Version du 31 mars 2021 à 15:50

Introduction

Lors de ce BE nous allons devoir réaliser une clé USB avec une particularité en plus. Nous allons devoir réaliser un PCB (Printed Circuit Board) à l'aide du logiciel Fritzing, souder les composants que nous avons besoin sur une carte et faire un programme pour que notre fonctionnalité marche. Ensuite nous allons faire la clé USB dans les bonnes dimensions et lui fabriquer un boitier.

Idée de la Carte

Première idée

Notre idée principale a été de faire une Clé Minuteur composée de 2 afficheurs à LED 7 segments pour aller de 0 à 99 secondes (on peut aller jusqu'à 3 afficheurs pour couvrir le temps de 0 à 10 min) avec 2 boutons poussoirs, un pour les dizaines de secondes et 1 bouton pour les unités ( nous devons réflechir sur le fait de mettre en pause et lancer le minuteur et enfin une petite LED et un buzzer pour montrer la fin du minuteur.

Mise en commun & solution pour une carte

En discutant avec d'autres groupes qui utilisent des afficheurs et les professeurs, nous avons décidé d'utiliser 3 afficheurs 7 segments par soucis de stock d'afficheurs au sein de l'école.

M. Redon et M. Boé nous ont donc proposé de faire une carte externe qui contiendra les afficheurs, que nous pourrions connecter à chacune des cartes contenant le programme de la clé (dans notre cas: nous connecterons la carte d'afficheur sur notre carte "minuteur")

Idée finale

Par la suite, nous sommes dont partis pour une carte avec 3 afficheurs et 3 boutons: un pour les secondes, un pour les minutes et un autre pour démarrer, mettre en pause et arrêter le minuteur.

Nos recherches

Nous nous sommes documentés sur le fonctionnement de composants comme les afficheurs 7 segments que nous utilisons,

référence

Celui-ci est composé de 5 connections de chaque côté, cet afficheur est un afficheur à anode commune (3 et 8)

La carte "afficheurs" va être composée 5 broches en haut (respectivement Afficheur 1 / Afficheur 2 / Afficheur 3 / +5V / GND) et de 8 broches en bas (respectivement A / B / C / D / E / F / G / DP) La distance entre les deux lignes de broche est de 12 broches

Les afficheurs auront 3 transistors (pour les Afficheurs) et 8 résistances (pour les lettres A,B,..,DP)

Au tout départ, nous voulions commencer le "Schematic" sur le logiciel Fritzing cependant, il fallait tout d'abord se renseigner sur les composants.

C'est pourquoi nous nous sommes renseigné sur le fonctionnement d'un transistor et nous avons remarqué qu'il en existait 2 sortes, les PNP et les NPN, la différence entre les deux correspond au fait que pour les PNP le courant va de l'émetteur vers la base et le collecteur est relié au GND tandis que pour un NPN le courant va de la base vers l'émetteur et le collecteur est relié à l'alimentation.

Lors de la conception de notre carte, nous avons utilisé le microprocesseur "ATTiny 84".

AtTiny84

Ce microprocesseur possède 14 broches, les broches 1 et 14 sont respectivement l'alimentation et la masse. Il faut donc utiliser les 12 autres broches pour contrôler nos composants électroniques. Cependant nous avons besoin de 3 broches pour les transistors, 8 broches pour les LED des afficheurs (7 segments + le point) mais aussi 3 broches pour les boutons ( et possiblement une supplémentaire pour rajouter un buzzer et/ou une led pour indiquer la fin du minuteur). la solution : sacrifier l'affichage du point et l'utilisation de 2 boutons au lieu de 3.

Première carte

Frtizing

En commençant à faire notre dé électronique sur Fritzing, nous étions partis pour faire la carte avec les afficheurs, mais il nous suffisait de faire simplement notre schematic avec notre fonction minuteur et à représenter les connecteurs présents sur la carte pour qu'on puisse l'emboiter avec la carte "afficheurs".

