Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg. Electronique C.Ling

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1 IV.) la technologie électronique numérique. 4.) Introduction: Deux technologie électronique cohabitent : l'analogique et le numérique ou technologie digitale. Le numérique et plu récent, on développement et principalement dû aux ordinateur et il prend de plu en plu de "part de marché" de l'analogique. Cependant, l'analogique n'et pa du tout en déclin parce qu'il y a de domaine dan lequel elle et irremplaçable, notamment en haute fréquence. De progrè important ont fait dan la réaliation de circuit intégré analogique qui ouvrent de nouveaux champ d'application hor de portée auparavant. Analogique: la grandeur électrique ou ignal varie de façon analogue à la grandeur phyique qu'elle décrit. Une caractéritique importante et la continuité du ignal. Numérique: la grandeur électrique et traduite en une uite de nombre éparé par un intervalle de temp. L'impoibilité de décrire le ignal par une uite de nombre infinie i l'intervalle de temp tend ver zéro a pour conéquence une dicontinuité de la decription du ignal phyique. C'et cette technologie que nou allon décrire dan ce chapitre et aborder de technique de converion de ignal analogique en numérique et numérique en analogique. 4.2) Codage binaire: En analogique, on décrira une variation de température de à C par une variation de tenion de à V par exemple. En numérique, on décrira une variation de température par une uite de nombre... Comment coder électriquement de nombre? 4.2.) le code binaire : On utiliera le code binaire et on codera un par une tenion de Volt et un par une tenion de 5 Volt. Un inconvénient de cette méthode et l'obligation d'utilier un certain nombre de fil électrique pour coder un nombre, en effet chaque bit an era matérialié par un fil. Nombre de fil f néceaire pour coder un nombre n: f = log 2 (n +) Nombre n pouvant être codé avec f fil: binaire décimal n = 2 f " Fig. Code binaire Créé le 24/25 A/D!

2 4.2.2) converion : Converion binaire -> décimale : oit d un nombre décimal, alor on pourra écrire : d = a 2 + a 2 + a a n 2 n où an ont le bit du nombre binaire correpondant. a et le bit de poid le plu faible, an et le bit de poid le plu fort. Exemple : =? = +4+8=3 Converion décimale -> binaire : On opère de diviion ucceive par 2 : Exemple: 2 =? 2/2 = 6, rete 6/2 = 3, rete 3/2 =, rete /2 =, rete Le réultat et la lecture de rete de ba en haut, oit. emarque: On utilie encore d'autre bae pour le travail ur le circuit numérique: le code octal (bae 8) ou le code hexadécimal (bae 6). Exemple: le code hexadécimal: A B C D E F A B ) Circuit logique: L'application la plu célèbre utiliant la technologie électronique numérique et l'ordinateur. Celui-ci travaille ur de nombre binaire. Se circuit ont capable de réalier toute orte d'opération arithmétique ou logique ur ce nombre. Il exite une famille nombreue de circuit électronique intégré et pécialié qui ne reconnaient que le valeur de tenion et 5V correpondant aux niveaux logique et. Ci-contre, exemple de circuit logique élémentaire: ET - OU - NON. Ce circuit contituent de "brique de bae" de circuit beaucoup plu complexe obtenu par combinaion de pluieur d'entre eux. circuit logique ET (AND) a b a = a.b b circuit logique OU (O) a b a = a+b b circuit logique NON (NOT) a a = a Fig. 2 Porte logique : ymbole, équation, table de vérité. Créé le 24/25 A/D! 2

3 4.4) Converion A/D (analogique --> digitale): On a ouvent beoin de fournir à un ordinateur de donnée contituée par de tenion analogique iue de capteur quelconque. Four ampli.??? capteur de température Fig. 3 Néceité de la converion analogique - digitale. Le capteur de température fournit une tenion proportionnelle à T variant de à mv. On amplifie ce ignal pour l'amener dan une plage de variation plu grande de l amplitude de la tenion par exemple de à V. Il 'agit enuite de convertir ce ignal en numérique. ampli. Echantillonneur bloqueur Convertieur analogique->digital circuit de commande Fig. 4 Synoptique du convertieur analogique - digital. En dehor de la converion A/D elle-même, on trouve dan la pratique de circuit annexe indipenable : L'échantillonneur-bloqueur a pour rôle de "prélever" un échantillon à de intervalle de temp préci fourni par le circuit de commande. Il doit aui maintenir la tenion échantillonnée contante pendant le temp que met le Convertieur A/D pour faire la converion. Le circuit de commande et le "chef d'orchetre" : il donne le "top" :. début d'échantillonnage à l'échantillonneur-bloqueur, 2. début de converion au convertieur A/D 3. dialogue avec l'ordinateur: 4. converion effectuée, lire la valeur convertie ==> ordinateur 5. l'ordinateur répond, prêt pour la donnée uivante. ==> circuit de commande Créé le 24/25 A/D! 3

