histoires d'hier

J'ai commencé à m'intéresser à l'électronique au milieu des années 70. L'électronique a bien changée depuis ce temps là. Comme je ne suis pas un nostalgique, je trouves tous ces progrès formidables et je crois que l'avenir nous réserve encore mieux. Mais jeté un coup d’œil sur ce qui se faisait dans le passé est néanmoins intéressant. Cette page raconte mes premiers contacts avec l'électronique.

Germanium

Je devais avoir 9 ou 10 ans, on n'avait pas encore posé les pieds sur la lune, lorsque j'ai vu le premier récepteur radio portatif. Jusque là les seuls radios que j'avais vu étaient construits avec des tubes à vides. Lorsqu'on les allumait ça prenait plusieurs secondes avant que le son en sorte, le temps que le filament des tubes chauffe. Ce premier transistor Sony avait été acheté par ma sœur aînée. Quelque années plus tard il s'est retrouvé entre mes mains. Je me suis empressé de le démonter. Il n'y avait que des transistors au germanium. Essayez donc de trouver des transistors au germanium aujourd'hui, mais à cette époque c'était les plus répandus. La tension base/émetteur d'un transistor au germanium n'est que de 0.3 volt plutôt que 0.7 à 1 volt pour les transistors au silicium. Et un des premier montage que j'ai fait était un radio à cristal utilisant une diode au germanium 1N34A. Encore là trouver une diode 1N34A aujourd'hui est plutôt difficile. Quelqu'un qui veut faire un récepteur AM sans amplification de nos jours doit utiliser une diode Schottky car la barrière de potentiel des diodes aux silicium est trop élevée il faudrait un signal très puissant pour passer cette barrière. Ces récepteurs cristal étaient très simples. Une inductance constituée d'un enroulement jointif de fil émaillé sur un tube en ABS ou même en carton, 1 condensateur variable à air, 1 diode 1N34A, 1 petit condensateur céramique et finalement un écouteur piézo donc la haute impédance évitait de charger le circuit accordé. Avec une bonne mise à la terre et un long fil suspendu pour l'antenne ça fonctionnait étonnamment bien même si la sélectivité n'était pas des meilleures.

tubes électronique

Sur le site hackaday.com on voit régulièrement des amateurs qui construisent des amplificateurs avec des tube à vide. Personnellement je n'ai pas du tout la nostalgie des tubes à vide même si mes premiers montages les utilisaient. C'est gros, c'est fragile, ça devient gazeux à l'usage et doit-être remplacé régulièrement. Ça prend plusieurs secondes de chauffe pour les filaments. Ça prend un transformateur avec 2 bobinages secondaire, un qui peut fournir 6 ou 12 volts pour les filaments et un autre pour la haute tension des anodes. Il y en avait 4 catégories, diodes, triode, tétrode, pentode, le nom indiquant le nombre d'électrodes. Les diodes qui comme les diodes aux silicium n'ont qu'une cathode et une anode. Comme dans tous les tubes à vide la cathode est construite avec un filament chauffant à l'intérieur d'un petit tube de métal qui lui servait à émettre les électrons. l'anode avec sa haute tension positive attire ces électrons vers elle. Comme seul la cathode peut émettre des électrons lorsque la tension est inversée le courant ne passe plus.

Pour les pré-amplificateurs on utilisait des petits tubes qui contenaient 1 ou 2 triodes mais pour la puissance on utilisait de grosses penthodes à base octal. Pour en savoir plus.