Notre problème était le manque de broche pour tout nos composants. On nous avait donc conseillé d'enlever un bouton de notre carte et d'enleverde ne pas utiliser le point de l'afficheur. Nous avons donc eu l'idée de faire un pont de résistance pour notre carte ce qui nous a permi de garder un 3ème bouton et de mettre un buzzer pour marquer la fin du minuteur.

Voici à quoi ressemble notre Schematin et notre PCB:

Après cela,nous avons pu imprimer notre carte:

Soudure

Lors de la séance du 4 Février nous avons découvert la soudure et nous avons pu commencer a souder les composants. Il a fallut a plusieurs reprise resouder certains composants car nous nous sommes apercus par la suite, quand nous commencions la programation, que cela ne marchait pas. Nous avons donc fait des test avec un multimètre pour voir si le courant passait et nous avons vu qu'un bouton et une résistance n'avait pas assez d'étain pour que le courant puisse passer.

Voici donc notre carte soudée:

Code arduino

// si le minuteur se décompte alors l'état vaut 1, 0 sinon
char etatMinuteur = 0;
// nombre de 0 à 959, les centaines sont les minutes, les dizaines sont les dizaines de secondes et les unités sont les secondes
int affichage = 0;
// variable qui permet de stocker le temps depuis une action précédente
unsigned long ancienTemps = 0;
// intervalle entre chaque décompte (1000 ms)
long intervalle = 1000;
//variable qui stocke le fait d'avoir appuyer ou non sur un minuteur (permet de faire une unique incrémentaion de la variable affichage par appui)
char prevSwitchState=0;
//variable allant de 0 à 2 indiquant quel transistor prendre en charge
char transis =0;
//Chiffre à afficher
char chiffre;
// tableau regroupant sous format d'octet les led à allumer sur les afficheurs pour former chaque chiffre (ex : tab[4] donne le chiffre 4
unsigned char tab[] = {0x37, 0x06, 0x63, 0x67, 0x56, 0x75, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x77 };

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  //Les pins 9 à 11 sont ceux reliés aux transistors
  for( char pin= 9; pin<12; pin++){
    pinMode(pin,OUTPUT);
    digitalWrite(pin,HIGH);
  }
  //Les pins 1 à 7 sont ceux reliés aux afficheurs
  for( char pin=1; pin<8; pin++){
    pinMode(pin,OUTPUT);
    digitalWrite(pin,HIGH);
  }

}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  //On stocke la tension de notre pont
  int valeurPont = analogRead(0);
  //Instruction qui s'effectue si le minuteur n'est pas en marche et qui s'effectue une fois par appuis de boutons 
  if (etatMinuteur==0 && prevSwitchState==0){
    //interprétation de la valeur du pont pour savoir sur quel bouton on a appuyé
    // ici on gère les minutes
    if (valeurPont >= 700 && valeurPont<= 750){
      if(affichage<900){
        affichage+=100;
      }
      //retour à 0 après 9
      else{
        affichage-=900;
      }
      prevSwitchState=1;
    }
    //gestion des secondes
    if(valeurPont>=800 && valeurPont<=850){
      //retour à 0 après 59
      if (affichage%100 == 59){
        affichage-=59;
      }
      else{
        affichage+=1;
      }
      prevSwitchState=1;
    }
    //mise en marche du minuteur
    if (valeurPont>=500 && valeurPont<=550){
      etatMinuteur+=1;
      etatMinuteur=etatMinuteur%2;
      ancienTemps = millis();
      prevSwitchState=1;
    }
  }
  else if(etatMinuteur==1 && prevSwitchState==0){
    unsigned long tempsActuel=millis();
    //On compare le temps actuel avec l'ancien temps stocké pour voir si on a depassé 1 seconde et agir en conséquence
    if(tempsActuel - ancienTemps > intervalle){
      ancienTemps = tempsActuel;
      if(affichage%100 == 0){
        affichage-=41;
      }
      else{
        affichage-=1;
      }
    }
    //mise en pause du minuteur
    if (valeurPont>=500 && valeurPont<=550){
      etatMinuteur+=1;
      etatMinuteur=etatMinuteur%2;
      ancienTemps = millis();
      prevSwitchState=1;
    }
    //si le décompte est fini le buzzer se met à bipper pendant 5 secondes
    if(affichage==0){
      etatMinuteur=0;
      for(char x = 0; x<10; x++){
        tone(8,440,250);
        delay(250);
      }
    }
    
