Exercice 1 : commande d’un gyropode.

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UTBM. Département GESC. DUREE 2 HEURES.

NOM : PRENOM :

Calculatrices non autorisées. Fascicule DSP Contrôleur TMS320LF24LF07 non autorisé.

Exercice 1 : commande d’un gyropode.

Par définition, le gyropode est un véhicule électrique monoplace, constitué d’une plateforme munie de deux roues sur laquelle l’utilisateur se tient debout, d’un système de stabilisation gyroscopique (calculateur, accéléromètre et gyromètre) et d’un manche de maintien et de conduite.

L’organisation fonctionnelle est donnée ci-dessous :

Le calculateur est un contrôleur TMS320LF24LF07 cadencé à 40MHz.

L’exercice 1 est composé de 3 parties indépendantes.

- Potentiomètre de recopie - Accéléromètre

- Gyromètre - Capteur de courant - Capteur de tension

Tension batterie

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Problématique n°1 :

surveillance de la tension batterie.

Le gyropode se trouve en permanence dans un équilibre dynamique. En cas de défaillance de la source d’énergie, la chute est assurée. Cette défaillance risque de se produire lorsque la tension aux bornes de chacune des batteries chute de plus de 10 % par rapport à leur valeur nominale (dans ce cas la tension risque de décroître très rapidement, et la tension d’alimentation des moteurs risque de ne plus être suffisante;

en outre les batteries risquent de ne plus pouvoir être rechargées).

On souhaite donc prévenir une décharge trop importante en surveillant la tension à leurs bornes.

Lorsque cette tension descendra au-dessous du seuil limite, le calculateur donnera l’ordre de ralentissement puis d’arrêt du gyropode.

La tension continue UBATTERIES est appliquée à l’entrée ADCIN2 du convertisseur analogique numérique du DSP par l’intermédiaire d’un pont diviseur de tension qui divise la tension par dix.

Question 1 : calculer la valeur de la tension U_ADCIN2 qui doit déclencher le signal d’arrêt.

Question 2 : écrire en assembleur le sous-programme INITADC1 initialisant le module ADC en mode start stop et cascadé, pour permettre la conversion de la voie 2. Les conversions seront déclenchées logiciellement. La calibration et le test du module ADC ne sont pas effectués.

Question 3 : écrire en assembleur le sous-programme CONTROLE qui mesure la tension de la batterie et qui met à 1 la variable ARRET si cette tension doit déclencher le signal d’arrêt. Si le signal d’arrêt ne doit pas être déclenché, la variable ARRET sera mise à 0.

limitation du rayon de braquage.

Une des fonctions du gyropode est de s’assurer que le conducteur puisse prendre les virages en toute sécurité quelle que soit la vitesse.

Le constructeur propose trois gammes de vitesse :

 la vitesse d’un homme qui marche : 5 km.h^-1,

 la vitesse d’un homme qui court : 10 km.h^-1,

 la vitesse maximale : 18 km.h^-1.

Comme le véhicule est entraîné par deux moteurs électriques (un par roue), il faut donc créer un différentiel pour prendre les virages.

Le calculateur doit donc gérer les vitesses des deux moteurs à courant continu de 24 V grâce à quatre sorties commandées en MLI (modulation en largeur d’impulsion) et deux ponts en H.

Pont diviseur

de tension

U_BATTERIES DSP

ADCIN2 UADCIN2

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Un calcul mécanique a permis de déterminer la différence maxi de consigne entre les deux moteurs pour un virage (moteur intérieur et moteur extérieur) :

On propose d’élaborer un programme qui va surveiller la consigne de vitesse du gyropode (CV) calculée en faisant la moyenne entre les consignes vitesses des deux moteurs (CG et CD). Selon la gamme de vitesse à laquelle se déplace le gyropode, le programme déterminera ensuite la différence entre les deux consignes (D) et la comparera avec les différences maximales (constantes Dp, Dc, Dw).

Si cette différence D dépasse Dp, Dc ou Dw selon la vitesse du gyropode, le programme devra limiter la vitesse de la roue extérieure afin de respecter le rayon minimal de braquage.

Question 4 : compléter l’organigramme du sous-programme LIMITATION du document réponse n°1 traduisant le fonctionnement de la limitation du rayon de braquage.

Question 5 : écrire en langage C le sous-programme LIMITATION. Les variables Dp, Dc, Dw, D, CG, CD, CV sont déclarées dans le programme principal en integer.

comportement dans une pente en montée.

Dans cette partie, on se propose d’étudier le pilotage d’un moteur électrique lorsque le gyropode est Le schéma de puissance d’un moteur est donné ci-dessous. Le moteur est piloté par un hacheur (pont en H) comprenant 4 interrupteurs Ki constitués d’un transistor IGBT et d’une diode en antiparallèle.

K₁ et K₄ sont reliés par l’intermédiaire d’une interface à la sortie PWM₁ du DSP, K₂ et K₃ à la sortie PWM2 du DSP.

La vitesse du moteur varie de -2000 tr.min^-1 à 2000 tr.min^-1 suivant le sens et la vitesse de déplacement.

Le pont en H permet de piloter la tension VM en appliquant +UBAT ou -UBAT en ajustant  le rapport cyclique des signaux PWM

La modulation d’énergie est périodique de fréquence 10kHz et les interrupteurs requièrent un temps mort (ou délai de sécurité) de 2s. La sortie PWM1 est active au niveau bas. Le DSP est cadencé à 40 MHz.

