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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTRE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI DOUM EL BOUAGUI FACULTE DES SCIENCES ET SCIENCES APPLIQUE DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE FILIERE GENIE ELECTRIQUE MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l'obtention du DIPLÔME DE MASTER Spécialité : Informatique Industrielle THEME : ETUDE ET REALISATION D’UN FREQUENCEMETRE NUMERIQUE A BASE DE MICROCONTROLEUR PIC16F877 Mémoire de fin d'étude soutenu publiquement à OUM EL BOUAGUI Le : 04 Juin 2016 Par: Rabir Ahmed Dirigé par: Dr. Ait Kaki Abdelaziz Année Universitaire : 2015/2016

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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI D’OUM EL BOUAGUI

FACULTE DES SCIENCES ET SCIENCES APPLIQUE

DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE

FILIERE GENIE ELECTRIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDESEn vue de l'obtention du

DIPLÔME DE MASTER

Spécialité : Informatique Industrielle

THEME :

ETUDE ET REALISATION D’UNFREQUENCEMETRE NUMERIQUE A BASE

DE MICROCONTROLEUR PIC16F877

Mémoire de fin d'étude soutenu publiquement à OUM EL BOUAGUI

Le : 04 Juin 2016

Par:

Rabir Ahmed

Dirigé par:

Dr. Ait Kaki Abdelaziz

Année Universitaire : 2015/2016

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DédicaceJE DÉDIE CE MÉMOIRE

A MA MÈRE…….ET A MA MÈRE

ET AUSSI A MA MÈRE******

A MON PÈRE QUE JE RESPECTEBEAUCOUP….

******A MA SOEUR MERYAM ET CHERE

AMIE HANA ET MON FRÈRESMAMMAR ET RAOUF ET AMINE

HAMZA HALIM IMAD ET TOUS LESPROCHES AMES ET AMIS SANS

EXEPTIONS

RABIR AHMED

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Nous remercions Dieu de nous avoir donné la force et la volonté

pour accomplir ce mémoire

Nous exprimons nos profondes gratitudes à nos parents pour leurs

encouragements, leur soutien et pour les sacrifices qu'ils ont enduré.

Ainsi, nous tenons également à exprimer nos vifs remerciements à

notre Encadreur Dr. AIT KAKI ABDELAZIZ pour avoir d'abord

proposé ce thème, pour suivi continuel tout le long de la réalisation

de ce mémoire, et qui n'a pas cessé de nous donner ses conseils.

Nous remercions aussi Les responsables des laboratoires des sciences

et technologies Ain El Beida, spécialement Mr .ALI Djermene

Nos remerciements vont aussi à tous les enseignants du

département d'électronique qui a contribué à notre formation.

Enfin nous tenons à exprimer notre reconnaissance à tous nos amis

pour le soutient moral et matériel…

MerciRABIR

AHMED

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Table des matières

Introduction générale……………………………………………………………………………. 1

Chapitre I: Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

I.1. Introduction………………………………………………………………………………….. 3I.2. Principe de mesure de la fréquence………………………………………………………….. 3I.3. Mesure de fréquence et période……………………………………………………………… 4I.4. Synoptique du fréquencemètre………………………………………………………………. 6I.5. Conclusion…………………………………………………………………………………….. 7Chapitre II : Présentation du Microcontrôleur PIC16F877

II.1 Introduction………………………………………………………………………………….. 9II.2 Généralités sur les PICs……………………………………………………………………….. 9

II.2.1. Définition………………………………………………………………………………….. 9II.2.2. Les avantages du microcontrôleur……………………………………………………….. 9II.2.3. Les différentes familles des PICs…………………………………………………………. 10II.2.4. Identification du PIC……………………………………………………………………... 10

II.3. Choix d'un Microcontrôleur…………………………………………………………………... 11II.3.1. Le microcontrôleur PIC 16F877A………………………………………………………… 11II.3.2. Caractéristiques générales………………………………………………………………… 12

II.4. Architecture externe…………………………………………………………………………... 12II.5. Architecture interne…………………………………………………………………………… 14

II.5.1. Les ports entrée/sortie…………………………………………………………………….. 15II.5.1.1.PortA…………………………………………………………………………………. 15II.5.1.2.PortB…………………………………………………………………………………. 15II.5.1.3.Port C ……………………..…………………………………………………………. 15II.5.1.4.Port D…………………………………………………………………………………... 15II.5.1.5.Port E………………………………………………………………………………… 15

II.5.2.Les particularités électriques……………………………………………………………. 16II.5.3.Les mémoires du PIC 16F877A…………………………………………………………… 16

II.5.3.1.La mémoire FLASH…………………………………………………………………. 16II.5.3.2.La mémoire RAM……………………………………………………………………. 16II.5.3.3.L’EPROM interne…………………………………………………………………… 17

II.5.4.Les TIMERS……………………………………………………………………………... 17II.5.4.1.TIMER 0……………………………………………………………………………... 17II.5.4.2.TIMER 1……………………………………………………………………………... 17II.5.4.3.TIMER 2……………………………………………………………………………... 18

II.5.5.Watchdog………………………………………………………………………………… 18II.5.6.L’oscillateur……………………………………………………………………………… 18II.5.7.Les principaux registres du PIC 16F877A……………………………………………… 19

II.5.7.1.Le registre «Status» …………………………………………………………………. 19II.5.7.2.Le registre «Option» ………………………………………………………………… 20II.5.7.3.Le registre «INTCON» (INTerrupt CONtrol) ……………………………………... 21II.5.7.4.Le registre du travail «W» ………………………………………………………….. 22II.5.7.5.Le registre PIE1……………………………………………………………………... 22II.5.7.6.Le registre PIR1……………………………………………………………………... 22

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II.5.7.7.Le registre PIE2……………………………………………………………………… 22II.5.7.8.Le registre PIR2……………………………………………………………………… 22II.5.7.9.Le registre «ADCON0»………………………………………………………………. 23II.5.7.10.Le registre «ADCON»……………………………………………………………… 23II.5.7.11.Les registres «PORTx et TRISx» ………………………………………………….. 23II.5.7.12.Registres «ADRESL et ADRESH» ………………………………………………… 23

II.5.8.Le convertisseur Analogique-Numérique……………………………………………….. 23II.5.8.1.Configuration de la conversion………………………………………………………. 24

a. Registre ADCON0 ……………………………………………………………………… 24b. Registre ADCON ……………………………………………………………………….. 26c. Registre ANSEL ………………………………………………………………………… 26

II.5.9.Les Interruptions………………………………………………………………………… 26II.5.9.1.Les sources d’interruption…………………………………………………………… 27

II.6. Conclusion …………………………………………………………………………………... 28

Chapitre III: étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique à base de

pic16f877

III.1. Introduction………………………………………………………………………………... 30III.2. Présentation générale du projet…………………………………………………………... 30III.3. Les différents blocs………………………………………………………………………… 31III.4. Etude et réalisation du Fréquencemètre…………………………………………………. 32

III.4.1. Partie Logiciel-Simulation…………………………………………………………… 32III.4.1.1. Présentation de PROTEUS……………………………………………………... 32

III.4.1.1.1. Logiciel ISIS………………………………………………………………... 33III.4.1.1.2. Logiciel ARES……………………………………………………………... 34

III.4.2. Programmation du PIC……………………………………………………………… 36III.4.2.1. Présentation de Compilateur mikroC pro pour PIC 16F877…………………. 36III.4.2.2. Organigramme du programme implanté dans le microcontrôleur…………... 38III.4.2.3. Etapes de programmation du PIC avec le logiciel WINPIC 800……………… 40

III.4.3. Partie électronique…………………………………………………………………… 41III.4.3.1. convertisseur fréquence/tenson………………………………………………… 41

III.4.3.1.1. LM331……………………………………………………………………… 41a)Les références de ces circuits intégrés…………………………………………… 41b) convertisseur LM331……………………………………………………………. 42c) schéma interne de LM331……………………………………………………….. 43

III.4.3.1.2Méthode Convertisseur fréquence/tension ……………………………….. 44III4.3.1.3 convertisseur (2) …………………………………………………………… 49

III.5. Allure de la tension de sortie en fonction de la fréquence d’entrée…………………….. 50III.6. Réalisation de la carte électronique………………………………………………………. 51III.7. Les étapes de réalisation…………………………………………………………………... 54III.8. Conclusion………………………………………………………………………………….. 57Conclusion générale………………………………………………………………………….. 59

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Liste des figuresChapitre I

Figure (I.1): Principe générale de fonctionnement d’un fréquencemètre……………………... 4Figure (I.2):Mesure de fréquence et de période………………………………………………… 4Figure (I.3): Schéma synoptique de fonctionnement d’un fréquencemètre numérique 6

Chapitre II

Figure (II.1): PIC 16F877………………………………………………………………………… 11Figure (II.2): Brochage du PIC 16F877………………………………………………………….. 13Figure (II.3): Architecture Interne du PIC16F877……………………………………………… 14

Chapitre III

Figure (III.1): Les différentes phases de la réalisation…………………………………………. 31Figure (III.2): Démarrage du simulateur PROTEUS…………………………………………... 32Figure (III.3): Illustration du démarrage de l’ISIS……………………………………………… 33Figure (III.4): Schéma électronique du Fréquencemètre………………………………………... 34Figure (III.5): Illustration du démarrage de l’ARES…………………………………………… 35Figure (III.6): Dessin des composants montage de l’appareil de mesure sur l’ARES………….. 35Figure (III.7): Le circuit du fréquencemètre en 3D…………………………………………….. 36Figure (III.8): Page de démarrage du simulateur MikroC……………………………………… 37Figure (III.9): simule le Code de MikroC………………………………………………………… 37Figure (III.10): programmation du pic………………………………………………………….. 38Figure (III.1): Organigramme du programme implanté………………………………………. 39Figure (III.12): Schéma du programmateur JDM……………………………………………… 40Figure (III.13): schéma de bloc convertir 1 LM331…………………………………………... 42Figure(III.14): Caractéristiques électrique du circuit LM331………………………………… 43Figure (III 15): Schéma synoptique interne et brochage des circuits intégrés………………... 44Figure (III.16): Schéma du Convertisseur fréquence/tension a utiliser……………………….. 44Figure (III.17): Formule à utiliser pour calculer la valeur des résistances R3 et R4 et C2…. 47Figure (III.18): schéma de bloc convertir 2……………………………………………………... 49Figure (III.19): Les allures des tensions V1, V2, V3……………………………………………. 50Figure (III.20): La tension Vout en volt en fonction de la fréquence Fin en Hertz…………… 51Figure (III.21): schéma de bloc d’affichage LCD……………………………………………….. 51Figure (III.22): la carte électronique du fréquencemètre réalisée sur la plaque d’essai……. 52Figure (III.23): Typon réalisé du montage du Fréquencemètre à base de PIC16F877……… 52Figure (III.24): Figure.III.24. Mesure de fréquence avec tension moyenne du signal

Simultanément sur l’afficheur LCD pour une fréquence fin=200 Hz………………...53

Figure (III.25): Figure.III.25.Lecture de la fréquence et de la tension moyenne du signalSur la carte électronique réalisé pour fin=200 Hz……………………………………….