4 4.4.) L'échantillonneur - bloqueur: Echantillonnage tenion bloquée Va tenion analogique V* Problème: le convertieur analogique-digital néceite un certain lap de temp pour effectuer la converion. Pendant ce temp, le ignal évolue : il y a donc incertitude ur la valeur effectivement convertie! On utiliera un circuit de mémoriation et de maintien de la tenion analogique préente à l entrée du convertieur à un intant donné l échantillonneur - bloqueur. durée de converion { débutfin t Fig.5 Mémoriation d'une tenion analogique pendant la converion A/D interrupteur tenion analogique C tenion bloquée Circuit de commande Convertieur A/D Fig. 5 Circuit d'échantillonneur-bloqueur La tenion analogique Va et tranmie via un uiveur au condenateur C pendant le temp où l'interrupteur et fermé. Le condenateur C e charge rapidement à la valeur de Va car la réitance du circuit de charge et la réitance de ortie du uiveur, donc nulle (C=). L'interrupteur et alor ouvert et la tenion du condenateur rete table: aucune décharge n'et poible puique la réitance d'entrée du 2 ème uiveur et infinie. La tenion préente aux borne du condenateur et tranmie par le 2 ème uiveur au convertieur A/D qui peut alor convertir une tenion table étant exactement celle correpondant à l'intant choii pour l'échantillonnage. Ce circuit équivaut à une mémoire analogique. Créé le 24/25 A/D! 4

5 4.4.) Le convertieur A/D: V a 5V V 5V V 5V b i t d e o r t i e La tenion à meurer (quantifier) Va et comparée aux différent niveaux de tenion préent aux différent point de l échelle de réitance. Si la tenion analogique et upérieure à la tenion de la borne - du comparateur, celui-ci bacule ur la tenion poitive d alimentation qui peut être une tenion correpondant à un niveau logique. éciproquement, i la tenion analogique et inférieure à la tenion ur la borne -, alor la ortie du comparateur bacule à la tenion d alimentation complémentaire. Si on choiit comme valeur de tenion d alimentation V et + 5V, on obtient en ortie directement un mot binaire. V Fig. 4 Convertieur A/D à comparateur mot de ortie du convertieur Il et évident que dan cette opération on fait une erreur dan la quantification du ignal analogique qui et au maximum égale à la différence de tenion de référence entre le borne - de 2 comparateur voiin. C et le pa de quantification. Pour réduire cette erreur, il faudra augmenter le nombre de pa, c et à dire augmenter le nombre de comparateur Va Fig. 7 Quantification 4.4) Converion D/A ( Digitale --> Analogique): Lorqu'on a beoin de tranformer de donnée numérique en un ignal analogique, on utilie un convertieur Digital / Analogique. Le Compact Dic (CD) audiophonique ont de upport de donnée numérique. Le donnée numérique, en l'occurrence décrivant une vibration acoutique, doivent être convertie en un ignal analogique uceptible d'être envoyé aux haut-parleur. Créé le 24/25 A/D! 5

6 Etat logique V Etat logique V Le mot binaire et matérialié dan le circuit convertieur D/A par de interrupteur bipolaire qui préentent deux niveaux de tenion différente elon leur poition. dan la pratique, ce interrupteur ont électronique car il doivent être rapide et pouvoir être actionné un trè grand nombre de foi. V Fig. 9 Etat logique d'un interrupteur. Exemple de convertieur D/A à 3 bit a2 a 2 Va a 4 Fig. 8 Convertieur Digital / Analogique : On peut montrer que : a 2 a a Va (V) /7 2/7 3/7 4/7 5/7 6/7 On a donc une valeur de tenion analogique proportionnelle à la valeur binaire codée ur le bit a, a et a 2. Le choix de la tenion déterminera la plage de tenion qu'on déire obtenir en ortie. Créé le 24/25 A/D! 6

7 4.4) Comparatif: Quelque élément de comparaion entre la technologie analogique et numérique: Analogique: Numérique: inconvénient: bruit dérive mémoriation difficile condenateur pite magnétique (équentiel) conommation importante avantage: caractère analogique de capteur facilité de réglage inconvénient: quantification et échantillonnage plu de bit ==> plu lent et plu cher inutiliable pour de fréquence > à GHz avantage: inenible aux bruit et dérive i erreur, il y a poibilité de mettre en place de algorithme de correction facilité de tranmiion on peut régénérer le ignal iolement galvanique facilité de traitement numérique intelligence de la programmation dialogue homme-machine commande adaptative * - Créé le 24/25 A/D! 7

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