Présentation,
Les niveaux de découpage,
Le diagramme sagittal,
La fonction d´usage, le niveau II,
Le schéma fonctionnel de premier degré,
Le schéma fonctionnel de second degré,
Le schéma structurel,
Exemple : une minuterie déclenchée par le bruit.

Aujourd´hui, les applications électroniques sont de plus en plus complexes, à tel point qu´il est impossible de se lancer dans la conception d´un circuit si l´on n´a pas une bonne méthodologie de réalisation.
La méthode proposée dans ce dossier est particulièrement adaptée aux besoins particuliers de l´électronique. Elle a été développée par des professeurs de l´ENNA, et est très prisée par les filières d´enseignement de l´électronique du fait de la simplicité et de la clarté de sa mise en oeuvre.
Notons que c´est une méthode bien adaptée à la conception en "Equipe Projet" de par son approche en découpage, qui permet de diviser les tâches par compétences ou par individu...
 
Pour avoir un premier aperçu de cette méthode et de sa puissance, cliquez ici pour passer directement à l´exemple en version hypertexte.
 
Les fondements de la méthode :
Elle est basée sur un concept d´architecture descendante -ce qui rappelle la S.A.D.T.^© qui a été développée et brevetée plus tard. Ce principe d´architecture est très intéressant puisque plus on va loin dans l´étude, plus on détaille le système. Cela permet donc de partir de quelque chose de simple, et d´arriver à quelque chose qui peut être excessivement complexe...
L´utilisation d´un assemblage de blocs fonctionnels est un autre avantage de cette méthode : cela autorise une approche fonctionnelle d´un système. Il est ainsi possible (en théorie) de choisir des fonctions dans une bibliothèque fonctionnelle puis de les assembler, un peu à la manière d´un jeu de construction.
Ce dernier point est très intéressant pour le concepteur car cela lui évite de réinventer le monde à chaque nouveau projet, en réutilisant le déjà connu (comme par exemple horloges, blocs d´amplification, alimentations,...). Attention cependant, il est évident qu´il faudra certainement adapter, voire modifier la structure des fonctions pour qu´elles collent au projet en cours...
 
Pour plus de renseignements, sachez qu´il existe d´autres sources d´informations sur le sujet, en particulier sur le site Electron de l´I.U.F.M. de Toulouse.

De la même manière que la S.A.D.T.^©, la méthode du découpage fonctionnel propose de structurer l´étude descendante d´un Objet Technique en plusieurs parties :
 
1 - Le diagramme sagittal :
C´est un schéma qui permet de visualiser l´Objet Technique étudié dans son environnement proche. Il a pour utilité de représenter les interactions entre les objets et les acteurs. Il est en général précédé d´une phrase expliquant en quoi consiste le système étudié (mise en situation).
 
2 - La fonction d´usage et le schéma de niveau II :
On s´intéresse maintenant à l´Objet Technique en particulier : on lui attribue une fonction d´usage c´est-à-dire une phrase résumant son utilité, et un bloc fonctionnel faisant apparaître ses entrées et sorties principales.
 
3 - Le schéma fonctionnel de Premier Degré :
C´est un premier découpage de l´Objet Technique : l´ensemble de son fonctionnement est représenté sous forme de blocs fonctionnels, les fonctions principales.
 
4 - Le schéma fonctionnel de Second Degré :
C´est un second découpage, plus en profondeur, de l´Objet Technique. Cette fois-ci les fonctions principales sont elles-mêmes représentées sous forme d´un assemblage de fonctions secondaires.
 
5 - Le schéma Structurel :
Dernière étape de la conception, c´est la "traduction" des fonctions secondaires en fonctions structurelles, constituées de composants électroniques ou de fonctions logicielles. Concrêtement, il s´agit enfin du circuit électronique de l´Objet Technique.
 
On voit que le nombre d´étapes est limité, contrairement à la S.A.D.T.^© qui elle ne limite pas la profondeur d´un système. Cependant cela n´est en rien un handicap car tous les systèmes électroniques, même très complexes, peuvent se concevoir en 3 niveaux de profondeurs : pour cela il suffit de les diviser en plusieurs Objets Techniques.
Mais à partir de là, il vaut mieux travailler en équipe...

