Convertisseur Numérique Analogique
Vous devez réaliser les
montages proposés et répondre individuellement par
écrit aux questions posées (si possible réaliser
le compte rendu sur traitement de texte). Mais, bien évidemment
vous notez – en plus – toutes les informations qui vous semblent
utiles : vous vous constituez votre propre
cours. |
Objectifs généraux :
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Matériel :
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A) Signaux analogiques et signaux numériques
Un signal analogique sa(t) est un signal continu dont la valeur varie en fonction d'une variable continue t (le temps). La grandeur analogique sa(t) est représentée par un nombre réel variant de façon continue (exemples : tension, température...).Un signal numérique sn(tE) est un signal discontinu dont la valeur varie en fonction d'une variable discontinue tE (t= n.TE avec TE la période de prise des mesures (période d'échantillonnage)). La grandeur numérique n'a pas de dimension physique, c'est un nombre formé d’une suite de 0 et 1 (mot binaire). Les appareils de mesure numérique et les ordinateurs utilisent ce type de grandeur.B) Traitement numérique de l'information
En général, l'information issue d'un capteur est une grandeur analogique ( tension par exemple) et les actionneurs commandés par un ordinateur fonctionnent avec des signaux analogiques. Par conséquent, il faut procéder à des conversions de données.Pour mesurer une tension à l’aide d’un ordinateur, il faut convertir cette grandeur analogique en une grandeur numérique. Pour cela on utilise un convertisseur analogique-numérique.Pour commander un moteur par exemple à partir d’un ordinateur, il faut convertir la grandeur numérique en une grandeur analogique. C’est le rôle du convertisseur numérique-analogique.CHAINE D'ACQUISITIONCHAINE DE COMMANDE
On appelle Convertisseur Numérique Analogique ( CNA ) un dispositif
qui transforme des signaux logiques ( 0 ou 1 ) en valeurs analogiques de tension
électrique.
Ce CNA entre dans la composition du traitement numérique dû à
un ordinateur au niveau de la chaîne de commande incluse dans l’interface
d’acquisition.
A) Réseau R / 2R
C’est un dispositif électrique constitué d’une source de tension de valeur Uref et d’un ensemble de résistances de valeurs R et 2R. La tension de sortie - ou résultat de la conversion - est tributaire de la disposition de ces résistances.
B) CNA 2 bits
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A chaque interrupteur est associée une valeur logique :
Comme il y a deux interrupteurs , l'état de l'ensemble des interrupteurs est associé à un nombre binaire de 2 bits (A1A0 ) .Compléter le tableau suivant :
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Conclusion :
- Sur 2 bits, on peut coder ….. valeurs de tension soit 2…. valeurs.
- Le pas de conversion ou résolution en tension est de …… V soit Uref/2….
- La valeur maximale atteinte est …….. V soit (5,12-…….
C) CNA 3 bits
Simuler le montage CNA 3 bits sous Crocodile Clips en complétant le schéma précédent et enregistrer sous le nom « CNA3BITS ».
Modifier le montage expérimental précédent de façon à réaliser un CNA 3 bits.
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Noter les résultats des mesures :
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Conclusion :
- Sur 3 bits, on peut coder … valeurs de tension soit 2…. valeurs.
- Le pas de conversion ou résolution en tension est …….. soit Uref/ 2….
- La valeur maximale atteinte est ……….. soit (5,12 - ……. )
D) CNA 4 bits
Simuler le montage CNA 4 bits sous Crocodile Clips en complétant le schéma précédent et enregistrer sous le nom « CNA4BITS ».
Modifier le montage expérimental précédent de façon à réaliser un CNA 4 bits.
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Noter les résultats des mesures :
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A3 |
A2 |
A1 |
A0 |
Us simulé (V) |
US mesuré(V) |
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Linéarité de la conversion
Entrer manuellement, dans Regressi, les valeurs de tensions obtenues sur 3 bits en fonction du nombre décimal correspondant au binaire affiché.
- Avec quel type de fonction peut-on modéliser la courbe obtenue ?
- Réaliser cette modélisation. Quel est le résultat ?
- Quelle relation existe-t-il entre cette courbe et la résolution en tension ?
- Quel résultat peut-on prévoir pour le convertisseur 8 bits ?
- Conclure sur la linéarité de la conversion.
E) Automatisation du CNA à 4 bits
On aura remarqué qu’il est nécessaire de manœuvrer les interrupteurs figurant des états logiques à la main.
Ce processus peut être automatisé en utilisant un compteur, incrémenté à l’aide d’un circuit appelé « horloge », capable de parcourir seul les valeurs logiques.Simulation :
Pour voir les effets d’un tel circuit, modifier le circuit précédent et le compléter pour obtenir le circuit ci-dessous. Nommer le fichier CNA_AUTO.
- Mettre la RAZ à 0
Vérifier les valeurs obtenues à la sortie si Uref = 5 V.Correspondent-elles à ce qui a été mesuré précédemment ?
Afficher le traceur en réglant la tension entre 0 V et 5 V, la durée par division à 1s et le déclenchement en automatique.Les courbes montrent le signal d’horloge et l’évolution de la tension à la sortie du CNA- Observer la rampe après avoir stoppé l’acquisition
Compter les « marches » de cette rampe :
Mesurer à l’écran la hauteur de chaque « marche » : ................ V
Conclure :
F) Conclusions
- Sur 4 bits, on peut coder 2…… soit ……… valeurs de tension.
- sur 8 bits on peut coder ..…… valeurs de tension.
Résolution en tension: sur 4 bits : …………… V
Valeur maximale de la tension obtenue: sur 4 bits : ………..V soit (5,12 - ……….)
Résolution
La résolution en tension
d’un CNA alimenté par une tension Uref est donnée par
où n est le nombre de bits.
Valeur maximale atteinte
Nous pouvons vérifier que la valeur maximale atteinte est
Pour améliorer la précision du CNA il faut donc augmenter le nombre
de bits.
Vous devez résumer ici ce qui vous est apparu indispensable, ou simplement utile pour l’année de MPI et pour vos révisions lors du prochain contrôle …
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