LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE (CAN)

LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE (CAN)
I. Signaux analogiques et signaux numériques :
Un signal est dit " analogique " si sa valeur varie de façon continue au cours du temps.
La tension de sortie de l’adaptateur est analogique.
Les signaux analogiques représentent directement les grandeurs physiques mais ils sont :
- difficiles à mémoriser
- difficiles à traiter mathématiquement
- sensibles aux petites variations
Un signal est dit "numérique" si sa valeur varie de façon discrète au cours du temps.
Les signaux numériques sont :
- faciles à mémoriser ( mémoires RAM ou ROM )
- faciles à traiter mathématiquement (microprocesseur )
- insensibles aux petites variations.
II. La fonction CAN :
Le CAN transforme une grandeur analogique d'entrée Ue en un nombre binaire [N] de sortie, proportionnel à cette grandeur.
Il existe diverses techniques de CAN :
- Conversion avec comparateurs en échelle (Flash )
Grandeur
- Conversion simple rampe
analogique
- Conversion double rampe
- Conversion par approximations successives
Ue
Nombre binaire de
sortie [N]
N = k.Ue
Le CAN flash :
1
III. 1er étage du CAN : L’échelle de potentiels
1°) Montage :
Ue
R
R
S4
Rp
S3
Rp
S2
Rp
S1
Rp
+
R
+
Uref
R
+
R
+
La tension de référence est découpée par un pont diviseur de cinq conducteurs ohmiques identiques.
On dispose alors d’une échelle de tension.
U1 = Uref /5 ; U2 = 2.Uref /5 ; U3 = 3.Uref /5 ; U4 = 4.Uref /5 ; U5 = Uref
Par exemple si Uref=15Valors U1 = 3V ; U2 = 6 V ; U3 = 9 V; U4 = 12V ; U5 = 15V (cette échelle a un pas de 3V).
La tension inconnue Ue va être comparée à cette échelle. Pour cela, on utilise quatre amplificateurs opérationnels en comparateurs.
Les tensions 3V, 6V, 9V et 12V sont imposées aux entrées inverseuses de chaque A.O, alors que la tension inconnue Ue est imposée
aux entrées non inverseuses de chaque A.O. Si la tension U est supérieure à la tension de notre échelle, la tension de sortie de l’A.O
sature positivement et la DEL passante s’allume. Sinon elle reste éteinte.
On peut déduire du nombre de DEL allumées, un encadrement de la tension inconnue.
Par exemple, si 2 DEL brillent, on a 6V U9V
Ici, Uref/5 est le pas ou la résolution du convertisseur.
2°) Simulation à l’aide de crocodile clips :
Réaliser le montage virtuel en adaptant les composants.
3°) Réalisation pratique du montage :
On utilisera une mini platine
Chaque ligne continue présentera le même potentiel électrique.
Les dipôles devront être encastrés entre 2 lignes distinctes ;
Les pattes des AO seront placées de part et d'autre de la ligne médiane de sorte que
chacune soit indépendante des autres.
Astuces : Utiliser des fils les plus courts possibles et éviter de les croiser. Changer
de couleur pour avoir des repères visuels.
Penser à bien relier toutes les masses entre elles.
2
Rappel du brochage de l’AO
A+, A- alimentations
E+ entrée non inverseuse
E- entrée inverseuse
S sortie
IV. Deuxième étage du CAN :
1°) Principe :
Pour que l’ordinateur puisse traiter l’information sur la valeur de la tension inconnue, il faut qu’il puisse dénombrer le nombre de
DEL allumées et qu’il connaisse la résolution du convertisseur. Il faut donc placer derrière ce premier étage un dispositif de codage
binaire du nombre de DEL allumées.
Ce dispositif doit posséder 4 entrées et 3 sorties car le nombre 4 se code, en binaire 100.
E4
E3
E2
E1
S3
S2
S1
La table de vérité de ce dispositif devra donc être la suivante :
E4
0
0
0
0
1
0 V < Ue < 3 V
3 V < Ue < 6 V
6 V < Ue < 9 V
9 V < Ue < 12 V
12 V < Ue < 15 V
E3
0
0
0
1
1
E2
0
0
1
1
1
E1
0
1
1
1
1
S3
0
0
0
0
1
S2
0
0
1
1
0
S1
0
1
0
1
0
Sachant que les tables de vérité des portes OR et EXOR sont les suivantes :
E1
0
0
1
1
On a :
EXOR
E2
0
1
0
1
S
0
1
1
0
E1
0
0
1
1
OR
E2
0
1
0
1
S
0
1
1
1
S3 = E4
S2 = E4 exor E2
S1 = (E4 exor E3) or (E2 xor E1)
Le dispositif de codage est réalisé entièrement à l’aide de portes EXOR et OR.
Entre E4 et S3, on utilise une porte EXOR dont l’une des entrées est à la masse, ce qui la transforme en une porte OUI.
2°) Simulation à l’aide de crocodile clips :
Réaliser le montage virtuel en adaptant les composants.
3°) Réalisation pratique du montage :
Rappel du brochage des portes logiques à deux entrées:
+
- les pattes 1-2-3 sont respectivement E1-E2-S pour la première porte;
14 13 12 11 10 9 8
- les pattes 4-5-6 sont respectivement S-E2-E1 pour la deuxième porte;
- les pattes 8-9-10 sont respectivement E1-E2-S pour la troisième porte;
- les pattes 11-12-13 sont respectivement S-E2-E1 pour la quatrième porte;
La patte 14 sert à l'alimentation +
1 2 3 4 5 6 7 masse
La patte 7 est reliée à la masse
3
S
3
a
a
S
2
2
Diode verte
Rp
1
=1
Rp
S
1
=1
a
>
=1
0
Rp
=1
S
0
V. Conclusion.
L’ensemble de ce dispositif électronique est un convertisseur analogique numérique 3 bits qui quantifie une tension de référence sur 5
états. Pour Uref = 15V on a le codage suivant :
15V
12V
9V
6V
3V
100
011
010
001
000
4