Le diagramme sagittal permet d´avoir une vision globale du système technique dans lequel évolue l´Objet de l´étude : cela permet d´en avoir une approche système.
 
Les différents constituants sont reliés par des "transferts" dont les types sont normalisés :

la matière : transferts physiques, l´ énergie : échanges de puissance, l´ information : contrôles, commandes, ordres,...

Chaque transfert est dirigé : il part d´une entrée et il arrive à une sortie.
Les transferts sont numérotés (ex : L1, R3,...), ainsi que les entrées-sorties (ex : E3, S5,...)
 
Exemple :
Le diagramme sagittal ci-dessous illustre l´environnement d´un système d´alarme automobilesimple, qui contrôle la présence des objets grâce à des capteurs. L´alarme est sensée commander le klaxon de l´automobile quand une effraction est enregistrée et si l´automobiliste a choisi de l´enclencher.
On voit en étudiant le diagramme que tous les fonctionnements sont pris en compte.
Le cercle pointillé autour de l´alarme informe que c´est cet objet en particulier que l´on étudiera...
 

La fonction d´usage d´un Objet Technique est une phrase qui doit expliquer l´enchaînement des actions qui permettent l´élaboration des sorties à partir des entrées... En bref, il s´agit d´une explication du fonctionnement de l´Objet qui doit être indépendante de la technologie employée.
 
Le schéma de niveau II de l´Objet Technique est indissociable de la fonction d´usage : c´est en quelque sorte sa traduction sous forme graphique. On doit représenter sur le schéma de niveau II toutes les entrées, et éventuellement les variables intermédiaires qui permettent la réalisation des sorties.
Pour une raison de cohérence évidente, les noms des entrées-sorties du schéma de niveau II doivent être les mêmes que ceux du diagramme sagittal...
 
Exemple :
Pour le système d´alarme, la fonction d´usage sera :

L´alarme vérifie en permanence la présence des accessoires à protéger. Si elle a été placée en position "on", elle devra envoyer un ordre de commande du klaxon à l´automobile quand les conditions d´effractions sont réunies.

 
La traduction de ce fonctionnement donnera lieu au schéma de niveau II suivant, qui fait intervenir la nouvelle liaison L1 :

Une fois le système bien appréhendé, on peut aller plus loin dans l´étude de l´Objet et commencer à prendre en compte sa réalisation technologique.
L´élaboration du schéma fonctionnel de Premier Degré se fait en reprenant la fonction d´usage, les entrées/sorties et éventuellement d´autres contraintes (notamment la technologie de réalisation). A partir de ces données, on découpe le fonctionnement de l´Objet Technique en fonctions principales (FP) que l´on agence à la manière d´un jeu de construction.
Contrairement au diagramme sagittal ou au schéma de niveau II qui sont monofilaires, ce niveau de découpage est multifilaire. Cela permet d´éclater des entrées afin de les rendre plus spécialisées (si besoin est). Par exemple, une entrée E4 "réglage du temps" peut se séparer en 2 entrées E4.1 "minutes" et E4.2 "secondes".
 
Il est important de noter que le découpage adopté à ce niveau est fondamental, car il conditionne la complexité du système : si le schéma du Premier Degré est complexe et peu lisible, il y a de fortes chances pour que le système soit complexe et difficile à concevoir... Il est donc fortement recommandé d´essayer d´obtenir le schéma du Premier Degré le plus simple et lisible possible.
Cette remarque est particulièrement vraie pour tous les systèmes micro-contrôlés.
 
Exemple :
Si l´on reprend notre alarme simple, on voit bien le principe des liaisons multifilaires : l´entrée E2 "capteurs" se sépare en plusieurs entrées E2.1 à E2.4 qui sont les capteurs "présence autoradio", "allumage plafonnier", ...
Le découpage fonctionnel choisi pour l´alarme est le suivant. Il est évident qu´il y aurait d´autres approches, et autant de schémas possibles...
Notre alarme est donc composée de 3 fonctions principales FP1, FP2 et FP3 dont la description est clairement notifiée. Il reste à faire la description complète des entrées-sorties.
 
