mardi 27 décembre 2016

interface pour clavier PS/2

J'utilise régulièrement un clavier dans mes projets et comme j'utilise une variété de MCU je dois réécrire l'interface pour le clavier. J'ai donc décidé de régler ce problème une fois pour toute en créant un module d'interface clavier que je vais inséré dans tous mes projets qui utilisent un clavier. Je sauverai ainsi du temps et de l'espace de code sur le MCU principal du projet. Ce module d'interface est très économique puisqu'il utilise un petit MCU en format DIP-8 soit le PIC12F1572. Le montage est très simple.

  • 1 MCU PIC12F1572
  • 2 condensateurs céramique 100nF/16v
  • 2 résistances 15Kohm 1/4watt.
  • 1 connecteur MINI-DIN 6 broches pour le clavier. On peut aussi utiliser un connecteur USB type A
Le code source est disponible sur https://github.com/Picatout/ps2_rs232

fonctionnement

Le PIC12F1572 reçoit les codes du clavier et fait la conversion en code ASCII qu'il envoie à l'hôte via le périphérique EUSART configuré en mode asynchrone. l'envoie se fait à 9600BAUD sans parité. Ce module d'interface n’accapare donc qu'un seule broche sur le MCU principal ainsi qu'un périphérique USART pour la réception. Le code à écrire sur l'hôte est des plus simple puisqu'il s'agit simplement de recevoir les codes ASCII et lest ranger dans une file d'attente FIFO pour les besoins de l'application. Les touches d'altérations SHIFT,CTRL,ALT,CAPS,NUM sont traitées par le PIC12F1572. Les relâchement de touches sont ignorés.

quelques notes sur l'utilisation des claviers

Les claviers que j'utilise sont des claviers d'ordinateurs personnels soit de type PS/2 ou USB. Les claviers USB adoptent automatiquement l'interface PS/2 lorsque les lignes DAT+ et DAT- sont connectées à des résistances pullup. Dans ce cas DAT+ devient le signal CLOCK et DAT- devient le signal DATA.

diagramme connection interne d'un adapteur USB-A vers MINI-DIN-6.

Même si les claviers indique une alimentation de 5VDC ceux que j'ai essayés fonctionnent très bien à 3VDC. Ce n'est pas vraiment étonnant puisque le MCU qui se trouve dans le clavier est certainement en technologie CMOS, à moins qu'il s'agisse d'un très vieux clavier.

L'interface PS/2 est une interface synchrone, c'est à dire qu'il y a un signal clock et un signal data. L'hôte doit lire le bit lorsque le signal clock est à zéro volt. C'est le clavier qui contrôle le signal clock. Bien qu'il s'agisse d'une interface synchrone elle peut-être utilisée en mode asynchrone car le signal data a le mêm format qu'un signal RS-232. C'est à dire qu'il y a un start bit à 0 suivit de 8 bits de data, d'un bit de parité impaire et d'un stop bit. Tout les claviers que j'ai essayé transmettait à 12,500 BAUD (une valeur non standard). Cependant si le clavier est utilisé en mode asynchrone l'hôte ne peut lui envoyer des commandes. Car il faut savoir que l'interface PS/2 est à double sens. L'hôte peut prendre le contrôle de l'interface en bloquant la ligne clock à 0 pour une durée minimum de 100µsec. L'interface décrite ici utilise l'interface PS/2 complète, c'est à dire que le PIC12F1572 envoie des commandes au clavier, soit pour le réinitialiser soit pour contrôler les LEDs du clavier.

Autre paramètre à considérer, l'interface fonctionne en mode drain ouvert d'où l'utilisation des 2 résistances pullup. Ceci est intéressant car même si le clavier est alimenter à 5 volt et que le MCU est alimenté à 3 volt il n'y a pas de risque d'endommager le MCU. Le seul courant qui passe vers le MCU hôte passe à travers des résistances pullup qui sont de 15Kohm. Supposons que les deux entrées du MCU sont configurées en entrées. Le courant passe du 5volt à travers la résistance de 15Kohm et à travers la diode de protection d'entré du MCU vers le 3volt. Le courant qui va circulé dans cette diode est donc de (5-3)/15000=133µA. Aucun risque d'endommager la diode de protection.

Les broches du PIC12F1572 sont configurables on mode drain ouvert ce qui rend encore plus sécuritaire l'interface entre le MCU et le clavier. On peut donc alimenter le clavier et les 2 résistances en +5VDC et le MCU en +3VDC sans que ça pose problème.

codes ASCII et supplémentaire

La table ASCII standard est limitée à 128 codes. Il n'y a pas de provision pour les touches spéciales du claviers tel que les touches de fonctions, les flèches, etc. Le firmware du PIC12F1572 convertis ces codes en une série de valeurs comprises entre 128 et 255. Pour connaître la liste de ces touches consulter la page github du projet.

mise à jour 8 janvier 2017

Suite à l'intégration de cette interface dans un projet j'ai apporté des modifications au circuit et au logiciel. Sous MS-DOS lorsque la combinaison de touches <CTRL>+ <ALT>+<DEL> était enfoncée l'ordinateur redémarrait. J'ai ajouté une fonctionnalité à cette interface pour que cette même combinaison résulte en l'envoie d'une impulsion négative de 100µsec sur la broche RA5 du MCU et j'ai nommé ce signal ~REBOOT.

De cette façon l'hôte qui utilise cette interface pourra utilisé ce signal à sa guise. J'ai aussi ajoutée une résistance de 470 ohm entre le condensateur C1 et l'entrée RA3 du PIC12F1572. À la jonction de C1 et de la résistance R3 j'ai ajouté l'étiqette globale ~HRST. Ce signal permet à l'hôte de réinitialiser ce circuit.

Comme j'ai fais ces modifications après coup j'ai du ajouter un connecteur ICSP pour reprogrammer le PIC12F1572. Je l'ai indiqué sur la nouvelle version de la schématique car cet imprévu m'a rappelé qu'il est toujours utile d'inclure un tel connecteur dans un montage. On ne sais jamais quand on aura à faire une reprogrammation en circuit.

J'ai aussi indiqué sur la schématique les 2 options possibles pour le type de connecteur clavier à utiliser.

Nouvelle schématique

mercredi 21 décembre 2016

tetris pad

Il est possible de réaliser des jeux vidéo simple même sur petit MCU qui n'a qui 6 E/S et 3.5Ko de flash et 256 octets de RAM. Ce projet en est la démonstration il s'agit du célèbre jeux tetris inventé en 1986 par Alekseï Pajitnov. Au départ j'ai conçu ce jeux dans la perspective de participer à un défi organisé par http://hackaday.com, le 1KB challenge. Mais j'ai échoué à atteindre l'objectif et je n'ai donc pas soumis le projet. En effet je n'ai pas réussi à réduite la taille du programme pour qu'il réponde au critère du 1KO. Toute la documentation et le code source sont sur github. Puisque ce projet était dédié à un site anglophone exceptionnellement tous les commentaires dans le fichier source sont en anglais. Mais je vais en faire une description dans ce qui suis.

Matériel

Le tetris_pad peut-être réalisé économiquement et rapidement. il y a un minimum de composants.

