Un ordinateur est un "outil" de programmation très souple (idéal) pour réaliser des automatismes divers (domotique, contrôle d'accès, ...) ou une série de mesures (testeur de composants linéaires et/ou logiques...). Encore faut-il qu'il communique avec "l'extérieur". La réalisation que nous vous proposons ce mois-ci va mettre à la disposition de votre ordinateur, via le port série, 8 entrées et sorties logiques et 2 entrées analogiques.
Notre carte n'a aucune prétention technique mais permet de réaliser de nombreuses applications (dans les domaines de la domotique, la robotique, les mesures lentes...) pour un coût très modique et une très grande simplicité de mise en oeuvre. Ses caractéristiques sont les suivantes : 8 entrées logiques (sans résistances de rappel au +5V), 8 sorties logiques (symétriques), 2 entrées analogiques, avec un codage de la valeur sur 8 bits, une vitesse de transmission de 1200 bauds (8 bits sans parité, 1 stop), autorisant un débit de 120 octets par seconde, soit environ 40 conversions par seconde, un protocole de communication très simple à utiliser et assurant une fiabilité des échanges des informations.
Le schéma
Sur le schéma de la carte d'entrées/sorties on voit que l'alimentation est assurée par un régulateur "classique" de type 7805. La diode D1 permet de protéger l'étage "ballast" de ce régulateur contre les polarisations inverses, ce qui peut arriver chaque fois que la tension de la source d'entrée (appliquée entre les broche 1 et 3) s'annule, tout en présentant une résistance de sortie faible (cas d'utilisation de certaines alimentations stabilisées par exemple).
Le dialogue entre l'ordinateur et la carte d'entrées/sorties est assuré par une transmission série des informations selon la norme RS232, ce qui implique des niveaux de tensions de 12V (valeurs nominales, mais pouvant être plus faibles). Ne disposant que d'une tension de +5V délivrée par le régulateur, il faut donc réaliser une adaptation de niveaux entre les signaux logiques 0V/+5V reçus ou émis par le microcontrôleur et les signaux -12V/+12V reçus ou émis par l'ordinateur selon la norme RS232. Cette fonction est assurée par le circuit IC2 qui n'est autre qu'un MAX232 développé spécialement pour cet usage par la société MAXIM. Dans ce circuit sont intégrés un doubleur de tension, permettant d'obtenir une tension d'environ +10V et un inverseur de tension permettant d'obtenir environ -10V à partir du +10V fourni par le doubleur.
Le principe de fonctionnement de ces dispositifs est celui des pompes de charge à diodes, ce qui implique l'utilisation des condensateurs externes C5 à C8. La liaison physique avec le PC est assurée bien entendu par un câble connecté à la carte. Compte tenu de la diversité des standards en matière de connecteurs, la carte dispose de deux connecteurs différents CN1 et CN2 qui sont respectivement un SUBD 25 broches et un SUBD 9 broches. Cette petite commodité devrait vous permettre d'éviter de bricoler des adaptateurs plus ou moins heureux. Les signaux utilisés sont uniquement RX et TX (réception et émission), ce qui ne permet pas un contrôle de flux matériel. Celui-ci est assuré par logiciel, tant du côté de l'ordinateur que dans le microcontrôleur.
Le programme intégré au ST6225 gère la transmission série des informations, selon un protocole créé spécifiquement pour cette application, en mode "half-duplex". C'est à dire que les informations ne peuvent circuler que dans un seul sens à la fois, soit en émission, soit en réception (c'est la raison pour laquelle il a été développé un protocole). Le coeur du montage est le circuit IC1 qui n'est autre que le microcontrôleur ST6225. Il assure la communication avec l'ordinateur. Outre la gestion de la liaison série, le programme interprète les différentes commandes. La configuration des entrées/sorties du ST6225 est la suivante :
Port A : en sortie symétrique, Port B : en entrée sans résistance de rappel, Port C : PC4 et PC5 alternativement en entrée logique sans résistance de rappel ou en entrée analogique, PC6 en entrée logique sans résistance de rappel, PC7 en sortie symétrique.
Le port A est entièrement utilisé en sortie pour les échanges (commandes...) depuis l'ordinateur vers le monde extérieur. Le port B est entièrement utilisé en entrée pour les échanges (informations...) depuis le monde extérieur vers l'ordinateur.
extérieur vers l'ordinateur. Le port C est utilisé pour diverses fonctions. PC4 et PC5 sont les deux broches permettant une acquisition analogique, PC6 est l'entrée RX et PC7 est la sortie TX de la ligne de communication RS232.
Le mode de fonctionnement des entrées analogiques PC4 et PC5 est particulier au ST6225. En effet, le convertisseur analogique/numérique intégré au microcontrôleur ne possède qu'une seule entrée, donc on ne peut convertir qu'une seule tension à la fois. Cela implique que l'on ne peut configurer en entrée analogique qu'une seule broche à la fois. Dans le cas contraire, toutes les broches déclarées simultanément en entrée analogique sont court-circuitées entre-elles comme ci-dessus. Cette caractéristique peut être utilisée à profit dans certains cas très particuliers, mais pas en ce qui concerne notre carte. Ceci fait que le programme ne configure en entrée analogique que la broche concernée au moment où l'ordinateur fait une demande de conversion. Les deux entrées analogiques sont protégées contre les "mauvais traitements".
