Brevet FR2807857A1 — publié le 20011019

Le présent brevet concerne les cartes électroniques utilisées principalement pour l'apprentissage du microcontrôleur dans les écoles techniques. Dans l'état actuel de la technique, lorsque l'étudiant veut faire des mesures à l'oscilloscope sur un circuit intégré, il doit compter le nombre de broches afin de se positionner sur celle où se trouve le signal électrique à mesurer. Par exemple, si le signal RW se situe sur la broche 34,à chaque nouvelle mesure, l'étudiant doit compter les broches du circuit intégré, en partant de la broche 1 jusqu'à la broche 34. C'est à la fois une perte de temps considérable et un travail fastidieux, d'autant plus fastidieux si le circuit intégré est du type PLCC. En effet, dans ce cas, le pas (l'espace entre deux broches) est très petit, 1,27mm, ce qui rend difficile le comptage. De plus, l'étudiant risque également de faire des courts-circuits avec sa sonde car celle-ci peut malencontreusement mettre en contact deux broches adjacentes. Si l'une d'entre elles est reliée au +5 volts, le circuit est détruit. L'invention résout tous ces problèmes en déportant les signaux importants provenant du microcontrôleur ou de tout autre circuit vers la périphérie de la carte (figure 1). Le signal (1) aboutit sur une pastille de grande surface (2) qui permet à l'étudiant de faire des mesures à l'aide de l'oscilloscope ou de tout autre appareil. Le terme grande surface est préféré à celui de grand diamètre car cette pastille peut être carrée ou avoir toute autre forme. Une sérigraphie sur la carte indique le nom du signal qui arrive sur la pastille ( RW par exemple, voir (17) figure 3). L'étudiant n'a donc plus à compter le nombre de broches puisque le signal est directement disponible sur ces pastilles. Il lui suffit de mettre la sonde de son oscilloscope directement sur la pastille (2) figure 1 et la mesure est instantanée, fiable et sans erreur. Déjà, ce système en soi est intéressant et procure un gain de temps considérable tout en évitant les pannes car le pas entre deux pastilles n'est plus de 1,27mm mais 5, 10, ou 20... fois plus. On peut améliorer ce système par l'adjonction d'une deuxième pastille (3) figure 1 également de grande surface. Ainsi, le signal électrique (1) est dirigé vers un doublet de pastilles, (2) et (3), situé sur la périphérie de la carte. Sur la première pastille (2), le diamètre de perçage est faible, de 0,7mm par exemple. Cette pastille est destinée à recevoir la sonde nue, sans embout. (la sonde de l'oscilloscope peut être utilisée nue ou avec embout, sorte de crochet qui s'agrippe sur le composant à mesurer). Le perçage de cette pastille n'est pas indispensable. La deuxième pastille (3) est située à proximité du bord de la carte (4). Le diamètre de perçage de la deuxième pastille (3) est important, de 3 ou de 4 mm par exemple, au point que celle-ci est presque évidée. Puisque cette pastille se trouve proche du bord de la carte, l'étudiant peut alors y accrocher sa sonde d'oscilloscope (5) munie de l'embout. II peut ainsi capturer par exemple un signal de synchronisation. Les grippe- fils que l'on trouve notamment avec les analyseurs logiques peuvent également s'agripper sur cette pastille évidée. A l'aide de cette double pastille (2) et (3), l'étudiant a donc le choix. II utilisera la première (2) pour de simples mesures de signaux, avec une sonde nue, et la deuxième (3) pour la mesure de signaux de synchronisation ou autres, avec une sonde terminée par un embout ou un grippe-fil. L'une des deux cosses de chaque doublet peut être absente, ceci pour des raisons techniques. Par exemple, pour un signal d'horloge, il n'est pas strictement utile d'avoir la cosse évidée car il n'est pas possible de synchroniser un oscilloscope avec un signal de ce genre. Un autre cas se présente également lorsque les signaux vont par exemple sur des diodes électroluminescentes. Il suffit de regarder ces diodes électroluminescentes pour connaître l'état du signal, selon que la diode électroluminescente est allumée ou éteinte, et la première pastille n'a donc aucune utilité. Par contre, ce même signal pourrait être utile pour une synchronisation d'oscilloscope. A coté de chaque pastille est écrit le nom du signal comme le montre la sérigraphie (17) figure 3. On y voit les noms des signaux se trouvant en périphérie de la carte, à coté des doublets de pastilles. Ce procédé a également été pensé pour résoudre le problème de la sécurité. Pour obtenir un risque proche de zéro, il est indispensable que la carte soit mise dans un boîtier isolant de façons à ce que l'étudiant ne puisse avoir accès à aucune partie métallique. La figure 2 explique le procédé. Le circuit imprimé (6) est pris en sandwich entre un socle isolant, PVC ou autre, (7), et un capot également isolant qui généralement sera transparent, en