  • 1 PIC12F1572
  • 1 Oscillateur à crystal de 20Mhz CTS MXO45HST
  • 1 porte pile pour pile CR2450
  • 7 mini boutons poussoir à contact momentanés. Robotshop p/n: RB-DFR-448, 5/pkg
  • 2 embase DIP 8 broches. 1 pour le MCU et l'autre pour l'oscillateur. (optionnel).
  • 1 mini commutateur SPDT. Robotshop p/n RB-SPA-155
  • 1 LED 3mm rouge.
  • 2 connecteur phono RCA
  • 1 connecteur 6 broches espacement 100mil. pour brancher le Pickit 3.
  • 1 transistor 2N700.
  • 1 condensateur électrolytique 220µF/25Volt.
  • 3 condensateurs céramique 100nF/16Volt.
  • 1 condensateur céramique 1µF/16Volt.
  • 7 résistances 1Kohm 1/8 watt.
  • 1 résistance 22Kohm 1/8 watt.
  • 1 résistance 470ohm 1/8 watt.
  • 1 résistance 330ohm 1/4 watt.
  • 1 résistance 180ohm 1/4 watt.
  • 1 résistance 10Kohm 1/8 watt.
  • 1 résistance 100Kohm 1/8 watt.
  • 1 résistance 1Mohm 1/8 watt.
  • 1 résistance 620ohm 1/4 watt.
  • 1 résistance 82ohm 1/4 watt.
  • 1 pile bouton au lithium CR2450.
  • 1 carte de prototypage en bakélite de 7cm x 9cm. Robotshop p/n: RB-ADA-229, 10/pkg

schématique

prototype

Plusieurs des composants sont invisibles sur cette photo car en format CMS et soudés directement sur les pastilles qui se trouvent sur l'autre face de la carte.

code source

Le programme est écris en assembleur et occupe 1051 mots flash (1839 octets)dans sa version actuelle. Le fichier source est tetris.asm. Au début du ficher on retrouve les 2 lignes suivantes:

#define SOUND_SUPPORT
#define ANIMATION
Si la ligne qui défini SOUND_SUPPORT est mise en commentaire le code lié à cette fonction ne sera pas assemblé.
Si le ligne qui défini ANIMATION est mise ne commentaire le code d'animation de fin de parti ne sera pas assemblé. j'espérais en supprimant ces 2 éléments optionnels pouvoir répondre au critère du 1KO mais j'en étais encore très loin à environ 1500 octets.

La majorité des constantes utilisées par le programme sont définies entre les lignes 14 et 96.

la pile des arguments

Lorsque je programme les PIC enhanced mid-range en assembleur j'utilise le registre FSR1 comme pointeur pour une pile de passage des arguments aux sous-routines ainsi que pour les variables locales. Pour faciliter l'utilisation de cette pile je cré un ensemble de macros qui se trouve entre les lignes 153 et 217 du fichier tetris.asm.

Structure du progamme

  1. rst: point d'entrée lors de la réinitialisation du MCU. Cette routine fait un saut vers init: qui s'occupe d'initialiser les périphériques.
  2. isr: point d'entrée de la routine de service des interruptions. Il n'y a qu'une seule interruption sur la minuterie du périphérique PWM responsable de générer la synchronisation vidéo. La routine isr: contient aussi un céduleur de tâches de type round robin. lorsque c'est le temps de générer le signal vidéo cette routine appelle la sous-routine video_serialize: responsable d'envoyer les pixels à l'écran.
  3. init: s'occupe de l'initialisation de tous les périphériques avant de passer à game_init:.
  4. game_init: initialise l'environnement du jeux tetris proprement dit avant de débuter la partie au point d'entrée tetris:
  5. tetris:débute la logique du jeux. le jeux s'exécute en boucle jusqu'à la fin de la partie à l'intérieur de game_loop:
  6. A la fin du fichier sont rassemblées les tables de données enregistrées en mémoire programme. On y retrouve les glyphes des chiffres 0-9 ainsi que des lettres utilisées par les labels, table digits. Les glyphes des tetriminos suivent. Les tables pour les 3 textes apparaissant à l'écran. les valeur de périodes pour la gamme tempéré et finalement la partition de la mélodie korobeiniki. Puisque ce jeux a été inventé en Russie cette mélodie qui appartient à son folklore est appropriée.

utilisation de la console

Notez la disposition des boutons. A droite les 4 boutons disposés en losange. Celui du haut fait tourner le tetrimino vers la droite. Celui du bas le fait tourner dans le sens contraire. Les boutons de gauche et de droite sont pour les déplacements horizontal du tetrimino.

Il y a 2 boutons à gauche du pad. Celui du bas s'appelle A et sert à démarrer la partie. La mélodie korobeiniki est jouée en boucle en attente d'une pression sur de bouton. Le bouton au dessus de A est le bouton B. Il a 2 fonctions. lorsque la mélodie joue ce bouton force le silence. Pendant la partie le bouton B sert à faire tomber rapidement un tetrimino lorsqu'on juge qu'il est bien positionné. On peut aussi avorter rapidement une partie en le gardant enfoncé. Lorsque le puit est plein la partie est terminée. Une animation vide le puit vers le bas avant de présenter le message PRESS A pour une nouvelle partie.

Le pointage est compté en puissance de 2. C'est à dire que faire disparaître:
1 ligne vaut 2 points.
2 lignes 4 points.
3 lignes 8 points.
4 lignes 16 points.
L'affichage indique le pointage et le nombre total de lignes qui ont été détruites durant la partie.

Démonstration

Voici un bref vidéo de démonstration de tetris_pad. A la fin on peut attendre le joueur soupiré face à sa piètre performance.

mercredi 28 septembre 2016

pixdel version 6

Le 6 juin 2012 je publiais sur ce blog un article concernant l'idée du pixdel. Le mot pixdel lui-même est une contraction des mots pixel qui représente un point lumineux sur un écran et DEL qui est l'acronyme de Diode Electro-Luminescente. L'idée originale utilisait un PIC10F202 et une DEL RGB (Red/Green/Blue). Il s'agissait de connecter ces dispositifs sur un bus commun afin de les contrôler individuellement. A l'époque je ne sais pas si les WS2812 existaient. Si c'est le cas j'en ignorais l'existence. Quoi qu'il en soit le pixdel est basé sur une topologie bus1 alors que les WS2812b sont basés sur une topologie chaîne2.

Pixdel version 6

Je viens de développer la verion 6 du pixdel suite à une réflexion sur l'inefficacité du protocole de communication utilisé par les WS2812. En étudiant le protocole de communication des WS2812 je me disais qu'il devait bien y avoir un protocole de communication plus efficace que celui-là. La version 6 du pixdel utilise donc comme les W8212 une topologie chaîne puisque l'idée était de tester cette topologie que j'ai imaginé. Je vais donc expliquer comment fonctionne le protocole utilisé avec les WS2812 et ensuite le protocole que j'ai imaginé.

protocole de communication WS2812

La durée d'un bit est de 1,25µSec. Les zéro sont différenciés des 1 par le rapport cyclique. Voici là table des durées selon le datasheet.
Data transfer time (TH+TL=1.25μs±600ns)

T0H 0 code ,high voltage time 0.4us ±150ns
T1H 1 code ,high voltage time 0.8us ±150ns
T0L 0 code ,low voltage time 0.85us ±150ns
T1L 1 code ,low voltage time 0.45us ±150ns
RES low voltage time Above 50μs

Cette table indique la durée de chaque bit. chaque couleur est contrôlée par un octet il faut donc envoyé 24 bits pour contrôler la couleur d'un WS2812. RES représente un silence obligatoire entre chaque liste de commande. En effet comment un WS2812 sait-il que la commande lui est adressée?

En chaque WS2812 garde le premier paquet de 24 bits qu'il reçoit après un RES et fait suivre tous les autres au suivant. Donc s'il y a 10 WS2812 dans la chaîne et qu'on veut changer la couleur du dixième on doit envoyer une liste de 10x24bits et il ne doit pas y avoir de RES entre chaque groupe 24 bits sinon les WS2812 vont réinitialiser et le premier va garder les 24 bits suivants parce que pour lui se sont les 24 premiers.