Premier ordinateur

Peut de temps après avoir complété ma formation collégiale, en 1978, j'ai acheté mon premier ordinateur. Ce n'était pas un Apple II ni un TRS-80, j'en avais pas les moyens. Mais un ordinateur basé sur le processeur CDP1802 de RCA, communément appelé COSMAC ELF. En fait la version que j'avais acheté était plus sophistiquée que celle publiée dans Popular electronics car il y avait sur la carte mère des connecteurs relié au BUS du CPU et permettant d'ajouter des périphériques ou de la mémoire supplémentaire. De plus il y avait un clavier hexadécimal. J'avais acheté le mien avec une carte mémoire supplémentaire pour un total de 7KB de RAM. Il n'y avait pas de ROM donc pas de bootloader, interpréteur ou autre système de base. Donc lorsqu'on allumait il ne se passait absolument RIEN. Pour l'utiliser il fallait avoir la patience d'entrer le premier programme octet par octet en utilisant le clavier hexadécimal. C'était possible car le microprocesseur utilisé sur ces machines le RCA CDP1802, avait un mécanisme RESET, PAUSE, LOAD. Si la broche PAUSE était activé au démarrage, après le RESET le CPU était stoppé. On entrait donc l'octet au clavier et il était conservé dans un buffer. Il fallait ensuite pesé sur le bouton load pour envoyer un signal au CPU ce qui avait pour effet que le CPU lisait le bus de donnée et transférait l'octet dans la RAM ensuite incrémentait le pointeur ordinal et retournait en PAUSE. Il fallait donc enfoncé 3 touches par octet. Il n'y avait pas d'assembleur donc ces octets était du code machine assemblé à la main. Des heures et des heures de plaisir. IL fallait être vraiment passionné par la micro-informatique pour travailler avec ça. Inutile de dire qu'une fois le programme saisi on n'éteignait pas l'ordinateur. En fait j'avais installé une pile sur l'alimentation de la mémoire RAM. Je pouvais donc éteindre l'ordinateur tout en conservant le contenu de la RAM. Cette RAM statique consommait très peu de courant lorsqu'il n'y avait pas d'opération de lecture/écriture. La pile pouvait donc durée des mois.

l'affichage était en noir et blanc en standard NTSC et je la branchais en utilisant un modulateur RF sur l'entrée antenne d'un petit téléviseur.

Il y avait une interface pour enregistrer les programmes sur cassette audio. Donc le premier programme que j'avais entré dans la machine était justement le code qui servait de bootloader via le lecteur de cassette audio. Si la mémoire RAM était effacée je n'avais qu'à ressaisir ce bootloader pour recharger mes autres programmes sauvegardés sur cassettes.

le cpu CDP1802 était vraiment différent des autres cpu populaires de l'époque. Ce cpu, même si aujourd'hui est complètement oublié contrairement au 6502, a eu une carrière glorieuse dans les domaines militaire et spatial. Plusieurs satellites envoyées dans l'espace par la NASA dans les années 80 et 90 l'utilisait. Entre autre la sonde Galileo envoyée vers Jupiter en 1989 et qui a été en service jusqu'en 2003.

Je disais donc que ce cpu avait une architecture particulière pour l'époque mais qui est très répandu aujourd’hui. Il était basé sur une banque de registres, 16 registres de 16bits. Chaque octet des registres pouvait-être lu ou écris individuellement.

Il n'y avait pas de compteur ordinal dédié, n'importe quel des registres pouvait-être désigné pour cette usage, quoi qu'au démarrage R0 était utilisé. le contenu du registre de 4 bits P désignait quel était le compteur ordinal. Un autre registre de 4 bits X désignait quel registre servait de pointeur de données. Il n'y avait pas de pointeur de pile, pour créer une pile il fallait utiliser le registre d'indexation désigner par X. Pour appeler une sous-routine il fallait initialiser un registre pointant sur la sous-routine qu'on voulait appeler, sauvegarder le contenu de P et modifier P avec l'instruction pour utiliser le registre contenant l'adresse de la sous-routine comme pointeur ordinal. La sous-routine devait se terminer en restaurant P à sa valeur originale. Toute une gymnastique. En fait le manuel de l'utilisateur décrivait 3 méthodes pour appeler des sous-routine. Celle d'écrite ici était la plus simple et la plus rapide mais manquais de souplesse.

le CDP1802 supportait les interruptions. Lorsqu'une interruption se produisait le registre R1 était utilisé comme compteur ordinal. Donc avant d'activer les interruptions il fallait que R1 soit initialisé avec l'adresse de l'ISR. A la fin de l'interruption la routine ISR devait restauré P à sa valeur originale pour retourner dans le programme principal. Vraiment un drôle de CPU moderne par certains aspect, archaïque par d'autres.

Il y avait aussi un support pour le DMA qui utilisait le registre R0 comme pointeur mémoire auto-incrémenté. C'est d'ailleurs en utilisant le DMA IN qu'on pouvait charger un programme en mémoire sans bootloader.

Ce microprocesseur était lent par rapport autre autres de sa génération. chaque cycle machine nécessitait 8 périodes du signal horloge et chaque instruction s'exécutait en 2 cycles machines ou 3 pour les branchements long. Le COSMAC ELF utilisait un cristal de 3.58Mhz dont la fréquence était divisé par 2 avant d'être envoyée au CPU. donc le CPU avait un cycle machine de 4,5µSec, chaque instruction s'exécutait en 9µSec ou 13,5µSec pour les branchements long.

