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Conception et réalisation d'un système de vote électronique pour le parlement: "cas du sénat congolais"( Télécharger le fichier original )par Gérard et Patrick KANDE NGALAMULUME Gérard et BUKASA TSHIBUABUA Patrick Université de Kinshasa RDC - Ingénieur civil en électronique 2011 |
1.8. Conception du système de reconnaissance d'empreintes digitales
1.9. Représentation des empreintes digitales
1.10. Prétraitement
1.11. Extraction des caractéristiques
1.12. Estimation d'orientationLe champ d'orientation d'une image d'empreintes digitales représente la nature intrinsèque d'empreintes digitales (figure 1.9). C'est un étage essentiel pour déterminer les rides d'empreintes digitales et pour trouver la région d'intérêt d'image d'empreintes digitales, Il existe plusieurs méthodes pour estimer le champ d'orientation des images d'empreintes digitales. Anil Jain et al1 ont proposés une méthode efficace pour estimer le champ d'orientation d'une image.
Figure 1.9 : Le champ
d'orientation d'une image d'empreintes digitales L'idée principale de cette méthode est que l'image d'impatience digitale se divise en plusieurs fenêtres de taille WxW. Pour tout pixel dans chaque fenêtre, on calcule les gradients Gx et Gy et puis on calcule l'orientation locale de ce pixel en utilisant la formule suivante : Avec :
1.13. Segmentation.
Avec :
1.15. Détection de minuties
1.16. Post-traitement
1.17. Assortiment des empreintes digitales
1.18. Classification des empreintes digitales
1.19. Visage
1.20. Iris
1.21. Voix
Ensuite, le logiciel effectue la classification dans le cas d'une identification. Ce moyen n'est pas complètement fiable puisque la fatigue, le stress ou la maladie peuvent altérer la voix. Enfin, la fraude est possible par enregistrement. Par contre, les imitateurs essayent habituellement de reproduire les caractéristiques vocales les plus évidentes à l'oreille humaine et ne recréent pas les caractéristiques moins accessibles qu'un système automatisé d'identification de voix analyse. 1.22. SignatureSigner un document pour s'identifier est un geste naturel pour tout le monde. Dans la vie de tous les jours, nous signons régulièrement des documents. La reconnaissance de la signature est une des techniques biométriques comportementales. Dans le système d'identification par la signature, l'utilisateur doit signer avec un stylo lecteur sur une tablette graphique, le système analyse ensuite les variations de vitesse du stylo, la différence de pression sur la tablette graphique au cours de la signature. Le point faible de cette technique est qu'un individu qui ne signe pas toujours de la même façon se verra souvent refuser l'accès au système. L'acceptation de cette technique est très bonne car la signature est un geste commun pour tout le monde. Nous venons ainsi d'aborder la plus part des techniques utilisées dans la biométrie, qui peuvent ainsi nous aider à sécuriser le vote du point de vu personnes qualifiées à voter, et nous avons porté notre choix sur la reconnaissance des empreintes digitales pour des raisons suivantes :
1.23. Principe de fonctionnement du capteur d'empreintes digitales.Un systeme automatique complet de reconnaissance d'empreinte digitales est une chaine de processus qui, à partir du doigt d'un utilisateur en entrée renvoie un résultat en sortie, permettant ainsi à l'utilisateur d'accéder ou non à des éléments nécessitant une protection. La premiere phase permet d'obtenir une image d'empreintes digitales de l'utilisateur (acquisition), laquelle va subir un prétraitement pour extraire l'information utile de l'image (signature) suivi éventuellement d'un traitement supplémentaire permettant d'éliminer les possibles fausses informations qui se seraient glissées dans la chaine de traitement. Ensuite, si l'utilisation du système consiste à créer une base de données (stockage), la signature est éventuellement compressée puis stockée dans la base de données au moyen d'une technique d'archivage. Pour un système d'identification, l'ensemble d'empreintes digitales présentes dans la base de données pouvant correspondre à celles de l'utilisateur (modèle identique) sont désarchivées et comparées (appareillement) une à une avec celles de l'utilisateur. Si une éventuelle correspondance est trouvée, des informations personnelles concernant l'utilisateur sont renvoyées par le système. Dans le cas d'un système de vérification il n'y a qu'une seule comparaison et un résultat binaire est renvoyé, permettant l'acquisition ou le rejet de l'utilisateur. Le schéma ci-dessous illustre ces différentes séquences.
I st it d di t t d sécurité ne Figure 1.13 : Schéma de traitement des données biométriques concerne que l'aspect personne, voyons alors l'aspect technique de la sécurité du vote. 1.24. Aspect technique de la sécurité du voteLe vote à bulletins secrets est un moyen d'expression qui possède la caractéristique de ne pas divulguer les opinions individuelles comme nous l'avons dit précédemment. Le but du vote électronique est de se rapprocher du vote réel (et pourquoi pas, de faire mieux) en transposant dans un environnement informatique ou électronique cette manière de s'exprimer anonymement. Du point de vue technique, le système mis en place doit permettre au votant de ne pas voter deux fois d'une manière simultanée pour le même sujet, et pour cela, un circuit logique permettant d'annuler le double vote simultané est prévu et sera détaillé dans le deuxième chapitre. 1.25. ConclusionDans ce chapitre, nous avons défini ce qu'est un vote électronique et pour la sécurité, nous avons présenté les inconvénients de la sécurité par mots de passe et avons également présenté quelques différentes techniques de la biométrie parmi lesquelles notre choix a été porté sur la technique de reconnaissance d'empreintes digitales pour les raisons évoquées précédemment. Puis le principe de fonctionnement du capteur d'empreintes digitales a été aussi souligné et enfin l'aspect technique de sécurité du vote a été épinglé. Le chapitre qui suit donnera un bref aperçu sur l'étude de différents composants de notre système de vote et le choix y portés. Chapitre 2. ETUDE ET CONCEPTION DU SYSTEME DE
VOTE
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Ce qui donne en code décimal : |
On part de la dernière position à droite, où se trouvent deux 1. On effectue la somme de ces deux chiffres selon la table 2.1, ce qui donne comme résultat 0 et comme retenue 1.
A l'étape suivante, on doit additionner 3 chiffres alors que la table 2.1 se limite à la somme de 2 chiffres. Nous allons donc construire une table indiquant la somme de 3 chiffres.
Avec 3 chiffres, il y a 8 possibilités qui vont de 0 + 0 + 0 à 1 + 1 + 1.
Pour chacune de ces possibilités, il est facile de relever la somme.
Par exemple :
0 + 0 + 0 = 0 (résultat 0, retenue 0)
0 + 1 + 1 = 2(10) = 10 (résultat 0, retenue 1)
1 + 1 + 1 = 3(10) = 11 (résultat 1, retenue 1). La table ci-dessous résume toutes les combinaisons possibles.
Tableau 2.3 : Table d'addition de 3 bits
Dans cette table, Ai et Bi sont les termes de rang 2; Ci est la retenue relative à la somme de Ai et Bi ; Ci + 1 est la retenue relative à la somme de Ai, Bi et Ci ; Si est le résultat de la somme Ai, Bi et Ci.
Revenons maintenant à la somme prise en exemple ; en utilisant la table 2.3, on obtient pour les termes de rang 2 : 1 + 0 + 0 = 1 avec une retenue égale à 0.
Si on addition les chiffres suivants, on a :
Et ainsi de suite jusqu'au résultat final :
Vérifions Le résultat :
11010110 = (1 x 128) + (1 x 64) + (0 x 32) + (1 x 16) + (0 x 8) + (1 x 4) + (1 x 2) + (0 x 1)
= 128 + 64 + 16 + 4 + 2 = 214.
Il faut donc réaliser un circuit qui correspond à la table de vérité reprise dans le tableau 2.3, on obtient le schéma de la figure 2.2 qui représente un additionneur complet.
Figure 2.2 : Représentation schématique d'un additionneur complet
Cherchons à présent l'équation de Ci+1 et Si en utilisant la table de vérité reprise dans le tableau 2.3. Pour cela, dressons les tableaux de Karnaugh correspondants reportés dans les tableaux 2.4.
Tableau 2.4 : Tableaux de Karnaugh relatifs à l'additionneur complet
Du premier tableau de Karnaugh, on tire l'équation de Si suivante :
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Si = Ci |
~ i |
i + ~ i ~ |
iBi + CiAiBi + C iAi i |
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= Ci ( |
~ i |
i + AiBi) + ~ |
i ( |
iBi + Ai ~i) |
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= Ci ( ) + C
i (Ai Bi)
= Ci (Ai Bi)
Dans le deuxième tableau de Karnaugh, nous n'avons pas recherché les groupements optimaux et ce, pour pouvoir mettre en évidence la fonction
Ai Bi déjà réalisée avec la somme Si.
En effet, les 3 groupements indiqués nous donnent l'équation de Ci+1 suivante :
Ci+1 = iBiCi + AiBi + Ai iCi
= AiBi +Ci ( ~iBi + Ai ~i)
= AiBi + Ci (Ai Bi)
De deux expressions Si et Ci+1 qui viennent d'être calculées, nous déduisons le schéma logique d'un additionneur complet représenté à la figure 2.3.
Figure 2.3 : Schéma logique d'un additionneur complet
L'additionneur complet est le circuit de base pour effectuer la somme de nombres de plusieurs bits. Il existe deux méthodes d'addition des nombres binaires.
La première utilise un seul additionneur complet auquel on présente les chiffres de même rang des nombres à additionner. Il s'agit de la somme en série.
La deuxième fait appel à autant d'additionneurs complets qu'il y a de chiffres dans les nombres à ajouter. Il s'agit de la somme en parallèle.
Les deux nombres (ici de 8 bits) à additionner sont chargés dans deux registres A et B comme on le voit à la figure 2.4. Le résultat de la somme est stocké dans un troisième registre S. Il faut aussi disposer d'une bascule synchrone de type D qui sert à mémoriser la retenue de la somme partielle précédente.
Figure 2.4: Somme en série
nécessite un seul additionneur complet, 3
registres et une bascule
D
Les 3 registres et la bascule D sont commandés par le même signal d'horloge qui synchronise toute l'opération.
