TP N 2 ACQUISITION ET CONVERSION D UNE GRANDEUR PHYSIQUE

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1 TP N 2 ACQUISITION ET CONVERSION D UNE GRANDEUR PHYSIQUE SAVOIR : PRE-REQUIS AOP en régime linéaire. Oscillaeur à base de circuis R-C. Codage binaire OBJECTIFS SAVOIR : Valider par le calcul e la mesure, les performances des foncions élecroniques. Analyser les relaions enre les sousensembles. Disinguer les foncions des élémens esseniels d une chaîne de conversion. Lire e inerprêer les diverses spécificaions des fabricans de CAN CNA SAVOIR-FAIRE : Uiliser un banc de mesures. SAVOIR-FAIRE : Mere en œuvre un CAN, un CNA Vérifier les différenes caracérisiques par des mesures. Chronologie Durée 4H Eude d un CAN. Eude d un CNA. Eude de la maquee d'un converisseur Analogique Numérique simple rampe Moyens mis en œuvre Observaions Maquee du CAN,CNA Maquee d'un converisseur simple rampe Doc consruceur. Evaluaions : Auonomie de l élève. Lecure de la documenaion. Choix des appareils de mesure. Relevés des mesures. Inerpréaions. Conclusions Réflexions. - 1/7-

2 A. Mise en Siuaion Dés que l on faire l acquisiion d un signal analogique Ou générer un signal analogique a l aide d un ordinaeur, il es nécessaire de faire appel une care de conversion sur laquelle es implané les différenes foncions d une chaine de conversion classique(voir cadre 1). Echanillonneur Bloqueur : Son rôle es de mainenir le niveau du signal consan pendan oue la durée de la conversion. En effe, la plupar des CAN on un foncionnemen basé sur des comparaisons successives enre le signal généré par le converisseur e le signal à converir. La précision du codage pourrai êre alérée si enre 2 comparaisons successives, le signal à converir avai varié sensiblemen, ce qui es le cas lorsque la bande passane du signal à converir n es pas négligeable par rappor à la fréquence d échanillonnage. CAN e CNA (CAN)Tradui le signal analogique sous forme numérique pour êre raié en emps réel ou différé selon les applicaions par un calculaeur. L ensemble du sysème es commandé par un séquenceur. La resiuion des données vers le monde exérieur es effecuée par un sysème de conversion numérique analogique (CNA). Plan du T.P. A. Mise en Siuaion B. Eude du CNA B.1. Maériel nécessaire. B.2. Manipulaion B.2.1. Foncionnemen en mode unipolaire B.2.2. Foncionnemen en mode bipolaire. B.3. Eude Théorique. B.4. Conclusion C. Eude d un CAN de ype simple rampe C.1. Mesures C.2. Analyse des performances D. Eude du CAN ADC84 D.1. maériel nécessaire : D.2. Eude de la documenaion. D.3. Relevé de la caracérisique du CAN D.4. Analyse du foncionnemen D.5. Conclusion B. Eude du CNA Le schéma du monage es donné cadre 5 B.1. Maériel nécessaire. Un mulimère. Une alimenaion double. Maquees sur les converisseurs B.2. Manipulaion Alimener la maquee en ± 15V. Appliquer le signal de référence (+1V) obenu à l aide d'une alimenaion sabilisée sur la borne E1 (ou B15 sur le schéma) de la maquee. Le signal de sorie sera observable sur la sorie B15 (borne S1) de la maquee. variables physiques pression Accéléraion Tempéraure emps Transduceur ou capeur Ampli échanillonneur bloqueur (S&H) CAN Sysème numérique (ordinaeur) CNA sorie analogique cadre 1-2/7-

3 B.2.1. Foncionnemen en mode unipolaire correspondane. N min < N < N max S1 min < S1 < S1 max. Les 2 bornes a1 e a2 ne devron pas êre reliées ensemble. Ajuser le poeniomère pour avoir lorsque N=255 la ension du signal de sorie la plus proche possible de 1V e lorsque N= S1 la proche possible de V. Relever alors la caracérisique de ransfer VS=f(N) (N= nombre binaire à l enrée du converisseur. Un simulaeur logique relié au converisseur permera une sélecion aisée de N grâce à ses inerrupeurs) A quelle variaion de ension correspond une variaion de une unié du nombre d enrée? Quanum =...? Que perme de régler le poeniomère du converisseur DAC8 (R1=47K) B.2.2. Foncionnemen en mode bipolaire. Relier les bornes a1 e a2 ensemble. Relever alors la caracérisique de ransfer VS=f(N) B.3. Eude Théorique. Sachan que l expression du couran de sorie IO max es E1 IO max = N max avec N max = 255 Rref 256 En déduire pour le mode Bipolaire e unipolaire l expression de S1(VB15) en foncion de (E1,N) avec N valeur décimale correspondan au code binaire en enrée. Préciser dans le mode bipolaire e unipolaire le domaine de variaion du signal de sorie S1 ainsi que la valeur décimale N En mode bipolaire, à quel nombre binaire correspond héoriquemen S1=V. B.4. Conclusion Quels son les deux modes de foncionnemen possibles pour un CNA. Quelle es la résoluion (le quanum ) de ce converisseur? Eude d un CAN Dans un premier emps, on se propose d éudier le foncionnemen de principe d un converisseur CAN simple rampe puis dans un deuxième emps on éudiera le foncionnemen d un CAN inégré (ADC84) C. Eude d un CAN de ype simple rampe Le schéma srucurel du converisseur unipolaire (ension d enrée négaive) simple rampe vous es donné cadre 4 Le schéma foncionnel du converisseur analogique numérique. es le suivan Préciser sur le schéma srucurel de la maquee du converisseur en les encadrans l'emplacemen des 5 foncions secondaires composans le converisseur(foncion à l'inérieur du cadre en poinillé.. Quel es selon vous l'informaion porée par le signal C dans le converisseur? C.1. Mesures Seule la parie en poinillés sera éudiée; son schéma srucurel es donné cadre 4. Tous les amplificaeurs son alimenés en e -15V. L'horloge délivre en H des signaux recangulaires de fréquence consane. signal à converir V V3 Comparaeur Généraeur de rampe Commande de pore Horloge H P Pore C Transfer mémoire RAZ Compeur Compeur BCD Affichage cadre 2-3/7-