Si ce CPU était si lent pourquoi était-il si apprécié de la NASA? Pour 2 raisons c'était le premier microprocesseur en technologie CMOS. Il consommait moins de courant que les CPU NMOS de l'époque. Il était aussi plus résistant aux radiations. 2 qualités importantes dans une utilisation spatiale. Son code machine était aussi très compacte, la majorité des instructions ne nécessitant qu'un seul octet mémoire. La sonde Galileo contenait 17 CDP1802.

En faisant des recherches sur internet j'ai découvert qu'il est encore disponible aujourd'hui grâce à des clones fabriqués en Chine et qu'on peut se procurer pour environ 2$US sur ebay. Voici quelques liens intéressants concernant le CDP1802.

Ondes courtes

Aujourd’hui les ondes courtes sont quasiment mortes, détrônées par l'internet. Mais dans la années 70 ça grouillais de vie sur les ondes courtes. Tellement que les stations se chevauchaient et il fallait un bon récepteur pour les séparées. Au début de mon incursion dans l'univers de l'électronique j'avais donc assemblé un kit récepteur à ondes courtes super-hétérodyne, 5 tubes électroniques. Il n'était pas mauvais mais il n'avait pas de B.F.O.1. Je ne pouvais donc pas recevoir les émetteurs S.S.B.2. Car sur les ondes courtes ont recevait toutes sortes de signaux, un vrai zoo. Code morse CW3, code morse en modulation AM, single sideband, FSK4, télétypes et quoi d'autre?. Chaque pays avait sa société d'état charger de faire de la propagande sur les ondes courtes, car celle-ci peuvent faire le tour de la planète grâce à la réflexion sur l'ionosphère. Au Canada s'était Radio Canada International. Les Américains avaient Voice of America, pour les Britanniques s'était simplement la BBC. les Soviétiques, les Français, etc, en fin presque tous les pays étaient de la partie. Toutes ces sociétés diffusaient en plusieurs langues pour être comprises par les auditeurs des autres pays.

Donc après avoir assemblé 2 kit récepteurs ondes courtes, j'ai décidé d'en acheter un tout assemblé de bonne qualité. A l'époque la société Grundig était réputée pour fabriquer les meilleurs, mais j'en avais pas les moyens, je me suis donc contenté d'un Realistic DX-100 que j'avais payé 200$. Mais il avait un BFO et je pouvais recevoir les SSB et les morse CW. Je n'ai jamais appris le morse aussi je ne passais pas beaucoup de temps à écouter les dit-dah-dit-dit. Par contre même si je ne parle pas espagnol j'écoutais parfois les émissions dans cette langue car j'arrivais à comprendre quelques mots qui ressemble à ceux en français. Je m'amusais à essayer de deviner le sujet de l'émission.

Et voilà tous ça est terminé, encore une fois je n'ai aucune nostalgie de cette époque. l'internet c'est 100 fois plus riche. Encore aujourd'hui j'ai découvert 2 sites intéressants concernant l'électronique, open music labs, une série d'article intéressant sur les convertisseur N/A PWM. J'aurais aimé connaître ça avant de réaliser mon projet sonnette. L'autre site intéressant est EDN network, c'est l'article suivant qui m'a justement amené à parler des ondes courtes ici.

IBM PC XT

C'était à la fin des années 80, 87 je crois. Un marchant itinérant s'était installé en ville dans un local temporaire pour vendre des ordinateurs usagers. Jusque là j'avais possédé un Commodore VIC-20 et un COCO2 de Radio Shack. Cette fois j'avais décidé de profiter de cette occasion pour m'acheter un vrai ordinateur personnel. La majorité des ordinateurs en montre étaient des clones mais il y avait un IBM PC XT. Exactement comme celui montré sur cette page Wikipedia. Le vendeur m'a conseillé d'acheter un clone avec un processeur plus puissant un 80286 fonctionnant à 16Mhz mais j'ai préféré acheter l'original IBM-PC XT avec un processeur 8088 fonctionnant à 4.77Mhz. J'étais simplement fasciné par la marque IBM. Une marque de prestige pas un clone. Le clavier était en acier et devait peser près 1 Kg à lui seul. J'aurais pu m'en servir pour commettre un homicide. Voyez les manchettes, selon le pathologiste la victime a été frappée à la tête avec un clavier d'ordinateur. Tout ça était du solide, j'étais impressionné par la qualité. Le disque dur de 20Mo (non ce n'est pas une erreur 20 méga octet wow!), faisait 5-1/4" (14cm) de diamètre et plus d'un pouce (2,54cm) d'épaisseur. Lui aussi instrument contondant (clue5: Professor Plum, dans la cuisine, disque dur). Il y avait aussi un lecteur floppy de 5-1/4". Un moniteur CGA monochrome au phosphore vert comme dans le film la matrice. Même pas de graphique! PC-DOS je ne sais plus quelle version seulement que moins de 30 minutes après avoir mis l'ordinateur en marche j'avais formater le disque dur! oops!, j'avais simplement décidé d'essayer chacune des commandes du manuel l'une après l'autre. Je ne connaissais rien à DOS à ce moment mais quelques années plus tard j'étais un spécialiste, La bible PC avait fait mon éducation. Alléluia! louons! le PC.