Le fonctionnement du circuit est le suivant :
Au début, la bascule doit être mise à 0 en activant l'entrée CLEAR. Par contre, les
3 registres n'ont pas besoin d'être remis à 0.
Les deux termes de la somme sont chargés dans les registres A et B avec une première impulsion d'horloge. Les deux premiers chiffres de chaque terme sont alors présents à la sortie des registres et donc aux entrées de l'additionneur.
Ainsi, on trouve à la sortie Si le premier résultat partiel et à la sortie Ci+ila première retenue.
La situation est celle qui apparaît à la figure 2.5 où l'on additionne les deux nombres de l'exemple précédent.
Figure 2.5 : Au début de
l'addition la bascule est mise à zéro et les termes
sont
chargés dans les registres A et B
La deuxième impulsion d'horloge produit les faits suivants :
· Le premier résultat partiel est stocké dans le premier étage du registre S.
· La première retenue est mémorisée par la bascule D.
· Les contenus des registres A et B se décalent d'un étage vers la droite ; ainsi les chiffres de poids immédiatement supérieur se présentent aux entrées du sommateur. Nous nous trouvons alors dans la situation de la figure 2.6. La bascule est désormais symbolisée par un carré à l'intérieur duquel est inscrit son état.
Figure 2.6 : Le premier résultat partiel est stocké dans le premier étage du registre
S et les termes sont décalés d'un cran vers la droite dans les registres A et BLa donnée présente sur l'entrée série des registres est sans importance. L'addition se déroule de façon identique pour les chiffres suivants. Après 9 impulsions d'horloge (une pour le chargement de A et B, 8 pour effectuer la somme), le résultat de la somme se trouve stocké dans le registre S tandis que la sortie de la bascule indique la retenue. Nous nous trouvons dans la situation de la figure 2.7.
Figure 2.7: A la fin de l'addition, le contenu du registre S indique le
résultat de la somme et l'état de la bascule indique la retenueL'addition prise en exemple a pour retenue finale 0, ce qui signifie que le résultat 1101 0110 est juste.
Si la bascule est à l'état 1, cela signifie que la dernière somme a donné lieu à une retenue de 1. On dépasse ainsi la capacité du circuit, cela est désigné par le terme anglais « overflow » qui signifie débordement.
Il y a overflow lorsque le nombre qui est le résultat de la somme a plus de bits que ceux qui peuvent être contenus dans le registre (dans notre cas 8).
Avec 8 bits, le nombre le plus élevé que l'on peut représenter est :
(1111 1111)2 = (255)10.
Avec des registres à 8 bits, on peut donc additionner les nombres compris entre 0 et 255 (exprimés en code décimal), mais le résultat de leur somme ne doit pas lui-même dépasser 255.
Dans le cas contraire, on obtiendrait un résultat qui, pour être stocké, nécessiterait un registre de 9 bits.
En utilisant un ordinateur ou un circuit sommateur, il est toujours nécessaire de faire attention à ne jamais en dépasser la capacité. L'overflow donne des résultats erronés.
Supposons que l'on effectue la somme suivante :
Le dernier chiffre à gauche du résultat ne trouvant pas de place dans le registre S est perdu. Le résultat qui est indiqué par le contenu de S est 0100 0000, ce qui équivaut à 64 en code décimal et non 320 qui est le vrai résultat.
Pour savoir s'il y a dépassement, il suffit d'examiner l'état de la bascule à la fin de l'addition : si elle est à l'état 0, le résultat est juste ; par contre, si elle est à l'état 1, cela indique qu'il y a eu une retenue de 1 lors de la dernière addition et que l'on a dépassé la capacité du circuit.
On peut faire l'économie du registre S en rebouclant la sortie S de l'additionneur sur l'entrée série du registre A ou B.
Si l'on relie par exemple la sortie S à l'entrée série du registre A, comme illustré à la figure 2.8, le résultat de l'addition apparaîtra dans le registre A. En effet, à chaque impulsion d'horloge, le résultat partiel de chaque somme se trouve décalé dans le registre A.
Figure 2.8: Le registre A peut aussi servir pour stocker le résultat
de la sommeLa méthode de la somme en série est la plus proche de notre façon usuelle d'effectuer des additions : on additionne un chiffre à la fois en partant de celui de plus faible poids.
Toutefois, elle est plutôt lente parce qu'elle requiert autant d'impulsions d'horloge qu'il y a de chiffres à additionner.
Pour plus de rapidité, on fait appel à la méthode de la somme en parallèle où tous les chiffres sont additionnés simultanément.
Selon le mode de calcul de la retenue, on distingue la somme en parallèle avec retenue série et la somme en parallèle avec retenue anticipée.
Nous constatons qu'un circuit de somme en parallèle nécessite autant d'additionneurs complets qu'il y a de chiffres à additionner.
D'autre part, puisque la sortie retenue d'un additionneur est reliée à l'entrée retenue du suivant, le circuit sommateur de la figure 2.9 est dit à retenue série. Il est à noter que l'entrée retenue C0 du premier additionneur doit être portée à l'état 0.
Figure 2.9: Circuit de somme en parallèle avec retenue
sérieLa méthode de la somme en parallèle est beaucoup plus rapide que celle de la somme en série et le temps total pour effectuer l'opération dépend essentiellement du temps requis pour la propagation de la retenue.
En effet, même si tous les chiffres sont additionnés simultanément, la retenue doit se propager du premier au dernier additionneur.
Ainsi, le résultat présenté sur les 8 sorties et sur la retenue C8 ne sera exact que lorsque cette propagation se sera effectuée.
Le mécanisme de l'addition est le suivant :
· Le premier sommateur additionne les deux chiffres A0 et B0 et génère la somme S0 et la retenue C1.
· Le deuxième sommateur additionne les chiffres A1 et B1 avec la retenue C1 produite par le premier sommateur. Il ne pourra additionner A1, B1 et C1 seulement lorsque la retenue C1 de la première somme aura été calculée par le premier sommateur.
· Il faut donc attendre un certain temps que la retenue se soit propagée d'étage en étage pour que la somme S7 et la retenue C8 soient établies (les sommes S0 à S6 seront déjà établies). Avant ce temps, le résultat contenu dans S n'est pas forcément correct.
Ce mécanisme, semblable à celui rencontré dans les compteurs asynchrones, présente le même avantage (simplicité du circuit) et le même inconvénient (lenteur).
La méthode de somme en parallèle avec propagation de la retenue est cependant plus rapide que celle de la somme en série. Le temps nécessaire pour qu'un additionneur complet calcule la retenue est très court, dans le cas des circuits CMOS quelques dizaines de nanosecondes.
Toutefois, le temps total de l'addition est le produit de ce temps par le nombre de chiffres à additionner. Il ne peut plus alors être négligé surtout dans les ordinateurs qui doivent pouvoir effectuer des millions d'addition par seconde. On fait alors recours à la méthode de somme en parallèle à retenue anticipée.
Pour effectuer la somme plus rapidement, il faut compliquer le circuit précédent.
On se base sur le fait que les termes de la somme sont connus et disponibles
avant même que commence l'opération d'addition. On peut alors calculer, en
anticipant, la retenue pour chaque étage indépendamment des étages précédents. Il s'agit de pouvoir disposer de toutes les retenues simultanément et dans un temps le plus court possible.
Autrement dit, il faut calculer la retenue C1 à partir des bits A0, B0 et C0, la retenue C2 à partir des bits A0, B0, C0, A1 et B1 et ainsi de suite.
La figure 2.10 montre le schéma synoptique d'un additionneur 4 bits à retenue anticipée.
Figure 2.10:Schéma synoptique d'un additionneur 4 bits à retenue anticipée
Pour effectuer le calcul des retenues de façon anticipée, il faut transformer l'équation de la retenue Ci+1 vu précédemment :
Ci+1 = AiBiCi + AiBi + Ai BiCi
Puisque Ci+1 vaut 1 lorsque Ai = Bi = Ci = 1, on peut ajouter les termes AiBiCi à l'expression de Ci+1 autant de fois que l'on veut (ici 2 fois).
D'où :
Ci+1 = A iBiCi + AiBi + Ai B iCi + AiBiCi
== AiCi ( i + Bi) + AiBi + BiCi ( i + Ai)
Soit : Ci+1 = AiCi + AiBi + BiCi = AiBi + Ci (Ai + Bi)
Posons AiBi == pi et Ai + Bi == Si
D'où : Ci+1= pi + CiSi
L'expression de la retenue du premier étage devient : C1= p0+C0S0 (6)
Et celle du deuxième étage : C2 = p1+C1S1
Remplaçons C1 par sa valeur calculée en (6) dans l'expression C2 ; On a:
C2 = p1+ (p0+C0S0) S1
= = p1 + p0S1+C0S0S1 (7)
De meme:
C3 = p2 + C2S2
== p2 + (p1 + p0S1+C0S0S1) S2
= p2 + p1S2+p0S1S2+C0S0S1S2 (8)
C4 = p3 + C3S3
= p3 + (p2 + p1S2 + p0S1S2 + C0S0S1S2) S3
= p3+p2S3+p1S2S3+p0S1S2S3+C0S0S1S2S3 (9)
Les expressions (6), (7), (8) et (9) des retenues C1, C2, C3 et C4 sont
remarquables par le fait qu'elles réclament le même temps de calcul et qu'elles ne tiennent pas compte de la retenue de l'étage précédent (donc pas de retard dû à la propagation de la retenue).
Pour expliquer cela, nous allons parler de «couche logique». Une couche logique correspond au temps de propagation d'une porte élémentaire type ET ou OU. Par exemple, le calcul de C1= p0+C0S0 nécessite 3 couches logiques comme le montre la figure 2.11.
Figure 2.11 : Schéma logique montrant le calcul de C1
Bien que les expressions (7), (8) et (9) des retenues C2, C3 et C4 soient plus complexes, celles-ci ne nécessitent pour leur calcul que 3 couches logiques comme C1.
Nous allons voir maintenant un exemple d'additionneur intégré4 bits à retenue anticipée : le 7483.
