Catégorie : Électronique

Proteus est un logiciel de création de circuit imprimé, il se compose de deux volets :

ISIS pour la réalisation du schéma électrique : on choisit les composants selon leur référence dans une bibliothèque puis on dessine le circuit voulu, ici une carte Arduino Uno et des composants passifs :

ARES pour la réalisation du typon : quand le circuit est dessiné sur ISIS, on bascule sur ARES. Le schéma est déjà relié (routé) mais il faut choisir parmi les boîtiers proposés, traversants ou CMS. Par ailleurs, on peut :

• Dimensionner les pistes de cuivre en fonction du courant que l’on veut faire passer, plus le courant sera important, plus la piste devra être large.
• Utiliser des straps, c’est à dire des résistances zéro ohm pour « enjamber » une piste de cuivre.
• Changer la taille des pastilles de cuivre pour rendre l’étape de soudage plus aisée.

Enfin, on imprime le typon. Pour un meilleur rendu, utiliser une imprimante à jet d’encre sur du papier plastique transparent (du même type que celui utilisé avec un rétroprojecteur). Dans le cas d’un circuit traversant, ne pas oublier d’inverser le schéma du typon en miroir.

Un circuit imprimé (CI) est une plaque en époxy (une sorte de résine) où sont gravées des pistes en cuivre qui permettent la circulation du courant entre les composants montés dessus.

La réalisation d’un circuit imprimé est une étape qui peut être longue et complexe, elle demande une phase de conception (réalisation du typon) et de fabrication (à l’aide d’un matériel approprié). On retrouve deux type de composants sur un CI :

• Les composants traversants : ces composants sont insérés dans des trous de différent diamètre (selon l’épaisseur des pattes) percés dans le CI, on les soude sur la face opposés. L’avantage est la facilité de soudure car les pastilles de cuivre de ces composants sont plus espacées, l’inconvénient est qu’il faut percer des trous. C’est toutefois c’est l’idéal pour débuter.
• Les composants CMS (Composant Montés en Surface) : ces composants sont directement posés et soudés sur le CI, la soudure se fait sur la même face que le composant. L’avantage est qu’ils sont plus petit, on peut donc en mettre plus sur le même CI qu’avec des composants traversants, ce qui peut être aussi un inconvénient car les pattes peuvent très proche (jusqu’à 0.5 mm), et donc difficiles à souder.

Beaucoup de composant générique (résistances, condensateurs, transistors, etc…) ont une version traversante et une version CMS. On peut même faire un mélange des deux sur un même CI : des composants traversants avec des composants montés en surface.

Enfin il existe aussi des CI avec des pistes de cuivre des deux côtés, mais cela reste compliqué à produire artisanalement car il faut quelle soient positionnées exactement au même endroit pour qu’elles puissent communiquer.

Maintenant que le typon est imprimé, trois étapes vont suivre :

• Insolation de la plaque en époxy photosensible
• Révélation de la plaque
• Gravure et perçage de la plaque
• Soudure

Insolation

On utilise une plaque en époxy photosensible dimensionnée pour le typon que l’on souhaite utiliser, puis on vient la placer dans l’insoleuse, sur ce typon. Les rayons UV brûlent la partie non protégée (partie transparente) et laisse intacte la partie protégée (partie opaque), le temps d’exposition varie en fonction de l’insoleuse et du type d’époxy photosensible, il faut faire plusieurs essais pour déterminer la durée idéale.

Révélation

Pour enlever les parties « brûlées » par l’isoleuse, un utilise un révélateur : c’est une poudre blanche que l’on vient diluer dans de l’eau (le processus est plus rapide si le mélange est tiède). On plonge pendant quelques dizaines de secondes le CI insolé, puis on voit apparaître plus distinctement les pistes : la partie exposée aux UV a été dissoute par le révélateur.

Gravure

On utilise une graveuse : c’est un bac transparent (pour mieux suivre l’évolution de la gravure) où est versé le liquide de gravure, qui peut être soit du perchlorure de fer (couleur jaune-orangée) ou du persulfate de sodium (transparent). Le CI à graver est plongé dans le liquide, accroché à un fil.

Pour accélérer le processus, la graveuse est souvent livrée avec une résistance qui permet de chauffer le liquide de gravure, ainsi qu’une machine à bulle pour mieux le faire circuler.

Après quelque minutes, les surfaces de cuivre insolées (non-protégées) sont dissoutes par le liquide de gravure. Si on utilise du perchlorure de sodium, la solution prend un couleur bleutée. On peut laisser sécher et nettoyer le CI avec un chiffon imbibé d’acétone.

Dans le cas de composants traversants, percer les trous en privilégiant une perceuse à colonne à rotation rapide pour éviter les bavures.

Soudure

On place sur le CI le composant que l’on souhaiter souder. Dans le cas d’un composant traversant, on chauffe bien la pastille de cuivre et la patte du composant puis on met en contact un brin d’étain, la patte doit être bien prise dans un fin cône d’étain.

Pour un composant CMS, si deux pattes sont trop rapprochées, on peut par mégarde les souder entre elles. Pour résoudre ce problème on peut utiliser quelques gouttes de flux de soudure, un liquide qui contraint l’étain à se poser sur le cuivre pour bien séparer les soudures.

Enfin que pompe à déssouder permet s’aspirer un surplus d’étain sur le CI.

La famille des PIC32 est la plus récente et la plus puissante (les autres étant les PIC16 et les PIC24), ses microcontrôleurs possèdent entre autre un jeux d’instruction sur 32 bits.

