Brevet FR2309927A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne les appareils constitués d'opérateurs logiques dont les combinaisons entre-eux permettent d'obtenir une automatisation simulée ou réelle. Parmi les appareils existants, on distingue les simulateurs de grand volume (meuble, pupitre, par exemple) comportant une quantité de fonctions approximativement égale ou inférieure à celle de l'invention. Ce type d'appareil a pour inconvénient le manque de mobilité en plus de leur encombrement. Ils ne peuvent fonctionner sur piles à cause de leurs technologies (transistors, relais et même pneumatique). Les simulateurs de petites dimensions connus ont un nombre et une diversité restreintes de fonctions d'où l'impossibilité de résoudre des automatismes complexes. Ils ne sont pas prévus pour le transport et se présentent généralement sous forme de panneau. Les simulateurs à circuits intégrés connus ne peuvent être appliqués pour l'initiation car ils sont composés de supports où doivent être embrochés des circuits intégrés. Ces appareils nécessitent la connaissance du type et du brochage des circuits, ils présentent des risques d'erreur de cablage (surtout pour l'alimentation). Ils n'ont pas de symbôles logiques permettant une lectrure claire et rapide du logigramme. On trouve sur le marché des simulateurs à réaliser soi-même, ctest-à-dire que chaque fonction se présente sous la forme d'un bloc indépendant. Pour constituer son simulateur, il faut assembler ces divers blocs, souvent par l'intermédiaire d'un support approprié. Ils bénéficient de l'avantage de possèder un simulateur correspondant aux besoins du problème mais ils sont couteux, non portatifs et leur champ d'application est limité sauf si on possède une gamme importante de fonctions (en nombre et en type). L'invention a pour buts de procurer: Un simulateur autonome par une alimentation sur piles (qui n'exclue pas la possibilité d'emploi avec le secteur). Un appareil portatif par ses faibles dimensions (430 x 320 x 120 mm), par sa présentation en malette. Une quantité importante d'opérateurs de façon à réaliser des problèmes complexes. Des opérateurs particuliers utilisés couramment dans les automatismes réelles ce qui permettra l'utilisation du simulateur dans des cas concrets. Un prix de revient par opérateur peu couteux grâce à la quantité importante de ceux-ci. Ces buts ainsi que d'autres buts et avantages ressortiront clairement de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés. Il va de soi que la description et les dessins annexés sont donnés à titre d'exemples et ne limi tent pas l'invention. Dans une malette 1 (FIG. 1, Planche I/3) élégante et solide (genre attachécase) sont fixés trois supports: les supports 2 et 4 sont fixes, le support 3 est mobile autour d'une charnière 5 laissant découvrir le casier à cordons et à piles. Le couvercle 7 de la malette est maintenu en position ouverte par un bras articulé 8. Il possède diverses pochettes 6 pour le rangement des documents. Le panneau 3 (ou FIG. 3, PL. I/3) comporte les organes d'exécution, il comprend: Huit opérateurs "ET" à deux entrées 22 réalisés par deux circuits intégrés TTL "quadruples opérateur s ET à deux entrées-7408-" et cablés sur le circuit imprimé selon la FIG. 5,PL. II/3. Huit opérateur s "NON-ET" à deux entrées 24 réalisés par deux circuits intégrés TTL "quadruples opérateur s NON-ET à deux entrées-7400-" et cablés sur le circuit imprimé selon la FIG. 6, PL. II/3. Huit opérateur s "OU" à deux entrées 25 réalisés par deux "quadruples opérateur OU à deux entrées-7432-" et cablés selon la FIG.7. Huit opérateurs"NI" à deux entrées 27 réalisés par deux "quadruples opérateurs NI à deux