Figure 2.12 : Brochage (a) et schéma logique (b) du circuit intégré
Les temps de propagation des différentes entrées vers les différentes sorties du circuit sont rassemblés dans le tableau 2.5.
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Tableau 2.5 : Temps maximaux de propagation du circuit intégré 7483
Avec ce circuit intégré, on additionne 2 nombres de 4 bits en 24 ns maximum. Il est à noter que le circuit intégré 74LS83 qui est un additionneur de 4 bits à retenue série effectue la même opération en 72 ns maximum, soit 3 fois plus.
Si l'on veut additionner 2 nombres de plus de 4 bits, il faut utiliser plusieurs additionneurs intégrés et les relier en cascade.
Par exemple, la figure 2.13 montre la mise en cascade de 2 additionneurs 4 bits type 7483 pour obtenir un additionneur 8 bits. Il suffit de relier ainsi la sortie C4 du premier additionneur à l'entrée C0 du second.
Figure 2.13 : Mise en cascade de 2 additionneurs de 4 bits
L'additionneur obtenu n'est que partiellement à retenue anticipée.
En effet, on retrouve le mécanisme de la retenue à propagation série dû à la sortie C4 reliée à l'entrée C0.
D'après le tableau 2.5, la sortie C4 du premier 7483 est disponible au bout de 16 ns. D'autre part, comme les sorties S4 à S7 sont disponibles 21 ns après l'apparition de la retenue en C0 du deuxième 7483, nous en déduisons que le résultat de la somme des 2 nombres de 8 bits est disponible après 16 + 21 = 37 ns maximum.
Chaque nouvel additionneur 7483 mis en cascade apporte un retard supplémentaire de 21 ns. Ainsi avec 3 circuits 7483, l'addition de 2 nombres de 12 bits nécessitera 37 + 21 = 58 ns maximum.
Pour notre étude, l'additionneur que nous devons réaliser doit effectuer la somme de 150 voix de Sénateurs.
150 un nombre décimal compris entre 27 et 28, pour réaliser cet additionneur, nous constatons que s'il faut convertir ce nombre en binaire, on aura un nombre binaire à 8 bits, nous allons alors faire la mise en cascade de circuits intégrés 7483 comme le montre la figure 2.13 pour obtenir un additionneur à 8 bits.
Nous avons porté notre choix sur le 7483 parce que ce dernier présente un avantage en termes de temps maximaux de propagation indiqués au tableau 2.5 par rapport au 74LS83.
Dans notre travail, nous allons utiliser les afficheurs 7 segments à diodes électroluminescentes, voilà pourquoi dans cette section nous allons parler en profondeur de ces derniers quoi qu'il existe d'autres types d'afficheurs notamment les afficheurs LCD non rétro-éclairés qui ne feront donc pas partie de notre travail.
Les afficheurs à diode électroluminescente (LED) sont des afficheurs qui permettent de visualiser un chiffre ou un nombre à l'aide de segments lumineux. Les sources lumineuses sont internes au composant et permettent l'affichage même en pleine nuit, ce n'est pas le cas des afficheurs LCD non rétro-éclairés. C'est quasiment toujours ce type d'afficheur qui est utilisé sur les radioréveils quand la couleur des chiffres est verte ou rouge. Les afficheurs à LED émettent la plupart de temps une lumière rouge ou verte, mais on en trouve aussi qui rayonnent dans le bleu, bien qu'ils soient moins rependus à cause de leur prix plus élevé. Il existe aussi des afficheurs fluorescents émettant une couleur bleue, mais il s'agit d'un type d'affichage de conception totalement différente, à ne pas confondre avec les afficheurs à LEDs bleues. A notre connaissance, on ne trouve pas d'afficheurs à LEDs diffusant de la lumière jaune.
Les afficheurs à diodes électroluminescentes comportent autant de diodes que de segments à afficher, il y a une LED pour chaque segment. Chaque LED est toute petite et forme juste un point émissif, et la lumière est ensuite diffusée sous forme d'un bâton pour représenter un segment. Imaginez simplement un triangle dont la pointe est dirigée vers le bas (pointe = LED), voir la figure 2.14 et la surface rectiligne (base du triangle retourné) est la partie visible du segment
que l'on voit s'allumer. Pour afficher un chiffre compris entre 0 et 9, il faut au
moins sept segments, et à ces segments ont été par convention attribuées les sept
premières lettres de l'alphabet : A, B, C, D, E, F et G.
Figure 2.14 : représentation d'un afficheur sept
Pour afficher un chiffre donné, il suffit d'allumer les segments qui vont bien. Par exemple, pour afficher le chiffre 1, il faut allumer les segments (LEDs) B et C, et pour afficher le chiffre 2, il faut allumer les segments A, B, G, E et D. Même principe pour les autres chiffres, voir la figure 2.15.
Figure 2.15 : Affichage des chiffres (0 à 9)
Remarque :
L'affichage des chiffres 6 et 9 dépend du circuit de commande, on peut trouver ces chiffres avec ou sans queue (figure 2.16) : segment A allumé ou éteint pour le chiffre 6, et segment D allumé ou éteint pour le chiffre 9. Personnellement, nous trouvons l'affichage plus joli quand les queues des chiffres sont allumées.
Ou et ou
Figure 2.16 : Affichage avec queue et sans queue de 6 et 9
Certains afficheurs numériques possèdent une huitième LED ronde disposée à gauche ou à droite des segments (figure 2.17), destinée à représenter le point décimal (la virgule). Certains ont même deux points décimaux, un à gauche et l'autre à droite. D'autres encore ont deux points disposés du même côté, en haut et en bas. Et pour finir, d'autres ont deux points diamétralement opposés, en bas. Le point décimal est généralement appelé DP (Decimal Point).
Figure 2.17 : Point décimal(DP)
Comme chaque segment est une LED, une résistance de limitation de courant doit être ajoutée en série avec chacun d'eux.
Exception :
Certains circuits intégrés de commande d'afficheur disposent de sorties dont le courant est limité, par exemple à 10 mA. Comme dans ce cas précis le courant ne risque pas de dépasser cette limite interne, l'absence de résistance en série avec les segments n'est pas préjudiciable à l'afficheur.
Remarque :
La consommation d'un afficheur unique ne doit pas être prise à la légère. Quand tous les segments d'un seul afficheur classique sont allumés (chiffre 8), cela représente tout de même une consommation de l'ordre de 70 mA
Afin de limiter le nombre de connections au composant, toutes les LEDs sont réunies en commun avec une de leurs deux pattes de connexion. Pour sept segments (sept LEDs), cela permet de réduire le nombre de pattes de 14 à 8. Afin de faciliter l'adaptation aux différents circuits de commande existants, les constructeurs ont décidé soit de relier toutes les anodes entre elles ; soit de relier toutes les cathodes entre elles. Un même afficheur peut donc parfois être décliné en version "Anode commune" ou en version "Cathode commune" (abréviations AC et CC à ne pas confondre avec Alternatif et Continu), voir la figure 2.18. Il existe de ce fait deux possibilités d'alimentation des segments (LEDs). Si anode commune, on relie l'anode commune au pôle le plus positif de l'alimentation, et on alimente chaque segment par une tension "négative" (négative par rapport au pôle le plus
positif). Si cathode commune, on relie la cathode commune au pôle le plus négatif de l'alimentation, et on alimente chaque segment par une tension positive. Les deux schémas ci-dessous montrent comment procéder au raccordement des segments et de la connexion commune pour l'affichage du chiffre 5, dans les deux cas de figure suivante.
Figure 2.18 : Afficheurs à anode commune et à cathode commune
Certains circuits intégrés de commande d'afficheur, tel le CD4543, permettent de choisir (par une simple broche de commande à placer à l'état logique haut ou à l'état logique bas) si les sorties suivent une logique positive ou une logique négative. Ce type de circuit est donc à même de pouvoir piloter aussi bien des afficheurs à anode commune qu'à cathode commune. Bien entendu, le point commun de l'afficheur doit être raccordé au bon pôle d'alimentation.
Nous avons vu que pour afficher un chiffre, il faut alimenter en tension continue les segments qui correspondent au chiffre en question. A moins de toujours vouloir afficher le même chiffre, il est peu probable qu'on relie "en dur" chaque segment avec sa résistance de limitation de courant. Au lieu de ça, on préfère sans doute pouvoir afficher n'importe quel chiffre à partir d'un code binaire simple (de type BCD par exemple) ou effectuer un comptage à partir d'impulsions répétitives. Il faut admettre que ces opérations seraient relativement compliquées à mettre en oeuvre si on devrait les réaliser avec des composants classiques tels que des portes logiques, car il faut transformer un mot binaire en un "mot spécial
afficheur sept segments". Il existe heureusement des circuits spécialisés qui se chargent de toute la complexité du décodage, et permettent ainsi de grandement faciliter la conception des montages. Les circuits intégrés CD4511 et CD4543 sont deux exemples de circuits assurant ce décodage "complexe". Nous verrons quelques généralités sur le décodeur BCD vers 7 segments dans la suite de notre travail.
Quand il s'agit d'alimenter plusieurs afficheurs pour représenter un nombre important (par exemple 2376), il est recommandé de recourir au multiplexage avec un afficheur multiple, plutôt que d'utiliser quatre afficheurs commandés chacun de son côté.
Figure 2.19 : représentation d'un affichage multiple
Ceci pour deux raisons. La première raison est que le nombre de connexions peut encore être réduit, puisqu'il peut passer de 18 connexions à 10 connexions pour deux chiffres, et de 36 connexions à 12 connexions pour quatre chiffres avec point décimal comme sur la figure suivante
La deuxième raison concerne la consommation électrique, qui est divisée par le nombre d'afficheurs utilisés. Le multiplexage consiste en effet à n'illuminer qu'un afficheur à la fois : le premier, puis le second, puis le troisième, etc., mais à une vitesse suffisamment élevée pour que l'oeil n'y voit que du feu. Ce procédé réduit un peu la puissance lumineuse apparente, mais cela ne pose guère de problème dans la majorité des cas. Si la vitesse de balayage des chiffres est trop faible, on risque d'observer un scintillement, un peu comme si les afficheurs surfaient sur des vagues. On retrouve donc pour ces afficheurs multiples, non pas une connexion commune (anode commune ou cathode commune), mais autant de connexions communes qu'il y a de chiffres. Sur les dessins ci-dessus, les connexions communes sont appelées 1 et 2 ou 1, 2, 3 et 4. En contrepartie de ces deux avantages, le circuit de commande peut être un peu plus compliqué, surtout si on décide de le réaliser avec des circuits intégrés ordinaires.