plexiglas ou autre (8). Le circuit imprimé (6), le socle (7) et le capot (8) sont fixés ensemble par des vis ou clips isolants passant par les trous de fixation (9). Sur la figure 2, le capot semi-transparent est représenté en gris dégradé. Le capot est percé avec des trous de diamètre 1 à 2mm environ (10) de façons à permettre à l'étudiant d'accéder à la pastille située au-dessous du trou à l'aide de la pointe de la sonde de l'oscilloscope. Ces trous sont suffisamment grands pour laisser passer pointe de la sonde nue (qui fait généralement 1 mm) et à la fois suffisamment petits pour éviter que l'étudiant ne puisse toucher la pastille avec son doigt. Ce système présente donc une sécurité absolue car l'étudiant est électriquement isolé mais peut néanmoins accéder aux signaux utiles. La deuxième pastille, celle qui est évidée, est accessible par le rebord de la carte. L'étudiant peut agripper la sonde d'oscilloscope munie de l'embout, ou tout autre grippe-fil sur cette pastille, aux points (11), en glissant sa sonde dans l'ouverture (12) qui existe entre le socle (7) et le capot (8). En fait, cet espace est conditionné par l'épaisseur du circuit imprimé et sera généralement de l'ordre de 2 à 5mm. Cette ouverture est suffisante pour permettre la sonde à passer et de s'agripper sur la pastille, mais insuffisante pour que l'étudiant puisse toucher du doigt le circuit imprimé. Pour plus de précaution, le circuit imprimé ne comprendra aucune partie métallique sur sa tranche (13). Ainsi, même si l'étudiant touchait le circuit imprimé avec un tournevis par exemple, il ne pourrait accéder à la moindre partie métallique. A noter que la carte, au lieu d'être prise en sandwich entre deux plaques, peut très bien être mise dans un coffret hermétique muni d'ouvertures laissant passer les sondes. Les caractéristiques de ces ouvertures suivent le même principe que celui énoncé ci-dessus. Enfin, pour améliorer la lisibilité du nom du signal, la piste qui provient du microcon- trôleur ou des autres circuits n'arrive pas directement sur la pastille mais fait un coude. En effet, lorsqu'une ou plusieurs pistes électriques passent sous la sérigraphie, la lisibilité de cette dernière s'en trouve affectée. La figure 3 représente, en vue de dessus, la face sérigraphiée du circuit imprimé, donc celle qui contient le texte. Sur cette figure 3, on voit les deux pastilles (14), la piste qui amène le signal sur les pastilles (15), le coude (16) et le texte (17). En fait, la piste contourne le texte. Ici, le signal à mesurer est la ligne de lecture-écriture, RVV en abrégé (Read/Write). Enfin, il est à noter les quelques points suivants - Certains signaux faibles déportés en périphérie pour des besoins de mesure sont amplifiés par des circuits du genre 74LS244 afin d'éviter qu'ils ne soient altérés par la longueur de la piste. - Des terminateurs de ligne actifs ou à résistances passives sont également nécessaires. - Les pastilles peuvent être de toutes les formes, rondes, rectangulaires, carrées - Les pastilles peuvent être à n'importe quel endroit de la carte. Le plus pratique est sur la périphérie, sud, puis est et ouest, comme indiqué sur l'exemple industriel de la figure 4, mais ce n'est nullement une obligation. - La deuxième pastille, celle qui est évidée, peut fort bien être remplacée par une pastille traditionnelle percée à 1 mm par exemple. Sur cette pastille sera soudé un plot ou ergot destiné à servir d'accroche à la sonde de l'oscilloscope. Il est possible également de prévoir un ou plusieurs commutateurs qui envoient les différents signaux vers un point unique sur lequel sera branchée la sonde de l'oscilloscope par exemple. Ainsi, l'étudiant n'aura qu'à positionner le commutateur sur le signal à mesurer et ce signal sera directement disponible sur son oscilloscope. Ce procédé est intéressant mais introduit un coût supplémentaire, celui du commutateur et du câblage, et risque de créer de la diaphonie aux hautes fréquences. De plus, il n'est pas possible avec ce dernier procédé de mesurer plusieurs signaux en même temps puisque le commutateur ne sélectionne qu'un seul signal parmi n . Pour palier à cet inconvénient, la carte peut comprendre plusieurs commutateurs. Une variante de ce commutateur peut être réalisée avec un circuit programmable et un logiciel adéquat qui tourne généralement sur le PC. Le principe est le suivant. Les signaux utiles ne vont pas vers des cosses situées en périphérie de carte mais vers un circuit programmable comprenant des multiplexeurs. Par exemple, les 8 lignes de DATA BUS d'un microcontrôleur pourront aller sur les 8 entrées d'un multiplexeur de 1 parmi 8 du genre 74LS151. Le signal de sortie ira, quant à lui, vers un doublet de cosses semblable à celui précédemment décrit. L'utilisateur accrochera donc sa sonde d'oscilloscope sur la cosse évidée. La