Brevet FR2662315A1 — publié le 19911122

i La présente invention concerne un circuit de modulation de largeur d'impulsions comportant un micro- processeur qui engendre un signal de commande pour un commutateur électronique qui présente un rapport d'impul- sion à déterminer librement par le microprocesseur Par microprocesseur on entend ici aussi un micro-ordinateur. Les microprocesseurs sont utilisés pour commander les fonctions les plus diverses de dispositifs Ils sont utilisés par exemple aussi pour les machines à laver. Lorsque ces dispositifs comportent un récepteur alimenté en courant continu, par exemple un moteur à courant continu, sa puissance, par exemple sa vitesse de rota- tion, doit être commandée par l'intermédiaire d'un commutateur électronique Le commutateur électronique est commandé alors par un signal de commande qui se répète cycliquement et présente un rapport d'impulsion déter- miné Celui-ci représente le rapport entre la durée d'impulsion et la pause d'impulsion d'une période Le rapport d'impulsion est engendré par un modulateur de largeur d'impulsions. Si le modulateur de largeur d'impulsions doit être commandé par un microprocesseur, on utilise N cet effet, suivant l'état de la technique, un modulateur de largeur d'impulsions connu fonctionnant de manière analogique qui engendre un rapport d'impulsion du signal de commande, correspondant a la valeur de sa tension d'entrée respective Pour pouvoir commander ce modulateur de largeur d'impulsions par un microprocesseur, il convient de monter un convertisseur numérique/analogique entre le microprocesseur et le modulateur de largeur d'impulsions Ceci est complexe du point de vue de la technique des circuits S'il n'est pas prévu une conver- sion série/parallèle qui augmente encore la complexité, n sorties du microprocesseur sont alors occupées Plus n augmente, plus le rapport d'impulsion souhaité doit pouvoir être réglé en paliers fins Ces sorties du microprocesseur ne sont plus alors disponibles pour d'autres tâches, ce qui constitue un inconvénient. Il serait possible aussi de produire directement le signal modulé en largeur d'impulsions t l'une des sorties du micro-ordinateur, par son logiciel Mais ceci a pour conséquence une grande occupation du micro-ordina- teur dans le temps Ce temps n'est donc plus disponible pour d'autres tâches En outre, la fréquence maximale qui peut ainsi être obtenue du signal de sortie modulé en largeur d'impulsions, est relativement faible. L'invention a pour but de proposer un circuit de modulation de largeur d'impulsions du type précité qui soit de construction simple sur le plan de la technique des circuits. Ce but est atteint dans une première solution suivant l'invention en ce que le signal de sortie du microprocesseur est une succession, correspondant à la durée d'impulsion du rapport d'impulsion, de signaux H et une succession de signaux L, correspondant à la pause d'impulsion du rapport d'impulsion A l'une des sorties du microprocesseur, en ce que ce signal de sortie est lu à une entrée série d'un registre (t décalage, dans celui-ci et î son rythme, en ce que la succession des signaux tourne dans le registre 1 décalage jusqu'h ce que le signal de sortie varie et en ce que le signal de commande se trouve à une sortie série du registre On décalage. Ce circuit est techniquement simple et convient aussi ai une intégration avec le composant du microproces- seur Il fonctionne avec un registre à décalage du commerce Un autre avantage de ce circuit réside dans le fait qu'il occupe au plus deux sorties du microprocesseur pour la transmission de l'information du signal de sortie au registre à décalage Les autres sorties du micropro- cesseur restent ainsi disponibles pour d'autres tâches de commande Le fonctionnement en continu du registre & décalage permet aussi d'obtenir que le microprocesseur ne soit pas contraint de fournir en permanence le signal de sortie correspondant au rapport d'impulsion respectif Il suffit qu'il envoie au registre à décalage un signal de sortie modifié. Dans le cas le plus simple, la fréquence de décalage du registre à, décalage et la fréquence de rythme du microprocesseur peuvent être