Remarque :
On peut tout à fait utiliser des afficheurs simples (isolés) pour constituer un afficheur multiple. Il suffit de relier en parallèle toutes les connexions des segments de même nom : la connexion du segment A de l'afficheur N°1 relié en parallèle avec la connexion du segment A de l'afficheur N°2 et avec la connexion du segment A de l'afficheur N°3, la connexion du segment B de l'afficheur N°1 relié en parallèle avec la connexion du segment B de l'afficheur N°2 et avec la connexion du segment B de l'afficheur N°3, etc.
Pour cet aspect mécanique, on a le choix. Il existe des affichages miniatures qui sont tellement petits, qu'une lentille (loupe) est nécessaire pour voir le chiffre (usage calculatrice ou appareils de mesures). Rassurez-vous, la loupe fait partie intégrante du système d'affichage. Il en existe aussi des très grands, destinés à
l'affichage public (numéro d'étage dans un ascenseur, affichage de scores sur tableaux de bord). Quand il s'agit d'afficher des chiffres qui doivent être visibles depuis plusieurs dizaines ou centaines de mètres (scores dans les stades de sport), on n'utilise plus des afficheurs à segments simples, mais on crée des afficheurs géants avec des segments constitués de LEDs individuelles (par exemple 60 LEDs pour un seul segment). Ce sont ces afficheurs qui doivent être utilisés dans les salles de congres du parlement congolais pour l'affichage des résultats de votes
Pour faciliter la conception de certains circuits, des fabricants ont eu l'idée d'incorporer une électronique adaptée dans le boitier de l'afficheur même. Cette électronique peut être un simple circuit de décodage d'adresse (entrées BCD sur quatre fils), tout comme il peut intégrer toute une logique de comptage. Ces circuits sont certes bien pratiques mais ils coûtent cher, c'est pourquoi on ne les trouve pas très souvent dans les réalisations personnelles.
Comme nous l'avons dit au premier chapitre, nous allons nous servir du capteur d'empreinte digitale pour la sécurité de notre système. Il sera incorporé dans le boitier de vote pour qu'il joue le rôle d'interrupteur d'allumage de ce boitier.
Toutes les empreintes digitales de personnes habilitées à voter vont être stockées dans la base de données qui sera conçue pour notre système de vote.
Le capteur de vote ne sera allumé que si l'empreinte digitale est reconnue par le système d'après le principe de fonctionnement du capteur d'empreinte digitale, ce qui permet de limiter l'accès au système de vote.
L'allumage de chaque capteur de vote correspond à la présence dans la salle de
congrès d'un parlementaire, ceci sera mis à profit pour déterminer le nombre exact
de parlementaires présents dans la salle de congrès et vérifier aussi le quorum.
Un sommateur sera conçu pour additionner le nombre des personnes qui allument leurs boitiers de vote à partir du signal renvoyé par le système du capteur d'empreinte digitale pour l'allumage du boitier de vote, et un afficheur donnera ainsi le nombre total des présences au lieu de le faire par appel nominal.
Une fois ce boitier allumé, le parlementaire possède trois boutons poussoirs correspondant respectivement au « pour », « contre » et à l'« abstention ». Nous avons pensé à un circuit qui annulerait au moins deux votes simultanés sur un même boitier de vote. L'idée est la suivante :
Soient A, B, et C trois boutons poussoirs correspondant respectivement à :
· A pour le « pour »
· B pour le « contre »
· C pour l'« abstention »
Et la sortie est représentée par S.
La sortie ne peut être au niveau haut c'est-à-dire à 1, que si et seulement si une et une seule entrée est à l'état logique 1 ; donc, le votant en pressant une seule fois sur un seul bouton poussoir exprime son vote sur une question sous examen. Dans le cas contraire, la sortie passe à l'état logique bas, soit zéro ; c'est-à-dire qu'appuyer simultanément deux ou trois boutons poussoirs correspond à annuler le vote.
Nous avons donc la table de vérité établie sur base de notre réflexion suivante :
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Tableau 2.6 : Table de vérité du capteur de vote
On a alors les expressions suivantes de S :
· Pour le « pour » : S = A ~~
· Pour le « contre » : S = ~ C
· Pour l' « abstention » : S = ~ ~C
Outre ce circuit logique et le capteur d'empreinte digitale, les modules suivants font aussi partie de la composition du capteur de vote :
· Bascule D (Mémoire)
· Bistable à NE555 (Générateur d'état logique)
· Temporisateur à NE555
· Astable à NE555 (Générateur de signaux pour la commande des entrées d'horloge de bascule D)
Le NE555 (plus couramment nommé 555) est un circuit intégré utilisé pour la temporisation ou en mode multivibrateur.
Le NE555 a été créé en 1970 par Hans R. Camenzind et commercialisé en 1971 par Signetics. Ce composant est toujours utilisé de nos jours en raison de sa facilité d'utilisation, son faible coût et sa stabilité. Un milliard d'unités sont fabriquées par an. Il contient 23 transistors, 2 diodes et 16 résistances qui forment 4 éléments :
· deux amplificateurs opérationnels de type comparateur ;
· un amplificateur opérationnel de type inverseur ;
· et une bascule SET-RESET.
Le NE555 peut fonctionner selon trois modes : monostable, astable ou bistable.
Le NE555 existe aussi en version double avec l'appellation NE556.La table suivante présente les broches présentes sur la version simple dans un boitier DIP. Les autres boitiers utilisent les mêmes noms de broches.
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Tableau 2.7 : Noms de broches du NE555
On peut voir à partir du schéma bloc les différents composants du NE555, soit :
· 2 comparateurs
· 3 résistances configurées en diviseur de tension. Les deux tensions
respectivement de 1/3 et 2/3 de Vcc servent de références aux comparateurs.· 1 bascule SET-RESET contrôlée par les comparateurs
· 1 inverseur
· 1 transistor pour décharger le condensateur de temporisation
L'opération du 555 suit la logique de fonctionnement du schéma bloc présenté à la figure 2.21 et peut prendre 4 états différents.
· Le signal RESET est à un niveau bas : La bascule est remise à zéro et le transistor de décharge s'active et la sortie reste impérativement à un niveau bas. Aucune autre opération n'est possible.
· Le signal TRIG est inférieur à 1/3 de VCC : la bascule est activée (SET) et la sortie est à un niveau haut, le transistor de décharge est désactivé.
· Le signal THRES est supérieur à 2/3 de VCC : la bascule est remise à zéro (RESET) et la sortie est à un niveau bas, le transistor de décharge s'active.
· Les signaux THRES et TRIG sont respectivement inférieurs à 2/3 de VCC et supérieurs à 1/3 de VCC : la bascule conserve son état précédent de même que pour la sortie et le transistor de décharge.Vcc
6
8
3
2
R Q
S
Q
1
7
Seuil
Déclenchement
4
Sortie Décharge
RAZ
Figure 2.21 : Schéma bloc du NE555
A. Schéma et chronogramme
Figure 2.22 : Schéma du multivibrateur astable
B. Explication du fonctionnement :
Le condensateur se charge via Ra et Rb, la sortie est à 1, une fois la tension 2/3 Vcc atteinte, la sortie passe à 0, le condensateur se décharge via Rb et la broche 7. Si pendant la décharge du condensateur la tension 1/3 Vcc est atteinte, le système rebascule pour un nouveau cycle. La période de signal est donnée par T= 0,69 (Ra +2Rb) C
Figure 2.23 : Bascule bistable
Ce circuit est appelé bistable parce qu'il a deux état stable à la sortie : l'état haut et l'état bas. Il aussi également connu sous le nom de flip-flop.
Il possède deux entrées :
· Trigger (borne 2 du NE555) qui permet de mettre la sortie à l'état haut lorsqu'il est à l'état bas (lorsqu'on actionne le bouton poussoir trigger de la figure 2.23).
· Reset (borne 4 du NE555) qui met la sortie à l'état bas lorsqu'il est à l'état bas également (lorsqu'on actionne le bouton poussoir reset sur le schéma de la figure 2.23)
Un temporisateur est un circuit électronique qui permet de mettre en route un système pendant un certain temps, ou qui permet de le mettre en route au bout d'un certain temps. Les applications d'un temporisateur sont multiples et variées, et on peut aussi bien avoir besoin d'activer un circuit pendant quelques secondes que pendant quelques heures voir plusieurs jours. Un temporisateur peut être construit à partir d'un simple monostable, mais nous verrons qu'il existe d'autres solutions, un peu moins simples mais qui permettent d'obtenir des durées de temporisation très longues.
Le temporisateur est un circuit très utilisé. Il permet par exemple :
· d'allumer une lampe pendant trois heures à partir du moment où la nuit tombe;
· d'allumer une lampe dans une cage d'escalier pendant 5 minutes à partir du moment où un usager appuie sur un bouton poussoir;
· de laisser allumer une ampoule de plafonnier de voiture pendant 1 minute, à partir du moment où les portes sont fermées;
· de retarder la production d'un évènement, par exemple déclencher une sirène au bout de 15 secondes si aucun code valide n'a été saisi sur un clavier, après détection de l'intrusion;
· de définir précisément le temps pendant lequel une sirène d'alarme doit se faire entendre (30 secondes par exemple).
On peut faire un rapprochement assez serré entre monostable et temporisateur, même si la finalité n'est pas forcement la même.
En effet, le monostable délivre une impulsion d'une durée donnée et revient ensuite
à son état initial. Si le but de la temporisation est de faire fonctionner un appareil
pendant un certain temps, un monostable peut donc faire l'affaire. Si le but de la
temporisation est de mettre en route un appareil au bout d'un certain temps, un monostable peut aussi faire l'affaire, non en agissant comme commande, mais en agissant comme retardateur de commande. Il est donc normal de le voir partager certaines caractéristiques avec celles du monostable.