Ce protocole de communication est contraignant pour le contrôleur. Non seulement il doit garder en mémoire l'état de chaque WS2812 mais il doit envoyer la séquence au complet même si seul le dernier de la chaîne change de couleur.

protocole de communication pixdel version 6

J'ai donc réfléchi à ça en me disant qu'on pouvait surement faire mieux et une solution m'est apparue rapidement. Pourquoi ne pas envoyer un compteur dans l'entête de chaque commande! Voici comment ça fonctionne.

D'abord la résolution PWM des pixdels version 6 est de 16 bits/composante (8 bits/composante pour les WS2812) ce qui permet un contrôle très précis de la couleur. Le paquet de commande est donc de 7 octets au lieu de 3. Le compteur de 8 bits plus 3x16 bits pour les composantes rouge/verte/bleue. La communication est en RS-232 à niveau TTL à une vitesse de 115200 BAUD.

format du paquet: COMPTEUR|RH|RL|GH|GL|BH|BL

  1. COMPTEUR, compteur de 8 bits permettant de contrôler une chaîne d'une longueur maximale de 255 pixdels. La valeur 0 est réservée pour les messages de diffusion.
    Si un pixdel reçoit un compteur à 0 il accepte la commande et la retransmet au suivant tel quel. Donc tous les pixdels vont accpter cette commande. Si le compteur est à 1 le pixdel accepte la commande mais ne la retransmet pas. Finalement si le compteur a une valeur entre 2 et 255, le pixdel décrémente le compteur et fait suivre le paquet au suivant.
  2. RH, octet fort de la composante rouge.
  3. RL, octet faible de la composante rouge.
  4. GH, octet fort de la composante verte.
  5. GL, octet faible de la composante verte.
  6. BH, octet fort de la composante bleue.
  7. BL, octet faible de la composante bleue.

Avantages

  • Le contrôleur n'a pas besoin de mémoriser les valeurs de chaque pixdel de la chaîne.
  • N'importe quel pixdel de la chaîne peut-être contrôlé par l'envoie d'un seul paquet de 7 octets en initialisant le compteur avec la position du pixdel ciblé dans la chaîne. Par exemple si on veut changer la couleur du 50ième maillon de la chaîne on initialise le compteur à 50.
  • En initialisant le compteur à 0 on peut mettre tous les pixdel de la chaîne dans le même état en envoyant 1 seul paquet de 7 octets.
  • Ce protocole de communication est très souple et peut-être adapté à d'autres applications. Par exemple on pourrait utiliser un compteur de 16 bits pour contrôler une chaîne d'une longueur maximale de 65535 maillons. Dans une autre application la communication pourrait-être faite par SPI,I2C ou autre méthode sérielle.

Démonstration

Pour vérifier mon idée j'ai fait un montage sur carte sans soudure comprenant 3 pixdels v6 que j'ai contrôlé à partir mon ordinateur via un port série. Le schéma de chaque pixdel v6 est le suivant:

Le MCU PIC12F1572 est parfait pour cette application puisqu'il possède 3 périphérique PWM ayant une résolution de 16 bits ainsi qu'un périphérique EUSART pour la communication.

photo du montage

Le firware est disponible sur https://github.com/picatout/pixdel6.

Vidéo de démonstration


notes

  1. Dans la topologie BUS tous les dispositifs sont connectés sur le(s) même(s) fils. Afin d'adresser individuellement chacun d'eux il faut que chacun possède un identifiant unique et que celui-ci soit inclus dans le message. Exemple l'adresse MAC des cartes réseaux. L'adresse MAC est incluse dans l'entête du paquet Ethernet.
  2. Dans la topologie en chaîne le message est transmis à un seul dispositif qui à son tour le retransmet au suivant dans la chaîne si le message de lui est pas adressé. Les dispositifs de la chaîne peuvent avoir un identifiant unique ou non. Dans le cas des WS2812b les DEL RGB n'ont pas d'identifiant un autre mécanisme d'adressage est utilisé.

lundi 12 septembre 2016

La machine à thé

Je me suis fabriqué une machine à infuser les sachets de thé. Dans cet article je fais une présentation détaillée du projet. Le code source et tous les autres documents sont disponible sur https://github.com/picatout/machineathe.

Sommaire

La machine à thé que j'ai fabriqué a pour fonction de prendre en charge le chronométrage de l'infusion du thé. Elle a un bras motorisé auquel j'attache le sachet. j'ajuste le chronomètre et pèse sur le bouton MARCHE. Le bras descend le sachet dans la tasse. lorsque le temps est expiré le bras soulève le sachet hors de la tasse et sonne l'alarme. De cette façon même si je suis occupé à autre chose et ne peu me déplacer immédiatement pour sortir le sachet de la tasse, le retrait automatique du sachet évite d'avoir à boire un thé trop concentré au goût amer.

Analyse du problème

Il faut donc un chronomètre et un bras motorisé. Il faut un bouton pour ajuster le temps et un affichage pour indiquer la durée. Il n'est pas nécessaire d'avoir une précision à la seconde. J'ai donc décidé que le temps pouvait-être incrémenté par multiple de 15 secondes. Pour l'affichage une barre de LED à 10 segments sert à indiquer le temps. Chaque segment représente un multiple de 15 secondes pour une durée maximale de 150 secondes. Un deuxième bouton sert à démarrer le chronomètre. Lorsque le temps est écoulé le sachet est retiré de la tasse, l'alarme sonne et finalement le microcontrôleur est mis en sommeil (sleep mode). L'interface utilisateur est donc simple, 2 boutons et un affichage barre de LED.

La procédure d'utilisation de l'appareil est la suivante:

  1. Attacher le sachet de thé au bras et placé la tasse sous le sachet.
  2. Peser sur le bouton MARCHE/ARRET pour sortir le MCU du mode sommeil. La mise en marche est signalée par un BEEP.
  3. Ajuster le temps avec le bouton TEMPS
  4. Peser à nouveau sur le bouton MARCHE/ARRET pour démarrer la séquence d'infusion.
Pendant l'infusion il est possible d'annuler en pesant à nouveau sur le bouton MARCHE/ARRET . Ce bouton est donc multi fonctions.
  • Allumer l'appareil
  • démarrer la séquence d'infusion
  • Annuler la séquence d'infusion

Le choix du microcontrôleur.

Rapidement dans ma réflexion j'ai choisi d'utiliser un servomoteur Hitec HS-422 que j'avais en ma possession ainsi que la barre de segments LED pour la même raison. Il me restait à choisir un microcontrôleur. le servomoteur se contrôle avec des impulsions dont la largeur varie entre 2,1 et 2,9 millisecondes. Ces impulsions doivent-être répétées 50 fois par secondes. Un périphérique PWM est tout désigné pour ce travail.

Pour l'alarme un petit haut-parleur alimenté par une tonalité ou une séquence de tonalités de fréquence différente peut-être utilisé. Encore là un périphérique PWM est tout désigné pour générer les tonalités.

Pour les 2 boutons il suffit de 2 entrées digitales.

Pour l'affichage des entrées/sorties 3 états (sortie 5 volt,sortie 0 volt, haute impédance) sont nécessaires. On peut cependant réduire le nombre nécessaire en utilisant une méthode de multiplexage appelée Charlieplexing. Le nombre de LEDs qui peuvent-être multiplexés par cette méthode est de N*(N-1). Où N est le nombre de broches utilisées. Avec 4 broches 3 états (tristate) on peut donc contrôler 12 LEDs. La barre en a 10.

On a donc besoins d'un MCU qui dispose de 2 périphériques PWM et d'au moins 8 E/S numériques et au minimum 2 minuteries, une pour les PWM et pour servir de chronomètre. Rien de plus que ça. Le plus petit PIC16F1xxx qui possède ces caractéristiques doit-être disponible dans un boitier PDIP 14 broches.

