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Cahier de l'élève



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Divers : La Fonction Mémoire

Fonction mémoire : c'est vraiment un joli mot. Mais en pratique, qu'est-ce que c'est ?

On va commencer par une approche assez simple pour vous faire comprendre ce en quoi ça consiste.

Une mémoire électrique



Partons d'un problème simple : vous avez un moteur électrique que vous voulez faire fonctionner grâce à un interrupteur marche. (On le nommera m par la suite, souvenez-vous en bn_wink).

Comment allez-vous faire ? Eh bien, à priori, vous allez le brancher comme cela :

document/cahier/schema_elec_1.png


Petite explication du circuit :
D'un côté (la branche du haut), on a toute la partie qui va commander les actions du moteur (via l'interrupteur par exemple). Cette partie du circuit est parcourue par un courant de faible voltage (du 12V par exemple). Cette branche du haut est appelée circuit de commande (et hop un peu de vocabulaire bn_big_smile).
En bas, on a le moteur, qui nécessite une tension plus importante (ici, un courant de 220V). On appelle ce circuit le circuit de puissance.

Vous vous demandez sûrement qu'est-ce que c'est que cette boîte bizarre après l'interrupteur marche (m) ? Eh bien c'est ce qu'on appelle un relais. La seule chose à retenir pour ne pas entrer dans des considérations électromagnétiques à n'en plus finir, c'est que c'est en fait une bobine qui est reliée à un ou plusieurs interrupteurs. C'est ce composant qui permet de faire le lien entre le circuit de commande, qui demande un faible voltage, et le circuit de puissance (avec notre moteur), qui lui veut du 220V.
Le principe de fonctionnement est assez simple : quand le relais est alimenté en électricité (quand l'interrupteur m est fermé), la bobine agit sur l'interrupteur K, qui se ferme à son tour, et voilà notre moteur alimenté !

Voilà tout ce qu'il faut savoir sur le relais pour comprendre la suite du cours.
(Ah oui, encore un petit mot de vocabulaire : un relais avec tous ses interrupteurs s'appelle un contacteur.)


Voilà donc votre moteur branché et alimenté. Mais là, vous vous rendez vite compte qu'il ne sert pas à grand chose. Pourquoi ?
Eh bien parce que dans la configuration actuelle, votre moteur ne fonctionne que lorsque vous appuyez sur m. Dès que vous le lâchez, le moteur s'éteind. Nous voilà bien embêtés.
On voudrait que lorsqu'on appuie sur marche, le moteur retienne qu'on lui a demandé de fonctionner, et qu'il continue même lorsqu'on aura relâché le bouton.
On veut donc créer un circuit électrique ayant une Fonction Mémoire, qui retienne l'ordre donné au moteur.

Il va falloir trouver une solution. Et vous pouvez vous amuser à chercher comment faire. Mais puisque c'est un cours, je vais vous montrer la solution bn_heureux. (A priori, avec un peu d'imagination, vous devriez arriver à la même solution.)

La voici :

document/cahier/schema_elec_2.png


Voyons comment fonctionne ce nouveau circuit.
Tout d'abord sachez que les pointillés qui relient le relais et l'interrupteur k signifient que ce dernier est aussi commandé par le relais. (Le logiciel que j'utilise pour les schémas proposait des relais à 2 interrupteurs, mais c'est plus simple pour la compréhension de présenter le contacteur de manière séparée comme ici.)

Ici, lorsqu'on va fermer l'interrupteur m, le relais K va être alimenté comme précédemment. La différence vient du fait que ce relais va commander la fermeture de l'interrupteur k que l'on a rajouté. Le résultat, c'est que quand on relâche le bouton m, puisque k est fermé, le courant électrique alimente toujours le relais K, et donc notre moteur est toujours alimenté.

On a donc créé une mémoire électrique, puisque le circuit est capable de "mémoriser" l'ordre donné par le bouton m.


Tout ça est bien beau, mais il se pose un nouveau problème. Comment arrêter votre moteur ? Parce que pour l'instant, quoi que vous fassiez après l'avoir activé, vous ne pourrez pas le stopper.
En cherchant comment résoudre ce problème, on en vient vite à la solution suivante : ajouter un interrupteur arrêt (a), qui lorsqu'on appuie dessus, coupe l'alimentation du relais.
Cet interrupteur sera donc un interrupteur normalement fermé (NF) (il s'ouvre quand on l'actionne, contrairement aux interrupteurs plus "classiques", qui se ferment quand on les actionne).
Reste à savoir où le placer. Et vous allez voir que l'on a 2 solutions de placement, selon le fonctionnement que vous voulez pour le moteur, selon que l'on souhaite un fonctionnement à déclenchement prioritaire, ou à enclenchement prioritaire.