Si l'on veut disposer d'une grande durée de temporisation tout en conservant une valeur de condensateur raisonnable, il convient de réfléchir à une autre façon de faire. Cette autre façon de faire pourrait bien être un circuit mettant en oeuvre un circuit intégré style "Timer" tel le célèbre NE555, ou encore un AOP câblé en comparateur de tension.
Ci-dessous nous donnons le schéma d'un temporisateur à base du circuit NE 555
Figure 2.24 : Le schéma du temporisateur à base du NE555
Ce circuit à base de NE555 permet d'atteindre une durée de l'ordre de la demi-heure
(T = 1.1 R1 C1) avec un condensateur de 2200 uF et une résistance de 820 k?, à
condition que le condensateur soit de bonne qualité et présente un faible courant de
fuite (résistance parallèle parasite la plus élevée possible). Si le condensateur n'est pas de bonne qualité ou est trop vieux, son courant de fuite l'empêchera de se charger au deux tiers de l'alimentation (seuil de basculement "supérieur" du NE555) et la sortie restera toujours activée. Le déclenchement se fait en portant la broche 2 du NE555 à la masse. C'est ce que fait le bouton poussoir quand on appuie dessus, mais on peut aussi amener une impulsion négative (active à l'état bas) sur la broche 2 (entrée de déclenchement In).
On se propose de réaliser un décodeur "BCD / 7segments" illustré par la figure ci-dessous.
Figure 2.25 : Décodeur BCD vers 7 segments
Il faut réaliser la fonction qui fait correspondre aux variables d'entrées E0, E1, E2 et E3 l'allumage correct des segments de l'afficheur a, b, c ,d ,e et f. Le chiffre à afficher est donné en Binaire Codé Décimal sur les entrées E0, E1, E2, E3 qui représentent respectivement les valeurs 20, 21, 22, 23.
Ci-dessous, on fait correspondre au tableau 2.28 Décimal/Binaire avec les 4 variables d'entrées E0, E1, E2 et E3, l'allumage des 7 segments (« a » à « f ») selon le tableau 2.7.
Tableau 2.8 : correspondance afficheur- décodeur
On doit maintenant déterminer les équations de chaque segment, pour réaliser le câblage ou le programme afin de mettre en oeuvre notre décodeur. La solution la plus rapide sera d'utiliser la résolution par tableau de Karnaugh.
De plus, il faudra faire 7 tableaux, il est donc judicieux d'écrire un tableau qui fait correspondre le chiffre décimal aux entrées E0, E1, E2 et E3 qui nous servira de
référence pour compléter tous les autres.
On a 4 variables donc 24 soit 16 cases pour le tableau. Il y a donc 6 combinaisons inutiles 10, 11, 12, 13, 14 et 15 que l'on notera Ø Le chiffre 0 correspond à la combinaison E0=0, E1=0, E2=0 et E3=0 soit l'intersection de la première ligne et de la première colonne. Le chiffre 1 correspond à la combinaison E0=1, E1=0, E2=0 et E3=0 soit l'intersection de la première ligne et de la dernière colonne. Le chiffre 2 correspond à la combinaison E0=0, E1=1, E2=0 et E3=0 soit l'intersection de la première ligne et de la deuxième colonne. Le chiffre 3 correspond à la combinaison E0=1, E1=1, E2=0 et E3=0 soit l'intersection de la première ligne et de la troisième colonne.
Ce qui nous donne le tableau suivant :
En appliquant le même raisonnement on obtient pour le segment a le tableau suivant:
Pour la simplification il faut effectuer des regroupements du plus grand nombre possible de 1 (horizontalement ou verticalement et des groupements de 2x soit 1, 2, 4, 8ou16« 1 »).
Pour le segment a, on obtient un groupement de 8 « 1 » en effet les Ø représentent des cas que l'on n'atteindra pas (en décimal) ; qu'ils soient à 1 ou à 0, ils ne sont pas importants, on va donc prendre la valeur 1 ou 0 qui nous arrange pour simplifier au maximum les équations, dans le cas suivant on considère que les Ø sont des 1 et on a trois groupements de 4 « 1 »
Et pour les autres segments (b, c, d, e, f), on a les tableaux suivants :
Figure 2.26: Schéma logique d'un décodeur BCD/7SEG.
En bref, dans ce chapitre, nous avons donné quelques généralités sur les éléments qui vont nous permettre de mettre en oeuvre notre application, c'est-à-dire, la théorie qui nous a permis de faire le choix de composants ou
modules électroniques qui vont pourvoir répondre à nos besoins pour la réalisation du système qui sera développé au troisième chapitre. L'interconnexion de tous ces circuits sera développée et réalisée dans le troisième chapitre.
Au chapitre précédent, il a été question d'étudier brièvement les éléments qui vont constituer notre système de vote et porter le choix sur ceux qui conviennent le mieux.
Ce chapitre va faire objet de l'assemblage de ces éléments pour la mise au point du système de vote.
La réalisation se faira à deux niveaux :
· Nous avons le montage des composants dans l'outil d'édition des schémas de proteus puis nous avons simulé notre schéma.
· En nous référant au schéma réalisé avec le logiciel proteus, nous avons aussi réalisé un montage avec les composants physiques.
Nous allons enfin donner l'aspect économique de la maquette réalisée pour la démonstration.
Ici nous allons donner le schéma du capteur de vote et celui du
sommateur.
Le capteur de vote est composé essentiellement des éléments
suivants :
· Capteur d'empreinte digitale : élément essentiel qui permet la mise en marche du boitier de voter pour les personnes qui sont identifiées et enregistrées dans la base de données notamment les sénateurs.
· Générateurs d'états logiques : ici sont les multivibrateurs bistables à NE555
· Trois boutons poussoirs pour permettre aux sénateurs d'exprimer leurs choix (Pour, Contre ou Abstention)
· Les portes logiques
· Bascules D : qui jouent le rôle des mémoires
· Temporisateur à NE555
· Générateur de signaux : astable à NE555
· 3 lampes de signalisation des votés exprimés : 3 diodes électroluminescentes (pour le "Pour", le "Contre" et l'"Abstention")
· 1 bouton poussoir : pour la commande du temporisateur
· 1 bouton poussoir : pour la remise à zéro des bascules D
· Une lampe : pour signaler la durée de la temporisation
· 1 transistor : qui joue le rôle du relais
Voici le schéma complet du capteur de vote sans capteur d'empreintes digitales capturé à partir de l'outil d'édition des schémas du logiciel proteus que nous avons ainsi conçu et simulé à la figure 3.1
La figure 3.2 donne l'approche du capteur de vote qu'on doit réaliser pour le système globale de vote du sénat congolais.
Ce donc c'est boitier de vote qui sera devant le sénateur, avec un bouton pour le « pour », un pour le « contre » et un autre pour « l' abstention » ; une fois son choix exprimé ; une lampe va s'allumer pour lui signifier que son vote est pris en compte.
Si par mégarde il appuie simultanément deux boutons, son vote sera directement annulé et aucune lampe ne s'allumera. Beaucoup de détails à ce niveau ont été donnés dans le chapitre précédent.
Le capteur d'empreintes digitale, en plus d'être le
dispositif de sécurité (dispositif
qui permet de mettre en
marche le boitier de vote pour une personne dont les
empreintes sont
reconnues), permet aussi la vérification du quorum, pour ce, chaque
capteur d'empreintes digitales sera directement relié à un sommateur qui va additionner le nombre de personnes qui ont allumé leur boitier de vote et nous donner le résultat sur un allicheur.
Figure 3.1 : Schéma du capteur de vote sans capteur d'empreinte digitale
Pour Contre Abstention
POWER
CAPTEUR D'EMPREINTES DIGITALES
Figure 3.2 : Présentation du boitier de vote
3.2.2. Dimensionnement des éléments du capteur de vote La tension d'alimentation du capteur de vote est de 5V continu. ? Astable :
Nous nous sommes référés à la théorie de l'astable vue dans le deuxième chapitre de notre travail.
On sait que la bascule D transmet à sa sortie le signal qui est sur son entrée D lorsque son entrée d'horloge est commandée par un signal ou une impulsion à front descendant. Dans notre cas nous voulons que la sortie de la bascule D soit au niveau 1 lorsque le 1 se présente à l'entrée ou soit au niveau 0 lorsque le 0 se présente également à son entrée. Pour ce, on n'a pas besoin d'envoyer l'impulsion chaque fois qu'un 1 ou un 0 se présente à l'entrée de la bascule, on a jugé bon de mettre un générateur de signaux.
L'astable étant un générateur de signaux carrés, la fréquence d'oscillation de ce signal dépend de R7, R8 et C3 sur le schéma du capteur de vote de la figure 3.1.
On veut avoir une durée de 0.2 s, pour le choix des éléments, nous avons pris comme référence les schémas des astables NE555 qui existent déjà et nous avons attribué à R8 la valeur de 1k?, à C3 la valeur de 10uF et à partir de la formule de la période d'oscillation, nous avons calculé R7 de la manière suivante :
La période de cet astable est donnée par T = 0.69 (R8 +2 R7) C3 On a donc R7 =
Comme on veut que T soit de 0.2s, R8 = 1k?, C3 == 10uF ; après calcul R7 vaut 13.99 k?
On cherche à retrouver la valeur la plus proche dans la série E12 qui est une série normalisée la plus répandue.
La valeur x de la résistance de rang m de la série En est obtenue en posant x == v
On cherche d'abord à retrouver à quel rang m proche appartient cette valeur dans la série E12 :
m = , avec x = R7 = 13.99, n = 12 ;
D'où m = ) = 13.74 arrondi à 14.
La valeur la plus proche appartient au rang 14 de la série E12 et elle vaut
~v 4 = 14 .67 soit 15 k?
Cette valeur nous donne après vérification la durée T = 0.2139s, valeur proche à la durée voulue.
D'où le choix de R7 = 15k?
Temporisateur :
De même pour le temporisateur, on s'est référé aux schémas qui existent déjà. La durée de temporisation est T = 1,1 R5C2
On veut avoir une durée de temporisation de 10s, on fixe la valeur de C2 à 47uF et on déduit alors R5 à partir de la formule de la période de temporisation.
