Les microcontrôleurs : exercices corrigés de Bac pro CIEL

Télécommande et lave-linge : ce sont des systèmes embarqués, domaine classique des microcontrôleurs ⁵. La télécommande lit des boutons et émet un signal ; le lave-linge lit des capteurs et commande moteur et électrovannes.

Ordinateur de bureau : il utilise un microprocesseur polyvalent ⁵. Il peut aussi contenir de petits microcontrôleurs (clavier, alimentation), mais son cœur est un microprocesseur.

Contenu du microcontrôleur : un processeur, des mémoires (morte et vive), des périphériques et des interfaces d'entrées-sorties, le tout dans un seul circuit intégré ⁵.

Autonomie : une fois sous tension, il exécute le programme qui se trouve dans sa mémoire, sans qu'il faille lui ajouter beaucoup de composants externes ⁵.

Capteurs : micro (son), capteur de température, capteur de lumière, accéléromètre x, y, z. Chacun mesure une grandeur physique ³.

IHM : l'écran TFT (afficheur), les quatre boutons et le joystick avec son bouton. Boutons et afficheurs sont des composants d'interface entre l'humain et la machine ¹.

Rôle du microcontrôleur : il reçoit les informations des capteurs, les traite et contrôle le fonctionnement global du système ¹. Il fait aussi vivre l'écran en fonction de ce qu'il a calculé.

Potentiomètre : il fournit une tension qui dépend de la position du curseur. Quand c'est l'utilisateur qui tourne le curseur pour régler une valeur, il joue le rôle d'organe de commande de l'IHM. Mesuré par le microcontrôleur, il se comporte électriquement comme un capteur de position. Les deux réponses sont recevables si tu expliques le rôle.

Société et famille : les PIC sont une famille de microcontrôleurs de la société Microchip ⁶. Ici la sous-famille est PIC18.

Décomposition : PIC18 (famille) ; L (basse tension) ; F (mémoire flash) ; 4682 (modèle) ; I (gamme de température industrielle) ; boîtier DIL40 ⁶.

Pile : c'est la lettre L, qui signale une version basse tension, donc adaptée à une alimentation réduite ⁶.

Programmation sur carte : oui. La programmation in-situ avec l'interface ICSP de Microchip demande seulement un connecteur sur la carte, et le microcontrôleur n'est pas retiré ⁶. Une programmation ISP évite aussi de sortir le composant du système ⁵.

Conversion : $f=100\ \text{MHz}=100\times10^{6}\ \text{Hz}=10^{8}\ \text{Hz}$.

Période : $T=\dfrac{1}{10^{8}}=10^{-8}\ \text{s}=10\ \text{ns}$.

Durée totale : $5\times10^{6}\times10^{-8}\ \text{s}=5\times10^{-2}\ \text{s}=50\ \text{ms}$.

À 10 MHz : la période devient $T'=\dfrac{1}{10^{7}}=100\ \text{ns}$, soit 10 fois plus. La durée est multipliée par 10 : $500\ \text{ms}$.

Loi des mailles : $U_{broche}=U_R+U_{LED}$, donc $U_R=5-2=3\ \text{V}$.

Conversion : $I=10\ \text{mA}=0{,}010\ \text{A}$.

Loi d'Ohm : $R=\dfrac{3}{0{,}010}=300\ \Omega$.

Valeur normalisée : 300 Ω n'existe pas. Avec 270 Ω, le courant serait $3/270\approx11{,}1\ \text{mA}$, donc supérieur à 10 mA. Avec 330 Ω, il vaut $3/330\approx9{,}1\ \text{mA}$, donc inférieur. On choisit 330 Ω.

Nombre de valeurs : $2^{10}=1024$ valeurs, numérotées de 0 à 1023.

Pas : $q=\dfrac{5}{1023}\approx0{,}00489\ \text{V}\approx4{,}9\ \text{mV}$.

Tension lue : $U=614\times\dfrac{5}{1023}=\dfrac{3070}{1023}\approx3{,}001\ \text{V}$.

Contrôle : 614 vaut un peu plus de 60 % de 1023, donc la tension doit être un peu plus de 60 % de 5 V, soit environ 3 V. Le résultat est cohérent.

Tension : $U=51\times\dfrac{5}{1023}\approx0{,}2493\ \text{V}$.

Température : $\theta=\dfrac{U}{0{,}010}\approx\dfrac{0{,}2493}{0{,}010}\approx24{,}93\ ^\circ\text{C}$.

Seuil : à 30 °C, $U=30\times0{,}010=0{,}30\ \text{V}$. Le nombre correspondant est $N=0{,}30\times\dfrac{1023}{5}\approx61{,}4$. Le programme déclenche l'alarme dès que $N\ge62$.

Précision : un pas du convertisseur vaut environ 4,9 mV, soit environ 0,49 °C. Cette incertitude reste la même en valeur absolue, mais elle pèse beaucoup plus quand la température est faible : à 1 °C, une erreur de 0,49 °C représente presque la moitié de la mesure, alors qu'à 25 °C elle n'en représente qu'environ 2 %. De plus, la tension ne peut pas descendre sous 0 V : la chaîne ne distingue pas les températures négatives, qui donnent toutes le nombre 0.