Mémoire électrique à déclenchement prioritaire :


Première solution :

On place l'interrupteur arrêt selon ce schéma :

document/cahier/schema_elec_3.png


Vous vous demandez sûrement ce que c'est que cette grosse boîte bizarre que j'ai appelé un interrupteur Normalement Fermé. Eh bien en fait le logiciel que j'utilise pour faire les schémas électriques n'a pas l'interrupteur classique dans sa liste de composants. Donc j'ai dû faire ce petit changement et mettre une porte  logique NON à la place. Mais cela de change rien au fonctionnement du circuit. Faîtes comme s'il y avait un interrupteur normalement fermé à la place bn_wink.


Essayez de voir un peu comment fonctionne le moteur avec ce nouvel ajout. Et pour répertorier tous les cas possibles, on va devoir faire une petite table de vérité mini_bn.
Dans cette table, on mettra les états logiques des interrupteurs marche et arrêt, mais il faudra aussi tenir compte de l'état du moteur avant notre éventuelle action. En effet, maintenant que notre circuit "mémorise" ce qu'on lui a demandé de faire, il réagira différemment à un appui sur le bouton marche s'il est déjà en marche ou s'il est à l'arrêt.

Etudions donc tous les cas grâce à cette table de vérité :

m a k^{-} K=M
0 0 0 1 0 1
0 1 0 1 0 0
1 1 0 1 0 0
1 0 0 1 1 1


Et puisqu'elle me paraît difficile à décrypter (bn_tongue), je vais vous faire le décryptage de la 3ème ligne. Procédez de la même façon pour les autres lignes.
Premièrement, on regarde ce qui se passe à l'état précédent, c'est-à-dire dans la colonne k^{-}.
2 cas se présentent : Soit l'interrupteur k était ouvert (moteur éteint), et dans ce cas, puisqu'on a appuyé sur marche et arrêt en même temps (m et a sont tous deux à l'état logique 1), et bien il ne se passe rien pour le moteur qui reste à l'état 0, i.e. éteint.
Soit le moteur était en marche, et on a appuyé sur les deux interrupteurs en même temps. Le résultat est donc une extinction du moteur.

Attention ! Quand vous lisez le premier chiffre de la case k-, le résultat correspondant pour le moteur est le premier chiffre de la case M. Et de même pour le deuxième chiffre.


J'espère que vous avez compris mon explication. (Et si vous avez vraiment un problème pour la lecture de cette table de vérité, je suis présent sur le forum bn_wink).

Mais pourquoi parle-t-on de déclenchement prioritaire ?


Eh bien vous avez sûrement remarqué que lorsque le moteur est allumé, si on appuie sur arrêt, il va obligatoirement s'éteindre. Et ce même si on appuie sur marche en même temps. L'arrêt du moteur est prioritaire ! Voilà pourquoi on parle de mémoire à arrêt prioritaire dans le cas d'un moteur, et de mémoire à déclenchement prioritaire dans un cas plus général (déclenchement par opposition à enclenchement, que nous allons voir juste après).

Mémoire électrique à enclenchement prioritaire :


L'autre solution pour mettre le bouton arrêt est celle-ci :

document/cahier/schema_elec_4.png


Ensuite, si on essaye de tracer la table de vérité du fonctionnement du circuit (exactement de la même manière que précédemment), on obtient cette table :

m a k^{-} K=M
0 0 0 1 0 1
0 1 0 1 0 0
1 1 0 1 1 1
1 0 0 1 1 1


La lecture de la table s'effectue de la même façon que dans le cas précédent.
On remarque une certaine ressemblance entre les 2 tables (et pour cause, ce sont presque les mêmes). Mais on note quand même une différence dans le cas où on appuie sur les boutons arrêt et marche en même temps : dans ce cas, quelque soit son état précédent, le moteur s'allume.
C'est donc le bouton marche qui est prioritaire. On a affaire à une mémoire à marche prioritaire, ou bien dans un cas plus général, à une mémoire à enclenchement prioritaire.


Une mémoire électronique



Pour ce qui est de la mémoire électronique, je ne vais pas trop entrer dans les détails ici, mais je vais simplement essayer de relier notre histoire de moteur à ce qui remplit la fonction de mémoire en électronique, c'est-à-dire les bascules.

Reprenons notre exemple précédent, et leurs tables de vérité.

Pour la bascule à déclenchement prioritaire :


Traçons le logigramme correspondant à la table de vérité de cette mémoire :

document/cahier/logigramme_nmodif.png


On obtient assez rapidement un logigramme de cette forme là.

Le petit rond à l'entrée de la porte logique ET remplit le même rôle qu'une porte NON placée avant l'entrée de cette porte. Souvenez-vous en, parce que je vais encore utiliser cette notation par la suite.


Or on vous a certainement dit que tous les circuits électroniques étaient réalisés grâce à des portes NAND ou NOR uniquement (parce qu'elles sont moins chères). Modifions donc ce logigramme pour faire apparaître des portes NAND et/ ou NOR.

document/cahier/logigramme_modif.png



-La complémentation entourée en vert a déjà été expliquée plus haut.
-On rajoute deux complémentation à la même variable (deux portes NON si vous préférez), entourées en rouge sur le schéma. On ne change donc pas son état logique. On a le droit de le faire puisque ça ne modifie pas le fonctionnement.
La première porte logique devient une porte NOR, et la seconde également (grâce aux lois de De Morgan).