Une brique comptant plus de 1500 pages

BBS

BBS est l'acronyme de Bulletin Board Service.

Comme je suis en train de lire l'édition du mois d'août 1980 de BYTE magazine, j'y ai trouvé un article qui explique comment fabriquer sois-même un modem pour 50$, un modem de 300 BAUD! Ça m'a rappelé les BBS des années 80 auxquels on se branchait via un modem. C'était avant l'avènement de l'internet dans les foyers. J'avais un ordinateur COCO2 de Radio-Shack et était justement équipé d'un modem de 300 BAUD. les BBS publiaient leur numéro de téléphone dans les magazines spécialisés. On s'y connectait en utilisant un logiciel terminal comme KERMIT ou autre. C'était une source de documentation et de programmes. Mais télécharger un programme à la vitesse de 300 BAUD ça peut-être long. Heureusement en ce qui concerne le COCO2 et la plupart de ordinateurs 8 bits de cette époque il s'agissait souvent de programmes en BASIC de quelques Ko seulement.

Avez-vous entendu parler de la sonde New Horizons envoyée vers Pluton par la NASA. Elle a atteint Pluton au mois de juillet dernier et a récolté des données pendant 14 heures avant de continuer son chemin. La NASA nous dit que ça va prendre 16 mois à la sonde pour transmettre toutes les données recueillie pendant ces 14 heures. Quel est la vitesse de transmission? environ 2000 Bits par secondes. Pourquoi transmet-elle si lentement? Compte tenu de la distance le signal qui arrive à la terre est très faible et noyé dans le bruit. Les informations sont encodées en utilisant un protocole de correction d'erreurs. Ce protocole ajoute plusieurs bit à chaque octet de données ce qui augmente le volume à transmettre. Mais la principale raison de ce faible débit est que plus la vitesse de transmission d'un signal est lente plus il est immunisé contre les interférences. Au moment ou elle est passé prêt de Jupiter la sonde transmettait à 38Kbit/s mais plus elle s'éloigne plus ce débit doit-être diminué6. Mais c'est quand même mieux qu'un BBS à 300 BAUD7.

Simpson 260

Le collège ou j'ai fait ma formation au début des années 70 était équipé dans son laboratoire d'électronique de VOM Simpson 260. VOM pour Volt,Ohm et Milli-ampère. Il s'agissait d'un multimètre analogique qui avait à l'époque une bonne réputation. Le boitier était en bakélite noire très résistant au choc. Le plus étonnant est que la compagnie Simpson vend encore cet instrument, un tribu à sa grande réputation.

En cet ère du tout numérique, galvanomètre8 est un mot qu'on ne trouve plus guère dans le lexique du technicien en électronique. Il doit son nom à Luigi Galvani, cet Italien qui s'amusait à faire passer du courant dans des pattes de grenouilles au 18ième siècle. C'est le type d'indicateur qu'on retrouve sur les multimètres analogiques. Le principe de fonctionnement du galvanomètre est semblable à celui d'un petit moteur à aimants permanents. Sauf que le rotor est retenu par un ressort spirale et qu'à l'axe et attachée une aiguille qui sert d'indicateur. Il n'y a pas non plus de brosses et de collecteurs car le but n'étant pas de faire tourner le rotor en continu il n'est pas nécessaire d'inverser le courant dans le bobinage à chaque demi-rotation comme dans ces petits moteurs. Lorsque le courant circule dans le bobinage du rotor celui-ci pivote pour aligner le champ magnétique généré par le bobinage avec celui des aimants. Mais comme il est retenu par un ressort il ne peut pivoter complètement. l'angle de rotation est proportionnel au courant qui circule dans le bobinage du rotor.