entrées-7402-" et cablés selon la FIG. 8. Huit opérateur s "NON" 28 réalisés par deux circuits intégrés TTL "sextuples inverseurs-7404-", dont l'un n'est utilisé qu'aux 2/6, et cablés sur le circuit imprimé selon la FIG. 9. Deux opérateurs "ET" à quatre entrées avec sorties complémentaires 23 réalisés un"double opérateur NON-ET à quatre entrées-7420-" et les 2/6 d'un "sextuple inverseur-7404-" et cablés selon la FIG. 10. Deux opérateurs "OU" à quatre entrées9*'c sorties complémentaires 26 réalisés par un "quadruple opérateur NI à deux entrées-7402-" et un "quadruple opérateur NON-ET à deux entrées-7400-" et cablés selon la FIG. 11. Deux opérateur s "ET-OU-NON" avec sorties complémentaires 29 réalisés par un "double opérateur ET-OU-NON-7451-" et les 2/6 d'un "sextuple inverseur-7404-" et cablés selon la FIG. 12. Un "DEMULTIPLEXEUR" de une voie vers huit (ou Décodeur binaire-décimal à trois bits) 44, réalisé par un circuit intégré TTL "double démultiplexeur-décodeur de deux voies vers quatre-74156-" et cablés sur le circuit imprimé selon les indications du constructeur. Deux opérateurs "MEMOIRES" avec sorties complémentaires, l'une à "Effacement" prioritaire 46, l'autre a "Enregistrement" prioritaire 45, et une "BASCULE? bistable RS" 47. Ces opérateurs sont réalisés par un "quadruple opérateur NON ET à deux entrées-7400-" et un "quadruple opérateur NI à deux entrées-7402-" et cablés selon la FIG. 13. Deux opérateurs "MONOSTABLES" non réarmables à sorties complémentaires 30 donnant pour un front montant à l'entrée (entrée dynamique) un créneau d'une durée variant entre 0,1 et 10 secondes (réglable par une résistance variable), réalisés par deux circuits intégrés TTL "monostables-74121-" et des composants extérieurs, cablés selon la FIG. 14. Ces deux opérateurs "monostables" permettent de réaliser des retards, des temporisations,... ainsi qu'un multivibrateur à fréquence réglable (montage selon la FIG. 15). Deux opérateurs "MONOCOUP" à durée d'impulsion de 0,5 seconde, l'un à front montant 31, l'autre à front descendant 32, réalisés par un demi "quadruple opérateur ET-7408-" et un demi "sextuple inverseur-7404-", cablés sur le circuit imprimé selon la FIG.16 pour le Monocoup 31 et la FIG. 17, pour le 32. Deux opérateurs "A RETARD", l'un provoquant un retard de 1 seconde sur la transition de l'état O vers l'état 1 et un retard de 0,5 s sur la transition de l'état 1 vers l'état O (opérateur 33), l'autre de 0,5 s à la montée et de 1 s à la descente (opérateur 34) donnant ainsi plusieurs possibilités de combinaisons. Ils sont réalisés par un circuit intégré TTL "quadruple trigger de Schmitt74132-", les 2/6 d'un "sextuple inverseur-7404-" et des composants extérieurs, cablés selon la FIG. 18 pour l'opérateur 33 et la FIG. 19 pour le 34. Deux opérateur s "OU EXCLUSIF" 35 et deux opérateurs "EQUIVALENCES" 37 réalisés par un "quadruple OU exclusif-7486-" et les 2/6 d'un sextuple inverseur-7404", cablés selon la FIG. 20, PL. IIIt3. Deux opérateur s "IMPLICATION" 36 réalisés par un demi "quadruple ET à deux entrées-7408-" et les 2/6 d'un 'sextuple inverseur-7404-" cablés selon la FIG. 21. En résumé, pour la réalisation de tous ces opérateurs, il faut vingt trois circuits intégrés TTL: 4 - 7400, 4 - 7402, 4 - 7404, 1 - 7408, 1 - 7420, 2-7432, 2 - 7451, 1 - 7486, 1 - 74156, 2 - 74121 et 1 - 74132. Les opérateurs de ce panneau 3 peuvent se classer en trois groupes: les opérateurs de base (ET 22-23, NON-ET 24, OU 25-26, NI 27=NON 28), les opérateurs complexes (ET-OU-NON 29, DEMULTIPLEXEUR 44,- MEMOIRES 45-46, BASCULE RS 47, MO NOSTABLES 30, MONOCOUP 31-32, A RETARD 33-34 et OU EXCLUSIF 35), les opérateurs pour les mathématiques modernes (EQUIVALENCE 