  }
  //chiffre à afficher en fonction du transistor actuel
  switch(transis){
    case 2:
    //chiffre des dizaines de secondes
    chiffre = (affichage%100)/10;
    break;
    case 0:
    //chiffre des secondes
    chiffre = affichage%10;
    break;
    case 1:
    //chiffre des minutes
    chiffre = affichage/100;
    break;
  }
  transis= (transis+1)%3;
  //si la tension du pont est maximal alors aucun bouton n'a été pressé
  if(valeurPont >1000){
    prevSwitchState=0;
  }
  // On refait passer tous les pins à l'état high
  
  for( char pin= 9; pin<12; pin++){
    pinMode(pin,OUTPUT);
    digitalWrite(pin,HIGH);
  }
  
  for( char pin=1; pin<8; pin++){
    pinMode(pin,OUTPUT);
    digitalWrite(pin,HIGH);
  }
  
  //gestion des pin à allumer pour afficher le chiffre
  unsigned char decal= 0x01;
  for( char i = 1; i<8; i++){
    if ((tab[chiffre] & decal )>0){
      digitalWrite(i,LOW);
      digitalWrite(9+transis,LOW);
    }
    decal <<= 1;
    
  }
}

Programmation de la carte

La carte étant enfin soudée, nous avons pu tester avec un Arduino UNO

Chronologie

18 Janvier

Idée principale: clé minuteur (2 afficheurs à led 7 segments, 2 boutons poussoirs, une led et un buzzer)

2 afficheurs pour aller de 0 à 99 secondes (à voir pour en rajouter un 3eme et couvrir le temps de 0 à 10 min)

1 bouton pour les dizaines de secondes et 1 bouton pour les unités

réfléchir pour mettre en pause et lancer le minuteur

==21 Janvier

Lors de cette séance, nous nous sommes documentés sur comment fonctionne un microprocsseur et un afficheur 7 segments. Nous voulions commencer le "Schematic" sur l'outil Fritzing mais nous ne savons pas qu'elle était la référence de l'afficheur. Après avoir vu le matériel dont disponait Polytech, nous avons convenu avec les professeurs et 2 autres groupes qui utilisent aussi l'afficheur 7 segments que nous partions sur 3 afficheurs 7 segments car ayant pas assez d'afficheurs pour tout le monde.

M. Redon et M. Boé nous ont donc proposé de faire une carte externe qui contiendra les afficheurs, que nous pourrions connecter à chacune des cartes contenant le programme de la clé ( dans notre cas: nous connecterons la carte d'afficheur sur notre carte "minuteur")

Ce "problème" nous a permis d'en savoir plus sur l'afficheur 7 segments:

référence

Celui-ci est composé de 5 connections de chaque coté, cet afficheur est un afficheur à anode commune (3 et 8)

La carte "afficheurs" va être composée 5 broches en haut ( respectivement Afficheur 1 / Afficheur 2 / Afficheur 3 / +5V / GND ) et de 8 broches en bas (respectivement A / B / C / D / E / F / G / DP) La distance entre les deux lignes de broche est de 12 broches (voir capture écran Fritzing)

Les afficheurs auront 3 transistors (pour les Afficheurs) et 8 résistances (pour les lettres A,B,..,DP)

25 Janvier

Suite de la réalisation du dé électronique sur Fritzing. Nous pensions qu'il fallait aussi incorporer les éléments qui seront présents sur la carte secondaire mais en fait il suffit juste de représenter les connecteurs présents sur cette dernière. Nous nous étions alors renseigné sur le fonctionnement d'un transistor et nous avons remarqué qu'il en existait 2 sortes, les PNP et les NPN, la différence entre les deux correspond au fait que pour les PNP le courant va de l'émetteur vers la base et le collecteur est relié au GND tandis que pour un NPN le courant va de la base vers l'émetteur et le collecteur est relié à l'alimentation.