Ne nous y trompons pas, cette étape est fondamentale car elle permet de décrire clairement et sans équivoque l´allure des signaux que notre électronique va être chargée d´élaborer...
 
- "E1" est une information binaire active au NL1, elle est véhiculée par une tension analogique. On peut supposer qu´elle est issue d´un interrupteur dissimulé :
      > lorsque E1 = 12V alors on demande la mise en route du système d´alarme.
      > lorsque E1 = 0V alors on demande l´arrêt de l´alarme.
 
- "E2.1 à E2.4" sont des informations binaires représentatives de l´état ouvert ou fermé des capteurs de détection des objets ou d´intrusion (modèles NF).
      > lorsque E2.1 = contact fermé à la masse, rien d´anormal : le détecteur est au repos.
      > lorsque E2.1 = contact ouvert, une effraction a été détectée.
 
- "capt_ok" est une information binaire active au NL1, elle est véhiculée par une tension analogique :
      > lorsque capt_ok = 0 V alors il n´y a rien d´anormal.
      > lorsque capt_ok > 9 V alors au moins un capteur a repéré une effraction.
 
- "al_on" est une information binaire active au NL1, utilisée pour bloquer la détection pendant 15 s, ce qui laisse le temps au conducteur de sortir après avoir mis en route son alarme. Elle est véhiculée par une tension analogique :
      > al_on = 0 V au repos.
      > al_on passe à NL1 (=12V) 15 secondes après E1.
 
- "S1" est une information binaire active au NL1, reliée en parallèle de la commande d´origine du klaxon. Il s´agit d´une tension analogique de puissance :
      > lorsque S1 = 12 V alors le klaxon est alimenté, le son est produit.
      > lorsque S1 = 0 V alors le klaxon est coupé.
 

On élabore un schéma fonctionnel de Second Degré en redécoupant chacune des fonctions principales (FP) en un assemblage de fonctions secondaires (FS). On procèdera donc globalement de la même manière que pour le Premier Degré, à quelques différences près :
 
De la même façon que le Premier Degré, le Second Degré est multifilaire : il est encore possible à ce niveau de séparer les entrées.
Il est permis de faire apparaître de nouvelles entrées/sorties dites "technologiques", ainsi que des fonctions annexes (FA), c´est-à-dire ne mettant pas en cause le fonctionnement général de l´Objet Technique. Cela permet d´éviter de surcharger les niveaux précédents avec des fioritures, du genre "alimentation continue", ou "pilotage des LEDs de contrôle"...
Il est possible de faire un schéma du second degré par FP (si le découpage fait apparaître de nombreuses FS), ou bien encore un schéma global sur lequel apparaissent à la fois les FP et les FS (si le système est restreint).
Ce niveau fonctionnel est la dernière étape avant la réalisation électronique. On devra donc tenir compte, lors du choix du découpage au second degré, des contraintes liées aux technologies employées.
Enfin, il faut essayer à ce niveau de trouver un assemblage judicieux des fonctions secondaires, afin de pouvoir réutiliser des blocs fonctionnels qui ont pu être conçus lors d´un précédent projet.
Il est ainsi possible de se constituer une bibliothèque de fonctions structurelles et logicielles, et de "piocher" dans cette bibliothèque lors de la conception.
Remarque : cette approche schéma-bloc est de plus en plus présente dans l´industrie depuis l´apparition des FPGAs et la commercialisation des IP.
 
Exemple :
Notre exemple d´alarme étant suffisamment simple, on peut représenter le schéma fonctionnel de Second Degré sur un seul folio :
On peut voir que seules les fonctions FP2 et FP3 ont dû être découpées en fonctions secondaires.
Une fonction FA4 est apparue, destinée à informer l´automobiliste du bon fonctionnement de l´alarme. Une sortie S2 a été créée en conséquence, elle correspond à l´allumage d´une LED de contrôle qui sera fixée sur le tableau de bord.
On remarque également que de nouvelles entrées ont été ajoutées : les alimentations +12 V et 0 V que l´on peut faire apparaître à ce niveau puisque le 12 V n´est pas transformé avant utilisation.
 