Les meilleurs galvanomètres étaient très sensibles. Un courant aussi faible que 50µA était suffisant pour une déviation à pleine échelle. Les pivots du rotor étaient montés sur des rubis pour réduire la friction et augmenter la durabilité. Les multimètres de ce type n'ont pas d'amplificateur électronique à haute impédance. Il est donc important que le mouvement soit le plus sensible possible pour ne pas fausser la lecture. Les circuits basé sur tubes à vide de cette époque étaient à haute impédance, par exemple la résistance de plaque d'un triode peut avoir 100Kohm ou plus et être alimentée à 160 volt ou plus. Le Simpson Simpson 260 en voltage DC offre une résistance de 20Kohm/volt9. Pour mesurer le voltage sur la plaque d'un tube alimenter à 160 volt à travers une résistance de 100Kohm on sélectionne l'échelle 250VDC. La résistance offerte par le multimètre est donc de 5Mohm. Lors de la mesure la résistance du multimètre forme un diviseur de tension avec la résistance de plaque du tube on a un ratio de 5Mohm/(5Mohm+100Kohm)*160=156,86volt lorsque le tube est en cuttoff. On a donc une erreur de lecture de 2% causée par l'insertion du voltmètre.

Les galvanomètres de précision étaient équipés d'une bande miroir sur l'affichage. Pour éviter les erreurs de parallaxe on alignait l'aiguille avec son image dans le miroir. De cette façon on était certain que les yeux étaient vraiment perpendiculaire à l'affichage.

Applaudissons Luigi pour cette invention et oublions les pattes de grenouilles. L'histoire ne nous dit pas s'il les mangeaient après les avoir grillées à l'électricité.


NOTES:

  1. B.F.O. veut dire Beat Frequency Oscillator. Cette oscillateur était ajuster sur la fréquence intermédiaire du réception et mélanger au signal reçu au niveau du démodulateur. Sa fonction était de produire comme son nom l'indique un battement de fréquence avec le signal reçu. Ça servait à 2 choses, premièrement certains émetteurs émettaient du morse simplement en coupant la porte RF. Sans BFO on n'entendait qu'un faible 'kush', voir note 3.
  2. S.S.B. veut dire Single Side Band. Lorsqu'une fréquence radio est modulée en amplitudes ça génère deux bandes de fréquences latérales. L'une qui se trouve sous la fréquence de la porteuse et l'autre au dessus. Les ingénieurs en sont venu à la conclusion qu'il était inutile de transmettre la porteuse et qu'une seule des bandes latérale était suffisante pour récupérer l'information. En éliminant la porteuse et une des bandes latérales on augmente le rendement de l'émetteur. Dans un émetteur AM traditionnel lorsque la modulation est de 100% le rendement n'est que de 50%. C'est à dire que seulement 50% de l'énergie transmise contient de l'information utile. Avec le SSB le rendement est de 100%. De plus on réduit la bande passante nécessaire de moitié. Mais pour démoduler un signal à bande latérale unique il faut un oscillateur local. Lorsqu'il n'y a pas de BFO tout ce qu'on entend c'est une sorte de voix de Donald duck qui a un laryngite. C'est totalement incompréhensible. En faisant battre le signal reçu avec le BFO la voix redevient normale. Plus la fréquence du BFO s'éloigne de la fréquence intermédiaire plus il y a de distortion dans la voix. On ajuste donc le BFO jusqu'à ce que la voix soit normale.
  3. Code morse CW. Il s'agit simplement de couper l'émetteur et de le remettre en fonction au rythme de la clé morse. Il s'agit d'une modulation AM à 100% en onde rectangulaire. Mais à cause de la basse fréquence des messages morse dans le démodulateur AM du récepteur on n'entends que les clics des transitions au moment des coupures et reprises. Le BFO permet de restituer une fréquence audio par battement avec la porteuse. Donc cette fréquence n'est entendu que dans les intervalles où il y a une porteuse qui est émise.
  4. F.S.K. veut dire Frequency Shift Keying. Il s'agit d'un type de modulation AM où il n'y a que 2 fréquences audio. Ce mode transmission était utilisé pour envoyer des messages numériques. Une fréquence représente '1' et l'autre '0'. Ce mode de transmission était utilisé par les télétypes.
  5. Référence à un jeux de société dans lequel les joueurs doivent découvrir l'assassin, la pièce ou a été commis le crime et l'instrument utilisé.
  6. http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Spacecraft/Data-Collection.php
  7. Pour connaître la différence enter baud et bps voir cet article
  8. La galvanomètre est parfois aussi appellé mouvement d'Arsonval d'après Arsène d'Arsonval qui en vérité est l'inventeur de la version du galvanomètre à cadre mobile tel qu'utilisé dans les multimètres.
  9. Spécifications du Simpson 260

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