53

Figure (III.26): Figure.III.26. Mesure de fréquence et tension moyenne du signal parSimulation Pour une fréquence de fin=0 Hz……………………………………………..

54

Figure (III.27): Photos de plaque d’époxy et d’insole use………………………………………. 55Figure (III.28): Méthode de placer la plaque d’époxy………………………………………….. 56

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Index des tableauxTableau. II.1. Caractéristiques du PIC 16F877………………………………………………….. 12

Tableau. II.2. Les différents bits de registre Status……………………………………………… 19

Tableau. II.3. Les différents bits de registre Option……………………………………………... 20Tableau. II.4. Configuration des bits (PS0 :PS2) de registre option pour effectuer Les présdiviseurs………………………………………………………………………………………......

21

Tableau. II.5. Les différents bits de registre INTCON Bit Au…………………………………… 21Tableau. II.6. Registre ADCON0…………………………………………………………………... 24Tableau. II.7. Temps de conversion TAD en fonction du Quartz et des bits du Clock Select… 25Tableau. II.8. Sélection l’entrée de la conversion…………………………………………………. 25Tableau. II.9. Registre ANSEL…………………………………………………………………….. 26Tableau. II.10. Les différents registres d'interruption…………………………………………… 27

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Paramètres électroniques

Liste des abréviations :

raccourcis concept

capa Capacités

LCD liquidé Crystal display

CAN convertisseur Analogique-numérique

OPAMP opérationnel amplifier

PIC Programmable Intelligent Computer ou ProgrammableIntegrated Circuit

LM331 Convertisseur fréquence/tension

VHDL Hardware Description Langage

FPGA A field-programmable gate array

HF/BF haute Fréquence/Base Fréquence

OSC oscillateur

CAO Conception assistée par ordinateur

RISC Reduced Instructions Computing Set,

EPROM mémoire de programme effaçable

EEPROM mémoire de programme effaçable électriquement

E/S Entres /sorties

VDD +5V d'alimentation

VSS 0V d'alimentation

MCLR patte de reset de PIC

PORT/TRIS registre de contrôle des entres/sorties

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INTRODUCTION GENERALE

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1

INTRODUCTION GENERALE

Le but de ce projet est la mise au point d’un fréquencemètre numérique à base de

PIC16F877 possédant deux fonctions de mesure, et qui permettra de mesurer la fréquence d’un

signal périodique en hertz ainsi que sa valeur moyenne en volts.

La mesure de la fréquence possède des applications vastes en électronique

analogique et numérique ainsi que dans le domaine des télécommunications. Aujourd'hui

beaucoup de méthodes de mesure permettent cela en faisant appel aux différentes méthodes de

mesures électrique et électronique en utilisant par exemple différents types de circuits intégrés

spécialisés.

En général un fréquencemètre numérique comprend quatre modules: et un

microcontrôleur qui assure la commande et l’affichage de la distance mesurée.

Pour cela, ce projet comporte trois chapitres :

-Le premier chapitre présente des généralités sur le principe de fonctionnement des

fréquencemètres basses fréquences et hautes fréquences à affichage numérique,

-Le deuxième chapitre permet de décrire le microcontrôleur PIC16F877 utilisé pour notre

appareil de mesure, ainsi que son mode de fonctionnement.

-Le troisième chapitre sera consacré à l’étude des circuits électroniques utilisés, et à la

description du fonctionnement de notre appareil de mesure, le programme du

microcontrôleur utilisé ainsi qu’à la réalisation pratique de notre fréquencemètre numérique.

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CHAPITRE I

DESCRIPTION GENERALE DUFONCTIONNEMENT DES

FREQUENCEMETRESNUMERIQUES

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Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

3

I.1.Introduction :

-La conception et réalisation d'un fréquencemètre reste assez simple, de plus la mesure

de fréquence est un instrument indispensable arrivant juste après le multimètre.

I.2. Principe de la mesure de fréquence (1,2,3):

-Le Hertz est définit comme étant le nombre de transition d'un signal dans une

seconde. Le principe de la mesure consiste donc à compter les impulsions du signal à mesurer

pendant une seconde. Heinrich Hertz (1857-1894) fut le premier à produire et à détecter des

ondes électromagnétiques à une fréquence de l'ordre de 1GHz.

-Pour mesurer des fréquences faibles, le mode période mètre est généralement utilisé

afin d'avoir une meilleure précision sur le résultat. Dans ce cas, le signal à mesurer définit

l'enveloppe de comptage d'une horloge de référence de 1ms ou 1us : le système compte donc

le nombre de ms pendant une période du signal. Une détection de front du signal à mesurer

permet de mémoriser et remettre à zéro le compteur millisecondes, ce qui permet de

s'affranchir du rapport cyclique.

-La mise en forme est chargée de transformer un signal périodique en un signal de

même période en forme de créneaux (attention, cette opération ne marche pas pour tous les

signaux… on peut citer par exemple les signaux qui sont toujours de même signe) (Figure.1).

Nous verrons qu’une mise en forme peut conduire à une fréquence erronée quand le signal

passe plus de deux fois par zéro au cours d’une période (signal cardiaque, …).

- Le compteur voit sa sortie en binaire incrémentée de 1 à chaque front montant reçu

sur son entrée d’horloge (sortie de la mise en forme).

- L’ensemble oscillateur à quartz/diviseur de fréquence permet d’activer ou d’inhiber

le comptage pendant une durée connue précisément (grâce à l’oscillateur à quartz très stable

dans le temps !). Les créneaux en sortie de cet étage ont une fréquence F =1/T= 215/2n

Où n est le numéro de la sortie du diviseur.

- L’afficheur comporte un décodeur qui permet, à partir du résultat binaire de la sortie

du compteur, de faire apparaître sur des afficheurs à LED la valeur décimale correspondante.

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Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

4

-donc suivant la gamme de fréquence étudiée (vis à vis de l’horloge interne), le

système nous donne soit la fréquence (on parle alors de fréquencemètre), soit la période (on

parle alors de période mètre).

Figure. I.1. Principe générale de fonctionnement d’un fréquencemètre

I.3. Mesure de fréquence et période (2,4) :

Figure. I.2. Mesure de fréquence et de période

Pour réaliser un fréquencemètre, il est possible de faire appel aux timer internes d'un

microcontrôleur, ou plus simplement utiliser une multitude de compteur diviseur par 10. La

Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

4

-donc suivant la gamme de fréquence étudiée (vis à vis de l’horloge interne), le

système nous donne soit la fréquence (on parle alors de fréquencemètre), soit la période (on

parle alors de période mètre).

Figure. I.1. Principe générale de fonctionnement d’un fréquencemètre

I.3. Mesure de fréquence et période (2,4) :

Figure. I.2. Mesure de fréquence et de période

Pour réaliser un fréquencemètre, il est possible de faire appel aux timer internes d'un

microcontrôleur, ou plus simplement utiliser une multitude de compteur diviseur par 10. La

Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

4

-donc suivant la gamme de fréquence étudiée (vis à vis de l’horloge interne), le

système nous donne soit la fréquence (on parle alors de fréquencemètre), soit la période (on

parle alors de période mètre).

Figure. I.1. Principe générale de fonctionnement d’un fréquencemètre

I.3. Mesure de fréquence et période (2,4) :

Figure. I.2. Mesure de fréquence et de période

Pour réaliser un fréquencemètre, il est possible de faire appel aux timer internes d'un

microcontrôleur, ou plus simplement utiliser une multitude de compteur diviseur par 10. La

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Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

5

solution retenue ici est l'utilisation d'un FPGA d'entrée de gamme. L'utilisation d'un

composant numérique programmable présente plusieurs avantages :

Dimensions réduites,

Évolution et ajout de fonctionnalités,

Apprentissage à la programmation numérique VHDL.

Les circuits CMOS permettent des mesures jusqu'à 40 ou 50MHz au maximum; les

circuits numériques tels que les FPGA fonctionnent jusqu'à 100 ou 200MHz. Il est donc

nécessaire d'abaisser la fréquence d'entrée. Pour cela un pré diviseur est utilisé ; ici le choix

s'est porté sur un circuit admettant une fréquence maximum de 1 GHz et une division de 128,

mais rien n'empêche l'utilisation du MB506 par exemple qui accepte des fréquences de

2.5GHz et réalise une pré division de 256. La pré division de 128 ou 256 est relativement

facile à traiter et ne consiste qu'à une succession de sept ou huit décalages.

Pour le fonctionnement en fréquencemètre (Figure.2), le signal d’activation/inhibition

du compteur de fréquence F est de période grande devant celle du signal à étudier (fréquence

f) (il y aura donc au moins une impulsion pendant T/2 !). Lorsque ce signal est au niveau haut,

le compteur est actif. Il incrémente de 1 à chaque fois que le signal mis en forme présente un

front montant.

Pendant T/2, on va compter N front montants. La fréquence f du signal à analyser est

alors telle que ;

(N-1).1/f ≤ T/2 ≤ (N+1) (1)

Soit : (N −1).2F ≤ f ≤ (N+1).2F (2)

Pour que l’erreur relative soit raisonnable, il faut que N soit grand (et donc que F soit

petit devant f). En effet, on a :

∆f/f=2/N (3)

Lorsque f est faible, même après division, on ne peut plus faire en sorte f soit très

grand devant F. La précision devient alors catastrophique. Il faut envisager un autre

fonctionnement, celui du période mètre.

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Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

6

Pour le cas du période mètre, on va tout simplement inverser les entrées CLK et

activation/inhibition. On compte alors le nombre de fronts montants d’horloge pendant une

demi période 1/(2.f) du signal mise en forme. Alors :

(N-1).1/F ≤ 1/2f ≤(N+1).1/F (4)

Soit : F/(2.(N-1)) ≥ f ≥ F/(2.(N+1)) (5)

I.4. Synoptique du fréquencemètre (1,2) :

Figure. I.3. Schéma synoptique de fonctionnement d’un fréquencemètre numérique

Afin d'assurer une bonne sensibilité de mesure, un amplificateur est placé devant le pré

diviseur, il s'agit d'un hybride, amplificateur monolithique large bande style ERA5 ou

INA10386 qui nécessite relativement peu de composants externes.

Une deuxième entrée (BF ou LF) est utilisée pour des fréquences inférieures à

200MHz, le pré diviseur ne fonctionnerait plus très bien pour des fréquences faibles. Dans ce

cas, le signal est aussi amplifié par des étages à transistors cette fois. Ces deux signaux sont

envoyés vers deux entrées du composant programmable et attaqueront le compteur; la

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Chapitre I : Description générale du fonctionnement des fréquencemètres numériques

7

commutation entre le signal BF et HF est effectuée au niveau du traitement numérique par un

multiplexeur d'horloge (Figure.3).

La référence de temps de 10MHz permet de générer les différentes horloges de

traitement : 1 seconde, 1 ms et 1 us. Cette référence doit évidemment avoir une bonne

précision et une faible dérive afin d'assurer une bonne mesure. Un quartz peut faire l'affaire

mais dérivera en température, sinon le choix se portera sur l'utilisation d'un VCXO ou d'un

TCXO, oscillateur contrôlé en température. Tout dépend de la précision désirée ainsi que du

budget.

I.5. Conclusion :

Un fréquencemètre est un instrument de mesure destiné à afficher la fréquence d'un

signal périodique.