R5 =--
1.1c
Avec nos hypothèses, R5 vaut 193.423 k? après calcul.
On suit la même démarche pour trouver la valeur la plus proche dans la série normalisée E12.
Ici x == R5 == 193.423
m = log(193.423)12 = 27.43 arrondi à 28.
La valeur la plus proche appartient au rang 28 de la série E12 Cette valeur vaut 1V1028 = 215.44 soit 220 k?
En injectant cette valeur dans la formule de la durée de temporisation T, on a que T = 11.37s, valeur de temps proche de la valeur désirée (10s).
D'où R5 = 220 k?.
Il y a trois possibilités de vote pour chaque sénateur, notre système de vote doit être logiquement capable de fournir un résultat correct pour une partie des sénateurs qui s'exprimeraient en faveur d'une telle ou telle autre possibilité (pour, contre et abstention).
Déjà à ce niveau, nous pouvons retenir qu'il y aura quatre circuits sommateur utilisés respectivement pour :
n Additionner les voix "pour"
n Additionner les voix "contre"
n Additionner les voix "abstention"
n Additionner les présences pour la vérification du quorum
La structure fonctionnelle et technique de ces quatre circuits sommateur sera identique ;
Comme nous l'avons dit dans le chapitre 2, pour manipuler le nombre décimal 150 en binaire, il faut 8 bits.
Dans le schéma du système qu'on va réaliser, les additionneurs seront mis en cascade deux à deux pour former les additionneurs à 8 bits, figure 3.3 présente un additionneur à 8 bits.
Figure 3.3 : Additionneur à 8 bits (mise en cascade de deux circuits 7483)
Les quatre circuits sommateurs auront chacun 298 circuits intégrés 7483, un décodeur BCD/7SEG qui permet de commander un afficheur géant à 4 digits.
Pour tous les 4 circuits sommateurs, il y aura donc 1192 circuits intégrés 7483, 4 décodeurs BCD/7SEG et 4 afficheurs
A la figure 3.4 nous présentons le schéma bloc de notre système de vote complet.
SOMMATEUR DES VOIX "POUR"
DECODEURS BCD/7 SEGMENTS
SOMMATEUR
DES VOIX
"CONTRE"
CAPTEURS DE VOTES
SOMMATEUR
DES VOIX
« ABSTENTION
SOMMATEUR
DES
"PRESENCES"
AFFICHEURS
Figure 3.4 : le schéma bloc complet de notre système de vote électronique
Nous nous permettons à ce niveau de faire une description sommaire du fonctionnement global de ce schéma bloc.
Après qu'un sénateur ait exprimé son choix à l'aide d'un des trois boutons poussoirs sur son boitier de vote, une lampe justifiant la prise en compte de sa voix s'allume, et sa voix sous forme binaire constitue un mot à 8 bits, elle sera sommée par un additionneur. La sommation se fait en binaire, c'est-à-dire que le sommateur ne reconnait que 1 ou 0 ; ceci ne pose aucun problème dans la mesure où une voix exprimée correspond à un 1 et comme nous avons 150 sénateurs, cela revient à dire que nous avons 150 uns à sommer. Une fois le résultat obtenu, il est en binaire, il y a donc un décodeur BCD vers 7 segments qui va permettre l'affichage correct du résultat. Ainsi, nous pouvons afficher le résultat du vote selon que nous avons les voix « pour », « contre » ou « abstention » ainsi que les « présences ».
Nous nous sommes proposé de faire la réalisation d'une maquette illustrant à 70% notre système de vote. Au départ l'idée était de réaliser une maquette répondant à 100% au système de vote, mais limiter par les moyens et la non disponibilité des tous les éléments nécessaires pour sa réalisation au Congo, nous nous sommes donc battus pour arriver à 70%.
Les 30% restant sont en majeur partie dominés par l'absence des éléments essentiels (portes logiques et bascules D) pour la réalisation du capteur de vote comme nous l'avons conçu.
Sur base de matériels disponibles, nous avons réalisé un système de vote qui permet de faire deux choix : "pour "et "contre".
La maquette que nous avons réalisée, est
constituée des 6 caisses en bois de 15 cm
de longueur, 7 cm de
largeur et 5 cm de hauteur qui ne donnent lieu qu'à un vote
simple ; c'est-à-dire qu'en cas d'un vote simultané, le circuit conçu ne pourra pas annuler le vote comme prévu. Ces caisses contiennent chacune, deux interrupteurs pour les votes, deux lampes (diode électroluminescente) de couleur rouge et verte pour signaler la prise en compte du vote exprimé, un circuit permettant la commande des lampes (Diode à jonction PN et Résistance de 22?), ainsi qu'un générateur d'état logique (bistable à NE555).
Il y a aussi une autre caisse un peu plus grande que les 6 autres contenant en son sein deux tiroirs destinés à loger respectivement un sommateur des voix "pour" et un autre des voix "contre", les moyens n'ont pas permis de faire un troisième pour l'abstention. Elle est aussi en bois et sur l'une de ses faces nous retrouvons les deux afficheurs 7 segments, une lampe témoin pour signaler si le système est alimenté ou non lorsque qu'on le met en marche par l'interrupteur de mise sous tension.
La figure 3.6 présente le schéma de notre maquette qui a été conçu sur base de ressources disponibles.
Sur ce schéma, le générateur d'état logique dont le schéma est représenté à la figure 3.5 est représenté en proteus par l'élément suivant :
Voici donc le schéma des multivibrateurs bistables à NE555 réalisés pour constituer nos générateurs d'états logiques :
Figure 3.5 : Bascule bistable
82
Figure 3.6 : Schéma de la maquette réalisée
Tous les montages de l'électronique ont besoin pour fonctionner d'une ou de plusieurs alimentations en tension constante.
La technique la plus répandue pour obtenir ces tensions consiste :
· à abaisser la tension du secteur alternatif à l'aide d'un transformateur (les valeurs des tensions d'alimentations sont généralement plus faibles que celle du réseau de distribution) ;
· à transformer en tension continue la tension alternative délivrée par le transformateur. Cette opération s'appelle le redressement ;
· à éliminer l'ondulation considérable que présente la tension redressée pour en faire une tension constante. Cette opération s'appelle le filtrage.
Nous allons étudier le redressement double alternance avec un pont à quatre diodes (pont de Graëtz).
On trouve ce montage dans beaucoup d'appareils électroménagers : poste radio, ordinateur, etc.
Les petits boîtiers noirs qui délivrent une tension entre 5 et 12 V continue que l'on branche directement sur le secteur 220 V, contiennent un transformateur suivi d'un pont redresseur et d'un condensateur de lissage.
Ici pour plus de simplicité on va raisonner sur le fait que le courant descend les potentiels c'est-à-dire que le courant part du "+" et se dirige vers le "-" et que le courant ne peut traverser une diode quand celle-ci est polarisée en sens. Nous présentons ci-dessous le schéma complet d'un régulateur basé sur les diodes et beaucoup des détails à ce sujet seront fournis en annexe.
Figure 3.7 : schéma d'un régulateur de tension Le circuit d'un pont à Graëtz est le suivant :
Figure 3.8 : pont de Graëtz
? e(t) est positive pour 0 < t < ð.
Si e(t) > 0, D1 et D3 seraient en direct (car la tension à leurs bornes est positive) alors que D2 et D4 seraient en inverse (la tension à leurs bornes serait négative). On va donc déterminer l'équation de VD4 (VD2 serait identique), en écrivant la maille ; on trouve :
VD4(t) = -e (t) =VD2(t) et VD1=VD3=0
Figure 3.9: Redressement double alternance
? e(t) est négative pour 0 < t < ð.
Si e(t) < 0, D2 et D4 seraient en direct (car la tension à leurs bornes est positive) , alors que D1 et D3 seraient en inverse (la tension a leurs bornes serait négative). On va donc déterminer l'équation de VD3 (VD1 serait identique).
On écrit à nouveau la maille et on trouve :
VD1(t) = e (t) =VD3(t) et VD4=VD2=0.
On pourrait donc faire le schéma équivalent qui serait le "jumeau du précédent".
Le pont de Graëtz est le procédé le plus utilisé, il existe cependant d'autres procédés comme celui du transformateur à point milieu ; nous n'allons pas nous attarder sur ce système car il nécessite un transformateur à pont milieu et donc cela décourage les constructeurs (vu le prix des transfos...)
Afin d'avoir le meilleur redressement possible, on met un condensateur en parallèle sur la charge pour que la tension soit lissée car la valeur moyenne du signal se retrouve aux bornes du condensateur donc aux bornes de la charge. Physiquement le condensateur agit comme une réserve d'énergie, c'est-à-dire que lorsque la tension est inférieure à la tension moyenne, le condensateur fournit "l'énergie "manquante" et si la tension est supérieure à la tension moyenne le condensateur prend le "surplus".
Nous pouvons ainsi avoir un schéma complet suivant :
Figure 3.10: structure fonctionnelle complète du convertisseur statique
La diode D5 est une diode zener, ayant pour rôle de stabiliser la tension à une valeur convenue pour le fonctionnement de l'ensemble du circuit.
Pour notre système nous allons utiliser le schéma suivant pour son alimentation
Figure 3.11 : Schéma complet de l'alimentation du système de vote
L'annexe 1 donne les détails sur fonctionnement des régulateurs de tension ainsi que leur prix.
Nous ne sommes pas en mesure de donner le coût exact du système de vote conçu parce que nous n'avons pas pu avoir tous les prix des éléments qui font partie de ce système.
Nous avons réussi à réaliser une maquette de démonstration qui est l'approche réelle du système de vote à réaliser pour le sénat congolais bien que tous les matériels pour la réalisation des capteurs de votes n'étaient achetés faute de moyens financiers. Nous reprenons dans le tableau ci-dessous, les dépenses effectuées pour la réalisation de cette maquette.
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Tableau 3.1 : Prix des éléments du montage de la maquette
Ce travail a pour finalité, la réalisation d'un système électronique qui va nous donner sur un afficheur le résultat d'un vote fait particulièrement au sénat congolais.