sélection de la ligne de DATA BUS envoyée sur le doublet revient à sélectionner le multiplexeur. Pour cela, le PC sur lequel est connectée la carte envoie vers le multiplexeur un code de sélection de sortie qui est mémorisé par des bascules. Ainsi, la sélection du signal à mesurer se fait par logiciel sur PC. L'intérêt d'un tel procédé est de supprimer totalement toute manipulation matérielle. La sonde est agrippée sur une cosse une fois pour toutes, et tout se passe au niveau du PC. L'utilisateur indique au PC, par le clavier ou la souris par exemple, les signaux à étudier (donc la sélection des multiplexeurs). Les multiplexeurs pourront alimenter autant de doublets de cosses qu'on le souhaite, mais dans la pratique, trois doublets suffisent : un pour le canal 1 de l'oscilloscope, un pour le canal 2 et un troisième pour la synchronisation. Pour qu'un tel système puisse être intéressant, il faut également penser aux analyseurs logiques qui sont généralement sur 8 voies, du moins dans le domaine de l'enseignement. En marge de ces trois cosses pour oscilloscope discutées précédemment, le circuit programmable ou multiplexeurs alimenteront donc au moins 8 cosses destinées à un analyseur logique. L'électronique du circuit programmable sera conçue de façons à envoyer vers l'analyseur les signaux demandés par l'utilisateur au PC . En fait, c'est toujours le PC qui envoie les codes de sélection qui actionnent les multiplexeurs. Le détail de cette électronique n'est pas décrit dans le présent brevet d'invention car cette partie relève de l'art de l'ingénieur. - Enfin, l'une des possibilités intéressantes consiste à envoyer les signaux de sortie non pas vers 8 cosses (ou plus) pour un analyseur logique mais vers une mémoire située elle-même sur la carte, voire même dans le circuit programmable. Le PC peut déterminer, sous action de l'utilisateur, le départ et l'arrêt de l'enregistrement des informations dans cette mémoire. Pour cela, la carte doit avoir une électronique et un logiciels capables de gérer la synchronisation d'enregistrement et de lecture mémoire. De même, l'électronique associée doit être capable de lire le contenu de la mémoire et d'envoyer ces informations vers un PC où elles sont traitées puis affichées. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour faciliter et sécuriser les mesures sur les cartes électroniques, constitué par des cosses permettant d'accéder aux signaux électriques de la carte et par un boîtier isolant assurant la protection électrique et muni d'ouvertures adéquates permettant à l'utilisateur d'effectuer les mesures sur lesdites cosses. 2/ Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cosses sont situées en périphérie de la carte. 3/ Dispositif, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les cosses sont mises en doublet. 4/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les cosses sont de grande surface. 5/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, dans chaque doublet, l'une des cosses est non percée ou percée à un faible diamètre. 6/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, dans chaque doublet, l'une des cosses est percée à diamètre important, de plusieurs millimètres, au point que ladite cosse est presque évidée. 7/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la cosse évidée de chaque doublet est placée à proximité du bord du circuit imprimé de façons à ce que les sondes ou grippe-fils puissent y être accrochés facilement. 8/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le circuit imprimé ne comporte aucune partie métallique sur sa tranche. 91 Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les pistes amenant le signal électrique sur les cosses ne passent pas sous le marquage sérigraphique des références desdites cosses. 10/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le capot de protection du circuit imprimé est percé juste au-dessus de chaque cosse non percée ou percée à un faible diamètre, le diamètre de perçage du capot étant suffisamment grand pour laisser passer la pointe d'une sonde d'oscilloscope nue mais également suffisamment petit pour que l'utilisateur ne puisse toucher le circuit imprimé. 11/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le capot de protection du circuit imprimé est muni d'ouvertures latérales permettant à une sonde d'oscilloscope ou à des grippe-fils de s'agripper sur la cosse évidée, lesquelles ouvertures étant suffisamment étroites pour interdire à l'utilisateur de toucher le circuit imprimé. 12l Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que les signaux sont amplifiés par des amplificateurs 13l Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les signaux sont munis de terminateurs de lignes. 14I Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que sur ces cosses sont soudées des plots ou ergots.