Les générations PIC 8 bits

Il y a 4 générations de PIC 8 bits. Les baseline mis en marché en 1990, les mid-range, les enhanced mid-range et finalement les extended c'est à dire les PIC18Fxxxx.

La famille enhanced mid-range est celle qui offre la plus grande variété de produits hormis les PIC18F qui sont inutilement coûteux pour ce projet. De plus il n'y a aucun PIC18F qui viens en format PDIP-14. Les enhanced mid-range ont 4 chiffres après le F, i.e. PIC1y(L)F1xxx où y est soit 2 ou 6.

En utilisant le sélecteur de MCU sur le site WEB de Microchip j'ai trouvé un bon candidat pour le rôle, le PIC16F1703. Voilà un petit MCU intéressant.

PIC16(L)F1703
mémoire flash 2048 instructions.
mémoire RAM 256 octets
11 entrées/sorties 3 états. 1 entrée seulement RA3/~MCLR/Vpp
Analog-to-Digital Converter (ADC) 10 bits
Fixed Voltage Reference (FVR)
Zero-Cross Detection (ZCD), utile dans les applications de contrôle de voltage AC. i.e thermostat, atténuateur d'éclairage.
Temperature Indicator
2 Capture/Compare/PWM (CCP/ECCP) Modules
Master Synchronous Serial Ports MSSP
2 Op Amp
Timer0, 8 bits avec pré-diviseur
Timer1, 8 bits avec gating et clocking externe
Timer2, 16 bits avec pré et post diviseur. Contrôle la période des CCP
Pour ce projets seul sont utilisés les 2 CCP et les 3 minuteries.

Schématique du projet

Voici la schématique du circuit produit avec KiCAD version 4.0.3.

Le montage est fait sur 2 cartes Schmartboard bread/proto 400 points, l'une pour le MCU et l'autre pour l'interface utilisateur. J'ai utilisé 6 broches pour le charlieplexing des LEDs au lieu de 4. Ces broches correspondes aux 6 broches du PORTC disponibles sur ce MCU. Puisqu'il n'y avait pas d'usage pour les 2 broches supplémentaire aussi bien les utilisées. Seule RA0 demeure inutilisée (sauf pour la programmation ICSP).

Assignation des ressources du MCU

ressource utilisation
TIMER0 Cette minuterie 8 bits est configurée pour chronométrer les délais cours par incrément de 4msec. Lorsqu'elle est active cette minuterie génère une interruption à intervalle de 4 millisecondes.
TIMER1 Cette minuterie 16 bits est configurée pour chronométrer les durées en secondes. Lorqu'elle est active cette minuterie génère une interruption à intervalle d'une seconde. C'est la minuterie utilisée pour contrôler la durée de l'infusion.
CCP1 (Capture/Compare/PWM) Ce périphérique est utilisé en mode PWM pour générer des tonalité audio-fréquence. Utilisé par la routine tone.
CCP2 Ce périphérique est utilisé en mode PWM pour génerer les impulsions de contrôle du servomoteur. La période est de 20 msec et la largeur des impulsions varie entre 2,1 et 2,9 msec par incrément de 32µsec.
PORTA RA5 entrée bouton MARCHE/ARRET
RA4 entrée bouton TEMPS
RA2 sortie PWM contrôle servomoteur
RA1 sortie PWM son
PORTC RC0-RC5 E/S 3 états pour le Charlieplexing des LEDS

Le logiciel

Le code source est écris entièrement en MPASM. Les enhanced mid-range possède un jeux de 49 instructions. Cette génération représente une amélioration considérable par rapport au 2 précédentes. Voici quelques comparaisons.

paramètremid rangeenhanced
pile8 niveaux16 niveaux. Peut-être manipulée.
FSRxFSR0 seulementFSR0,FSR1
interruptionsauvegarde/restauration manuel du contextesauvegarde/restauration automatique du contexte
accès RAMsegmentée seulementsegmenté ou linéaire indirecte
adressage indirectpas d'auto incrément/décrément. pas d'index relatifpour les instruction moviw et movwi pré/post incrément/décrément. index relatif.
branchement relatif à PC Pas de branchement relatif. Branchement relatif avec les instructions BRA et BRW
Il est plus intéressant de travailler avec les enhanced mid-range qu'avec les générations précédentes et pour la programmation en C le compilateur peu plus facilement optimiser le code binaire.

ordinogramme de l'application

Voici l'ordinogramme (flowchart) de l'application.

Pour la présentation qui suis référez-vous au fichier mat.asm

Initialisation du MCU

Chaque MCU fourni par Microchip a un fichier *.inc qui lui est associé. La première chose à faire est d'inclure ce fichier avec la directive


    include p16f1703.inc
Ensuite il faut configurer les paramètres de fonctionnement du MCU avec la directive __config. Puisque ce MCU a 2 locations de configuration _CONFIG1 et _CONFIG2 il faut une directive pour chacun. L'oscillateur interne est utilisé, le watch dog timer est désactivé et le master clear est activé. Pour la signification des constantes se référer au fichier p16f1703.inc. Elles sont définies à la fin du fichier.

Je définis toujours les constantes, les macros et les variables au début du fichier. Je fais un usage abondant de la directive #define. L'usage de noms symboliques spécifiques à l'application simplifie les mises à jour ultérieures.

Puisque le programme utilise moins de 16 octets de variables elles sont toutes placées dans la section udata_shr ce qui évite d'avoir à utiliser des directives banksel lorsqu'on veut accéder une variable. Il en résulte un code plus compacte et plus rapide. udata_shr correspond aux 16 dernières locations de chaque banque de la mémoire RAM. C'est 16 locations sont communes à toutes les banques. Voilà pourquoi on a pas besoin de la directive banksel pour les accédées.

Lorsqu'un PIC est réinitialisé l'exécution du code commence à l'adresse 0. le vecteur d'interruption lui est à l'adresse 4. On doit donc faire un saut au delà de la routine d'interruption pour aller à init:. J'ai commenté chaque étape de l'initialisation il ne devrait donc pas être facile de suivre le cheminement. Une des fonctions intéressante du PIC16F1703 est le PPS (Peripheral Pin Selsect). Qui permet de décider soit-même sur quelle broche on veut brancher les périphériques logiques, (ça ne s'applique pas aux analogiques, i.e. op amp, comparateurs, entrées ADC). Donc j'ai sélectionné la broche RA1 pour la sortie CCP1 (alarme) et la broche RA2 pour la sortie servomoteur CCP2.

Le TIMER0 est configuré pour générer une interruption à intervalle de 4 millisecondes et le TIMER1 est configuré pour générer une interruption à intervalle d'une seconde. J'explique la sous-routine d'interruption plus bas.

Auto test de mise sous tension

Lorsque la configuration du MCU est complétée une routine d'auto test à l'allumage est appelée. self_test: allume tous les segments de la barre de LEDs l'un après l'autre en commençant par le haut et fait entendre une tonalité différente à chaque segment. Ensuite self_test abaisse le bras et le relève. Ce test n'est effectué qu'une fois lors de la mise sous tension de l'appareil.

mise en sommeil

Après l'exécution de l'auto test le code tombe dans la routine main. Cette routine débute par une mise en sommeil du MCU pour réduire la dépense électrique lorsqu'il n'est pas utilisé. Le MCU utilise la fonction IOC (Iinterrupt On Change) pour sortir le MCU du sommeil. A chaque PORT est associé 2 registres de configuration IOCxP pour détecter les transitions positives (0 -> 5 volt) et IOCxN pour les transitions négatives (5 -> 0 volt). Cette fonction consiste à générer une interruption lorsqu'une broche configurée en entrée logique change d'état. Dans cet application on configure pour que le MCU s'éveille lorsque le bouton MARCHE/ARRET est enfoncé. Alors la broche START_PIN passe de 5 volt à 0 volt. L'interruption n'est cependant pas activée. Ce n'est pas nécessaire. Lorsque le MCU sort du mode sommeil il exécute l'instruction qui suis l'instruction sleep qui l'a fait entrer en mode sommeil.