L'appareil est principalement un compteur d'occurrences d'une transition

caractéristique du signal entrant.

Un étage de mise en forme transforme le signal d'entrée en impulsions de même

fréquence.

Un oscillateur aussi stable que possible appelé base de temps fournit la référence à

laquelle comparer les fréquences. La mesure peut se faire soit en comptant les impulsions

issues de l'entrée dans un temps donné (correspondant à un nombre déterminé de périodes de

la base de temps). On obtient directement la fréquence :

soit en comptant le nombre de périodes de la base de temps dans l'intervalle entre un

nombre déterminé d'impulsions issues du signal d'entrée. On obtient un multiple de la période

du signal à mesurer, à partir duquel il faut calculer la fréquence,

Soit, indirectement, en mélangeant un signal dérivé des transitions caractéristiques à

un autre, de fréquence proche, constitué à partir de la base de temps, et en mesurant ensuite,

par l'un ou l'autre des moyens précédents, la fréquence des battements qui s'ensuivent.

L’affichage est généralement numérique. Il donne une fréquence moyenne et parfois une

indication de la déviation du signal par rapport à cette fréquence.

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CHAPITRE II

PRESENTATION DUMICROCONTROLEUR

PIC16F877

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

II.1. Introduction :

Un objet technique, intégrant de l’électronique, fait souvent apparaître des fonctions ayant pour

rôle le traitement d’information : opérations arithmétiques (Addition, multiplication…) ou

Logiques (ET, OU…) entre plusieurs signaux d’entrée permettant de générer des signaux de

sortie. Ces fonctions peuvent être réalisées par des circuits analogiques ou logiques.

Mais, lorsque l’objet technique devient complexe, et qu’il est alors nécessaire de réaliser un

ensemble important de traitements d’informations, il devient plus simple de faire appel à une

structure à base de microcontrôleur PIC.

Au niveau de ce chapitre on va essayer de mieux connaître le PIC16F877 (PIC choisie pour ce

projet), de savoir manipuler ces instructions internes.

II.2. Généralités sur les PICs :

II.2.1. Définition :

Un PIC n’est rien d’autre qu’un microcontrôleur, c’est à dire une unité de traitement

de l’information de type microprocesseur à laquelle on a ajouté des périphériques internes

permettant de réaliser des montages sans nécessiter l’ajout de composants externes.

La dénomination PIC est sous copyright de Microship, donc les autres fabricants ont été dans

l’impossibilité d’utiliser ce terme pour leurs propres microcontrôleurs.

Les PICs sont des composants dits RISC (Réduc Instructions Computing Set), ou encore

composant à jeu d’instructions réduit.

II.2.2. Les avantage du microcontrôleur :

L’utilisation des microcontrôleurs pour les circuits programmables à plusieurs points forts et bien

réels. Il suffit pour s’en persuader, d’examiner la spectaculaire évolution de l’offre des fabricants de

circuits intégrés en ce domaine depuis quelques années.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Nous allons voir que le nombre d’entre eux découle du simple sens.

-Tout d’abord, un microcontrôleur intègre dans un seul et même boîtier ce qui, avant

nécessitait une dizaine d’éléments séparés. Il résulte donc une diminution évidente de

l’encombrement de matériel et de circuit imprimé

-Cette intégration a aussi comme conséquence immédiate de simplifier le tracé du circuit

imprimé puisqu’il n’est plus nécessaire de véhiculer des bus d’adresses et de donnée

d’un composant à un autre.

-L’augmentation de la fiabilité du système puisque, le nombre des composants diminuant,

le nombre des connexions composants/supports ou composants/circuits imprimer

diminue.

-Le microcontrôleur contribue à réduire les coûts à plusieurs niveaux

-Moins cher que les autres composants qu’il remplace.

-Diminuer les coûts de main d’œuvre.

II.2.3. Les différentes familles des PICs (5) :

Il y en a trois grandes familles de PICs :

-La famille Base Line, qui utilise des mots d’instructions de 12 bits.

-La famille Mid-Range, qui utilise des mots de 14 bits.

-La famille High-End, qui utilise des mots de 16 bits.

Toutes les PICsMid-Range ont un jeu de 35 instructions, stockent chaque instruction dans un

seul mot de programme, et exécutent chaque instruction (sauf les sauts) en un cycle. On atteint

donc des très grandes vitesses, et les instructions sont de plus très rapidement assimilées.

II.2.4.Identification du PIC (6) :

Pour identifier une PIC, on utilise simplement son numéro. Les 2 premiers chiffres indiquent la

catégorie de la PIC, 16 indique une PIC Mid-Range.

Vient ensuite parfois une lettre L : Celle-ci indique que la PIC peut fonctionner avec une plage

de tension beaucoup plus tolérante. Ensuite, on trouve :

-C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM CR

pour indiquer une mémoire de type ROM.

- F pour indiquer une mémoire de type FLASH.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

II.3. Choix d'un microcontrôleur (7) :Il existe plusieurs microcontrôleurs fabriqués par : INTEL, MOTOROLA, HITACHI,

NECTEXAS instrument… etc. Le choix d’un microcontrôleur dépend de plusieurs

critères de sélection dont le développeur doit tenir compte (6).

Les critères de choix du microcontrôleur sont les suivantes :

-Il faut dans un premier temps déterminer le nombre d’entrées-sorties pour l’application

-Etre doté d’un minimum de pin pour simplifier ou maximum la réalisation de la carte

-Il faut si l’application nécessite un convertisseur analogique /numérique ce qui va centrer un peu

plus vers le choix d’une famille de PIC.

-La rapidité d’exécution est un élément important, il faut consulter les DATA-BOOK. Elledoit

être dotée d’une mémoire qui satisfait à notre application ;

-Il est parfois judicieux de réaliser l'application en ajoutant un circuit externe au PIC, cette

solution peut faciliter la programmation et diminuer le coût de revient.

Le 16F877 est un microcontrôleur de MICROCHIP, fait partie intégrante de la famille des

MidRange (16) dont la mémoire programme est de type flash (F) de type 877 et capable

d’accepter une fréquence d’horloge maximale de 20Mhz.

II.3.1. Le microcontrôleur PIC 16F877:

Le pic 16F877 est un circuit intègre contenu dans un boîtier nommer «DIL 40», il présente 40

broches, 20 de chaque côté. Les broches sont virtuellement numérotées de 1 à 40. La 1ere broche est

placé dans le coin situé à gauche de l’encoche de repérage (Figure.1).

Figure. II.1. PIC 16F877A

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

II.3.2. Caractéristiques générales:

Voici un tableau récapitulatif des principales caractéristiques du PIC16F877.

Caractéristiques 16F877

Broches 40

E/S max 33

µy flash 8 KO

µy E²PROM 256 O

CAN 7

PWM 2 DE 10 BITS

TIMER r 3

Comparateurs 2

Interruption 13

oscillateur 20 MHz MAX

Port série USART/SSP

Tableau. II.1. Caractéristiques du PIC 16F877

II.4. Architecture externe (5, 6,9) :

La figure ci-dessous montre l'architecture externe d'un PIC 16F877.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Figure. II.2. Brochage du PIC 16F877(6)

-Le boitier du PIC 16F877 décrit par la figure.2 comprend 40 pins : 33 pins

D’entrées/sorties, 4 pins pour l'alimentation, 2 pins pour l'oscillateur et une pin pour le

Reset (MCLR).

-La broche MCLR sert à initialiser le μC en cas de la mise sous tension, de remise à zéro

Externe, de chien de garde et en cas de la baisse de tension d'alimentation.

-Les broches VDD et VSS servent à alimenter le PIC.

On remarque qu'on a 2 connections "VDD" et 2 connections "VSS". La présence de

ces 2 pins s'explique pour une raison de dissipation thermique. Les courants véhicules dans

le pic sont loin d'être négligeables du fait des nombreuses entrées/sorties disponibles.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877A

II.5. Architecture interne (6,9):

La figure 3 présente l'architecture interne de PIC16F877 (Data Sheet PIC16F877/8742007).

Figure. II.3. Architecture Interne du PIC16F877

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

II.5.1. Les ports entrée/sortie (6) :

Le PIC 16F877 comporte cinq ports entrées / sorties :

II.5.1.1. Port A : c’est un port d’entrée sortie, il contient 6pin d’entrées /sorties de RA0 à RA5

repartie sur deux registres : le registre port A et le registre tris A. Le bit 6 et7 ne sont pas

implémente, ils seront lus comme 0.

Au moment de reset on doit forcer une valeur dans le registre ADCON1, pour pouvoir utiliser ce

port en entrée/sortie de type générale.

II.5.1.2. Port B : le pin RB0 qui, en configuration d’entrée, est de type «Trigger de Schmitt» quand

elle est utilisée en mode interruption «INT».La lecture simple de RB0 se fait, elle, de façon tout à fait

classique, en entrée de type TTL.

II.5.1.3. Port C : c’est un port qui n’existait pas sur le 16F84. Voyons donc, toujours au niveau de

son utilisation classique, quel que soit les caractéristiques.

La mise sous tension du PIC, ou reset, force tous les bits utiles de TRIS x à 1, ce qui place toutes

les pins en entrée.

II.5.1.4. Port D : ce port n’est présent que sur le 16F877.il fonctionne d’une façon identique aux

autres, dans son mode de fonctionnement général.

Le registre TRISD comporte donc les 8 bits de direction.

Les 8 pins I/O, en mode entrée, sont de type «Trigger de Schmitt».le fonctionnement de ce port

dépend de la valeur placée dans TRISE, qui concerne, a première vue, le port E. Mais au moment

de mise sous tension, la valeur placée dans TRISE configure le PORTD en port I/O de type général.

I.5.1.5. Port E : Ce port n’est présent que sur les PICs 16F877.

Il ne comporte que 3 pins, RE0, RE1 et RE2 contrairement aux autres ports, les bits non concernés de

TRISE sont implémentées pour d’autres fonctions.

On remarque que les pins Rex peuvent être utilisés comme pins d’entrées analogiques. C’est le

registre ADCON1 qui détermine si ce port sera utilisé comme port I/O ou comme port analogique.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Au niveau électronique, les Rex utilisées en entrée seront, une fois de plus, du type «Trigger de

Schmitt».

II.5.2. Les particularités électriques(7,9) :

Les pins d’alimentation sont placés d’une part et d’autre en position centrale du PIC. La

connexion de MCLR au +5v, cette pin est utilisée pour effectuer un reset du composant en cas de

connexion à la masse.

On trouve le quartz, qui peut être remplacé par un résonateur ou par un simple réseau RC. Les

condensateurs de découplage, du fait de la fréquence plus importante du quartz utilisé, sont de

valeur environ 15pF.

II.5.3. Les mémoires du PIC 16F877 (7) :

Les mémoires sont de trois types différents :

II.5.3.1. La mémoire FLASH :

C’est une mémoire programme de taille 8K octets .Chaque case mémoire unitaire est de taille 13

bits. Cette mémoire est de type mémoires stable, c'est-à-dire qu’on peut réécrire dessus à volonté,

car le 16F877 est caractérisé par la possibilité d’écrire des données.

La zone mémoire est caractérisée par une adresse de 13 bits, alors ceci nous impose donc pour

l’adressage les registres EEAR et EEADRH. De même, nous aurons pour les données, les

registres EEDATA et EEDATH.