Pour la sécurité, nous avons utilisé les capteurs d'empreintes digitales pour ne donner accès qu'aux personnes habilités à utiliser le système.
Nous avons ensuite fait l'étude des éléments essentiels du système de vote, parmi lesquels, l'additionneur a été à la base de notre étude. Nous avons donné les différentes sortes d'additionneurs, leurs qualités et défauts ; nous avons fait le choix de celui qui a les meilleures qualités pour la réalisation de notre système.
Par le fait que les résultats sortant des sommateurs sont binaires et que les afficheurs sont à 7 segments, nous avons utilisé un décodeur BCD/7segments pour la commande de ces afficheurs.
Après l'étude et le choix de tous les éléments essentiels constituant notre système, nous avons enfin, réalisé une maquette, qui permet à 6 personnes de voter ; ceci est extensible à tout nombre de votants désiré.
Le système présenté peut être utilisé à l'assemblée nationale, dans les assemblées provinciales, ainsi que partout où on aura besoin d'un vote à la fois secret et rapide.
Pour la réalisation de notre maquette de démonstration, nous avons dépensé 320$, ceci ne tient pas compte du prix des capteurs de vote que nous n'avons pas su évaluer.
Nous ne prétendons pas avoir conçu un système qui répond à tous les besoins, certains aspects méritent une étude approfondie que nous recommandons aux générations futures.
Parmi les travaux qui restent et peuvent faire l'objet des travaux des mémoires futures, nous indiquons particulièrement :
· L'incorporation du capteur d'empreinte digitale dans le boitier de vote.
· La conception et l'implémentation d'une base de données qui va enregistrer
toutes les empreintes digitales des personnes autorisées à voter (sénateurs).· la mise en place d'un dispositif qui mémorise et affiche le nom de chaque personne qui signale sa présence dans l'hémicycle à travers son boitier de vote. Ainsi on sait exactement qui est présent et qui est absent à la plénière.
Livres, articles, notes de cours
[1]. Journal officiel de la R.D.C du 09 avril 2010
[2]. CLUSIF : < Technique de contrôle d'accès par biométrie », Juin 2003 ; juin 2008.
[3]. Jean-Luc Beuchat : < Etude et conception d'opérateurs arithmétiques optimisés pour circuits programmables ; thèse » Lausanne, EPFL 2001
[4]. Christel-Loïc TISSE, Lionel MARTIN, Lionel TORRE et Michel ROBERT : < Système automatique de reconnaissance d'empreintes digitales. Sécurisation de l'authentification sur carte à puce », édition Rousse, France 250 pages.
[5]. D. Maio et D. Maltoni. <Neural Network based minutiae filtering in fingerprints». IEEE, 1998.
[6]. Osterburg, Parthasarathy, Raghanvan et Slove. <Development of a mathematical formula for the calculation of fingerprint probabilities based on individual characteristics». Journal of the American statistical association, Vol. 72, n° 360.
[7]. Y. Belgnaoui, J-C. Guézel et T. Mahé : < La biométrie, sésame absolu. Industries et techniques », Juillet 2000.
[8]. Pr. Dr. Ir. Maguiraga MADIASSA : < cours des Circuits logique des ordinateurs », Université de Kinshasa, polytechnique 2010.
[9]. Pr. Dr. Ir. Maguiraga MADIASSA : < cours d'architecture des ordinateurs », Université de Kinshasa, polytechnique 2010.
[10].Alain KANYONYO M. « système d'identification biométrique des personnes par empreinte digitales et reconnaissance faciale », mémoire de fin d'étude 2009- 2010.
[11] J. - M. FOUCHET et A. PEREZ-MAS : « Electronique pratique », Dunod, Paris, 1998.
Site web
[12]. http://www.google.com
[13]. http:// www.biométrie-online.net
[14]. http://www.securiteinfo.com/conseils/biométrie.shtml
[15]. http://www.google.com/daniel-robert.shtml
[16]. http://www.wikipedia.fr
ANNEXE 1
NOTION GENERALE SUR LES REGULATEURS DE TENSION
A. Utilité du régulateur de tension :
Très facile à mettre en oeuvre, très fiable et qui de plus est peu onéreux, un régulateur de tension intégré est un composant à semi-conducteur dont le rôle consiste à rendre quasi continue une tension qui présente une ondulation (issue d'un pont redresseur, par exemple) et à stabiliser sa valeur.
Cette régulation s'opère en amont et en aval: en amont car la tension d'entrée Vin peut fluctuer et en aval car la charge branchée aux bornes de Vout peut elle aussi varier (variation du courant débité).
FigureA1 : Schéma général d'une alimentation avec régulateur de tension
On voit que le régulateur de tension est précédé par le transfo abaisseur, le pont redresseur et le condensateur de filtrage électrochimique. Les deux autres condensateurs sont facultatifs, mais souvent conseillés (voir cidessus). La DEL sert ici à visualiser la présence de la tension de sortie Vs.
B. Les différents modèles de régulateurs :
Il existe pour l'essentiel, deux grandes familles de régulateurs de
tension:
· à tension de sortie Vout fixe
· à tension de sortie Vout variable.
Au passage, notons qu'un régulateur variable tel que le LM317 peut très bien faire office de régulateur fixe (on remplace alors le potentiomètre associé par une simple résistance).
Dans chacune de ces familles, on trouve des modèles "faible courant" et des modèles plus puissants, capables de débiter de 1 A à 2 A, voire davantage.
On trouve également des régulateurs fournissant des tensions positives ou négatives (pour l'alimentation symétrique d'un AOP, par exemple).
Compte tenu de ce qui a été dit précédemment (régulateur fixe ou variable, positif ou négatif), le choix d'un modèle particulier repose sur quelques critères déterminés par le cahier des charges de l'alimentation à réaliser.
· La tension de sortie Vout :
C'est le principal critère de choix, puisqu'il correspond à la tension désirée. Ainsi, pour une tension de + 5 V, on choisira un 7805 ou un 78L05, selon le courant nécessaire. Si on désire une tension variable, de 3 à 12 V par exemple, on s'orientera vers un LM 317 ou un L 200.
N.B: la tension d'entrée Vin doit toujours être supérieure de 2 à 3 V à la tension de sortie Vout: 7 V pour un 7805, 27 V pour un 7824, etc.
La différence correspond à la chute de tension interne (Vdrop).
· La tension maximale en entrée Vin :
Elle va jusqu'à 25 V pour un 7805 et 38 V pour un 7824.
· Le courant de sortie:
Un 78L05 peut débiter 100 mA, tandis qu'un 7805 est capable de fournir 1 A en permanence.
· La tolérance:Indiquée par une lettre ("C" le plus souvent), elle est en général meilleure que 5%. Soit, pour un 7805, une tension de sortie comprise entre 4,75 V et 5,25 V. Mais dans la pratique, on observera que la tension délivrée est souvent très proche de la valeur nominale (4,97 V pour un 7805, lorsque le courant débité n'est pas très élevé).
A noter cependant que la valeur nominale est vérifiée à 25°C et qu'une élévation de température dégrade, comme toujours, les performances du régulateur (- 1 mV/°C typique). C'est pourquoi un radiateur, vissé sur le boîtier, est recommandé chaque fois qu'il y a risque d'échauffement important.
Parmi les paramètres que l'on rencontre fréquemment dans une "data sheet" de fabricant, mentionnons:
· Input régulation (ou Line Regulation):
Exprime en mV les variations de la tension de sortie lorsque la tension d'entrée varie. Une variation de Vin de 7 à 25 V, par exemple, se traduira par une variation de Vout de 3 à 100 mV.
· Ripple rejection ratio:
Rapport des variations relatives de Vout à Vin. Pour un 7805, ce rapport va couramment de 62 à 78 dB, soit une variation de Vout 1000 à 10000 fois moindre que celle de Vin.
· Output regulation (ou Minimum Load Current):
Traduit l'influence des variations du courant de sortie sur la valeur de la tension régulée. Si le courant de charge varie de 5 mA à 1,5 A ; la tension de sortie ne varie, en général, que de 15 à 100 mV.
Ces chiffres montrent bien la grande stabilité de la
tension en sortie d'un
régulateur, en dépit des diverses
variations qui peuvent affecter la tension en
entrée ou le courant en sortie.
On trouve sur le marché, une grande quantité de modèles de régulateurs, dont certains sont très "pointus" ou destinés à des applications spécifiques. Dans la pratique, l'amateur se tournera en priorité vers des régulateurs "tous usages", à la fois performants, fiables et peu chers.
1. Séries 78XX et 78LXX :
Ces régulateurs fixes positifs sont sans doute les plus utilisés. Ils disposent tous d'une limitation interne du courant et d'une protection thermique. Seule contrainte: la tension d'entrée minimale Vin min doit être égale ou supérieure à Vout + 2 V. Ces modèles bénéficient d'une tolérance à 5 % (suffixe C). Leur prix se situe aux environs de 0,55 euro pièce.
30 V (40 V pour 7824)
XX = 05, 06, 08, 09, 10, 12, 15, 18, 24 V
Vin
max
Vout
|
Iout |
1 A (2 A en pointe); 100 mA pour 78LXX |
||
Figure A2 : Présentation des régulateurs fixes positifs et négatifs.
sur le boîtier, dans le trou prévu à cet effet, dès lors que Vin sera nettement supérieur à Vout et/ou que le courant de sortie sera susceptible de dépasser la moitié de sa valeur maximale. On pourra choisir, sans s'embarrasser de calculs, un modèle de radiateur de résistance thermique Rth égale à 37 °C/W (prix indicatif: 0,25 euro). En cas de doute sur la puissance maximale dissipée, choisir la taille audessus (Rth 15°C/W).
2. Séries 79XX et 79LXX :
Mêmes caractéristiques que ci-dessus (XX = 05, 12, 15, 24 V), mais il s'agit de régulateurs fixes négatifs, pour alimentations symétriques. Prix indicatif : 0,70 euro pièce.
3. Régulateurs variables :
Ils ne sont pas beaucoup plus difficiles à mettre en oeuvre que les régulateurs fixes et rien d'ailleurs n'empêche de les utiliser comme régulateurs fixes. En revanche, ils sont un peu plus chers.