La configuration IOCAN est désactivée et ensuite la mise en marche est annoncée par un BEEP. Après quoi la routine timeset est appelée.

Ajustement du chronomètre

L'utilisateur doit alors utiliser le bouton TEMPS pour ajuster la durée de l'infusion. Chaque pression du bouton incrémente le temps de 15 secondes. Cette routine fait donc la lecture des 2 boutons et met à jour l'affichage LED. Lorsque le bouton MARCHE/ARRET est enfoncé un branchement vers timeset_exit met fin à cette routine.

infusion

De retour dans la routine main le registre WREG est chargé avec la valeur SERVO_POS_BAS et la routine servo_pos est appelée. Cette routine est responsable du déplacement du bras. Il ne s'agit pas de simplement envoyer la nouvelle valeur de position au servomoteur car le bras descendrait trop rapidement et ça risquerait de produire des éclaboussures. Donc la valeur de la dernière position est conservée dans la variable last_pos et il s'agit de s'approcher de la nouvelle valeur étape par étape en partant de la valeur de last_pos en insérant un délais entre chaque commande. La valeur de ce délais est indiquée par la constante SERVO_DLY.

Lorsque le positionnement est terminé la routine quitte et de retour dans main la routine infusion est appelée. Cette routine est responsable de surveiller le chronomètre, d'afficher la valeur du temps restant et aussi faire la lecture du bouton MARCHE/ARRET a cas ou l'utilisateur annulerait la procédure. Lorsque le temps est expiré ou s'il y a annulation le routine retourne vers main

fin de l'infusion

Une nouvelle commande est envoyée au servomoteur cette fois avec la valeur SERVO_POS_HAUT comme argument dans WREG. De retour de la routine servo_pos, main appelle la routine alarm. La routine alarm: joue la séquence de notes enregistrées dans la table CE3K ensuite retourne vers main. La séquence étant terminée on boucle au début de main et le MCU est remis en sommeil.

sous-routine d'interruption

Les MCU PIC 8 bits n'ont pas de gestionnaire d'interruption. Toutes les interruptions commence à l'adresse 4. Pour savoir qu'elle interruption a été déclenchée il faut vérifier les indicateurs d'interruption. Dans cette application il y a 2 sources d'interruption possible, le TIMER0 et le TIMER1. On commence par vérifier si l'interruption TIMER0 est active en testant l'état du bit T0IE dans INTCON si cette interruption est active on test T0IF qui est aussi dans INTCON pour s'assurer que le TIMER0 est bien la source de l'interruption. Si c'est le cas on branche vers isr_timer0. TIMER0 est responsable de la gestion de la minuterie courte durée. Cette interruption lorsqu'elle est active se produit à intervalle de 4 msec et décrémente la variable msec4. Lorsque msec4 tombe à zéro c'est que le délais est expiré. Dans ce cas l'interruption TIMER0 est désactivée et l'indicateur booléen F_MSEC4 dans la variable flags est remis à zéro.

Si l'interruption a été générée par le TIMER1 le branchement se fait vers isr_timer1. Cette interruption lorsqu'elle est active est déclenchée à intervalle d'une seconde. La variable secondes est décrémentée à chaque interruption et lorsque sa valeur tombe à zéro l'interruption du TIMER1 est désactivée et l'indicateur booléen F_SEC dans la variable flags est mis à zéro.

Les routines qui utilisent l'une ou l'autre des minuteries, doivent les initialiser en appelant start_msec4_tmr pour la minuterie courte durée ou bien start_timer pour démarrer la minuterie longue durée. Ensuite la routine surveille l'état de l'indicateur booléen correspondant dans flags pour savoir quand le délais est expiré.

Pour les enhanced mid-range les registres suivants sont sauvegardés et restaurés automatiquement lors d'une interruption: WREG,STATUS,BSR,PCLATH,FSR0L,FSR0H,FSR1L,FSR1H. Ces registres sont sauvegarder dans les registres xxxx_SHAD situés dans la banque 31.

Utilisations des FSRx

le registre d'index FSR0 est utilisé pour accéder les tables de données en mémoire flash. Le programme utilise 3 tables de données.

table description
LED_CONN Cette table indique sur qu'elles broches est branchée la cathode et l'anode de chacun des 10 segments de la barre-LED. Cette table est utilisée par la routine light_segment.
SCALE Cette table contient les valeurs pour chaque note de la gamme tempérée utilisé par la routine tone. Les tonalités sont générées en utilisant CCP1 en mode PWM. Les valeurs de cette table vont dans PR2 et dans CCP1DCL:CCP1CON{DC1B} pour déterminer la fréquence et le rapport cyclique.
CE3K Cette table contient la liste des notes à jouer par la routine alarme. Le premier élément est le nombre de notes. Les autres sont par paire: durée, note.

Le registre d'index FSR1 est utilisé comme pointeur de pile pour créer une pile d'arguments pour les appels de sous-routine. Pour les routines qui n'utilisent qu'un seul argument de 8 bits cette valeur est passée dans le registre WREG. Mais pour les autres les arguments sont passés par la pile des arguments. la variable stack dans le segment udata réserve 16 locations pour cette pile. Cette pile utilise avantageusement les instructions moviw et movwi pour gérer les accès à cette pile. Une série de macro a été définie à cette effet.

macros gestion de la pile description
pushw empile le contenu du registre WREG
popw dépile dans WREG
dup cré une copie du sommet de la pile, de sorte que la pile grandie de 1 élément et que les 2 éléments au sommet sont identiques.
over copie le 2ième élément de la pile au sommet de celle-ci de sorte que la pile grandie de 1 élément et que la valeur au sommet est identique à la 3ième valeur.

Liste des sous-routines

sous-routine arguments Description
alarm aucun fait jouer la liste des notes de la table CE3K. Appel sous-routine tone.
beep aucun fait entendre un son court lorqu'un bouton est enfoncé. Appel sous-routine tone.
div15 WREG contient le dividende
Divise le contenu de WREG par 15. Le quotient est retourné dans la variable ACAH et le reste dans ACAL.
infusion aucun surveille la minuterie des secondes ainsi que les 2 boutons. Met à jour l'affichage LED selon le temps restant. Appel start_timer, div15, light_segment
init aucun Initialise les périphériques du MCU après la réinitialisation.
isr aucun sous-routine de service des interruptions. Gère les interruptions des TIMER0 et TIMER1.
main aucun boucle principale du programme.
light_segment WREG contient le numéro du segment à allumer Allume le segment indiqué par la valeur indiqué dans WREG. Accède la table LED_CONN.
pause_msec WREG contient la durée de la pause. Suspend l'exécution pour la durée indiquée dans WREG*4 millisecondes. Appel la sous-routine start_msec4_tmr.
self_test aucun auto test lors de la mise sous tension. Appel les sous-routines light_segment,tone,servo_pos.
servo_pos WREG contient la valeur de positionnement. Positionne le servomoteur à la valeur indiqué dans WREG.
start_msec4_tmr WREG contient la durée. Démarre la minuterie courte durée avec la valeur WREG*4 millisecondes
start_timer WREG contient la durée. démarre la minuterie longue durée avec la valeur WREG secondes.
tone arguments passés sur la pile. ( d n -- ) Fait entendre une tonalité. Le sommet de la pile contient l'indice de la note dans la table SCALE et le deuxième élément de la pile indique la durée en multiple de 4 msec. Appel sous-routine pause_msec.

mise à jour 2016-09-22

Le commentaire le plus fréquent de mon entourage était que c'est gros. Et pourtant ça prend moins de place qu'une petite cafetière à filtre. Quoi qu'il en soit j'ai tenu compte de ce commentaire et j'ai réalisé qu'il était inutile de prolongé la base en dehors de la tour. J'ai donc modifié la base en conséquence. La surface de comptoir occupée n'est que de 10x10cm. J'ai aussi ajouté deux chevilles sur le bras pour faciliter l'attachement de la ficelle du sachet. J'ai aussi modifié le logiciel pour que lors de l'allumage le temps initial soit à 15 secondes au lieu de zéro pour avoir un indicatif visuel que l'appareil est allumé. J'ai aussi ajouter un easter egg.

mardi 2 août 2016

Regency TR-1

Après avoir lu cet article sur Hackaday.com où on mentionne la mise en marché en 1954 du premier récepteur radio à transistors. J'étais curieux de voir son schéma électronique et une recherche dans Google par permis de trouver rapidement. Dans cet article je décris le fonctionnement de ce récepteur radio.

schéma électronique du Regency TR-1

Vous pouvez cliquer sur l'image pour l'agrandir.