II.5.3.2. La mémoire RAM :

Cette mémoire de taille 368 octets est une mémoire d’accès rapide et elle est volatile (les données

seront perdus lorsque elle n’est plus sous tentions). Elle contient tous les registres de

configuration du PIC ainsi que les différents registres de données. Elle contient également les

variables utilisées par le programme. La RAM est la mémoire la plus utilisée. Toutes les données qui

y sont stockées sont perdues lors d’une coupure de courant.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

II.5.3.3. L’EPROM interne :

Le pic 16F877contient également la mémoire électriquement effaçable, réécrivable et stable. Ce

type de mémoire est d’accès plus lent. Pour gérer cette EEPROM on a besoin de quatre registres, à

savoir EEDR, EEDATA, EECON1 et EECON2.

L’adresse relative de l’accès EEPROM est donc comprise entre 0000 et 00FF ce qui nous

permet d’utiliser un registre de huit bit pour définir cette adresse.

II.5.4. Les TIMERS (5,6,9) :

Le microcontrôleur PIC16F877 comporte trois Timers, chacun deux peut générer une

interruption.

II.5.4.1. TIMER 0:

Dans le passé, le Timer0 s’appelait RTCC. C’est un compteur 8 bits (0 à 255) simple, qui compte

des impulsions soit internes, soit d’une source externe. On peut par ailleurs lui appliquer une pré

division programmable entre 1 et 256.

On peut librement lire ou écrire dans le registre de comptage associé. On peut donc le pré charger

avec une valeur, à partir de laquelle il comptera jusqu’à atteindre 255.

II.5.4.2. TIMER 1 :

Le Timer1 fonctionne sur le même principe que le Timer0, mais avec un registre de comptage

plus gros : 16 bits au lieu de 8, ce qui étend notablement ces capacités de comptage. De plus, il

possède un mode de fonctionnement particulier : on peut l’utiliser en association avec un des

modules CCP (modules de capture et de comparaison, voir plus loin). Voyons rapidement le

mode « capture » : lorsqu’un événement survient sur l’entrée du module CCP, la valeur du

Timer1 est lue.

Le mode Timer :

Dans ce mode, TMR1 est incrémenté par l’horloge système Fosc/4 éventuellement pré-divisée.

Le bit de synchronisation n'a pas d'effet car l'horloge Fosc/4 est toujours synchronisée sur

l'horloge système.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Le mode Compteur :

Dans ce mode, TMR1 est incrémenté à chaque front montant de l'horloge externe T1CKI

(RC0) ou l'horloge dédiée générée par l’oscillateur T1OSC à condition de positionner le bit

T1OSCENa 1 et de brancher un quartz entre les broche RC0 et RC1.

En mode compteur, RC0 et RC1 sont automatiquement configurées en entrée, on n’a pas besoin de

configurer les bits TRISC, 0 et TRISC, 1.

II.5.4.3. TIMER 2 :

Le Timer2 a un fonctionnement différent des Timer0 et Timer1. C’est un compteur 8 bits avec

pré-diviseur et post-diviseur. On s’en sert pour générer des signaux carrés, ou, en association avec

le module CCP, des signaux PWM.

PWM étant l’acronyme de «Pulse Width Modulation» ou, en français, Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI).

II.5.5. Watchdog(7,8,9) :

Cette fonction est capable de surveiller le bon fonctionnement du programme que le

micro contrôleur exécute. Le rôle du Watchdog (ou chien de garde) est de "Reseter" le micro

contrôleur si 1 'on ne remet pas à zéro périodiquement (à intervalle définissable) un registre

interne grâce à 1 'instruction clrwdt (Clearwatchdog), si le programme tourne par exemple dans

une boucle sans fin (qui est un bug dans le programme) la fonction de watchdog va permettre de

remettre à 0 le micro contrôleur afin de relancer le programme.

II.5.6. L’oscillateur (9) :

L'horloge système peut être réalisée soit avec un quartz, soit avec une horloge extérieure, soit

avec un circuit RC. Dans ce dernier cas, la stabilité du montage est limitée.

Le PIC 16F877 peut sous les mêmes modes classiques que les 16F84 ou 16F628, c'est à dire:

-Mode LP : Avec des quartzs de fréquence basse (200 KHz max).

-Mode XT: Avec des quartzs de fréquence max 4 MHz.

-Mode HS: Avec des quartzs de fréquence max 20 MHz.

-Mode RC: Avec un condensateur et une résistance extérieure.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

- Le bloc oscillateur interne :

Le 16F877A possède un bloc oscillateur qui produit un signal de 31,25 KHz et un signal de 8

MHz. Le premier sert à piloter le "watchdog". Le signal à 8 MHz qui passe à travers un pré

diviseur, peut servir d'horloge système. L'oscillateur étant divisé par 4, on aura une horloge

cycle maximum de 2 MHz soit un temps de cycle de 500 ns. Le choix du pré diviseur pour lesi

gnalde 8 MHz est fait par les 3 bits IRCF0, IRCF1 et IRCF2 du registre OSCCON.

II.5.7. Les principaux registres du PIC 16F877A (5,6,9) :

II.5.7.1. Le registre «Status» :

C’est un registre dont chaque bit a une signification particulière. Il est principalement utilisé

pour tout ce qui concerne les tests. On accède indifféremment à ce registre par une quelconque de

ces 4 adresses.

Tableau. II.2. Les différents bits de registre Status

Au reset : STATUS = 00011XXX

Bit 7 : IRP = permet la sélection des pages en adressage indirect. Pour la PAGE 0 (de 00 à 7F) et la

PAGE 1 (de 80 à FF) ce bit doit être laissé à "0". Mis à "1" il permettra d'atteindre la PAGE 3 (de

100à17F) et la PAGE 4 (de 180 à 1FF).

Bits 6 et 5 : RP1 et RP0 permettent la sélection des pages en adressage direct.

Bit 0: C : Carry (report), ce bit est en fait le 9ème bit d’une opération. Par exemple, si une

addition de 2 octets donne une valeur >255, ce bit sera positionné à 1.

Bit 1: DC : Digit Carry, ce bit est utilisé principalement lorsque l’on travaille avec des nombres

BCD : il indique un report du bit 3 vers le bit 4.

Bit 2: Z : Zéro, ce bit est positionné à 1 si le résultat de la dernière opération vaut 0.

Bit 3: PD : Power down, indique quel événement a entraîné le dernier arrêt du PIC (instruction

sleep ou dépassement du temps du watchdog).

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Bit 4: TO : Time-Out bit, ce bit indique (si 0), que la mise en service suit un arrêt provoqué par

un dépassement de temps ou une mise en sommeil. Dans ce cas, PD effectue la distinction.

II.5.7.2. Le registre «Option» :

Ce registre en lecture écriture permet de configurer les prédiviseurs du Timer et du

Watchdog, la source du Timer, le front des interruptions et le choix du Pull up sur le Port B.

Tableau. II.3. Les différents bits de registre Option

Au Reset : OPTION = 11111111

Bit 7 : RBPU = Pull up Enable bit on Port B. 1 =Pull up désactivé sur le Port B. 0 = Pull

up activé.

Bit 6 : INTEDG = InterruptEdge select bit. 1 = Interruption si front montant sur la broche

PB0/IRQ (pin 6). 0 = Interruption si front descendant sur PB0/IRQ.

Bit 5 : TOCS = Timer TMR0 Clock Source select bit. 1 = L'horloge du Timer est l'entrée

PA4/Clk(pin 3). 0 = Le Timer utilise l'horloge interne du PIC.

Bit 4 : TOSE = Timer TMR0 Source Edge select bit. 1 = Le Timer s'incrémente à chaque front

montant de la broche PA4/Clk. 0 = Le Timer s'incrémente à chaque front descendant de la broche

PA4/Clk.

Bit 3 : PSA = Prescaler Assignement bit. 1 = Le prédiviseur est affecté au Watchdog.. 0 = Le

prédiviseur est affecté au TimerTMR0.

Bits 2 à 0 : PS2 PS1 PS0 = Prescaler Rate Select bits.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

PS2 PS1 PS0 Prédiv Timer Prédiv Watchdo

0 0 0 2 1

0 0 1 4 2

0 1 0 8 4

0 1 1 16 8

1 0 0 32 16

1 0 1 64 32

1 1 0 128 64

1 1 1 256 128

Tableau. II.4. Configuration des bits (PS0 :PS2) de registre option pour effectuer

Les prés diviseurs

II.5.7.3. Le registre «INTCON» (Interrupt Control) :

Ce registre en lecture écriture permet de configurer les différentes sources d'interruption.

Tableau. II.5. Les différents bits de registre INTCON Bit

AuReset : INTCON = 0000000X

Bit 7 : GIE = Global InterrupEnable bit 1 = Autorise toutes les interruptions non masquées.

0 = Désactive toutes les interruptions.

Bit 6 : PEIE = PeripheralInterruptEnable bit. 1 = Autorise les interruptions causées par les

périphériques. 0 = Désactive les interruptions causées par le périphériques.

Bit 5 : TMR0IE = Timer TMR0 OverflowInterrupEnable bit. 1 = Autorise les interruptions du

TimerTMR0. 0 = Désactive les interruptions du Timer TMR0.

Bit 4 : INT0IE = RB0/Int InterrupEnable bit. 1 = Autorise les interruptions sur la broche :

PB0/IRQ (pin6). 0 = Désactive les interruptions sur la broche : PB0/IRQ (pin6).

Bit 3 : RBIE = RB Port Change InterrupEnable bit. 1 = Autorise les interruptions par changement

d'état du Port B (PB4 à PB7). 0 = Désactive les interruptions par changement d'état du Port B

(PB4 à PB7).

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Bit 2 : TMR0IF = Timer TMR0 OverflowInterrup Flag bit. 1 = Le Timer à débordé. Ce flag doit

être remis à zéro par programme. 0 = Le Timer n'a pas débordé.

Bit 1 : INT0IF = RB0/Int Interrup Flag bit. 1 = Une interruption sur la broche PB0/IRQ (pin 6)

est survenue. 0 = Pas d’interruption sur la broche PB0/IRQ (pin 6).

Bit 0 : RBIF = RB Port Change Interrup Flag bit. 1 = Quand au moins une entrée du port B (de

PB4 à PB7) a changé d'état. 0 = Aucune entrée de PB4 à PB7 n'a changé d'état.

NB: Ce flag doit être remis à zéro par programme. Ceci n'est possible qu'après une lecture du

Port B.

II.5.7.4. Le registre du travail «W» :

C’est un registre fondamental, utilisé par les pics pour réaliser toutes sortes de calculs.

La destination d’un résultat peut en général être un emplacement RAM (f) ou le registre de travail

(W).

II.5.7.5. Le registre PIE1

Ce registre contient les bits individuels d'autorisation pour les Interruptions des

périphériques. Le bit 6de INTCON (PEIE) doit être mis à "1" pour autoriser une quelconque

IT de périphérique.

II.5.7.6. Le registre PIR1 :

Ce registre contient les FLAG associés aux interruptions des périphériques. Ces Flag passent à

"1" quand une IT correspondante survient et que le bit d'autorisation est bien positionné. Ces Flag

doivent être remis à "0" par Soft.