37 et IMPLICATION 36). Le panneau 4 (ou FIG. 4, PL. I/3) comporte les organes de sortie et de puissance, il comprend: Douze voyants de signalisation des niveaux logiques 38 et 41 réalisés par douze diodes électroluminescentes (LED) associés à douze inverseurs à collecteur ouvert (deux circuits intégrés TTL "sextuples inverseurs à collecteur ouvert 7405") et cablés sur le circuit imprimé se trouvant sous le panneau 4 selon la FIG. 22, PL. III/3. Quatre circuits de puissance 39, associés à quatre des douze voyants ci-dessus (voyants 41), réalisés chacun par un "étage suiveur" commandant un transistor qui excite la bobine du relais. Ces quatre suiveurs sont constitués par un cir cuit intégré "quadruple opérateur ET à deux entrées-7408-" suivis de quatre résistances au carbone et de quatre transistors NPN (genre 2N 3415) cablés selon la FIG. 23. Les diodes branchées aux bornes des bobines des relais court-circuitent les courants.d'auto-induction (anti-parasite). Les relais sont d'encombrement réduit, non polarisés, de grand pouvoir de coupure (en alternatif, 250 V 15 A) et ont une faible puissance de commande. Les bornes de l'inverseur 40 des relais sont reliées à des douilles de panneau de diamètre quatre millimètres 43. En résumé, pour la réalisation de ce panneau, il faut trois circuits intégrés TTL: 2 - 7405 et 1 - 7408. Le panneau 2 (ou FIG. 2, PL. I/3) comporte les organes de commande et d'alimentation, il comprend: Huit inverseurs mécaniques: quatre stables à levier 9 et quatre instables à poussoir 10. Ils sont, ou ils simulent, les éléments de commande. Ils sont associés à des. filtres anti-rebonds (parasites dûs aux rebondissements des contacts). Ces huit filtres sont réalisés par des "bascules bistables RS", à partir de quatre circuits intégrés TTL "quadruples opérateurs NON-ET à deux entrées 7400-" et cablés sur le circuit imprimé se trouvant sous le panneau 2 selon la FIG. 24, PL. III/3. Deux douilles de diamètre deux millimètres de niveauxlogiques: l'une reliée à la masse (niveau 0), l'autre au +5 V par l'intermédiaire d'une résistance qui évite les court-circuits (niveau 1). Un générateur 12 de code binaire réfléchi dit "Code Gray" ou de code binaire décimal naturel (sélectionné par l'inverseur 13) dont les combinaisons se succèdent par action manuelle ou automatiquement à la fréquence de 1 hertz (sélection par l'inverseur à trois positions 14). Ce générateur peut servir de compteur grâce à l'entrée 15. Il est constitué de sept sous-ensembles: un multivibrateur 48, un circuit de sélection du mode de comptage 49, un filtre anti-rebonds 50, un compteur 51, un circuit de décodage 52, un circuit de sélection du code 53 et un circuit de signalisation54 (FIG. 25, PL. III/3). Le compteur 51 donne le code binaire décimal naturel qui est commuté directement sur les quatre douilles de sorties et sur le eircuit de signalisation 54, ou par l'intermédiaire du circuit de décodage 52 qui transforme le code naturel en code de Gray. Le choix du code se fait par le circuit 53. Ce compteur 51 est déclenché soit par le multivibrateur 48 (une impulsion par seconde), soit par impulsion manuelle (action sur 14), soit par un dispositif extérieur donnant des impulsions à la douille 15. Le choix de la commande se fait par le circuit 49, suivi d'un filtre anti-rebonds 50. Le multivibrateur est réalisé par deux opérateurs ET-NON à deux entrées, quatre résistance et un codensateur, et cablés selon le schéma classique 48 de la FIG. 25. Le condensateur 55 de 4700 microfarads donne une basse fréquence qui rend obligatoire la résistance de 680 ohms 56. Le circuit de sélection du mode de comptage 49 comprend: un opérateur ET (réalisé par un ET-OU-NON