- "+12 V" et "0 V" apportent l´énergie nécessaire au fonctionnement de notre alarme. Il s´agit bien entendu d´une tension analogique continue de 12 V issue de la batterie du véhicule (en pratique, c´est d´ailleurs plutôt 13,8 V).
 
- "c1 à c4" sont des informations correspondant à la transformation des entrées binaires E2.1 à E2.4 (par l´action conjointe de FS2.1 à FS2.4 et FS2.5) en des grandeurs électriques quantifiables. Ce sont des tensions analogiques :
      > lorsque E2.1 = contact fermé alors c1 = 0 V.
      > lorsque E2.1 = contact ouvert alors c1 > 9,5 V.
 
- "out" est une information binaire active au NL1, elle est véhiculée par une tension analogique de faible puissance :
      > si out = 0 V alors le klaxon ne doit pas être obligé à produire un son.
      > out passe à 12 V lorsque les conditions de commande du klaxon sont réunies (alarme en route et intrusion détectée).
 
- "S2" est une information visuelle issue d´une LED rouge. Elle s´allume 15 secondes après la mise en route de l´alarme puisque sa commande est issue de al_on.
En plus d´informer l´automobiliste du bon fonctionnement de son alarme, cette LED peut avoir un effet dissuasif si elle est posée sur le tableau de bord...

Le découpage fonctionnel est à présent terminé, et l´architecture générale de l´Objet Technique a été adoptée... Il ne reste plus qu´à transcrire le Second Degré en un schéma électrique ou en un programme logiciel.
A partir de ce moment, ce sont les règles de schématique qui s´appliquent. Cependant, il faut essayer d´être en cohérence avec les niveaux précédents, notamment en ce qui concerne les noms des entrées/sorties, les noms des signaux internes...
Pour simplifier la lecture d´un schéma, il est conseillé de le dessiner en tenant compte de la position des blocs fonctionnels : on doit pouvoir identifier une structure et savoir à quoi elle sert, simplement en se reportant aux schémas fonctionnels.
 
Exemple :
Le schéma structurel retenu pour notre alarme sera le suivant :

Remarques :
Ce schéma électrique, bien qu´il fonctionne correctement, a été créé uniquement dans un but didactique.
Pour qu´il soit utilisable, il faudrait qu´il y ait (notamment) une fonction de temporisation au niveau des entrées. Cela éviterait que le klaxon ne sonne dès que l´automobiliste rentre dans son véhicule.
Les capteurs utilisés sont des bilames de type "normalement fermé".
Ce schéma de principe constitue cependant une bonne base de travail, et est de toute façon bien à propos pour illustrer le principe du découpage fonctionnel.

© Cette minuterie est basée sur un article paru dans un Science et Vie de 1997.
 
Notes :
Le meilleur moyen d´illustrer la puissance alliée à la simplicité de cette méthode est de se lancer dans la réalisation d´un projet concret.
La présentation adoptée pour illustrer cet exemple est une présentation hypertexte, puisque la méthode du découpage fonctionnel se prête fort bien à cet exercice.
Notez bien que l´intérêt de cet exemple n´est pas la réalisation d´une minuterie, mais bel et bien de montrer les capacités de la méthode du découpage...
Notez également que, le temps me manquant, la description des signaux d´entrée-sortie n´apparaît pas ;-)
 
Cahier des charges :

	Le système doit pouvoir se brancher aux bornes de l´interrupteur (type normalement ouvert NO) d´une installation 220 V existante.
	Principe : quand un bruit dépassant un certain seuil (réglable) est détecté, le système doit forcer l´allumage de la lampe, de la même manière que si l´interrupteur d´origine était enclenché. Au bout d´un certain temps (réglable), le système doit arrêter son forçage, comme si on déclenchait l´interrupteur.
	Il sera autonome et donc alimenté grâce à une pile de 9 V.
	Le capteur de bruit utilisé sera un micro type "électret" classique.
	Le branchement physique est décrit ci-dessous :

Le diagramme sagittal :
Sur ce diagramme apparaissent les différents fonctionnements possibles de l´installation, ainsi que les différents objets et acteurs. Pour commencer l´étude fonctionnelle de l´Objet Technique "Minuterie", cliquez dans la bulle... (cliquez ici si ça ne démarre pas).
 
Commentaires :
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