Il s'agit d'un récepteur super-hétérodyne qui n'utilise que 4 transistors. À cette époque il s'agissait de transistors au germanium.

Super-hétérodyne

Un récepteur super-hétérodyne est un récepteur qui convertie le signal reçu à une fréquence fixe appelée fréquence intermédiaire qui est amplifiée avant que le signal ne soit démodulé (recouvrement de l'information). Dans les récepteurs commerciaux pour la bande de diffusion MW (530-1700Khz) la fréquence intermédiaire est standardisée à 455Khz et est obtenue par soustraction de la fréquence de l'oscillateur local à la fréquence de la station reçue par l'antenne. L'oscillateur local doit-être accordée en même temps que l'amplificateur RF de sorte que sa fréquence soit maintenue à 455Khz au dessus de la station syntonisée. Par exemple si on syntonise une station à la fréquence de 610Khz l'oscillateur local aura une fréquence de 1065Khz. Cette syntonisation se fait par un condensateur variable à 2 sections dont les plaques mobiles sont sur un axe commun. Sur le diagramme bloc la ligne pointillée représente le lien de syntonisation entre l'oscillateur local et l'amplificateur radio-fréquence.

Variable Capacitor.jpg
Par Ulfbastel de de.wikipedia.org, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=605145

L'intérêt du super-hétérodyne est d'améliorer la sélectivité en fréquence, c'est à dire la capacité à séparer les stations qui sont proches en fréquence l'une de l'autre. La bande passante d'un circuit accordé est Fr/Q. Où Fr représente la fréquence d'accord et Q est le facteur de qualité de l'inductance du circuit accordée. A partir de cette formule on comprend que si le facteur Q est constant la sélectivité d'un circuit accordé diminue avec l'augmentation de la fréquence. En convertissant la fréquence reçu à une fréquence constante de 455Khz la sélectivité sera la même à 1700Khz qu'à 540Khz.

Fonctionnement du Regency TR-1

Pour suivre cette description reportez-vous au schéma électronique détaillé ci-haut. Première remarque, il n'y a que 4 transistors. Les premiers transistors étaient coûteux il fallait donc en réduire le nombre. X4 est l'amplificateur audio. Puisque l'impédance de sortie au collecteur de X4 est trop haute pour alimenter directement un haut-parleur on utilise le transformateur T4 pour abaisser cette impédance. Ce type de transformateur a habituellement une impédance de 1 ou 2 Kohm au primaire (côté collecteur de X4) et 8 ohm au secondaire.

La bande MW étant modulée en amplitude la démodulation est très simple. Il suffit de redressé le signal à la sortie de l'amplificateur IF. Cette tâche est accomplie par la diode D1. le condensateur C18 élimine le résidu radio-fréquence pour qu'il ne se propage pas dans l'amplificateur audio. Le potentiomètre R12 insérée entre le détecteur et l'amplificateur audio permet de régler le volume sonore.

Les transistors X2 et X3 sont utilisés pour l'amplificateur de fréquence intermédiaire. Le couplage entre les étages se fait par circuit accordé à 455Khz. C'est ce qui assure la sélectivité du récepteur. À l'entrée de l'amplificateur IF on a T1 et C6 qui forme le premier circuit accordé à 455Khz. Entre X2 et X3 on a T2 et C12 qui forme le deuxième et finalement à la sortie on a T3 et C16 qui forme le troisième circuit accordé. Avec ces 3 circuits accordés à 455Khz la sélectivité est suffisante pour cette bande de fréquence.

On arrive à la partie la plus intéressante du circuit. Sur le diagramme bloc on voit 3 modules, RF AMP., OSC. LOCAL et MIXER. Mais sur le schéma électronique on ne voit qu'un seul transistor X1. En fait ce transistor joue les 3 rôles. Comme je l'ai écris ci-haut, les transistors coûtaient cher à l'époque. On a donc synthétisé les 3 fonctions dans un seul étage à transistor.

Le rôle d'antenne est joué par une barre de ferrite sur laquelle est bobinée le circuit d'accord radio-fréquence constitué de L1 et C2. Le bobinage L2 couple le signal radio reçu vers la base de X1. L2 sert à abaisser l'impédance pour ne pas chargé le circuit accordé radio-fréquence, ce qui aurait pour effet de réduire la sensibilité et la sélectivité de celui-ci.

Le circuit accordé de l'oscillateur local est formé de L3, C3 et C5. L3 possède un branchement partiel pour retourner une partie du signal de sortie vers l'émetteur de X1 à travers le condensateur C4. Cette rétro-action positive permet de créer un oscillateur de type Hartley. C'est l'oscillateur local. Puisque X1 amplifie à la fois le signal RF reçu de l'antenne et le signal de l'oscillateur il agit automatiquement comme un mélangeur (MIXER). Sur le collecteur de X1 on retrouve la fréquence de la station émettrice, la fréquence de l'oscillateur local ainsi que la somme et la différence de ces 2 fréquences. Ce signal est couplé à travers L4 à T1 et C6. Mais puisqu'il s'agit d'un circuit accordé à 455Khz seule la différence entre la fréquence de la station syntonisée et celle de l'oscillateur local passe dans l'amplificateur de fréquence intermédiaire.

A propos de C2 et C3 il s'agit en fait de 2 sections d'un même condensateur variable. Dans un schéma moderne aurais plutôt utilisé les notations C2a et C2b pour les désignés.

Ce n'est pas terminé, ce récepteur malgré sa simplicité possède aussi un contrôle de gain automatique. Puisque la puissance du signal varie d'une station à l'autre il est utile d'ajuster le gain en fonction de la puissance reçu sans que l'utilisateur est besoin de toucher au contrôle de volume. À l'anode de la diode D1 en plus du signal audio fréquence il y a un certain voltage DC négatif puisque la diode redresse le signal de sortie de l'amplificateur IF. La valeur de ce voltage devient plus négative avec la puissance du signal reçu. La résistance R11 ramène ce volage vers la base de X2. Ce signal filtré par C9 pour enlever toute trace de fréquence audio modifie la polarisation du transistor X2 de sorte que plus le signal reçu es puissant, plus le gain de X2 diminue. Ce qui permet de contrôler le volume audio lorsqu'on change de station.

Conclusion

Ce type de montage était très fréquent dans les années 60, 70 et même 80. Sauf qu'à partir des années 60 les transistors au germanium ont étés remplacés progressivement par les transistors au silicium. Les transistors au silicium sont plus stables, ont un courant de fuite plus faible et offre un gain plus élevé. A partir des années 70 on a vu apparaître des circuit-intégrés qui accomplissait le travail de certain module du super-hétérodyne. Par exemple des amplificateurs audio en circuit-intégré comme le LM386. Puis sont apparues des circuit intégrés contenant toute la partie RF, IF et détection.