L'un des plus célèbres régulateurs variables est sans doute le LM317, dont il existe plusieurs variantes, identifiables par leur suffixe (K, H, T, etc.). Le moins cher de la famille (environ 0,70 euro à l'unité), le LM317T, est conditionné en boîtier TO-220. Il ne nécessite que deux composants périphériques: une résistance et un potentiomètre. C'est grâce à ce dernier, on s'en doute bien, que l'on fera varier la tension de sortie. Voyons l'essentiel de sa data sheet:
LM317T 3-Terminal Adjustable Regulator
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Paramètres |
Conditions |
Min |
Type |
Max |
Unités |
|
Input-Output Voltage Differential |
(Vin - Vout) max |
||||
|
Reference Voltage |
3 V < (Vin - Vout) < 40 V |
1,20 |
1,25 |
1,3 40 |
V |
|
Line Regulation |
3 V < (Vin - Vout) < 40 V |
0,01 |
0,07 |
%/V |
|
|
Load Regulation |
10 mA < Iout < Imax |
||||
|
Temperature Stability |
Tmin < TJ < Tmax |
1 |
% |
||
|
Minimum Load Current |
(Vin - Vout) = 40 V |
||||
|
Current Limit |
(Vin - Vout) < 15 V |
1,5 |
3,5 |
10 3,4 |
mA |
|
Ripple Rejection Ratio |
Vout = 10 V, f = 120u Hz |
65 |
dB |
||
|
Operating Temperature Range |
0 |
125 |
°C |
||
|
Thermal Resistance, Junction- to- Ambient |
No heat sink |
50 |
°C/W |
Tableau A1: Paramètres du régulateur LM317T
· Input-Output Voltage Differential: différence entre la valeur de la tension Vin d'entrée et de la tension en sortie Vout.
· Reference Voltage: c'est la tension la plus basse qu'on peut obtenir en sortie (donc supérieure à 0 V en l'occurrence).
· Line Regulation et Load Regulation: ces deux paramètres expriment la variation subie par la tension de sortie Vout en fonction de la variation de la tension d'entrée Vin ou du courant Iout. Les valeurs, on le voit, sont minimes.
· Minimum Load Current: valeur minimale du courant dans la charge pour maintenir la régulation.
· Current Limit: c'est le courant "garanti" en sortie, sous réserve de remplir la condition énoncée.
· Thermal Resistance, Junction-to-Ambient: résistance thermique; le régulateur dissipe par lui-même, sans radiateur, 50°C/W. Attention, une "bonne" valeur est ici une valeur faible. Ainsi, 35°C/W est meilleur que 50°C/W
a. Mise en oeuvre du LM317T :
Le schéma d'application comme on le voit, se révèle d'une simplicité biblique:
Figure A3 : Schéma d'application du LM317T.
On calcule Vout à l'aide de la formule ci- dessus, la valeur de R1 étant celle recommandée par le fabricant. Les condensateurs C1 et C2 sont facultatifs. C1 n'est nécessaire que dans le cas où le régulateur serait implanté à une distance de plus de 15 cm du condensateur de filtrage. C2 (optionnel mais conseillé) améliore sensiblement l'impédance de sortie et le ripple rejection ratio (rapport des variations relatives de Vout à Vin).
En choisissant pour R2 un potentiomètre linéaire de 5 k, on obtient en sortie une tension variable comprise entre 1,25 V et plus de 24 V.
Rappel : R2 peut aussi être une résistance fixe; on réalise alors une alimentation fixe de précision.
b. Radiateur ou pas?
Faut-il ou non munir le LM317T (ou autre modèle) d'un radiateur, aussi appelé dissipateur? Voilà une question récurrente qui rend perplexe le néophyte et cause souvent des angoisses bien inutiles.
D'abord, il convient de rappeler qu'un régulateur, comme tout
composant, est susceptible de s'échauffer, sous l'influence de l'effet Joule, et que cela n'est pas bon. Pour prévenir tout emballement thermique qui pourrait dégrader les performances du composant concerné, l'endommager, voire même le détruire, il est nécessaire de veiller à ce qu'il ne dépasse pas les limites de résistance thermique fixées par le fabricant. Un moyen très classique (et efficace) de combattre l'échauffement excessif d'un composant consiste à l'équiper d'un radiateur, en général boulonné sur son boîtier.
Voyons ce que dit la data sheet du LM317T (attention, il s'agit bien du modèle référencé LM317, suffixe T, donc en boîtier TO-220):
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Premier constat: le LM317T fonctionnera normalement tant que sa température de jonction, donc interne, sera comprise entre 0 et 125°C. Dans ces limites, la stabilité est très bonne, de l'ordre de 1 % typique.
Deuxième constat: la résistance thermique du LM317T, sans dissipateur (no heat sink) atteint 50°C/W, soit une élévation de température, considérable, de 50°C par watt dissipé. Fort heureusement, ce régulateur est doté d'un dispositif interne qui l'inhibe en cas de surchauffe. Mieux vaut toutefois ne pas en arriver là.
Voyons maintenant, dans la notice d'application, les recommandations du fabricant à propos du dissipateur (heat sink). Deux paramètres doivent être calculés pour déterminer si un dissipateur est nécessaire ou pas: la puissance maximale dissipée PD par le régulateur et l'élévation maximale de température TR.
La formule suivante (simplifiée) permet de calculer la puissance maximale dissipée
PD = (Vin - Vout) IL
Où IL est le courant maximal dans la charge. Supposons que la valeur maximale de (Vin - Vout) sera de 20 V et que le courant IL ne dépassera pas 1A, on obtient, dans ce cas, une puissance dissipée maximale de l'ordre de 20 W.
Calculons à présent l'élévation de température maximale acceptable à l'aide de la formule:
TR(MAX) = TJ(MAX) - TA(MAX)
On sait que TJ(MAX) est égale à 125°C, il reste à fixer une température ambiante max, par exemple 25°C.
L'élévation max permissible est donc de 100°C.
Pour finir, on applique la formule TR(MAX)/PD et on obtient, dans cet exemple: 5°C/W, valeur à comparer à celle de la Thermal Resistance Rth, Junction-toAmbient, soit 50°C/W.
La valeur obtenue est très inférieure à la typical rated value du constructeur, donc dans ce cas assez défavorable, un radiateur est nécessaire et il devra dissiper, pratiquement, moins de 5°C/W. En refaisant les calculs avec des valeurs plus "courantes", on trouvera sans doute une Rth de l'ordre de 15°C/W. Le radiateur approprié, pour information, coûte environ 1,50 €.
La prudence commande de porter une grande attention à la puissance maximale dissipée et ne pas hésiter en cas de doute, à se montrer généreux lorsqu'il faut choisir un radiateur, surtout que cet accessoire, est peu encombrant et n'est pas
très onéreux.
Ceci dit, le simple bon sens dictera certains choix: le LM317T sera parfait pour une petite alimentation (mettons Vout inférieur à 18 V et un courant permanent de l'ordre de 0,5 A, avec des pointes possibles jusqu'à 1 A); si on a besoin de plus gros, il sera préférable de s'orienter vers une autre version (suffixe K, par exemple) ou un autre régulateur.
Figure A4 : Différents modèles de dissipateurs à boulonner pour boîtier TO-220.
Les dimensions sont fonction de la valeur de la résistance thermique.
Il est conseillé (pour les puristes!) d'enduire la face en contact avec la patte du régulateur avec un peu de graisse d'évacuation thermique.
Une alimentation (power supply, en anglais) est un appareil capable de fournir une tension continue fixe ou variable à partir d'une tension alternative (en général, le 220 V du secteur). La plupart des montages électroniques nécessitent, on l'a vu, une alimentation continue basse tension, d'où l'importance de ce bloc fonctionnel.
Les qualités des régulateurs de tension intégrés, à savoir excellentes performances, très grande fiabilité, mise en oeuvre extrêmement simple, disponibilité et coüt dérisoire, font que ces composants sont désormais au coeur de pratiquement toutes les alimentations. Les autres montages, ceux par exemple à base de condensateur et
résistance, de diodes zener ou encore de transistors, appartiennent pour ainsi dire au passé.
Une alimentation classique moderne comporte toujours:
· un transformateur abaisseur, qui fournit sur son secondaire une tension alternative très inférieure à celle du secteur,
· un pont redresseur (diodes en pont de Graëtz), qui fournit en sortie une tension non plus alternative mais redressée,
· une ou des capacités de filtrage, qui réduisent l'ondulation de la tension issue du pont redresseur,
· un régulateur de tension, fixe ou variable, dont le rôle est de stabiliser le potentiel à une certaine valeur.
Peuvent s'y ajouter un ou des condensateurs facultatifs pour améliorer les performances du régulateur, divers dispositifs de protection (fusible, dissipateur, diode anti-retour...), de signalisation ou d'affichage (DEL- témoin, affichage analogique ou numérique de la tension, du courant...) et, dans la plupart des cas, un interrupteur.
Les principaux paramètres à prendre en compte sont:
· la tension continue à fournir en sortie,
· le courant maximal débité,
· le coût et la complexité du montage, en regard des performances attendues (le fameux rapport qualité/prix).
En effet, le critère économique ne doit pas être négligé (dans l'industrie, il ne l'est jamais!).
Les régulateurs présentés ici se distinguent par un excellent rapport qualité/prix et une remarquable simplicité.
Figure A5 : Schéma complet d'une alimentation variable "de qualité" autour d'un LM317T.
Le pont redresseur peut être un pont moulé ou quatre diodes 1N4007 en pont de Graëtz. La tension de service du condensateur de filtrage C doit être supérieure à la tension crête issue du secondaire du transfo.
Le courant dans la charge pourra se situer aux alentours de 1 A, sans excéder la valeur (confortable!) de 1,5 A. Il est en outre recommandé d'équiper le régulateur d'un radiateur approprié (Rth de 14°C/W, par exemple) et de prévoir un coffret aéré.
Rappel:
Une alimentation étant raccordée au secteur, il convient de ne jamais négliger la sécurité de l'utilisateur: une isolation électrique parfaite est absolument nécessaire parce que la tension secteur peut être mortelle.
ANNEXE 2