On peut alors retracer le logigramme avec ces deux portes NOR :

document/cahier/rs_dp.png


Et ce beau logigramme que l'on obtient représente celui de ce qu'on appelle ... une bascule !
Eh oui, une bascule, c'est en fait ça : un composant électronique composé de portes logiques.
(Note : Les deux fils qui se croisent n'échangent pas leur variable logique... Imaginez que l'un passe au dessus de l'autre sans se toucher.)

Cette bascule là est de type RS, et évidemment à déclenchement prioritaire. Il y a de nombreux types de bascules, par exemple les RS, les JK, certaines asynchrones, d'autres synchrones... Enfin bref, tout un merveilleux univers à découvrir... Mon ambition étant que vous compreniez un maximum de choses pour être ensuite incollables sur les bascules.

Allez, avant de passer aux bascules proprement dites, on va voir de quoi est composée une bascule à enclenchement prioritaire.

Pour la bascule à enclenchement prioritaire :


Reprenons le même processus que précédemment. A partir de la table de vérité, on trace le logigramme, puis on essaye de faire des modifications pour faire apparaître des portes NAND ou NOR.


document/cahier/modifs_rsep.png


En premier lieu, on fait apparaître les deux complémentations rouges du schéma 1, puis celles du schéma 2. Ainsi, on obtient un logigramme ne comportant que des portes NAND (la porte NOR présente devient une porte NAND grâce aux lois de De Morgan).

Finalement, on obtient ce résultat :

document/cahier/rsep.png


Et ce logigramme représente celui d'une bascule RS à enclenchement prioritaire.

Bon j'avoue que j'ai été un peu vite sur cette partie, et que vous devez certainement être encore dans un grand flou concernant les bascules. Mais n'ayez pas peur, c'est normal. Pour ce qui est des bascules proprement dites, on en reparlera beaucoup plus sérieusement dans la partie suivante. Et là, enfin, j'espère que vous pourrez dire "Eurêka !".


Une mémoire pneumatique



En pneumatique, ce qui sert de mémoire est ce qu'on appelle les séquenceurs. En fait, ce ne sont rien d'autre que des distributeurs 5/2 bistables.
Ici, je ne m'attarde pas sur ce type de mémoire, parce que cela revient au même sur le plan du principe. Seul le fonctionnement est légèrement différent, puisqu'on n'agit plus sur des interrupteurs, mais c'est l'air qui agit sur le dispositif.
Je vais donc vous laisser admirer ci-dessous les schémas d'un séquenceur à enclenchement prioritaire, et celui d'un séquenceur à déclenchement prioritaire. Je vous laisse essayer par la suite de tracer leur table de vérité pour vérifier que le fonctionnement logique est le même qu'une bascule ou que le dispositif électrique mis en place plus haut.
(Si vous doutez de quelque chose ou que vous êtes plus spécialement intéressés par ce type de système mémoire, venez poser vos questions sur le forum.)

Séquenceur à enclenchement prioritaire :


document/cahier/sequenceur_ep.png


Description du schéma :

-A et non-A représentent les sorties du séquenceur (destinées par exemple à alimenter un vérin double effet).
-AD signifie admission.
-E signifie échappement
-r et s sont les arrivées d'air qui servent de mise à 0 ou de mise à 1 de A/non-A (à rapprocher des boutons marche et arrêt de l'exemple électrique).
-Les butées noires ont pour rôle d'assurer que le grand piston ait toujours une section plus grande que le petit, pour que la force exercée sur ce piston soit plus grande que sur l'autre.
-Le petit échappement d'air sous l'orifice r est un dispositif de sécurité, qui permet, lorsque le piston arrive en butée droite, d'évacuer l'air coincé entre le piston et le corps du séquenceur.

Séquenceur à déclenchement prioritaire :


document/cahier/sequenceur_dp.png


Ce schéma ressemble beaucoup au précédent, mais je vous invite à essayer d'en saisir les différences, si vous êtes à l'aise en pneumatique, et que mes schémas ne vous rebutent pas bn_heureux.

Conclusion :



J'espère que cette petite introduction à la "fonction mémoire" vous a permis de mieux appréhender ce que ce mot voulait dire (pas grand chose en fait bn_heureux), et quelles sont les questions qui ont pû mener à l'invention de ces "fonctions", dans toutes sortes de domaines.

La prochaine partie de ce dossier se consacre en majorité aux bascules RS. On reviendra en détail sur ces bascules, en essayant d'approfondir un peu, mais en reprenant tout à la base, pour que tout soit bien clair, et avec des notions plus intuitives. Donc si vous n'avez pas tout saisi dans ce chapitre (notamment les parties sur les logigrammes), je vous invite à lire quand même la suite, qui pourra certainement vous éclairer un peu mieux.







         
                           

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