dans l'encadré rouge.)
Quand le bus I2C est actif le MAX1270 est rendu inactif par l'état haut de son entrée CS, toutes ses broches de liaison série sont en haute impédance, il ne perturbe donc pas le bus I2C et est transparent à l'utilisateur.
Quand c'est le MAX1270 qui travaille, le chronogramme montre bien que la ligne Din ne change jamais d'état pendant que Dout est à l'état haut, dès lors les conditions de start (et de stop) ne sont jamais réunies et les composants I2C restent inactifs. Combien même un composant I2C penserait percevoir une condition de starts il ne recevrait aucun message puisque quand Din (Sda) transmet un octet, Dout (Scl) est au repos et inversement. De fait, les essais avec cette configuration ont confirmé ce raisonnement et aucun problème n'a été rencontré à ce jour.
Voici un exemple de routine de dialogue avec ce composant.
max: out csb,0
shiftout scl,din,1,octet de commande
résultat=shiftin(scl,dout,1,16)
out csb,1
return
L'étude du chronogramme ci-dessous nous montre que la lecture du résultat qui se fait sur 12 bits ne permet de lire que les 11 premiers bits du résultat car celui-ci apparaît après un délai de 5 clock. Ce retard ne serait pas facile à prendre en compte dans la programmation et j'ai jugé qu'une résolution de 2048 pas était suffisante pour une grande majorité de cas.
Notons enfin que l'entrée ch0 du convertisseur est attaquée par un potentiomètre de 20k qui permet de disposer sur la carte d'une tension analogique modifiable manuellement. Cet accessoire est très appréciable et permet de programmer des applications réglables manuellement (variateur de vitesse, variation de vitesse d'échantillonnage, variation de la vitesse de défilement d'un chenillard etc.)
La liaison RS232
Rappelons que les liaisons RS232 sont des liaisons asynchrones très utilisées en informatique (port série). Elle nécessite que l'émetteur et le récepteur soit informé de la vitesse choisie pour le transfert. Dès lors, chaque octet transmis est encadré d'un bit de start et d'un bit de stop qui en précise le début et la fin. Puisque le récepteur connaît la vitesse du transfert il peut se passer de signal de synchronisation.
Trois lignes sont nécessaires à cette liaison.
TD (transmission de donnée), RD (réception de donnée) et la masse.
Les vitesses de transfert possible avec le PB3H sont de :
4800 bps (600 octets/s)
9600bps (1.2 ko/s)
19200bps (2.4 ko/s)
Pour plus d'information sur les liaison asynchrone consultez la page de liens. (page de Christian Tavernier par exemple)
Grâce à cette liaison la carte peut devenir une sonde de mesure ou bien servire d'interface entre un PC et un montage extérieur. Les données transmisent peuvent être de tout type : mesures, consignes, état de capteurs etc L'intérêt de ce port de communication est qu'il ouvre les portes des PC.
Afin d'adapter les signaux TTL du µC au standard RS232 un MAX232 est monté de façon classique. Les lignes RX, TX et la masse sont disponible sur un connecteur SUB9 mâle qui permet ainsi de relier la carte au PC avec un simple câble série croisé.
Une instruction Basic est là encore prévue pour piloter très facilement ce port
serout port, param1, mode,param2,[var1]
serin port, param1,mode,param2,adress,[var1]
Voici un exemple de programme qui envoie à un PC munis d'un terminal adéquat le message " INSA Strasbourg " lorsque l'on presse une touche.
vitesse 9600bps ; pas de parité ; 1 bits de stop
10 dim touche as byte
touche = adkeyin(port)
if touche=1 then
serout 16,103,0,1,["INSA Strasbourg"]
delay 1000
end if
goto 10
Le terminal à utiliser doit être compatible RS232. Sous Windows l'hyperterminal convient très bien mais d'autres logiciels plus sophistiqués sont téléchargeable sur internet.
Les entrées numériques
La carte dispose de 8 entrées numériques avec buffers (74HC541). Rappelons que le buffer est un circuit intégré chargé de servir d'interface entre un microcontrôleur et le monde extérieur. Il est là pour être détruit à sa place en cas de problème quand on le met en entrée et pour amplifier les signaux quand on le place en sortie. Un microcontrôleur ne peut débiter que quelques mA sur chaque sortie alors que le buffer peut tenir 20 mA. Ces buffers non inverseurs possèdent des triggers, la tension minimum des états hauts est de 2V et la tension maximum des états bas est 0.8V. Ces entrées numériques sont tirées à la masse par un réseau de résistance de 100k. Elles sont toutes disponibles sur le connecteur HE10 des entrées. Le réseau de résistance est monté sur un support tulipe et peut ainsi passer à un tirage a l'état haut si nécessaire en le retournant.
Notons enfin que 7 d'entres-elles sont utilisables en entrées analogiques 5v/10bits après avoir passé les buffers en haute impédance grâce au cavalier prévu. Ceci fait, les entrées analogiques sont accessibles via les supports tulipes prévus à cet usage (voir schéma de principe), il conviendra d'être particulièrement vigilant sur la nature des signaux appliqués sur ces broches. En effet elles sont alors reliées au µC sans aucune interface et ne supportent pas de tension supérieure à 5v. Si une telle tension devait être appliquée, il conviendrait de réaliser un pont diviseur de tension afin qu'elle ne dépasse jamais 5v.
La mesure de tension analogique devra de préférence se faire grâce au MAX1270 cité précédemment qui est protégés des surtensions et qui préserve le µC des erreurs de manipulation.
L'entrée de comptage d'impulsion
La carte possède une entrée spécialisée dans le comptage d'impulsion. Les signaux acceptés auront une fréquence maximum de 20kHz et seront comptabilisés sur front montant, cette entrée est elle aussi suivie d'un buffer avec trigger. Cette entrée est particulièrement utile pour comptabiliser les impulsions gérées par un montage externe comme par exemple une fourche optique sur un dispositif odomètre. Dommage qu'il n'y en ait qu'une.
L'instruction dédiée à l'usage de cette entrée sera appelée quand on le souhaite dans le programme puisque le comptage s'effectue en " tâche de fond ". La valeur du compteur est accessible en rappelant la fonction count. Notons enfin que cette fonction est gérée sur 16 bits (cad 65536 impulsions) et qu'au-delà elle repasse à 0.
On peut utiliser le montage ci-contre pour générer les impulsions à comptabiliser. Il utilise une fourche optique CNY37 et un transistor BC550 pour l'interfaçage.
Il est également possible de piloter l'écran directement avec les instructions de liaison série pour diriger plus en détail le fonctionnement de l'afficheur et ainsi de réaliser des animations visuelles telle que : bargraphe, texte défilant etc.