les mêmes Mais il est possible aussi de faire en sorte que la fréquence du registre à décalage soit différente de la fréquence de rythme du microprocesseur Il est avantageux dans ce cas que la fréquence du registre à décalage soit supérieure à la fréquence de rythme du microprocesseur. Une deuxième solution au problème posé se carac- térise par le fait que le signal de sortie est un nombre binaire, correspondant à la durée d'impulsion du rapport d'impulsion N sorties du microprocesseur, en ce que ce signal de sortie est appliqué aux N premières entrées de données d'un comparateur numérique, en ce qu'aux n deuxièmes entrées de données du comparateur, se trouve un compteur binaire qui, en fonction de la période du signal de commande, compte de manière cyclique et en ce que le comparateur commute a sa sortie d'un niveau H à un niveau L, lorsque le nombre indiqué au compteur est égal au nombre binaire Z du microprocesseur. La constitution de ce circuit est également simple techniquement Plusieurs sorties du microproces- seur sont toutefois occupées ici Il est avantageux que la fréquence de comptage du compteur puisse être choisie de façon totalement indépendante de la fréquence de rythme du microprocesseur, sans que ceci se répercute défavorablement sur le signal de commande Il est intéres- sant aussi que la charge du microprocesseur en ce qui concerne le logiciel soit réduite & un minimum. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'in- vention sont représentés, à titre d'exemples non limita- tifs, aux dessins annexés. La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un circuit de modulation de largeur d'impulsions dans un mécanisme d'entraînement de machine à laver, à vitesse variable, avec moteur universel à courant continu, la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un circuit de modulation de largeur d'impulsions, la figure 3 est un diagramme en fonction du temps, la figure 4 représente un circuit semblable à- celui de la figure 2, la figure 5 représente un autre circuit semblable à celui de la figure 2 et la figure 6 représente un autre circuit de modulation de largeur d'impulsions. Selon la figure 1, un moteur universel & courant continu 1 est raccordé au réseau domestique 220 V, par un bloc secteur redresseur 2 Un commutateur électronique 3 est monté en série avec le moteur 1 Ce commutateur est formé par exemple par un transistor à effet de champ Si le signal de commande est à un potentiel positif & sa connexion de commande 4, le moteur 1 tourne Si le signal de commande est au potentiel 0, le courant du moteur est interrompu Une diode de roue libre 5 est montée en parallèle au moteur 1. Le signal de commande à_ la connexion de commande 4 est produit par un circuit de modulation de largeur d'impulsions 6 Ce circuit est constitué d'un registre à_ décalage 10 et d'un microprocesseur ou micro-ordinateur 7 A celui-ci sont raccordés un sélecteur de programme 8 et un générateur tachymétrique 9 commandé par le moteur 1 D'autres organes d'entrée qui sont raccordés au microprocesseur 7 et d'autres groupes, commandés par le microprocesseur 7, ne sont pas représentés. Le circuit de modulation de largeur d'impulsions 6 selon les figures 2 F 5 comporte le registre à décalage Sa sortie série Il est raccordée à la connexion de commande 4. Une première entrée de données 12 série du registre à décalage 10 est raccordée à une sortie de données 13 unique du microprocesseur 7 Le microproces- seur 7 est conçu de telle sorte qu'il se produise 'A sa sortie de données 13 un flux de données qui se compose d'une succession de N signaux H " 1 " et d'une succession de (k-N) signaux L fl Ot, Dans ce cas, N se situe entre zéro et k Le registre à décalage 10 est un registre à décalage: kbits. La figure 3 a représente à titre d'exemple un flux de données de ce type La figure 3 b montre le signal de commande correspondant à la sortie 11 ou; la connexion de commande 4 Le rapport d'impulsion (Te/Ta) est dans cet exemple légèrement supérieur à 1 Pour régler un rapport d'impulsion supérieur, le microprocesseur 7 délivre un nombre supérieur de signaux " 1 " et un nombre inférieur de signaux " 1 O'n et inversement. Le