Cours — Électronique de base

Programmer un microcontrôleur

Qu'est-ce qu'un microcontrôleur ?

Un microcontrôleur (comme celui d'une carte Arduino) est un petit ordinateur intégré sur une seule puce, capable d'exécuter un programme pour piloter des composants électroniques :

• des broches numériques peuvent lire un état (0 ou 1, c'est-à-dire tension basse ou haute) ou en produire un (allumer/éteindre une LED, par exemple) ;
• des broches analogiques peuvent lire une tension variable (issue d'un capteur) ou en produire une approximation (PWM) ;
• le programme s'écrit dans un langage textuel (souvent proche du C pour Arduino), puis est téléversé dans la mémoire du microcontrôleur.

Structure d'un programme simple

Un programme Arduino typique se compose de deux blocs principaux :

• setup() : exécuté une seule fois au démarrage (configuration des broches, par exemple en entrée ou en sortie) ;
• loop() : exécuté en boucle indéfiniment tant que la carte est alimentée (c'est ici qu'on lit les capteurs et qu'on pilote les actionneurs).

Exemple : un programme qui fait clignoter une LED alterne un état haut (allumé), une pause, un état bas (éteint), une pause, dans la boucle loop().

Expression du besoin et cahier des charges (Brevet)

L'expression du besoin (Bête à cornes)

Avant d'inventer et de construire un objet technique, les ingénieurs valident le besoin fondamental grâce au diagramme « Bête à cornes » en répondant à 3 questions incontournables :

• 1. À qui le produit rend-il service ? (l'utilisateur cible : élèves, conducteurs, cyclistes...).
• 2. Sur quoi agit-il ? (l'élément de l'environnement modifié : la poussière du sol, les données d'un capteur, l'éclairage...).
• 3. Dans quel but ? (la mission principale en une phrase commençant par un verbe à l'infinitif).

Le diagramme pieuvre et le Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF)

Pour établir la liste exhaustive de tout ce que le produit doit faire, on utilise le diagramme pieuvre et le Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF) :

• Fonction Principale (FP) : justifie la création de l'objet (relie l'utilisateur et l'environnement). Ex : Permettre à l'utilisateur de commander à distance les volets de sa maison.
• Fonctions Contraintes (FC) : obligations imposées par la sécurité, les normes légales, le coût ou la météo :
  • FC1 : Respecter les normes européennes de sécurité électrique (CE).
  • FC2 : Résister aux intempéries et à la pluie (étanchéité IP65).
  • FC3 : Avoir un coût de revient inférieur à 40 €.
  • FC4 : Avoir une autonomie sur batterie d'au moins 5 heures.

Sécurité électrique et bonnes pratiques

Les dangers du courant électrique

Le courant électrique peut être dangereux, même à faible tension dans certaines conditions :

• l'électrisation (choc électrique sans mort) et l'électrocution (choc électrique mortel) surviennent quand le courant traverse le corps humain ;
• le risque augmente fortement en milieu humide (la résistance du corps diminue) ;
• en France, la tension du secteur (230 V) est dangereuse ; en électronique de loisir (piles, Arduino en 5 V ou 3,3 V), le risque est très faible, mais il reste des précautions à respecter (court-circuit, composants qui chauffent).

Bonnes pratiques en atelier électronique

• Toujours couper l'alimentation avant de modifier un montage.
• Vérifier la polarité des composants (pile, LED, condensateur chimique) avant de mettre sous tension.
• Éviter les courts-circuits (contact direct entre le + et le − sans résistance), qui peuvent endommager les composants ou provoquer une surchauffe.
• Ne jamais intervenir sur une installation électrique domestique (230 V) sans un adulte qualifié : c'est strictement réservé aux professionnels habilités.

Organigrammes, robots autonomes et objets connectés (IoT)

Les organigrammes de programmation normalisés

Un organigramme (flowchart) est un schéma normalisé qui représente visuellement la suite des ordres exécutés par un robot ou un automate :

• Ovale (bords arrondis) : point de DÉBUT ou de FIN du programme.
• Rectangle : action ou ordre direct envoyé à un actionneur (Allumer la LED verte, Avancer les moteurs de 10 cm, Attendre 3 s).
• Losange : test ou condition qui pose une question avec deux sorties obligatoires : OUI et NON.
• Flèches de liaison : indiquent le sens obligatoire de lecture.

Objets connectés (IoT) et sécurité des données

Les objets connectés (IoT - Internet of Things) sont des appareils du quotidien équipés de capteurs et d'une puce radio (Wi-Fi, Bluetooth, 4G, LoRa) pour échanger des données avec Internet et des smartphones (montres connectées, domotique, feux intelligents) :