Question 6 : quel registre permet de faire varier le rapport cyclique  des signaux PWM ?

Question 7 : écrire en assembleur le sous-programme INITEVA réalisant l’activation du module EVA et Dc=10

U_BAT M

V_M

K₁ K₃

K₄

I_M

K₂

IBAT

Dp=6 Dw=19

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Question 8 : tracer sur un même graphe les signaux PWM1, PWM2 et la tension VM pour un rapport cyclique  de 3/4.

Le gyropode surveille, grâce au capteur de courant, l’intensité IBAT fournie par le bloc batterie. La mesure de cette intensité est stockée dans la variable COURANT. On a la relation COURANT = IBAT × 20.

La consigne de vitesse du moteur est stockée dans la variable CD. Pour la marche avant CD est positive et pour la marche arrière CD est négative.

Le fonctionnement est le suivant :

 si l’intensité fournie par le bloc batterie est inférieure à 50A, alors  = 0,5 + CD / 150, CD variant de +75 à -75.

 si l’intensité fournie par le bloc batterie est supérieure à 50A, alors la vitesse du moteur est nulle et on allume une LED STOP reliée à IOPA0. Si IOPA0 = 1 alors la LED éclaire sinon elle est éteinte.

Question 9 : écrire en assembleur le sous-programme INITLED initialisant le port A.

Question 10 : donner l’organigramme du sous-programme VITESSE qui commande la vitesse du moteur en fonction de l’intensité du courant fourni par le bloc batterie et qui allume la LED STOP lorsque l’intensité n’est plus dans l’intervalle requis.

Question 11 : écrire en assembleur le sous-programme VITESSE.

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Exercice 2 : décodage d’adresse.

On donne page suivante le schéma partiel d’une carte 6809. Seuls sont représentés les mémoires et le microprocesseur ainsi que le bus d’adresse.

Question 12 : pour les mémoires MEM1, MEM2, MEM3, MEM4 et MEM5, indiquer la capacité mémoire en bits, la capacité mémoire en kbits et l’organisation en nombre de mots et taille des mots (N mots de M bits). Présenter le résultat sous forme de tableau en précisant les calculs.

Question 13 : Compléter le tableau ci-dessous en indiquant votre démarche sur votre copie : Zone occupée Zone utile (si  zone

occupée)

Zone de recouvrement Adresse

mini

Adresse maxi

Adresse mini

Adresse maxi

Adresse mini

Adresse maxi

Taille occupée

Taille utilisée

(si) MEM1

MEM2 MEM3 MEM4 MEM5

Table de vérité du 74LS138.

Entrées

Sorties

Valid Select

G1

G2A G_2B C B A Y₀ Y₁ Y₂ Y₃ Y₄ Y₅ Y₆ Y₇

0 X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1

X 1 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1

X X 1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1

1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1

1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1

1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1

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39 X1

38 EX2

RESET 37 2 NMI

40 HALT 3 IRQ

4 FIRQ 36 MRDY 33 DMAB

A0 8 A1 9 A2 10 A3 11 A4 12 A5 13 A6 14 A7 15 A8 16 A9 17 A10 18 A11 19 A12 20 A13 21 A14 22 A15 23

D0 31 D1 30 D2 29 D3 28 D4 27 D5 26 D6 25 D7 24

E 34 Q 35 BA 6 BS 5 RW 32 7 VCC

1 VSS

CI1 6809 circuit 40 br

1 A 2 B 3 C

6 G1 4 G2A 5 G2B

Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 VCC 16 GND 8

CI2 74LS138

1 A 2 B 3 C

6 G1 4 G2A 5 G2B

Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 VCC 16 GND 8

CI3 74LS138

10 A0 9 A1 8 A2 7 A3 6 A4 5 A5 4 A6 3 A7 24 A8 25 A9 21 A10 23 A11 2 A12

20 CE 22 OE 27 WE

D011 D112 D213 D315 D416 D517 D618 D719

RDY1

VCC 28 GND 14

MEM2

10 A0 11 A1 12 A2 13 A3 14 A4

15 CE

O11 O22 O33 O44 O55 O66 O77 O89 VCC 16 GND 8

MEM4

10 A0 9 A1 8 A2 7 A3 6 A4 5 A5 4 A6 3 A7 24 A8 25 A9 21 A10 23 A11 2 A12

20 CE 22 OE 27 WE

D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19

RDY1

VCC 28 GND 14

MEM3

8 A0 7 A1 6 A2 5 A3 4 A4 3 A5 2 A6 1 A7 23 A8 22 A9 19 A10

18 CE 20 OE 21 WE

D0 9 D1 10 D2 11 D3 13 D4 14 D5 15 D6 16 D7 17

VCC 24

GND 12

MEM1

5 A0 6 A1 7 A2 4 A3 3 A4 2 A5 1 A6 17 A7 16 A8 15 A9

8 CS 10 WE

D014 D113 D212 D311

VCC 18

GND 9

MEM5

GND Vcc

Vcc

GND A15

A14 A13

A12 A11 A10

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A9 A8 A10

A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A1

A0 A0

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12

A0 A1 A2 A3 A4

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 S2

S3

S5 S1

S4

S5 S3

S2 S1

Bus d’adresse

Carte mémoire 6009

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NOM : PRÉNOM : Document réponse n°1 :

D=Dp

gyropode.

Dp

Dc

Dw

D