registre à décalage 10 fonctionne avec un rythme de décalage Celui-ci s'applique h son entrée de rythme 14 Les impulsions de rythme ont chacune la longueur tc L'entrée de rythme 14 est reliée dans les exemples de réalisation selon les figures 2 à 5, & une sortie de rythme 15 du microprocesseur 7 Elle peut aussi être directement reliée à un générateur de rythme, déterminant le rythme du microprocesseur 7. La fréquence de signal fc du flux de données est de préférence égale à l/ktc, à la sortie de données 13 du microprocesseur 7 On a alors la garantie que le flux de données selon la figure 3 a se présente il la sortie 11 sous la forme d'un niveau de durée d'impulsion Te et de pause d'impulsion Ta uniformes. Selon le nombre N de signaux " 111 et le nombre k N de signaux "O", il s'établit à la sortie 11, un rapport d'impulsion compris entre O et 100 %, en pas de 100/k %. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le registre >â décalage 10 comporte une entrée de sélection 16 et une deuxième entrée de données 17 série qui est reliée a la sortie 11, par une ligne de rétroaction 18. Le signal à l'entrée de sélection 16 détermine si le registre à décalage 10 fait l'objet d'une nouvelle lecture par la première entrée de données 12 ou si son contenu passe par la deuxième entrée de données 17. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, l'entrée de sélection 16 est raccordée à-une sortie de commande 19, servant de deuxième sortie de données du microprocesseur 7. L'enregistrement du flux de données respectif, constitué des successions " 1 " et des successions "" (voir figure 3 a) et le fonctionnement continu, se dérou- lent à peu près de la façon suivante: la sortie de commande 19 commande l'entrée de sélection 16 du registre à décalage 10 de manière que sa première entrée de données 12 soit opérante et donc que la succession " 1 " soit lue dans le registre à décalage Après N rythmes de décalage, la sortie de données 13 commute sur " O " Ensuite, après déroulement de k rythmes de décalage, la sortie de commande 19 du microprocesseur 7 fait passer le registre A décalage 10 sur la deuxième entrée de données 17, ce qui fait que le contenu du registre L décalage 10 tourne en permanence au rythme de décalage Le rapport d'impulsion à_ la sortie 11 reste ainsi inchangé. Dans le cas d'une variation-du rapport d'impul- sion voulue par le microprocesseur 7, celui-ci commute le registre décalage 10, par l'intermédiaire de sa sortie de commande 19, de manière que le registre reçoive les successions " 1 "/" 0 " modifiées, par sa première entrée de données 12. Si le registre décalage 10 ne possède qu'une seule entrée de données 12, la commande de commutation peut s'obtenir par une porte logique supplémentaire. Celle-ci -commandée par la sortie 19 envoie les données ) partir de la sortie 13 du microprocesseur 7 ou de la sortie 11 du registre '? décalage 10, vers son entrée 12. La fréquence de signal (fc) A la sortie 11 du registre à décalage 10 peut être modifiée Ceci peut se faire en modifiant la fréquence de rythme de décalage - l'entrée de rythme 14 ou la longueur k du registre de décalage 10 La fréquence de rythme de décalage peut être réduite par un diviseur de fréquence, entre la sortie de rythme 15 et l'entrée de rythme 14. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, le registre i A décalage 10 ne sollicite que deux des sorties de données du microprocesseur 7 Dans le cas le plus simple d'égalité de la fréquence de rythme du microprocesseur 7 et de la fréquence de rythme de déca- lage du registre,? décalage 10, aucun autre composant que le registre à décalage 10 n'est nécessaire Si la fré- quence de rythme du microprocesseur 7 doit être diffé- rente de celle du registre a décalage 10, il faut prévoir une synchronisation entre les différentes fréquences. Si le registre F, décalage 10 ne possède qu'une entrée de données 12, il faut alors une porte logique supplémentaire pour la commutation du flux de données a l'entrée 12, de la sortie 11 à la sortie 13 et inverse- ment, dans l'exemple de réalisation selon la figure 2. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 4, il peut être renoncé A cette porte logique supplémen- taire Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 4, il est prévu un microprocesseur 7 dont la sortie de données 13 est une sortie A trois états Celle-ci est reliée l'entrée de données 12 du registre à décalage 10 La sortie 11 du registre à décalage 10 est reliée A l'entrée de données 12, par la ligne de rétroaction 18. Dans la ligne de rétroaction 18 il est prévu une résis- tance ohmique 20. La résistance 20 est suffisamment grande pour que le signal provenant de la sortie 11 du registre 3 déca- lage 10 soit supprimé, lorsque la sortie de données 13 est active La résistance 20 est telle aussi que le courant admissible A la sortie 13 et à la sortie 11 ne soit pas dépassé, lorsque la sortie de données 13 est active D'autre part, la résistance 20 est suffisamment petite pour garantir à la constante de temps que cette résistance et la capacité d'entrée de l'entrée de données 12 du registre i décalage 10 et la capacité de sortie de la sortie de données 13 déterminent dans l'état 1 haute impédance, une pente de flanc suffisante pour la rétroac- tion, par la ligne de rétroaction 18, c'est-à-dire qu'elle reste nettement au-dessous de la longueur d'une période de rythme de décalage. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4 il est inutile, par comparaison avec l'exemple de réalisa- tion de la figure 2, de raccorder la deuxième sortie de données 19 au registre a décalage 10. Dans une première forme de réalisation selon la figure 4, l'information de largeur d'impulsions (voir figure 3 a) est lue dans le registre A décalage 10, à peu près de la façon suivante le microprocesseur 7 fait passer sa sortie n trois états 13 de l'état ?S haute impédance & l'état actif Puis le microprocesseur 7 fait à nouveau passer, après k rythmes de décalage, sa sortie à trois états 13 dans l'état a haute impédance Pendant la phase active qui existe entre temps, le microprocesseur 7 commute son niveau logique de " 1 " à " O ", suivant la figure 3 a. Dans une deuxième forme de réalisation selon la figure 4, on utilise spécialement un microprocesseur 7 du type 68 HCO 5 (Motorola) Celui-ci possède une sortie 15 qui est désignée par "PC 2 " Cette sortie a l'une des deux fonctions suivantes, commandée par le programme: 1) "PC 2 " est une sortie PORT ordinaire ou une entrée PORT, 2) "PC 2 ' est la sortie du rythme interne au processeur. En ce qui concerne le fonctionnement de la branche de rétroaction, ce qui a été dit plus haut reste valable La lecture se fait de la manière suivante: on utilise la sortie 'PC 2 " comme sortie de rythme de décalage 15 Pour lire l'information de données dans le registre i décalage 10, le microprocesseur 7 commute sa sortie "PC 2 " 15 dans la fonction "sortie PORT" La sortie à trois états 13 se comporte comme décrit ci-dessus Les rythmes de décalage pour la lecture du flux de données sont toutefois produits maintenant par le logiciel, ?i la sortie "PC 2 " 15 Après cette phase de lecture, le microprocesseur 7 commute la sortie "PC 2 " 15 dans la deuxième des fonctions mentionnées ci-dessus, dans laquelle "PC 2 ' est la sortie du rythme interne au processeur L'avantage de cette forme de réalisation réside dans le fait que la longueur de la boucle de programme nécessaire > la lecture peut être indépendante du rythme de décalage produit par le matériel Elle peut en particulier être plus longue qu'un rythme de décalage. Dans les réalisations décrites en référence aux figures 2 et 4, il arrive que dans le cas d'une augmenta- tion de la longueur k du registre 7 décalage 10, augmen- tation qui est voulue pour augmenter la résolution du rapport d'impulsion souhaité, et qui sert donc h une sélection aussi fine que possible du rapport d'impulsion, il faut choisir une fréquence de rythme du microproces- seur 7 tout aussi élevée, pour obtenir un rythme de décalage important tel qu'on le souhaite L'augmentation de la fréquence de rythme du microprocesseur 7 est toutefois limitée techniquement Pour les commandes prévues, les microprocesseurs qui conviennent ont une fréquence de rythme qui est inférieure i ce qui est souhaité pour une grande résolution du rapport d'impul- sion sélectionnable. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, la fréquence de rythme de décalage du registre J décalage 10 est indépendante de la fréquence de rythme du micropro- cesseur 7 Dans l'exemple de réalisation selon la figure , la sortie de rythme 15 du microprocesseur 7, reliée ? l'entrée de rythme 14 du registre e décalage 10, est également une sortie 5 trois états Un générateur de rythme 22 est raccordé h cette sortie, par une résistance 21 qui correspond dans son dimensionnement a la résis- tance 20 Le générateur de rythme 22 engendre pour le registre a décalage 10 un rythme qui est de préférence nettement supérieur au rythme du microprocesseur 7 Le rythme du générateur de rythme 22 est opérant dans le registre h décalage 10 lorsque celui-ci fonctionne en continu Le rythme produit par le microprocesseur 7 est opérant lorsqu'il y a lieu d'enregistrer un nouveau flux de données (voir figure 3 a) dans le registre à, décalage 10. Le microprocesseur 7 enregistre un nouveau flux de données de manière asynchrone par rapport au rythme de décalage du registre à décalage 10, N peu près de la façon suivante les deux sorties 13, 15 du microprocesseur 7 passent de l'état à haute impédance l'état actif Ces sorties opèrent alors sur le registre à décalage 10 Les signaux agissant par l'intermédiaire des résistances 20, 21 sont ainsi supprimés La sortie de données 13 fournit l'information de donnée h l'entrée 12 La sortie de rythme 15 détermine le rythme de décalage correspondant. Après k rythmes de décalage, l'information complète et nouvelle, déterminant la modulation de largeur d'impul- sions, se trouve dans le registre à décalage 10. Les deux sorties PA trois états 13, 15 du micro- processeur 7 passent alors dans l'état ht haute impédance. Le rythme, de préférence supérieur du générateur de il rythme 22 se trouve alors A l'entrée de rythme 14. L'entrée de données 12 est reliée à nouveau A la sortie 11, par la ligne de rétroaction 18 et par la résistance 20. Les circuits selon les figures 2 A 5 présentent cet inconvénient que l'enregistrement d'une nouvelle information dans le registre à décalage 10 n'est pas synchronisée avec les données tournant dans chaque cas. Il se produit ainsi pendant ce temps, un bref signal de sortie indéfini Le circuit selon la figure 6 remédie 3 cet inconvénient. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 6, n sorties de données 23 sont reliées aux N premières entrées de données 24 d'un comparateur 25 numérique à n bits Aux N deuxièmes entrées de données 26 du compara- teur 24 sont raccordées N sorties 27 d'un compteur binaire a N bits 28 Celui-ci fonctionne avec une fré- quence de comptage fs totalement indépendante de la fréquence de rythme du microprocesseur 7 Le compteur binaire 28 délivre une succession permanente de nombres binaires compris entre O et 2 n, A ses sorties 27 codées de manière N binaire, dans le cycle de son rythme de la fréquence fs Lorsque le compteur passe sur 2, il recommence le comptage A O Aux sorties de données 23 du microprocesseur 7 se trouve en permanence un nombre binaire Z dont la valeur est comprise entre O et 2 N et qui détermine la largeur d'impulsions P = Z/2 N x 1/fs. Une sortie 29 du comparateur 25 est reliée ' la connexion de commande 4 La sortie 29 est commutée sur le niveau H aussi longtemps que les chiffres du compteur binaire 28 sont inférieurs au nombre binaire Z, donné par le microprocesseur 7 Si les chiffres du compteur sont égaux ou supérieurs au nombre binaire Z, donné par le microprocesseur 7, le comparateur 25 commute x sa sortie 29 sur le niveau L Le rapport d'impulsion souhaité est ainsi déterminé. En cas de dépassement du compteur, l'opération décrite commence ? nouveau Dans l'ensemble on a à la sortie 29 le signal de sortie modulé en largeur d'impul- sions voulu avec la période T = 2 N x 1/fs et la fréquence 1/T avec le rapport d'impulsion Z/(T Z). Dans l'exemple de réalisation selon la figure 6 il est intéressant que la fréquence de rythme du micro- processeur 7 ne doive pas être accordée F la période ou i la fréquence du rapport d'impulsion i la sortie 29. Malgré cela, il n'y a pas dans le signal modulé en