Aujourd'hui les technologies analogiques ont été en grande partie remplacées par des circuits numériques. Silicon Labs est un des manufacturiers les plus actif dans le domaine des C.I. radio-fréquence. Voici le schéma d'un récepteur MW/SW/FM réalisé avec un si4825-a10 de Silicon labs.

Il ne manque que l'amplificateur audio.

Notez qu'il n'y a pas de condensateur variable, la sélection de fréquence se fait par un potentiomètre. Les technologies numériques ont fait presque disparaître les condensateurs variables. Seul quelque vendeurs spécialisés en tiennent encore en inventaire. Les derniers que j'ai acheté, je les ai trouvé sur ebay. Il s'agit de condensateurs usagés. Il est plus facile de les trouver en Europe de l'est.

mercredi 20 juillet 2016

tube électronique

L'électronique n'a pas débutée avec l'invention du transistor mais avec l'invention du tube électronique. Les tubes électroniques sont encore en usage de nos jours dans certaines applications comme dans les satellites de communications sous forme de TWT ou encore les émetteurs radio grande puissance. Dans cet article j'explique le fonctionnement des tubes électroniques.

Lampe diode

Commençons par le tube électronique le plus simple, la diode a été inventée en 1904 par Ambrose Flemming. Dans un tube de verre dans lequel on fait le vide complet on insère 1 filament chauffé et une autre électrode froide celle-là.

Le filament chauffé s'appelle la cathode car il fournir les électrons et l'électrode froide qui reçoit les électrons s'appelle l'anode.

Fonctionnement

lorsqu'on chauffe le filament en appliquant un faible voltage 6 ou 12 volt, il se forme un nuage d'électrons autour de celui-ci. Les électrons étants les porteurs de la charge électrique négative sont attirés par un champ électrique positif. Donc si on applique un voltage positif à l'anode par rapport à la cathode, le nuage d'électrons sera accéléré vers l'anode. Il va donc y avoir un courant électrique qui va circulé. Par contre si on applique un voltage négatif sur l'anode les électrons seront repoussé par l'anode et aucun courant ne circule. Donc si on applique un voltage alternatif à l'anode le courant ne circulera que pendant la phase positive on aura donc ceci à la sortie du tube.

Seule les alternances positives laisse passées le courant donc pendant les alternances négatives il n'y a pas de chute de tension aux bornes de RL. Une chute tension aux bornes de RL implique que l'anode du tube devient négative par rapport à la masse d'où le graphique indiquant des impulsions négative aux bornes de RL. On a donc un redresseur.

Il faut mentionner l'importance du vide à l'intérieur du tube. Si on laissait l'air dans le tube les électrons entreraient en collision avec les molécules d'air et perdraient leur énergie avant d'arriver à l'anode.

La triode

Pour obtenir un amplificateur il faut pouvoir contrôler le flux d'électrons à travers le tube en fonction du signal qu'on désire amplifié. Lee de Forest en 1906 a inventé un tel tube à 3 électrodes. La troisième électrode s'appelle la grille de contrôle. Il s'agit habituellement d'un fil enroulé en spirale autour de la cathode sans y toucher cependant. Un circuit d'amplification à triode ressemble à ceci.

On a donc le voltage de chauffe du filament Vf. Il est représenté ici par une pile mais en pratique il s'agit d'un voltage AC basse tension 6 ou 12 volt provenant du secondaire d'un transformateur. Vp est le voltage appliqué à l'anode. Il provient habituellement de la rectification d'un 2ième bobinage du même transformateur. Ce voltage peut dépasser 200 VDC mais peut-être aussi bas que 50VDC dépendant du type de tube et de l'application. Rg est la résistance de polarisation de la grille. Un certain courant circule dans circuit entre la grille et la cathode à travers Rg. Cette résistance est de l'ordre de 1Mohm et le voltage qui se développe à ces bornes fait en sorte que la grille est négative par rapport à la cathode ce qui limite le courant vers l'anode. La valeur de Rg est choisie en fonction des caractéristiques du tube afin d'obtenir le point d'opération désiré. Lorsque le signal à amplifier est présenté sur la grille il module le voltage entre la cathode et la grille et donc le courant qui circule vers l'anode. La résistance d'anode Rp permet de développer un voltage en inversion de phase du voltage sur la grille mais amplifié.

Tétrode et pentode

Des tubes à 4 électrodes, les tétrodes et à 5 électrodes, les pentodes ont été inventés pour améliorer les performances des tubes amplificateurs. La quatrième électrode appelée grille écran insérée entre la grille de contrôle et l'anode sert à réduire l'effet capacitif entre l'anode et la grille de contrôle. Cet effet capacitif réduisait le gain en haute fréquence des triodes. Cette grille écran est gardée à un voltage positif constant plus bas que celui de l'anode.

Les pentodes ont été inventées pour régler le problème des émissions secondaires. En effet l'anode bombardée par les électrons chauffe et parce qu'elle chauffe elle émet des électrons à son tour comme la cathode. L'effet est plus prononcé dans les tétrodes parce que les électrons arrivent plus rapidement à l'anode à cause de l'accélération supplémentaire produire par la grille écran. La 3ième grille appelée grille d'arrêt est gardée au même voltage que la cathode ce qui a pour effet de ralentir les électrons avant qu'ils ne frappent l'anode. Les pentodes sont utilisées dans les circuits audio de puissance comme les amplificateurs de guitares électriques.

Autre perfectionnement

Si les premières diodes et triodes émettaient les électrons directement à partir du filament, rapidement une amélioration a été apportée sous la forme d'une cathode séparée du filament. Dans les tubes modernes la cathode est formée d'un cylindre recouvert d'oxyde de baryum à l'extérieur. Le filament chauffant est inséré à l'intérieur du cylindre cathode mais est isolé électriquement de celui-ci. Cette amélioration présente 2 avantages. Premièrement lorsque le filament et chauffé en alternatif à la fréquence du secteur, 50 ou 60 hertz dépendant des régions, la quantité d'électrons émis est modulée par cette fréquence et est donc amplifiée par le tube. La cathode isolée a une température plus constante et une émission d'électrons qui n'est pas modulée par la fréquence secteur. Le deuxième avantage de la cathode est que certains métaux émettent plus facilement des électrons lorsqu'ils sont chauffés que d'autres. C'est le cas de l'oxyde de baryum. Puisque la cathode émet plus facilement des électrons elle peut-être gardée à une température moindre ce qui augmente la durée de vie du filament. La cathode cylindrique produit aussi une émission mieux distribuée sur la totalité de sa surface.


pour en savoir plus

mercredi 4 mai 2016

Que se passe t-il avec Intel?

Intel a annoncé qu'ils abandonnaient le marché du mobile après avoir dépensé 10 milliards pour à essayer de se tailler une place sur ce marché. Sans parler de cette autre nouvelle daté du 27 avril: Intel Will Layoff 12,000 American Workers After Requesting 14,523 Foreign Workers. Ils veulent mettre à pied plus de 14,000 travailleurs Américain après avoir fait venir des travailleurs étrangers qui leur coûte moins chers, sous prétexte qu'il n'y avait pas assez de travailleurs aux U.S.A pour combler tous les postes. Quel culot! Faut-il s'étonner que tant d'Américains soient en colère contre leur classe politique qui laisse faire ça?

Le bonheur des uns fait le malheur des autres.