II.5.7.7. Le registre PIE2 :

Ce registre contient les bits individuels d'autorisation pour les Interruptions de l'EEPROM

en écriture.

II.5.7.8. Le registre PIR2 :

Ce registre contient les flag pour les Interruptions de l'EEPROM en écriture( Bit 7).

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

II.5.7.9. Le registre «ADCON0» :

Ce registre permet de définir l’horloge de conversion (bit ADCS1 et ADCS0), le canal à convertir

(CHS2, CHS1 et CHS0) et ADON; bit de mise en fonctionnement

II.5.7.10. Le registre «ADCON1» :

Il permet de déterminer le rôle de chacune des pins PA0, PA1, PA2, PA3 et PA4, et

les 2 dernières sur le Port B en PB6 et PB7. Il permet donc de choisir si une pin sera utilisée

comme entrée analogique, comme entrée/sortie standard, ou comme tension de référence.

II.5.7.11. Les registres «PORTx et TRISx» :

Tous les ports sont pilotés par deux registres :

-Le registre de PORTx, si le PORTx ou certaines lignes de PORTx sont configurées en

sortie, ce registre détermine l'état logique des sorties.

-Le registre TRISx, c'est le registre de direction. Il détermine si le PORTx ou certaines

lignes de port sont en entrée ou en sortie. L'écriture d'une 1 logique correspond à une

entrée (1 comme Input) et l'écriture d'une 0 logique correspond à une sortie (0 comme

Output). Les registres TRISx appartiennent à la banque 1 des SFR.

II.5.7.12. Registres «ADRESL et ADRESH» :

Le convertisseur donne un résultat sur 10 bits, ce résultat sera sauvegardé dans deux registres

ADRESL et ADRESH. Ces deux registres contiennent 16 bits, et que nous n'en utilisons que 10

bits, on peut soit justifier le résultat à gauche ou à droite. Le choix de la méthode s'effectue à

l'aide du bit 7 du registre ADCON1 .

II.5.8. Le convertisseur analogique numérique (5,9) :

ADC = Analog to Digital Converter = convertisseur analogique - numérique (CAN en français).

Le rôle du convertisseur analogique - numérique est de transformer une tension analogique en un

nombre binaire (proportionnel à la tension analogique). Le microcontrôleur PIC 16F877 a

l'avantage de posséder un module ADC interne, contrairement au PIC 16F84 (il faut alors

adjoindre un ADC externe, ce qui complique le schéma électrique et la programmation du PIC) [4] .

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Le convertisseur A/D convertit le signal analogique présent sur une de ses 8 entrées en

son

équivalent numérique, codé sur 10 bits. Les pattes AN2 et AN3 peuvent être utilisées comme

références de tension ou comme entrées analogiques standard, les références de tension étant dans

ce dernier cas prises sur les tensions d’alimentations du PIC : VDD et VSS. (VDD pour le + et

VSS pour le -).

On peut donc numériser jusqu’à 8 signaux analogiques. Pas tous en même temps, bien sûr,

étant donné qu’il n’y a qu’un seul module de conversion pour 8 signaux d’entrée multiplexés.

Mais si vos signaux n’évoluent pas trop vite (fréquence basse), vous pouvez numériser le signal

sur la patte AN0, puis celui sur AN1.

II.5.8.1. Configuration de la conversion :

a. Registre ADCON0 :

Tableau. II.6. Registre ADCON0

Au Reset : ADCON0 = 00000000

Bit 7 et bit 6 : ADSC1 et ADSC0 = Clock Select bits.

Ces 2 bits permettent de choisir la vitesse de conversion :

- Si le bit ADCS2 = 0 (b6 du registre ADCON1) = diviseur par 2 inactif.

00= Fosc/2.

01= Fosc/8.

10= Fosc/32.

11= Oscillateur RC interne.

- Si le bit ADCS2 = 1 (b6 du registre ADCON1) = diviseur par 2 activé.

00= Fosc/4.

01= Fosc/16.

10= Fosc/64.

11= Oscillateur RC interne.

Le temps de conversion d'un bit est TAD.

-Pour une conversion totale des 10 bits il faut : 12.TAD.

24

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

-Pour que la conversion soit correcte il faut que TAD soit au minimum de 1,6 µs.

-Avec l'oscillateur interne RC on a : TAD = 4 µs typique (entre 2 et 6 µs).

QUARTZ CLOCK TAD 12.TAD Ne convient pas si TAD<1,6µs

Fosc/2 = 4 MHz 0,25 µs 3 µs Ne convient pas

8 MHz Fosc/4 = 2 MHz 0,50 µs 6 µs Ne convient pasFosc/8 = 1 MHz 1 µs 12 µs Ne convient pas

Fosc/16 = 500 KHz 2 µs 24 µs OK

Fosc/32 = 250 KHz 4 µs 48 µs OK

Fosc/64 = 125 KHz 8 µs 96 µs OK

Fosc/2 = 10 MHz 0,1 µs 1,2 µs Ne convient pas

20 MHz Fosc/4 = 5 MHz 0,2 µs 2,4 µs Ne convient pasFosc/8 = 2,5 MHz 0,4 µs 4,8 µs Ne convient pas

Fosc/16 = 1,25 MHz 0,8 µs 9,6 µs Ne convient pas

Fosc/32 = 625 KHz 1,6 µs 19,2 µs OK

Fosc/64 = 312,5 KHz 3,2 µs 38,4 µs OK

Tableau. II.7. Temps de conversion TAD en fonction du Quartz et des bits du Clock

Select

Bit 5 bit4 et bit 3 : CHS2 CHS1 et CHS0 = Channel Select bits.

Canal CHS2 CHS1 CHS0 PORT

0 0 0 0 PA0

1 0 0 1 PA1

2 0 1 0 PA2

3 0 1 1 PA3

4 1 0 0 PA4

5 1 0 1 PB6

6 1 1 0 PB7

Tableau. II.8. Sélection l’entrée de la conversion

Bit 2: GO/DONE: Status bit si ADON=1.

1 = Démarre la conversion A/D. Ce bit est remis à "0" par hard. 0 =

La conversion A/D est terminée.

Bit 1 : Bit non implanté.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Bit 0 :ADON : A/D on bit.

1= Convertisseur A/D en service.

0 = Convertisseur A/D à l'arrêt.

b. Registre ADCON :

Au Reset : ADCON1 = 00000000

Bit 7: ADFM = A/D Result format.

1 = Justifié à droite. ADRESH ne contient que les 2 MSB du résultat. Les 6 MSB de ce registre

sont lus comme des "0".

0 = Justifié à gauche. ADRESL ne contient que les 2 LSB du résultat. Les 6 LSB de ce registre

sont lus comme des "0".

Bit 6 : ADCS2 = A/D ClockDivide by 2.

1 = Clk divisée par 2.

0 = diviseur par 2 inactif.

Bit 4 et 5 : VCFG0 et VCFG1 = Voltage Reference Configuration

c. Registre ANSEL :

Ce registre permet la sélection des entrées analogiques.

Tableau. II.9. Registre ANSEL

II.5.9. Les Interruptions (6,8,9) :]

Une interruption provoque l’arrêt du programme principal pour aller exécuter une

procédure d'interruption. A la fin de cette procédure, le microcontrôleur reprend le programme

principal à l’endroit où il l’a laissé. A chaque interruption sont associes deux bits, un bit de

validation et un drapeau. Le premier permet d'autoriser ou non l'interruption, le second permet au

programmeur de savoir de quelle interruption il s'agit.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

Sur le 16F877A, les interruptions sont classées en deux catégories, les interruptions

primaires et les interruptions périphériques. Elles sont gérées par les registres :

INTCON: GIE PEIE T0IE INT RBIE T0IF INTF RBIF

E

PIE1 (bk1): PSPI ADIE RCI TXI SSPIE CCP1I TMR2I TMR1I

E E E E E E

PIR1 (bk0): PSPIF ADIF RCIF TXIF SSPIF CCP1IF TMR2I TMR1I

F F

PIE2 (bk0): EEIE BCLI CCP2IE

E

PIR2 (bk1): EEIF BCLIF CCP2IF

OPTION_REG(bk1) INTED

: G

Tableau. II.10. Les différents registres d'interruption

- Toutes les interruptions peuvent être validées/interdites par le bit INTCON.GIE.

-Toutes les interruptions périphériques peuvent être validées/interdites par le bit INTCON.PEIE.

Chaque interruption peut être validée/interdite par son bit de validation individuel

- Les sources d'interruption :

Interruption : Source d’interruption ValidationFlag PEIE.

T0I : Débordement Timer 0 INTCON, T0IE INTCON, T0IF.

INT : Front sur RB0/INT INTCON, INTE INTCON, INTF.

RBI : Front sur RB4-RB7 INTCON, RBIE INTCON, RBIF.

ADI : Fin de conversion A/N PIE1, ADIE PIR1, ADIF.

RCI : Un Octet est reçu sur l'USART PIE1, RCIE PIR1, RCIF.

TXI : Fin transmission d'un octet sur l'USART PIE1, TXIE PIR1, TXIF.

SSPI : Caractère émis/reçu sur port série synchrone PIE1, SSPIE PIR1, SSPIF.

TMR1I : Débordement de Timer 1 PIE1, TMR1IE PIR1, TMR1IF.

TMR2I : Timer 2 a atteint la valeur programmée PIE1, TMR2IE PIR1, TMR2IF.

PSPI : Lecture/écriture terminée sur Port parallèle (16F877) PIE1, PSPIE PIR1, PSPIF.

CCP1I : Capture/comparaison de TMR1 avec module CCP1 PIE1, CCP1IE PIR1,

CCP1IF.

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Chapitre II Présentation du microcontrôleur PIC 16F877

CCP2I : Capture/comparaison de TMR1 avec module CCP2 PIE2, CCP2IE PIR2,

CCP2IF.

EEI : Fin d'écriture en EEPROM PIE2, EEIE PIR2, EEIF.

BCLI : Collision sur bus SSP en mode I2C PIE2, BCLIE PIR2.BCLIF.

II.6. Conclusion :

Dans ce second chapitre, nous avons présenté le mode de fonctionnement du

Microcontrôleur PIC16F788 avec ses différents circuits internes qu’il contient (CAN,

Compteur, Ports, Registres, Watchlog, Oscillateur…), et avec ses différents modes

d’Interruptionet cela dans le but de coordonner et de contrôlerles différentes étapes de la mesure

de la fréquenceet la valeur moyenne du signal avec une grande précision.

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CHAPITRE III

ETUDE ET REALISATIONPRATIQUE DU

FREQUENCEMETRENUMERIQUE A BASE DE

PIC16F877

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

30

III.1. Introduction:

Dans ce chapitre on va expliquer d'une manière simple le fonctionnement du

fréquencemètre à base de PIC16F877 de façon clair et méthodique. On va décrire

brièvement les différentes étapes de la réalisation du projet jusqu’à son implémentation

sur circuit imprimé.