largeur d'impulsions à la sortie 29 d'états indéfinis, pendant la lecture d'un rapport d'impulsion modifié Il est avantageux aussi que le logiciel soit limité à une seule instruction pour la sortie du signal modulé, à savoir a l'instruction "enregistrer données sur "PORT"". REVENDICATIONS 1 Circuit de modulation de largeur d'impulsions comportant un microprocesseur qui engendre un signal de commande pour un commutateur électronique qui présente un rapport d'impulsion i A déterminer librement par le micro- processeur, caractérisé en ce que le signal de sortie (figure 3 a) est une succession, correspondant à la durée d'impulsion (Te) du rapport d'impulsion, de signaux H et une succession de signaux L, correspondant à la pause d'impulsion (Ta) du rapport d'impulsion l'une des sorties du microprocesseur ( 7), en ce que ce signal de sortie est lu à une entrée série ( 12) d'un registre à décalage ( 10), dans celui-ci et A son rythme, en ce que la succession des signaux tourne dans le registre A décalage ( 10) jusqu'à ce que le signal de sortie varie et en ce que le signal de commande se trouve A une sortie série ( 11) du registre à décalage ( 10). 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rythme du microprocesseur ( 7) est appliqué au même rythme (A l'entrée de rythme ( 14) du registre A décalage ( 10). 3 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rythme du microprocesseur ( 7), synchronisé par un convertisseur de fréquence, est relié A l'entrée de rythme ( 14) du registre à décalage ( 10). 4 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrée de rythme ( 14) est reliée, par une résistance ( 21), à un générateur de rythme ( 22) qui détermine le rythme du registre à décalage ( 10), aussi longtemps que le microprocesseur ( 7) n'enregistre aucun signal de sortie modifié dans le registre à décalage ( 10). Circuit selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le microprocesseur ( 7) commute une entrée de sélection ( 16) du registre e, décalage ( 10), de manière que le registre décalage ( 10) fonctionne soit en continu soit reçoive une nouvelle succession de signaux du microprocesseur ( 7). 6 Circuit selon l'une des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que le microprocesseur ( 7) commute une porte logique avec fonction de sélection de manière que le registre MA décalage ( 10) fonctionne soit en continu, soit reçoive une nouvelle sucession de signaux du microprocesseur ( 7). 7 Circuit selon l'une des revendications 1 A 4 précédentes, caractérisé en ce qu'une résistance ( 20) se trouve dans une ligne de rétroaction ( 18), raccordée A l'entrée de données ( 12) du registre ? décalage ( 10), cette résistance ( 20) étant suffisamment grande pour qu'en fonction de la sortie de données ( 13) du micropro- cesseur ( 7), le registre A décalage ( 10) fonctionne en continu ou pour qu'un nouveau signal de sortie du micro- processeur ( 7) soit enregistré dans ce registre. 8 Circuit selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'A l'entrée de rythme ( 14) du registre {à décalage ( 10) s'applique le rythme du micro- processeur ( 7) et, par-une résistance ( 21), le rythme d'un générateur de rythme ( 22), la résistance ( 21) étant telle qu'en fonctionnement continu du registre A décalage ( 10), le générateur de rythme ( 22) est opérant et dans le cas de la lecture d'un nouveau signal de sortie du microprocesseur ( 7), la fréquence de rythme est opérante. 9 Circuit de modulation de largeur d'impulsions selon le préambule de la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie est un nombre binaire (Z), correspondant à la durée d'impulsion (Te) du rapport d'impulsion à N sorties ( 23) du microprocesseur ( 7), en ce que ce signal de sortie est appliqué au N premières entrées de données ( 24) d'un comparateur numérique ( 25), en ce qu'aux N deuxièmes entrées de données ( 26) du comparateur ( 25), se trouve un compteur binaire ( 28) qui compte le signal de commande, en fonction de la période (Te + Ta) et en ce que le comparateur ( 25) commute sa sortie ( 29) d'un niveau H à un niveau L, lorsque le nombre indiqué au compteur est égal au nombre binaire Z du microprocesseur ( 7).