suivi d'un inverseur) dont les deux entrées sont normalement au niveau logique 1; le passage au niveau 0 de la sortie (qui permettra le déclenchement du compteur) est obtenu soit en commutant l'une des entrées sur la masse ou sur le multivibrateur 48 (par le commutateur 14), soit en faisant passer la douille 15 au niveau 1 (laquelle est normalement au niveau O par la résistance 57 de 820 ohms) qui est suiviede l'inverseur 58 la reliant à 1 'opé- rateur ET. Le filtre anti-rebonds 50 est constitué par un différentiateur (générateur d'impulsion sur front descendant), muni d'un dispositif de prépolarisation et de protection (montage 59), et suivi d'un circuit monostable 60 (réalisé deux opérateurs NON-ET et un circuit de charge de capacité). Le compteur 51 est réalisé par un circuit intégré TTL "compteur binaire quatre bits-7493-". Les quatre sorties du compteur donnant le code binaire décimal naturel sont envoyées dans trois opérateur s OU EXCLUSIF qui servent de décodeur et qui donnent le code binaire réfléchi (circuit 52). Le choix du code se fait par des opérateurs ET-OU (réalisés par des ET-OU-NON suivis dtinverseurs) et un commutateur 13 qui permettent de bloquer la porte d'un code et d'autoriser celle de l'autre code, et cela pour les bits de poids 1, 2 et 4 (le poids 8 étant identique dans les deux cas) (circuit 53). Les quatre sorties sont également envoyées sur les douilles de sorties et sur des inverseurs à collecteur ouvert (7405) commandant quatre diodes électroluminescentes (circuit 53). Quatre entrées 11 avec trigger de Schmitt et filtre anti-rebonds permettant d'utiliser des variables extérieures au simulateur, soit à variation lente, grâce au trigger, soit par simple contact mécanique, grâce au filtre anti-rebonds. Ceci est réalisé par un circuit intégré TTL "quadruple trigger de Schmitt à deux entrées-74132-" et un circuit intégré MOS "quadruple opérateur NON-ET à deux entrées-74C00-" et cablés sur le circuit imprimé selon la FIG. 26, PL. 111/3. Pour être insensible aux impulsions séparées de moins de 0,1 seconde, lesvaleurs du montage sont pour la résistance de 100 Kohms et pour la capacité de 0,1 micro farad. . Une alimentation de 5 volts - 1 ampère (FIG. 27, PL. III/3), soit par piles (ou accumulateurs rechargeables), soit par le secteur, réalisés par un transformateur 61 (220 - 6 V), un pont de Graetz 62, une capacité de filtrage 63, ce qui nous donne à la sortie 67 une tension continue mais non régulée (alimentation des relais). Le régulateur 65 (circuit intégré de puissance, genre LM 309 H) stabilise la tension provenant du redressement precédant ou des piles 64 (sélec tion par le commutateur à trois positions stables 16 - la position intermédiaire est l'arrêt -). Un dernier découplage par capacité chimique 66 permet de distribuer le + 5 volts à tous les circuits ( TTL, MOS, LED, ...). Un dispositif de signalisation par LED situés de chaque coté de l'inverseur 16 permet de signaler le mode d'alimentation choisi: voyant 17 - secteur, voyant 18 - piles (FIG. 2, PL. I/3 et FIG. 28, PL. III/3). Ce dispositif teste aussi la bonne valeur de la tension. En effet, grâce au montage de la FIG. 28, si la source de tension choisie est insuffisante, la tension Zéner aux bornes de la diode Zéner 68 ne sera pas atteinte d'où blocage du transistor 69, donc extinction du voyant (17 ou 18, selon la source choisie). Ce montage sert surtout à vérifier l'état des piles. Notons que l'inverseur 16 est du type bipolaire à trois positions stables et à levier. En résumé, pour la réalisation de ce panneau 2, il faut pour le compteur 12 sept circuits intégrés TTL: 1-7400, 2-7451, 1-7493, 1-7486, 1-7404, 1-7405, pour les anti-rebonds des