Revenons au sujet en titre. Tout a commencé avec la mise en marché du iPhone en 2006 (déjà 10 ans!). Apple avait choisi un processeur à coeur ARM et comme nous le savons le iPhone a été plus qu'un succès. Il a carrément changer le monde. Il a été suivit par d'autres téléphones sous Androïd et aujourd'hui presque tout le monde a son smartphone. Puis il y a aussi les tablettes. Et quel processeurs ces gadgets utilisent-il? Ils utilisent tous des processeurs à coeur ARM au grand bonheur des actionnaires de ARM corporation.

Non seulement ces nouveaux gadgets ont envahient le marché ils ont fait chuter de façon dramatique la vente de PC et de laptops qui eux utilisaient en grande majorité des processeurs Intel. Intel est donc perdant sur les 2 tableaux, incapable d'installer ses processeurs sur les smartphone et tablettes et en même temps diminution dramatique de ses ventes de processeurs pour PC. Le marché du PC a tellement chuté que même les grands distributeurs vendent des PC reconditionnés!

Imaginez Intel ce géant qui a dominé le marché des microprocesseurs depuis les années 1970 est maintenant obligé de couper dans les dépenses de toutes les façons imaginables. Intel possède ses propres usines de fabrication de microprocesseurs. Hors une seule de ces usines coûte plusieurs milliards de dollars. Leur frais fixes sont faramineux à comparer à ceux de ARM corporation qui ne fabrique rien du tout. ARM corp. est une compagnie d'ingénieurs et ne font que concevoir les microprocesseurs et vendent des licences.

Dans le contexte actuel l'avenir est pas mal plus rose pour ARM corp. que pour Intel corp.

Pour ARM il n'y a pas que les processeurs applicatifs, regardez du côté des microcontrôleurs, à peut prêt tous les fabricants vendent des MCU à base de coeur ARM cortex-M. Nommez les, TI, Atmel, NXP, etc. Il n'y a guère que Microchip qui a préféré utiliser les coeurs MIPS. Mais Microchip vient d'acheter Atmel. Alors vraiment ARM corp. a le vent dans les voiles tandis que Intel décline. Bien sur le déclin d'Intel n'est pas encore dramatique ils dominent encore le marcher des serveurs et il se vend encore des PCs et laptops pour les entreprises. Mais il est bon de se rappeler que rien n'est éternel.

mise à jour 2016-05-05

iOT qui signifie Internet Of Things voilà la nouvelle stratégie de marketing des manufacturiers qui veulent nous faire croire que le moindre objet a besoin d'être relié à l'internet. Évidemment Intel veut sa part de ce gâteau. Voilà pourquoi ils ont mis en marché les SoC et MCU Quark. Intel s'est même associé au populaire projet Arduino pour produire la carte Arduino Galileo qui utilise un tel processeur. J'ai bien peur que se soit trop peu trop tard pour Intel. Alors qu'ils avaient pour ainsi dire abandonner le marché des MCU, croient-ils qu'ils pourront s'y tailler une place aussi facilement. L'ironie de la situation c'est qu'en 1980 ils ont mis en marché le MCU 8051 qui a été un grand succès et que le coeur 8051 est encore utilisé de nos jours par d'autres manufacturiers. Mais plutôt que de développer le marché des MCU ils ont préférer mettre tous leur oeufs dans le panier des PCs et serveurs. Pourtant plus de 90% des processeurs vendues dans le monde actuellement sont des microcontrôleurs5. Le marge de profit est moindre mais compensée par les volumes gigantesques. Imaginé Microchip qui vend le PIC10F200-I/OT 0,41US$ l'unité en quantité de 5000+5. Ils faut qu'ils en vendent des millions chaque année pour que le profit soit significatif. En 2013 il s'est vendu 19,1Milliard de MCU1 (toutes variétés confondues). En 2015 il s'est vendu à l'échelle mondiale 238,5 millions d'ordinateurs (tous types confondus)2. Pour les années à venir la croissance des revenus prévue est de 4,8%/année1 pour les MCU. Si l'iOT gagne en traction ce chiffre pourrait bien être supérieur. Et dans ce secteur on voit de plus en plus de ARM cortex-M. Les Quark de Intel risque bien de passer de l'univers quantique à la basse-cour en se transformant en quack3 de canard boiteux.


NOTES et références

  1. http://www.icinsights.com/news/bulletins/MCU-Market-On-Migration-Path-To-32bit-And-ARMbased-Devices/
  2. http://www.statisticbrain.com/computer-sales-statistics/
  3. jeux de mot anglophone, quack est l'onomatopée anglophone pour coin-coin.
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Microcontroller
  5. https://www.microchipdirect.com/ProductSearch.aspx?keywords=pic10f200-i/ot

mardi 26 avril 2016

Projet PV16SOG

Ce projet est une suite logique des projets comme PICvision et PICvision portable. Il s'agit d'un petit ordinateur dans le style 1978, pensez à Apple II ou TRS-80 modèle I. Le montage électronique est réalisé avec seulement 3 composants actifs, le MCU PIC24EP512MC202, la mémoire SPI RAM 23LC512 et le régulateur de tension 3,3Volt. Le montage est réalisé sur une carte à pastilles passantes (sur les 2 faces).

Puisque ce projet a sa propre page WEB je ne ferai ici qu'une brève présentation.

Caractéristiques

  • Processeur: MCU PIC24EP512MC202. Il s'agit d'un MCU 16 bits avec 512Ko de mémoire flash et 48Ko de mémoire RAM.
  • Video: Sortie vidéo NTSC 16 tons de gris.
    • Mode texte: 21 lignes de 40 caractères.
    • Mode graphique: 240x170 pixels 16 tons de gris
  • Son: Sortie tonalité simple (onde carré).
  • périphériques utilisateur: Clavier PS/2 et joystick Atari 2600
  • Stockage: Carte SD format en FAT/FAT32.
  • Shell: Shell de commandes dans le style MS-DOS avec des commandes comme dir, del, ren,etc.
  • Programmation: BASIC inspiré de QBASIC. Il s'agit d'un compilateur BASIC entier 16 bits procédural. Pas de numéro de lignes ni de GOTO et GOSUB, je voulais quelque chose de plus moderne. Ce BASIC peut-être utilisé en interactif à la manière de Python, mais il y a aussi un éditeur de texte pour écrire des programmes et les sauvegardés dans un fichier.
  • RAM: La mémoire RAM disponible pour les programmes BASIC est de 20512 octets. La SPI RAM peut-aussi être utilisée pour conserver des données temporaires.

Vidéo de présentation

présentation du boitier. Réalisé en contre-plaqué de merisier 3mm.

Présentation du shell de commande. Exécution de quelques commandes, de quelques petits démo en BASIC et finalement écriture d'une fonction factiorielle utilisant la résursivité.

État du projet

L'ordinateur est utilisable dans l'état actuel du code. Lorsque je tombe sur un bogue je le corrige rapidement. La documentation n'est pas tout à fait complétée. Je dois encore écrire des exemples pour le BASIC.

Liens

mercredi 24 février 2016

megaprocessor, un projet incroyable.

Je veux seulement mentionner ici un projet qui m'impressionne par sa qualité et surtout l'incroyable quantité de travail que son auteur y a consacré. the mega processor comme son auteur l'a baptisé est un ordinateur fabriqué entièrement avec des transistors 2N7000. L'objectif de l'auteur, James Newman, est de rendre visible le fonctionnement interne du processeur. Ainsi tous les bits des différents registres sont connectés à une LED de sorte qu'on voit leur état 0/1. Il a même construit une mémoire de 32 mots de 8 bits avec une LED connecté à chacun de ces bits, Cette mémoire occupe un cadre d'aluminium complet à elle seule. Le processeur est composé de plusieurs cadre d'aluminium, 1 pour chaque unité logique: ALU, RAM, I/O, etc. Il faut voir les photos et vidéos sur son site WEB.

Impressionnant, un travail titanesque.