III.2. Présentation générale du projet :

Notre projet a pour objectif de la réalisation d’un fréquencemètre numérique à

base de PIC 16F877 qui permet de mesurer les valeurs des fréquences dans la gamme

(0Hz-100KHz). Et des tensions moyennes électriques. Le fréquencemètre peut

simplement mesurer la fréquence grâce au convertisseur Analogique-numérique

(CAN) en stockant la valeur calculée dans les deux registre de 16bits, la fonction

fréquencemètre est plus compliquée par rapport à la fonction de mesure de tensions

moyennes car l’opération de mesure présente beaucoup d’étapes surtout

Le travail de conception présente deux étapes donnée en figure1:

a) Réalisation de la partie électronique sur plaque d’essai puis sur circuit imprimé.

b) Partie information avec la programmation du PIC16F877 avec le programme MikroC

pro, avec simulation des différents montages par le simulateur ISIS Professionnel pour

s’assurer de leur bon fonctionnement électronique et par conséquent du montage

électronique de l’appareil de mesure.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

31

Réalisation du fréquencemètre a base de pic16F877

Partie électronique : partie informatique :Montage des composants et programmation du pic avec le programmeCircuits intégrés MikroC pro, le simulateur des montages se: (Résistances, condensateur, fait par le simulateur ISIS professionnel, Diodes),Sélecteur à deux états, Quartz,Régulateur, Interrupteur,Convertisseur fréquence tension,PIC16F877, Afficheur LCDSur la plaque d’essai puis laRéalisation de circuit imprimé.

Figure (III.1) Les différentes phases de la réalisation

III.3. Les différents blocs :

-Dans un notre projet, le Microcontrôleur PIC16F877 va gérer toutes les opérations, les

différents traitements et d’assurer par conséquence les liaisons entre les différentes

parties électroniques de l’appareil de mesure.

-L’alimentation:

Une alimentation stabilisée de 5V pour l'alimentation de pic 16F877 et LCD

Une alimentation stabilisée de 15V pour l'alimentation de LM331 et LM741

-Un générateur de fréquence (0 , 100KHz) un convertisseur fréquence tension: LM331,

et un oscillateur OPAMP(LM741)

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

32

-Un afficheur LCD (2 lignes, 16 caractères) permet d’afficher les résultats, le traitementfaisant intervenir le microcontrôleur PIC

III.4. Etude et réalisation du Fréquencemètre:

L'étude et la réalisation se divisent en deux parties :

III.4.1. Partie Logiciel-Simulation :

Dans ce cas nous allons travailler avec le logiciel de simulation très utilisé

PROTEUS, il s’agit du Lab centre de l’électronique, il est très simple et efficace.

III.4.1.1. Présentation de PROTEUS :

Logicielle ISIS Logicielle ARESFigure (III.2). Démarrage du simulateur PROTEUS

PROTEUS est une application logicielle destinée à l'électronique. Développé par

la société Lab center Electroniques, les logiciels incluant PROTEUS permettent la

CAO (Conception assistée par ordinateur) dans le domaine électronique. Deux

logiciels principaux composent cette suite logicielle: ISIS, ARES. La page de

démarrage de ce simulateur est représentée en figure.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

33

III.4.1.1.1. Logiciel ISIS [10]:

Le logiciel ISIS de Proteus est principalement connu pour éditer des schémas ou

montages électroniques. Par ailleurs, le logiciel permet également de simuler ces

schémas ce qui permet de déceler certaines erreurs dès l'étape de conception.

Indirectement, les circuits électriques

Conçus grâce à ce logiciel peuvent être utilisé dans des documentations car le logicielpermet de contrôler la majorité des aspects graphiques des circuits et montagesélectroniques. Voici en Figure.3 la page de démarrage de l’ISIS

Figure (III.3). Illustration du démarrage de l’ISIS

-Notre montage électronique simulé par PROTEUS 7.4 est représenté ci-dessous(Figure.4) :

Il est composé d’un circuit d’entre pour l’adaptation avec un oscillateur Quartz externe qui

permet de commander le quartz interne du microcontrôleur, convertisseur fréquence

tension, Osculateur (OPAMP. LM741), PIC16F877 et le bloc d’affichage LCD.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

34

Figure (III.4). Schéma du montage électronique du Fréquencemètre

III.4.1.1.2. Logiciel ARES [10] :

Le logiciel ARES est un outil d'édition et de routage qui complètement parfaitement

ISIS. Un schéma électrique réalisé sur ISIS peut alors être importé facilement sur

ARES pour réaliser le PCB de la carte électronique. Bien que l'édition d'un circuit

imprimé soit plus efficiente lorsqu'elle est réalisée manuellement, ce logiciel permet

de placer automatiquement les composants et de réaliser le routage automatiquement.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

35

Les figures 5, 6, et 7 représentent respectivement la page de démarrage de

l’ARES et le dessin du montage de notre appareil sur ce logiciel, ainsi que la

représentation du montage du circuit en dimensions...

Figure (III.5). Illustration du démarrage de l’ARES

Figure (III.6). Dessin des composants du montage de l’appareil de mesure sur l’ARES

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

36

Figure (III.7). Le circuit du fréquencemètre en 3D

III.4.2. Programmation du PIC :

-Dans un notre projet nous avons utilisé le microcontrôleur 16F877 qui le

programme par mikroC pro.

III.4.2.1. Présentation de Compilateur mikroC pro pour PIC 16F877:

Le langage mikroC pour PIC a trouvé une large application pour le

développement des systèmes embarqués sur la base de microcontrôleur. Il assure une

combinaison de l'environnement de programmation avancée IDE (Integrated

Development Environment), et d’un vaste ensemble de bibliothèques pour le

matériel, de la documentation complète et d’un grand nombre d’exemples. Après la

compilation le fichier source est sauvegardé avec l'extension .C.

Une fois que le programme source est figé, le compilateur mikroC donne une

facilitée de programmer le PIC directement en transformant le programme

source en un programme exécutable en "Binaire". L'extension du fichier sera alors

.HEX (hexadécimal).

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

37

La figure suivante montre l’ouverture de la page de démarrage du simulateur

PROTEUS.

Figure (III.8) : Page de démarrage du simulateur MikroC

Figure (III.9) simulation parle Code de MikroC

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

38

Le fichier source est sauvegardé avec l’extension .C. Une fois que le

programme source est figé, l'étape suivante consistera à compiler le programme,

c'est à dire à transformer le programme source en un programme exécutable

"binaire". L’extension du fichier sera alors

.HEX (hexadécimal).

Figure III.10 : programmation du PIC

III.4.2.2. Organigramme du programme implanté dans le microcontrôleur :

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

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Début

Configuration de LCD

Déclaration de variables

Configuration de CAN

Initialisation de LCD du port de sortie

Configuration de port entrée / sortie

Afficher la tension moyenneet fréquence sur l’afficher

Boucle c1=1

Stoker les bits

Start la conversion

Lire pin A1

Calculé de latension moyenne

Bin2BCD En(V)

Fréquencemètre

Lire pin A0

Start la conversion

Stoker la valeur

Bin2BCDEn(Hz)

La sorte de

LM741,LM331

Cnt++Cnt++

Oui Oui

NoNo

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

40

Figure.III.11. Organigramme du programme implanté

Figure (III.12). Schéma du programmateur JDM[16]

Lorsque le programme est compilé, on peut transférer le fichier (.hex) vers la

mémoire programme du PIC à travers un programmateur appelé JDM . Le logiciel

permettant ce transfert est le (WINPIC800 v 3.64 f).

III.4.2.3. Etapes de programmation du PIC avec le logiciel WINPIC 800 :[11]

-Premièrement, on lance le programme WINPIC 800.

-On clique sur le bouton « Hardware », on sélectionne le programmateur «JDM»

et le numéro du port série connecté à notre programmateur «COM1».

-On clique sur le bouton «Test hardware» pour voir si le programmateur

fonctionne correctement.

-On met le programmateur hors tension et on insère le microcontrôleur dans le

programmateur (son support correspondant), en respectant le sens. On met ensuite le

programmateur à nouveau sous tension. La Led doit s'illuminer.

-On lance à nouveau le logiciel WINPIC 800, et on clique sur le bouton

«detection device», il apparait un message de détection de la famille du PIC inséré (PIC

16F877).

-On clique sur le bouton «Effacer» afin de supprimer l'éventuel contenu de la

mémoire de notre microcontrôleur.

-On clique sur le bouton «Ouvrir» afin de sélectionner le fichier HEX à

programmer au sein du microcontrôleur.

-On clique sur l'onglet «Fusibles» afin de définir la configuration liée à la

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

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programmation de notre microcontrôleur PIC16F877.

-On clique ensuite sur le bouton «Programmer», durant cette phase la Led PROG

du programmateur doit clignoter.

-Maintenant, on peut retirer le microcontrôleur de son support et on passe ensuite

à la partie pratique.

III.4.3. Partie électronique :

Le circuit de l’appareil de mesure réalisé est compose des blocs fonctionnels plus

le circuit intégré du Microcontrôleur PIC16F877

III.4.3.1. Convertisseur fréquence/ tenson [12]

La réalisation d’un fréquencemètre simple et économique. Pour ce faire, il faut

l’utilisation d’un circuit intégré convertisseur fréquence/tension qui permettra de lire,

sur un simple multimètre, une fréquence allant de quelques hertz jusqu’à 100 kHz.

Pour mesurer une fréquence en utilisant un simple multimètre, il suffit de

prendre un circuit intégré en mesure de convertir une fréquence en une tension pour

connaître avec une précision suffisante la valeur en hertz, kilohertz ou mégahertz d’une

fréquence.

Si le circuit est étalonné de manière à obtenir une tension de 10 volts lorsque sur

l’entrée du convertisseur est appliquée une fréquence de 10 000 Hz, en appliquant une

fréquence de 8 000 Hz, nous lirons 8 volts et si nous appliquons 4 500 Hz, nous lirons

4,5 volts.

Si le circuit est étalonné de manière à pouvoir lire une tension de 10 volts

lorsque sur l’entrée du convertisseur est appliquée une fréquence de 1000 Hz, nous

pouvons déduire que si nous appliquons 100 Hz, nous lirons 1 volt et que si nous

appliquons 300 Hz, nous lirons 3 volts.

Les circuits intégrés en mesure de convertir une fréquence en une tension,

peuvent aussi effectuer l’opération inverse.

Ils permettent également de convertir une tension en une fréquence.

Si nous appliquons sur leur entrée une tension continue variable de 1 à 10 volts,

nous pouvons obtenir, sur leur sortie, un signal carré proportionnel à la valeur de la

tension.

III.4.3.1.1. LM331 :

a)Les références de ces circuits intégrés

Actuellement les circuits intégrés que nous pouvons trouver pour convertir une

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

42

fréquence en une tension ou une tension en une fréquence, ont les références suivantes

LM131 - LM231 - LM331 - XR4151

Ces quatre circuits intégrés sont équivalents et, de plus, ils ont le même

brochage.

Nous pouvons donc les utiliser les uns à la place des autres sans problème.

Les seules différences, concernent la température de fonctionnement et la valeur

maximale de la tension d’alimentation.

Mais, pour notre application, comme nous utilisons toujours une tension

comprise entre 12 et 15 volts, nous pouvons utiliser celui dont nous disposons.

Les circuits intégrés LM131 - LM231 - LM331 sont fabriqués par National Semi-

conducteur.

L’unique différence qui existe entre ces trois modèles de circuits intégrés,

concerne la température maximum que peut atteindre leur boîtier sans être endommagé.

