Documentation Afficheur 7 Segments à Servomoteurs

Objectifs principaux

• Concevoir un afficheur 7 segments entièrement mécanique
• Contrôler précisément 7 servomoteurs avec un microcontrôleur
• Implémenter un comptage cyclique 0→9→0

Objectifs secondaires

• Réduire le nombre de broches utilisées via des circuits intégrés
• Documenter le processus de développement
• Valider la solution par simulation

3.1 Composants utilisés

Composant	Référence	Quantité	Rôle
Microcontrôleur	ATmega328P	1	Cerveau du système
Servomoteurs	SG90	7	Contrôle des segments
Régulateur	LM7805	1	Régulation 5V
Batterie	Li-ion 7.4V	1	Alimentation
Condensateurs	100nF, 1000μF, 10µF	4	Filtrage
Quartz	16MHz	1	Horloge

3.2 Schéma électronique

3.3 Réalisation des PCB

3.4 Code Arduino

Extrait du code principal utilisant millis() pour la temporisation non-bloquante :

          // Initialisation progressive des servos
            if (!initTerminee) {
            if (millis() - debutInit >= 100) { // Délai entre servos
            debutInit = millis();
            servoEnCours++;
      
            if (servoEnCours < 7) {
            segments[servoEnCours].attach(brochesServos[servoEnCours]);
            segments[servoEnCours].write(90);
           } else {
            initTerminee = true;
            afficher(chiffreActuel); // Affiche le 0 initial
           }
        }
       } 
        

Télécharger le code complet

3.5 Vidéo de démonstration

4.1 Architecture prévue

Fonctionnement du système

Ce système met en œuvre un afficheur 7 segments mécanique à base de servomoteurs, contrôlé avec un minimum de broches du microcontrôleur grâce à l'utilisation combinée de deux circuits intégrés : le décodeur 74HC138 et le registre à verrouillage 74HC574.

L'ATmega328P utilise une seule sortie PWM (la broche D6) pour générer les impulsions de contrôle destinées aux servos. Chaque segment de l'afficheur est associé à un servomoteur, soit un total de 7 servos pour les 7 segments (A à G).

Le 74HC138 est un décodeur 3 vers 8 : à partir de 3 lignes d'adresse (A0, A1, A2), il active une seule sortie parmi Y0 à Y7. Dans ce projet, seules les sorties Y0 à Y6 sont utilisées, chacune correspondant à un segment (donc un servo). Ces sorties du 74HC138 ne peuvent pas directement commuter le signal PWM , elles sont donc reliées à des transistors NPN via des résistances de base.

void selectionnerServoInverse(uint8_t index) {
  uint8_t inverse = 7 - index; // Inversion des bits
  digitalWrite(SELECTION_A, inverse & 0x01);
  digitalWrite(SELECTION_B, (inverse >> 1) & 0x01);
  digitalWrite(SELECTION_C, (inverse >> 2) & 0x01);
}

Le 74HC574 est un registre à verrouillage qui capture l'état des entrées D0 à D6 au moment où une impulsion est appliquée sur sa broche d'horloge (latch). Lorsqu'un segment est sélectionné par le 138, le microcontrôleur envoie une impulsion PWM. Cette impulsion est transférée via le transistor vers l'entrée Dx du 74HC574, et une impulsion d'horloge permet de verrouiller cette valeur à la sortie Qx du registre, laquelle est reliée au servomoteur correspondant.

// Génère une impulsion PWM et verrouille
void envoyerImpulsionEtVerrouiller(uint16_t dureeImpulsion) {
  digitalWrite(PWM_SORTIE, HIGH);
  delayMicroseconds(dureeImpulsion);
  verrouiller(); // Capture pendant l'état HIGH
  digitalWrite(PWM_SORTIE, LOW);
}

// Verrouillage du registre
void verrouiller() {
  digitalWrite(HORLOGE_VERROU, LOW);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(HORLOGE_VERROU, HIGH);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(HORLOGE_VERROU, LOW);
}

L'ATmega328P répète cette séquence pour chaque segment :

Les servos étant rafraîchis périodiquement (toutes les 20 ms), l'affichage reste stable. Ce montage permet de piloter 7 servos avec une seule broche PWM, tout en minimisant l'utilisation des ressources de l'ATmega328P.

Avantages de la solution optimisée

• Économie de broches précieuses sur le microcontrôleur
• Architecture scalable pour plusieurs afficheurs
• Meilleure isolation des signaux de contrôle
• Possibilité de multiplexage temporel

Synchronisation des servomoteurs : Délais variables dans la réponse des servos nécessitant un recalibrage

Alimentation instable : Chutes de tension lors du mouvement simultané de plusieurs servos

Datasheets

• ATmega328P - Microchip
• 74HC138 - Texas Instruments
• 74HC574 - Texas Instruments
• Servo SG90 - Datasheet

Outils logiciels

• Arduino IDE
• KiCad EDA
• Proteus Design Suite