AtTiny84

De plus pour ce premier dé électronique nous utiliserons l'ATTiny84 comme micro-controleur. Ce dernier possède 14 broches, les broches 1 et 14 sont respectivement l'alimentation et la masse. Il faut donc utiliser les 12 autres broches pour contrôler nos composants électroniques. Cependant nous avons besoin de 3 broches pour les transistors, 8 broches pour les led des afficheurs (7 segments + le point) mais aussi 3 broches pour les boutons ( et possiblement une supplémentaire pour rajouter un buzzer et/ou une led pour indiquer la fin du minuteur). la solution : sacrifier l'affichage du point et l'utilisation de 2 boutons au lieu de 3.

28 Janvier

Nous avons opté pour un pont de résistance pour notre carte ce qui nous permet de garder un 3e bouton et un buzzer pour la fin du minuteur.

Nous avons également réalisé le Schematic et le PCB.

1er Février

Impression du circuit et début de recherche d'un programme.

4 Février

Découverte de la soudure sur la carte, nous avons commencé le programme

8 Février

Nous avons finis de souder la carte et nous avons testé notre carte avec un Arduino UNO pour voir si notre carte fonctionnait.

11 Février

Nous avons fait vérifier notre programme. Nous n'avons pas pour l'instant d'afficheurs donc nous allons créer un mini programme pour tester si nos boutons fonctionnent.

15 Février

Nous avons commencé à faire le "Schematic" de la clé usb

18 Février

11 Mars

Lors de cette séance on a continuer le PCB de la clé usb final. Pour cela on a du déplacer certains éléments pour pouvoir faire passer le connexions de plus on manquera de place du coup on va devoir agrandir notre PCB . Sinon toutes les connexions ont été réalisées, il suffit juste de les rendre un peu plus belle et agrandir la surface du PCB

Média:Cle_binome10.zip

15 Mars

Lors de cette séance nous avons réarranger les fils pour pas qu'ils se chevauchent, nous avons commencé a faire le nouveau PCB car notre carte dépasse par rapport aux PCB de base à cause des afficheurs.

18 Mars

Pendant cette séance nous avons remarqué que des defauts de fils qui se chevauchent n'avaient pas été vu par le logiciel lundi dernier, nous avons donc fini de bien placer les fils dans le PCB et nous avons arrangés les noms des pièces pour que ces noms soient gravés sur la carte. De plus, nous nous sommes rendu compte que l'ICSP n'était pas conforme à celui que nous avions de base, un via était relié à la fois au GND et à la fois au RTN. Nous avons réussi a régler ce problème et a bien refaire apparaître le ICSP sur notre carte

Voici le PCB fini :

Média:cle_binome10_fini.zip

22 Mars

Pendant cette séance, nous avons le socle pour la pile sur la nouvelle carte. Nous avons essayé de faire un programme pour savoir quel pin allume quel segment de l'afficheur.

25 Mars

utiliser seulement la premiere memoire pour l'initalisation , recevoir des blocs de 512 octets mais on peut les stocker que dans des blocs de 256 adapter les programmes read et write 2bloxkadress+2i pour aller dans le 1er bloc

2blockadress +2i+1 pour aller dans le 2 eme bloc

Carte (re)commandée

La carte a été modifiée pour intégrer un connecteur ICSP classique plus facile à utiliser pour la programmation de l'ATMega16u2. Le nouveau fichier Fritzing : Fichier:2021ClefLucasEstelle.zip.