Le circuit intégré LM331, le plus commun, peut atteindre une température

maximale de 70°, le LM231, peut atteindre une température maximale de 85° et le

LM131, une température maximale de 125°.

Figure (III.13): schéma de bloc convertir 1 LM331

b) convertisseur LM331 :

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

43

Figure (III.14): Caractéristiques électrique du circuit LM331

(Tension / Fréquence)

c) schéma interne de LM331

Sur la figure III 14, le schéma synoptique des principaux étages contenus à l’intérieur

de ces circuits intégrés convertisseurs.

A = Etage comparateur de tension,

B = Etage monostable,

C = Commutateur électronique,

D = Générateur de courant constant.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

44

Pour obtenir un convertisseur fréquence/tension, ou bien un convertisseur

tension/fréquence, il faut seulement modifier la configuration du circuit.

Figure III 15 Schéma synoptique interne et brochage des circuits intégrés

Convertisseurs fréquence/tension ou vice-versa

III.4.3.1.2Méthode Convertisseur fréquence/tension :

Pour convertir une fréquence en une tension, il faut utiliser le schéma de la figure III 16

Figure.III.16.Schéma du Convertisseur fréquence/tension a utiliser

Pour convertir une fréquence en une tension, on donne les valeurs suivantes derésistances et capacités :

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

45

R1 = 10 kΩ

R6 = 5 kΩ trimmerR2 = 10 kΩ

R7 = 100 kΩ R3 = suivant calcul

C1 = 470 pF céramiqueR4 = suivant calcul

C2 = suivant calcul R5 = 12 kΩ

C3 = 1 μF polyester

La fréquence qui est appliquée sur la broche d’entrée 6, doit nécessairement être

un signal carré. Si appliquer sur cette entrée un signal sinusoïdal, n’obtiens aucune

conversion.

Sur la broche 1, trouvons une tension proportionnelle à la valeur de la fréquence.

L’amplitude du signal à appliquer sur l’entrée, ne doit pas être inférieure à 3 volts crête

à crête, ni dépasser la valeur de la tension d’alimentation.

Ainsi, si le circuit est alimenté sous 15 volts, Conseillé de ne pas dépasser 11

volts.

Pour faire fonctionner correctement ce convertisseur fréquence/tension, il faut

utiliser une valeur de 10 kohms pour la résistance R2, puis devez calculer la valeur de la

résistance R3 en fonction de la tension d’alimentation.

Pour calculer cette valeur, il faut utiliser la formule suivante :

R3 kΩ = (Vcc – 2) : 0,2 (1)

Pour alimenter le circuit intégré avec une tension de 15 volts, il faut utiliser une

résistance qui a une valeur de :

(15 – 2) : 0,2 = 65 kΩ (2)

Cette valeur n’étant pas standard, on peut tranquillement utiliser une résistance de 68

kΩ.

Pour alimenter le circuit intégré avec une tension de 12 volts, on doit utiliser une

résistance de:

(12 – 2) : 0,2 = 50 kΩ (3)

Dans ce cas, on utilise une valeur standard de 47 kΩ ou 56 kΩ. Outre la résistanceR3,

on doit également calculer la valeur de la résistance R4 avec la formule suivante :

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

46

R4 kΩ = 750 : (1,1 x kHz max.) (4)

Sachant que la fréquence maximale appliquée sur l’entrée de ce convertisseur est de 100

kHz, pour R4, il faut utiliser une résistance de valeur :

750 : (1,1 x 100) = 6,818 kΩ (5)

Cette valeur n’étant pas standard, on pourra utiliser une résistance de 6,8kΩ.

Si, entre la broche 5 et la masse, on connecte un condensateur de 1000 pF (voir C2), sur

la broche de sortie, on peut prélever une tension variable de 0 à 10 volts.

Ainsi, on obtient les tensions suivantes en fonction des fréquences appliquées sur

l’entrée :

0 V avec une fréquence de 0 Hz

1 V avec une fréquence de 10 000 Hz

2 V avec une fréquence de 20 000 Hz

3 V avec une fréquence de 30 000 Hz

4 V avec une fréquence de 40 000 Hz

5 V avec une fréquence de 50 000 Hz

6 V avec une fréquence de 60 000 Hz

7 V avec une fréquence de 70 000 Hz

8 V avec une fréquence de 80 000 Hz

9 V avec une fréquence de 90 000 Hz

10 V avec une fréquence de 100 000 Hz

Si cette configuration permet de lire une fréquence maximale de 100 kHz, il sera par

contre difficile d’évaluer avec une certaine précision des fréquences inférieures à 10000

Hz ou à 1 000 Hz.

On peut modifier le schéma pour obtenir en sortie une tension de 10 volts avec une

fréquence de 10 000 Hz ou bien avec une fréquence de 1000 Hz.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

47

Pour obtenir cette condition, il faut seulement changer la valeur du condensateur C2 enutilisant la formule ci-dessous :

C2 pF = 750 000 : (R4 kΩ x 1,1 x kHz)

Figure.III.17 : Formules à utiliser pour calculer la valeur des résistances R3 et R4

et du condensateur C2

Note : Vcc est la valeur de la tension d’alimentation du circuit intégré.

Ainsi, pour obtenir une tension de 10

volts en appliquant sur l’entrée une fréquence de 10 000 Hz, il faut utiliser un

condensateur de :

750 000 : (6,8 x 1,1 x 10) = 10 026 pF

Avec cette capacité, obtenez les tensions suivantes :

0 V avec une fréquence de 0 Hz

1 V avec une fréquence de 1 000 Hz

2 V avec une fréquence de 2 000 Hz

3 V avec une fréquence de 3 000 Hz

4 V avec une fréquence de 4 000 Hz

5 V avec une fréquence de 5 000 Hz

6 V avec une fréquence de 6 000 Hz

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

48

7 V avec une fréquence de 7 000 Hz

8 V avec une fréquence de 8 000 Hz

9 V avec une fréquence de 9 000 Hz

10 V avec une fréquence de 10 000 Hz

Pour Obtenir une tension de 10 volts en appliquent sur l’entrée une fréquence de

1 000 Hz, devient utiliser, pour C2, une valeur de :

750 000 : (6,8 x 1,1 x 1) = 100 267 pF

Avec cette capacité, obtenez :

0 V avec une fréquence de 0 Hz

1 V avec une fréquence de 100 Hz

2 V avec une fréquence de 200 Hz

3 V avec une fréquence de 300 Hz

4 V avec une fréquence de 400 Hz

5 V avec une fréquence de 500 Hz

6 V avec une fréquence de 600 Hz

7 V avec une fréquence de 700 Hz

8 V avec une fréquence de 800 Hz

9 V avec une fréquence de 900 Hz

10 V avec une fréquence de 1 000 Hz

La résistance R4 et le condensateur C2 ayant une certaine tolérance par

rapport à la valeur marquée sur le composant, il est utile de connecter en série avec la

résistance R5, un trimmer (R6) qui sera ajusté de façon à obtenir une tension de 10 volts

avec la fréquence maximale choisie en fonction de la valeur du condensateur C2.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

49

Si choisi une valeur de 1000 pF pour C2, devez appliquer sur l’entrée une

fréquence de 100 kHz, puis tourner le curseur de R6, jusqu’au moment où lire une

tension de 10 volts sur le multimètre.

Si utilisez pour C2 une valeur de 10 000 pF, faut appliquer sur l’entrée une

fréquence de 10 kHz, puis tourner le curseur de R6 afin de lire une tension de 10 volts

sur le multimètre.

Enfin pour C2 = 100 000 pF, il faut appliquer sur l’entrée une fréquence de 1

kHz, puis tourner le curseur de R6 afin de lire une tension de 10 volts.

III4.3.1.3 convertisseur (2)

Analyse de fonctionnement du montage convertisseur (2) de fréquence / tension

à base du circuit RC

Figure (III.18): schéma de bloc convertir 2

La cellule C4.R8 est montée en dérivateur, il permet de convertir un signal carré

en un signal impulsionnel (Dirac), le temps d’amortissement de l’impulsion dépend de

la fréquence du signal d’entrée.

L’intérêt de cette étape de conversion et de convertir une transition bas ou haut

du signal carré à un temps de mente ou de descente, la surface d’intégration du Dirac

V1

V2V3

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

50

dépond de la fréquence. La diode D1 en direct permet d’enlever la partie négative du

signal.

R7.C5.R9 est un filtre de lissage/ moyenner il sert à réduire les ondulations et

extraire la valeur moyenne du signal. La résistance R7 permet d’agir sur la valeur

moyenne du signal (pont diviseur avec R9).

L’amplificateur à un gain de 101, amplifie la tension du circuit de la cellule afin

de gagner en précision de mesure de l’ADC du microcontrôleur (environ 6 bits de plus

!)

Figure.III.19.Les allures des tensions V1, V2, V3

III.5 Allure de la tension de sortie en fonction de la fréquence d’entrée :

Les valeurs de la tension correspondent aux valeurs moyenne calculées par le

microcontrôleur par un filtre de taille 256 échantillons. Le pas de fréquence est de

200Hz (0, 200, 400…10KHz).

s=[4.88e-3

,8.95e2,0.18,0.2688,0.3601,0.4496,0.5376,0.6273,0.7184,0.81133,0.8944,0.972,1.075,1

.1632,1.25122,1.33918,1.42716,1.51514,1.6032,1.6911,1.78,1.867,1.9562,2.0576,2.130

9,2.2189,2.3069,2.394,2.48,2.566,2.6539,2.7566,2.848,2.9423,3.005,3.09,3.177,3.260,3

.34746,3.4388,3.519,3.607,3.6902,3.777,3.8628,3.9589,4.061,4.13977,4.2375,4.3238,

4.3988].

On constate que la courbe de transfert est bien linéaire dans une bande de

fréquence 200-10KHz

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

51

Figure .III.20. La tension Vout en volt en fonction de la fréquence Fin en Hertz

On donne ci-dessous le schéma du bloc d’affichage à cristaux liquides LCD.

Figure (III.21) schéma de bloc d’affichage LCD

III.6. Réalisation de la carte électronique :

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

52

Les photos ci-dessous représentées en figures.21 et 22 la carte électronique

réalisées sur la plaque d’essai

Figure (III.22) : la carte électronique du fréquencemètre réalisée sur la plaque

d’essai

Figure. III.23 Typon réalisé du montage du Fréquencemètre à base de PIC16F877

On présentera ci-dessous en figures 23 et 24 un exemple de mesure de fréquence

Convertisseur2

Parte fréquencemètre

Et tension

LM741(OPAMP)

Convertisseur 1

LM331

Parte fréquencemètre

Quartez

2 capa

Pic16F877a

LCD 16*2

5v

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

53

et de tension moyenne d’un signal périodique de fréquence fin= 200 Hz avec affichagesur LCD.