Les composants D2 à D5, R2 et R3 limitent les tensions appliquées sur les broches PC4 et PC5 du port C à +5,6V au maximum et -0,6V au minimum. Les valeurs des deux résistances de 1/4W autorisent des tensions d'entrées (appliquées sur les entrées A1 et A2 du connecteur CN3) pouvant varier de -9,6V à +14,6V. R1 et C1 assurent l'initialisation du microcontrôleur (RESET). Le quartz de 8MHz associé aux deux condensateurs de 22pF permet d'obtenir un débit de 1200 bauds avec un bonne précision, ce qui garantit une transmission fiable même à longue distance.
Le schéma
Le dialogue entre l'ordinateur et la carte d'entrées/sorties est assuré par une transmission série des informations selon la norme RS232, ce qui implique des niveaux de tensions de 12V (valeurs nominales, mais pouvant être plus faibles). Ne disposant que d'une tension de +5V délivrée par le régulateur, il faut donc réaliser une adaptation de niveaux entre les signaux logiques 0V/+5V reçus ou émis par le microcontrôleur et les signaux -12V/+12V reçus ou émis par l'ordinateur selon la norme RS232. Cette fonction est assurée par le circuit IC2 qui n'est autre qu'un MAX232 développé spécialement pour cet usage par la société MAXIM. Dans ce circuit sont intégrés un doubleur de tension, permettant d'obtenir une tension d'environ +10V et un inverseur de tension permettant d'obtenir environ -10V à partir du +10V fourni par le doubleur.
Le principe de fonctionnement de ces dispositifs est celui des pompes de charge à diodes, ce qui implique l'utilisation des condensateurs externes C5 à C8. La liaison physique avec le PC est assurée bien entendu par un câble connecté à la carte. Compte tenu de la diversité des standards en matière de connecteurs, la carte dispose de deux connecteurs différents CN1 et CN2 qui sont respectivement un SUBD 25 broches et un SUBD 9 broches. Cette petite commodité devrait vous permettre d'éviter de bricoler des adaptateurs plus ou moins heureux. Les signaux utilisés sont uniquement RX et TX (réception et émission), ce qui ne permet pas un contrôle de flux matériel. Celui-ci est assuré par logiciel, tant du côté de l'ordinateur que dans le microcontrôleur.
Le programme intégré au ST6225 gère la transmission série des informations, selon un protocole créé spécifiquement pour cette application, en mode "half-duplex". C'est à dire que les informations ne peuvent circuler que dans un seul sens à la fois, soit en émission, soit en réception (c'est la raison pour laquelle il a été développé un protocole). Le coeur du montage est le circuit IC1 qui n'est autre que le microcontrôleur ST6225. Il assure la communication avec l'ordinateur. Outre la gestion de la liaison série, le programme interprète les différentes commandes. La configuration des entrées/sorties du ST6225 est la suivante :
Port A : en sortie symétrique, Port B : en entrée sans résistance de rappel, Port C : PC4 et PC5 alternativement en entrée logique sans résistance de rappel ou en entrée analogique, PC6 en entrée logique sans résistance de rappel, PC7 en sortie symétrique.
Le port A est entièrement utilisé en sortie pour les échanges (commandes...) depuis l'ordinateur vers le monde extérieur. Le port B est entièrement utilisé en entrée pour les échanges (informations...) depuis le monde extérieur vers l'ordinateur.
extérieur vers l'ordinateur. Le port C est utilisé pour diverses fonctions. PC4 et PC5 sont les deux broches permettant une acquisition analogique, PC6 est l'entrée RX et PC7 est la sortie TX de la ligne de communication RS232.
Le mode de fonctionnement des entrées analogiques PC4 et PC5 est particulier au ST6225. En effet, le convertisseur analogique/numérique intégré au microcontrôleur ne possède qu'une seule entrée, donc on ne peut convertir qu'une seule tension à la fois. Cela implique que l'on ne peut configurer en entrée analogique qu'une seule broche à la fois. Dans le cas contraire, toutes les broches déclarées simultanément en entrée analogique sont court-circuitées entre-elles comme ci-dessus. Cette caractéristique peut être utilisée à profit dans certains cas très particuliers, mais pas en ce qui concerne notre carte. Ceci fait que le programme ne configure en entrée analogique que la broche concernée au moment où l'ordinateur fait une demande de conversion. Les deux entrées analogiques sont protégées contre les "mauvais traitements".
Les composants D2 à D5, R2 et R3 limitent les tensions appliquées sur les broches PC4 et PC5 du port C à +5,6V au maximum et -0,6V au minimum. Les valeurs des deux résistances de 1/4W autorisent des tensions d'entrées (appliquées sur les entrées A1 et A2 du connecteur CN3) pouvant varier de -9,6V à +14,6V. R1 et C1 assurent l'initialisation du microcontrôleur (RESET). Le quartz de 8MHz associé aux deux condensateurs de 22pF permet d'obtenir un débit de 1200 bauds avec un bonne précision, ce qui garantit une transmission fiable même à longue distance.
Publie sue Magazine Electronique Pratique N°213 - Avril 1997
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