inverseurs 9 et 10: quatre TTL 7400, pour les entrées extérieures 11: un TTL 74132 et un MOS 74C0O, pour l'alimentation: un circuit intégré linéaire LM 309 H, un transformateur 220 - 6 V, un pont de Graetz et divers composants d'usage général. Notons que le régulateur est monté sur un radiateur et qu'il se trouve, ainsi que le transformateur et le circuit imprimé cablant toutes les opérations de ce panneau, dessous celui-ci. Les opérateurs sont représentés sur la face avant du panneau 3 (FIG.1, PL. I/3) par des symbôles logiques d'après la norme NF C 03 - 108 de juillet 1970, les entrées et les sorties de ces opérateurs sont matérialisées par des douilles de panneau de diamètre deux millimètres où viendront se connecter les cordons qui réaliseront le cablage de l'equipeme +. Les panneaux sont en matière isolante ("Altuglass" blanc de quatre millimètres d'épaisseur). La représentation symbôlique est tracée par un procédé de sérigraphie. Les circuits imprimés sur l'arrière des panneaux sont conçus de façon à recevoir les douilles qui y seront directement soudées. Le circuit imprimé du panneau 3 est protégé par une mince feuille d'Altuglass. Dessous cet ensemble mobile cons titué par le panneau 3, son circuit imprimé et sa plaque de protection, se trouvent le casier à cordons et les coupleurs de piles (ou accumulateurs). Pour les circuits intégrés TTL, les entrées non connectées sont normalement au niveau logique 1. Pour des raisons d'utilisations, on peut facilement les mettre au niveau 0 (pour tous ou une partie du simulateur) en plaçant une résistance (820 ohms par exemple) entre l'entrée considérée et la masse. Différents changements et modifications peuvent être apportés à la forme d'exécution décrite ci-avant. Par exemples, le type TTL des circuits intégrés peut-être aisément remplacé par le type MOS (ils sont compatibles), la repré sentation symbolique des opérateurs d'après la norme NF C 03 - 108 peut-être remplacée par un autre type de représentation (mathématique, CETOP, etc), les relais de puissance électromagnétiques peuvent-être remplacés par des relais statiques, etc. Ce simulateur est particulièrement conçu pour l'initiation aux automatismes et aux mathématiques modernes, avec la possibilité de réaliser des problèmes concrets dûe aux entrées par contacts extérieurs avec filtre anti-rebonds, aux circuits de puissance, au nombre important des opérateurs et aux opérateurs complexes. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à essayer ou à réaliser des automatismes, caractérisé par le fait qu'il comporte, outre les opérateurs et éléments classiques, des opérateurs particuliers pour l'application concrète de l'appareil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il possède un générateur donnant le code binaire décimal naturel ou le code de Gray, commandé soit par un multivibrateur TTL à basses fréquences, soit par des impulsions manuelles, soit par un dispositif extérieur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il possède quatre filtres anti-rebonds- avec entrée par trigger de Schmitt permettant des entées à variation lente, réalisés par 15ssociation d'un trigger de Schmitt, d'une ligne à retard et d'un inverseur du type MOS. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte les opérateurs "Implication" et "Equivalence", réalisés parla combinaison de circuits iritégrés TTL, permettant l'utilisation de l'appareil pour les mathématiques modernes. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un dispositif à diodes électroluminescentes commandées par un transistor, lui-même commandé par l'intermédiaire d'une diode zéner, contrôle la tension d'alimentation par un éclairage en tout ou rien.