Figure.III.24. Mesure de fréquence avec tension moyenne du signal simultanémentsur l’afficheur LCD pour une fréquence fin=200 Hz

Figure.III.25.Lecture de la fréquence et de la tension moyenne du signal sur lacarte électronique réalisé pour fin=200 Hz

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

54

On donne ici en Figure.III.26 la mesure de la fréquence fin=0Hz suite à la

simulation réalisée

Figure.III.26. Mesure de fréquence et tension moyenne du signal par simulation

Pour une fréquence de fin=0 Hz

III7 . Les étapes de réalisation

Avant de passer à la réalisation du circuit imprimé, on va présenter d’abord la

plaque du circuit imprimé utilisée. C’est une plaque en verre époxy de couleur

verte, recouverte d’une mince pellicule de cuivre, cette dernière est aussi recouverte

d’une couche de produit chimique sensible aux ultraviolets appelée « résine ». Pour ne

pas être exposés aux rayonnements UV naturel de soleil, cette couche est livrée

avec un film protecteur anti UV (Cours circuits imprimés, 2012)

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

55

Figure III.27 : Photos de plaque d’époxy et d’insole use

Après l’élaboration des typons, on passe à la réalisation des circuits imprimés.

On choisit les plaques d’époxy et on les découpe à la taille de typon à

l’aide de la scie circulaire.

L’insolation de circuit : cette étape sert à attaquer la résine par les

rayonnements

UV délivrés par l’insole use, la procédure se fait comme suit :

• On éteint la lumière au niveau de laboratoire, puis on découle le film

protecteur.

• On place le typon sur le verre de l’insole use de telle façon que le côté

cuivré sur

le typon, en respectant l’orientation et on ferme le capot.

• On allume l’insole use pendant 1 minute, ce temps d’insolation

est très important, car si ce dernier est trop long, les rayons UV passeront

au travers les zones noires du typon.

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

56

Figure IV.28 : Méthode de placer la plaque d’époxy.

La révélation : c’est l’étape qui suit l’étape de l’insolation. Le

produit nécessaire pour cette étape est un produit chimique assez

dangereux, qui impose le port de gants.

On a utilisé un révélateur sous forme de poudre à diluer avec l’eau (un

sachet dans une 1/3 lettre d’eau) d’où la température de cette solution

est de 20 à 25°. On plonge alors la platine dans le bain de

révélateur, puis on agite dans ce temps la lumière est illuminée.

Le révélateur sert à éliminer la résine attaquée par UV, et il ne

reste que le cuivre et la résine protégée par l’encre imprimé sur la

carte lors de l’étape de l’insolation. On rince soigneusement la plaque

sous le robinet en frottant avec les doigts jusqu’à ce qu’elle ne soit

plus « grasse » au toucher.

Gravure : la gravure consiste à plonger le circuit dans un bain

d’acide (perchlorure de fer). Le cuivre mis à nu lors de la révélation

sera éliminé. Seules les pistes protégées par la résine resteront. La

procédure de gravure se fait comme suit :

• On plonge la plaque d’époxy dans le bain d’acide, la

température du bain de la solution doit être de 40° et de temps de

20 minutes.

• Lorsque tout le cuivre a disparu, on sort le circuit puis on le

rince sous le robinet en frottant avec les doigts jusqu’à ce

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CHAPITRE III : étude et réalisation pratique du fréquencemètre numérique a base de pic16f877

57

qu’elle ne soit plus « grasse » au toucher.

• pour retirer la résine et ainsi apparait les pistes de cuivres, on

met le circuit à Nouveau dans l’insole use, la durée est de 2

minutes.

Perçage : l’opération de perçage est l’ultime étape dans la réalisation

du circuit imprimé. On a utilisé une perceuse manuelle, les forets utilisés

est de diamètre de 8mm.

Le test du circuit imprimé : nous avons utilisé un multimètre pour

tester et vérifier :

• La continuité des pistes.

• L’absence de court-circuit.

La soudure : l’opération de la soudure se fait à l’aide d’un fer à souder et

de l’étain, on commence par :

• Des composants neutres : supports de circuit intégrés, connectiques…

• Passifs : Résistances, potentiomètre, fiches, les diodes lods,…

• Actifs : diode, Résistance.

III.8. Conclusion:

Dans ce chapitre on a présenté notre projet expérimental qui consiste à concevoir un

fréquencemètre numérique avec calcul de la tension moyenne d’un signal

périodique. Après avoir présenté en détails les déférentes étapes de la conception et

réalisation, on peut conclure que notre objectif a étêta complet les résultats obtenus

sont très satisfaisants.

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CONCLUSION GENERALE

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Conclusion générale

59

CONCLUSION GENERALE

Ce projet nous a permis de faire le lien entre l’étude théorique d’un

montage électronique et sa réalisation pratique dans le but d’estimer la marge de

différence entre ces deux parties, puisque parfois on néglige quelques paramètres

dans nos calculs mais on les trouve dans la réalisation, et cela dans le but de

trouver des solutions pratiques afin d’atteindre notre objectif.

Nous avons ensuite procédé à des tests pour vérifier le bon fonctionnement

de notre fréquencemètre numérique afin de déterminer ses limites d'utilisation et

cela en visualisant à l’aide de l’oscilloscope l’allure des différents signaux de

tension aux entrées et aux sorties des différents circuits utilisés ainsi que de mesurer

différentes valeurs de tensions électriques et les fréquences des différents signaux

en utilisant un multimètre numérique de très bonne résolution ainsi qu’avec un

oscilloscope de précision.

Ce projet est multidisciplinaire, car il englobe deux aspects au

même temps tel que: l'électronique, et l'informatique. Cette diversité nous a

permis d'approfondir nos connaissances théoriques d'acquérir une expérience au

niveau de réalisation pratique notamment :

- La réalisation pratique des circuits électroniques sur la plaque.

- La compréhension de l'architecture des microcontrôleurs, et apprendre sa

programmation en Langage C.

-La connaissance des plusieurs fonctionnalités des composantes électroniques

- La familiarisation avec le simulateur « ISIS professionnel » et ses plusieurs

fonctionnalités

Pour le futur nous proposons la réalisation d’un fréquencemètre de très

haute gamme avec très large bande de fréquence en utilisant un

microcontrôleur plus performant que celui déjà utilisé pour notre projet.

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REFERENCESBIBLIOGRAPHIQUES

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1]-B. Wehkamp, Funkschau, Munich, N°9/86 p69.

[2]-Electronique pratique, N°249, Fréquencemètre 2 GHz.

[3]-Nouvelle électronique, N°20, Mars 1996 Fréquencemètre 2,3GHz.

[4]-Electronique Radio Plan, N°548, juillet 1993 Compteur universel HP-53131.

[5]-Sakli, M. Projet de fin d'étude en Vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur en génie

électrique et automatique. Régulation Industrielle de Processus, Système de Régulation de

niveau d'eau, Interface à base de PIC 16F877, Commande et Régulation avec LabVIEW.

Gabès, Tunisie.(2007).

[6]-Ben Haddada Tarek et Hamam Mohammed Annacer et MahjoubRiadh. Rapport de projetde fin d’étude. Un robot suiveur de ligne. Université El Manar Tunisie. 2010.

[7]-Noxyben. Cours de programmation des PIC en C, microcontrôleurs faciles pourélectronicien amateur. Partie 01. 2007.

[8]-D.Menesplier.Documentation interne ELE. Microcontrôleurs PIC 16F877 et 16F877A.

[9]-V.Tourtchine.Cours de programmation en mikroC. Application pour lesmicrocontrôleurs de la famille PIC .Boumerdes. 2012.

[10]- site internet : http://www.elektronique.fr/logiciels/proteus.php 2016

[11]-www.sndl.cerist.dz www.picprog.com consulté le 24/03/2016

[12]- www.sonelec-convert.com/electronique_realisations/frequence/hertz.html

[13]- www.datasheetcatalog.com consulté le 04/03/2016 et 09/05/2016 pour le capa etlm331 et lm741 diodes

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ANNEXE

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ANNEXE : A

1- Liste des composants :composent référence Quantité valeur descriptionsCircuit intégré PIC16F877A 1 / U3

Condensateur céramique 8 / C2.C3.C4.C5.C6.C7.C8.CT

Diodes BR1 1 / D1

Résistances / / R1.R2.R6.R7.R8.R9.R10.R11.R12

RL.RS.RT. RV1.RV2

LCD 16*2 1 / LCD1

LM331 convertisseur 1 / U2

LM741 OPAMP 1 / U4Régulateur 7805 /7815 1 ,1 / /Quartz / 1 8MHz X1

Botton / 1 1 /

ANNEXE : BLM331 LM741

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3. Les diodes 1N4007:[7]

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4. Capacités:[7]

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5. Crystal : [7]

6. LCD 16*2 : [7]

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7. LM331 [7]

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8. LM741 : [7]

9. Le régulateur LM7805

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: ملخصبال الترددقیاسھماأساسیانلھدفان16f877المتحكمماطریق استخدعنالترددقیاسجھازفيالمتمثلالتطبیقيالعملھذاطبالفولالجھدوقیاسزھرت

16f877بيالمسميكونترولروالمایكرمنالنوعوھذاثابتةوودقیقةجیدةنتائجیعطيللقیاسالمخصصالجھازھذاCبلغةیكتببرنامجطریقعنوذلكللقیاسالمراحلمختلفوینسقیتحكم

الكھربائیةالمكوناتعلىخطأأقلمعمن الفوضىبالحدیتكفلالتنفیذمنالنوعھذافي

لمختلفتصمیمأوتغییراتخاللمنوالترددالجھدقیاسنطاقاتزیادةخاللمنتتحسنأنیمكنالجھازفإنذلك،ومع.البرنامجتصمیمعلىإدخالھایمكنالتيوالتحسیناتعلمعنالمسبقةالموافقةالخارجیةالدوائر

LM741.LM331. LCD.CAN.microcontrôleur .fréquencemètre. Fréquence. الكلمات المفتاحیة

Abstract:The work is of designing a frequency-based PIC16F877 is of practical importance of the useperspective to measure two important electric quantities and are the voltage in volts andfrequency in Hz.The meter gives good explanations and resolutions on the measurement values. It has aPIC16F877 microcontroller type that controls and coordinates the variousstages of the two measurements following written language programmer Micro CIn this type of implementation is ensured a reduction of clutter components with less error onmeasured electrical quantities.However, the device can be improved by increasing the measuring ranges of the voltage andfrequency of the capacitor by making changes to the design or various external circuits PICand improvements that can be made to the designed program.Keywords: frequency, LM331, LM741, LCD, microcontroller, CAN.

RésuméLe travail réalisé est qui consiste à concevoir un fréquencemètre à base de PIC16F877 estd’une importance pratique du point de vue utilisation pour la mesure de deux grandeursélectriques importantes et qui sont la tension électrique en Volt et la fréquence en Hz.L’appareil de mesure donne des bonnes précisions et résolutions sur les valeurs des mesures.Il est doté d’un microcontrôleur de type PIC16F877 qui contrôle et coordonne les différentesétapes des deux mesures, suivant un programmateur écrit en langage Micro C.

Dans ce type de réalisation on assure une diminution de l’encombrement des composants avecmoins d’erreur sur les grandeurs électriques mesurées.

Néanmoins, l’appareil peut être amélioré en augmentant les gammes de mesure sur la tensionélectrique et le fréquence en apportant des changements ou dimensionnement aux différentscircuits externes au PIC et avec des améliorations qui peuvent être apportées au programmeconçu.

Mots-clés : fréquencemètre, LM331, LM741, LCD, microcontrôleur, CAN.