4 Les chronogrammes seron complèés :cadre 3 a) Bascule (rigger) à seuil : Relever la caracérisique V1 = f(v3). En déduire la valeur des seuils de basculemen Vsh e Vsb correspondan aux deux valeurs que peu prendre V1. b) pour VO= -5V, Relever en concordance de emps. les signaux V3, V1, V2,VS1,VS2. V3 V1 Chronogrammes pour VO=-5V Chronogrammes V1=f(V3) V1 V2 V3 VS1 VS2 cadre 3-4/7-

5 conversion du signal d enrée (voir page 15 de la documenaion consruceur). C.2. Analyse des performances Conversion simple rampe. D après le schéma srucurel du converisseur Le signal C perme de faire comper ou non le compeur. Donner l équaion logique de C en foncion de P e H. Représener sur les chronogrammes (pour V = -5 V), la zone où il y a compage des impulsions d horloge par le compeur. Que représene le nombre conenu dans le compeur? D après les chronogrammes, quel es le domaine de variaion du signal V permean d avoir un bon foncionnemen du converisseur? V MAX =? V MIN =? Quel es le rappor cyclique du signal d horloge H? D après le schéma srucurel du mulivibraeur asable NE555, pouvez-vous jusifier la valeur du rappor cyclique? La fréquence héorique du signal d horloge es donnée par F = 144., déerminer cee fréquence. 2. R. C Lorsque V = V MAX, le emps de conversion es de 8 µs ; donner alors le nombre de coups d horloge compés par le compeur. D. Eude du CAN ADC84 On éudiera ici un converisseur Analogique numérique inégré qui foncionne selon la méhode des approximaions successives.(voir cadre 5 ) D.1. maériel nécessaire : Maquee avec converisseur ADC84. Alimener la maquee uniquemen en Le signal analogique sera simulé par la 2 eme alimenaion variable uniquemen de à 5V e sera appliqué sur l enrée IN+ du converisseur analogique numérique. En éudian le schéma du converisseur cadre 5, pouvez-vous préciser si une LED es commandée lorsque la sorie correspondane du converisseur es au niveau 1 ou au niveau? D.3. Relevé de la caracérisique du CAN En faisan varier le signal d enrée de V à 5V relever alors la caracérisique du converisseur : N(décimal)= f(u) vol D.4. Analyse du foncionnemen Ce converisseur pour foncionner à besoin d un signal d horloge. D après le schéma consruceur e celui de la maquee, précisez quels composans paricipen à la généraion du signal d horloge. Relevez alors le signal d horloge à l aide d un oscilloscope ; quelle es la fréquence de ce signal? Sachan que normalemen la conversion du signal analogique en un nombre binaire se fai en (8+64) coups d horloge maximum, en déduire le emps de conversion de vore converisseur. Comparez la fréquence du signal d horloge à la fréquence nominale de foncionnemen donnée par le consruceur. Conclusion(soluion pour opimaliser le foncionnemen du converisseur sur la maquee). Proposez une méhode qui permee la mesure du emps de conversion? D.5. Conclusion Quelle es la viesse d acquisiion maximum de ce converisseur? Quelle es la plus peie ension déecable avec ce converisseur? Exise--il des converisseurs plus rapide si oui précisez quels ypes. D.2. Eude de la documenaion. En vous aidan de la documenaion consruceur : Expliquer le rôle des signaux RD, WR; INTR Proposer une séquence permean de faire foncionner correcemen le converisseur Analogique numérique. Exise--il un mode de foncionnemen du converisseur où celui effecue en permanence la - 5/7-

6 Schéma srucurel du converisseur simple rampe -15V G ND -15V VS1 X 3.3K D 3.3K Uc2 1,8n R VCC TR Q DIS CV THR NE555 H VO TL84-15V VS2 4 Y V P 411 C 4 4 V3 V2 V1-15V 1K 1K 1uF 1.2K 2.7K 1K cadre 4-6/7-

7 M OD E a1 a2 Alimenaion 5V E1 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B15 S1 Converisseur numérique analogique DAC8 CS RD WR CLKIN INTR IN+ IN- ANLGGND REF/2 DGTLGND VCC(ORREF) CLKOUT DB(LSB) DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 db db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 db db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 db db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 Converisseur analogique numérique ADC84 cadre 5-7/7-