Seulement quelques versions de la famille PIC32 se présentent sous la forme d’un boîtier DIP muni de 28 broches, ce qui permet de les tester facilement sur une plaque d’essai (breadboard). Les autres sont des boîtiers TQFP comprenant 64 ou 100 broches, qui sont soudés en CMS (composant monté en surface, donc non-traversant) sur un adaptateur pour les utiliser, ce qui est souvent une aventure au vu du faible écart entre les broches.

On programme un PIC avec un PICKit 3, c’est un boîtier rouge muni d’un câble USB relié au PC et de 6 fils reliés au broches du microcontrôleur. Le transfert des données de l’ordinateur vers le PIC de fait par ICSP (In-Circuit Serial Programming) : les données du programme sont poussées dans la mémoire ROM.

Comme toute connexion série, il y a une broche pour les données (PGED) et une broche pour l’horloge (PGEC), le PIC a aussi besoin d’être alimenté via ses broches AVSS (GND) et AVDD (+3.3V). Enfin, ne pas oublier d’ajouter quelques composants passifs autour du microcontrôleur : un condensateur céramique (10uF) et une résistance de pull-up (10K).

Le programme est codé sur MPLAB X IDE en C++, il est possible d’utiliser des breakpoints pour déboger plus finement le code. Une fois la compilation effectuée (et sans erreurs), il ne reste plus qu’à le transférer le programme sur le PIC.

La Raspberry Pi est un micro-ordinateur de la taille d’une carte de crédit, bon marché, tournant sous Linux, avec une distribution nommée… Raspbian. Elle embarque le strict nécessaire pour communiquer : port Ethernet, ports USB, sortie vidéo HDMI, sortie audio jack et alimentation par micro USB, et pour fonctionner : mémoire vive, et mémoire morte sur une carte SD.

Contrairement aux cartes Arduino, on ne la programme pas via un port USB mais avec le port Ethernet via un liaison SSH. Pour la première utilisation : installer une distribution Raspbian sur une carte SD, insérer la carte dans la Raspberry Pi, puis la mettre sous tension.

Après avoir passé la barre des lignes de commandes sous linux, les domaines d’utilisation sont très nombreux : serveur WEB, serveur NAS, domotique avec l’utilisation des broches E/S (GPIO), systèmes embarqués, IOT et même de l’émulation de jeux vidéos (Recalbox, RetroPie). Il n’y a qu’a voir le foisonnement de projets DIY disponibles sur Internet.

Toutefois cela reste un outil de prototypage qui n’est pas adapté à une production de biens à grande échelle dû à son coût unitaire élevé.

Il y existe aussi des clones de la Raspberry Pi comme l’Orange Pi, production chinoise, moins chère et plus puissante que sa cousine, mais ne fédérant pas une aussi forte communauté autour d’elle.

Les cartes Arduino sont facilement reconnaissables par leur couleur bleue et arborent fièrement la mention made in Italy avec en prime un motif de la botte italienne. Contrairement aux microcontrôleurs PIC, elles intègrent la puce ET tous les composants autour : liaison série (UART) par USB, broches 2.54 mm à brancher sur une breadboard (plaque d’essai), et quelques composants passifs (résistances, condensateurs). À ces composants de base s’ajoutent des spécificités sur certaines cartes, par exemple un module WiFi et un port Ethernet sur l’Arduino Yún. Elle disposent de nombreuses E/S digitales, d’entrées analogiques munies d’un convertisseur CAN (Convertisseur Analogique Numérique) et sorties analogiques PWM (Pulse Width Modulation, Modulation par Largeur d’Impulsion en français).

Pour faire du prototypage, des projets DIY (Do It Yourself) ou alors pour commencer en électronique et en programmation, les cartes Arduino sont tout simplement le meilleur choix possible : la documentation est claire et la section playground du site officiel présente des fonctionnalités avancées basées sur des projet DIY existants.

L’environnement de développement dédié (Arduino IDE) est aussi très bien fait : on branche la carte à l’ordinateur par USB, on sélectionne le modèle de la carte, et il n’y a plus qu’à commencer à coder. La langage de programmation est le C/C++, on a accès à une console pour le débogage et un terminal pour la liaison série, pratique pour afficher en temps réel le contenu d’une variable. Tout projet s’articule autour de deux fonctions principales : setup() qui ne s’exécute qu’une seule fois au début du programme, et loop() qui n’est rien d’autre qu’une boucle infinie.

Au delà du modèle de base (Arduino Uno), ils existe une dizaine de type de cartes, tout dépend sur quel type de projet on veux travailler : si l’on veut beaucoup d’E/S, utiliser l’Arduino MEGA; pour de la puissance, utiliser l’Arduino Zéro.

Pour une mise en production à petite échelle, l’Arduino Pro Mini conviendra parfaitement : petit prix (moins de 2 euros), mais à ce tarif là le port série pour flasher le programme dans la ROM de sera pas inclu, il faudra utiliser un composant UART extérieur.

De nombreuses cartes non-Arduino utilisent d’IDE d’Arduino, le plus connu est le NodeMCU, embarquant un ESP8266 : c’est l’outil idéal pour les projet IOT avec sa puce WIFI intégrée. La carte Teensy 3.2 quant à elle convient aux projets réclamant davantage de puissance grâce à son processeur 32 bits.

Mais qui fait la force d’Arduino, c’est l’importante communauté que le projet fédère, ainsi que ses nombreuses librairies téléchargeables directement depuis l’IDE.