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ADC au niveau matériel
De nombreux signaux électriques autour de nous sont analogiques dans la nature.
Cela signifie qu’une quantité varie directement avec une autre quantité. La première quantité est la plupart du temps la tension tandis
que la deuxième quantité peut être la température, la pression, la lumière, la force ou l'accélération. Par exemple, dans le cas du capteur
de température LM35 la tension de sortie varie en fonction de la température, de sorte que si nous pouvions mesurer la tension, on
pourrait mesurer la température.
Mais nos ordinateurs (ou Microcontrôleurs) sont de nature numérique. Ils ne peuvent que différencier entre le niveau HAUT ou BAS sur
les broches d'entrée. Par exemple, si l'entrée est supérieure à 2.5v elle sera lue comme 1 et si elle est inférieure à 2,5, alors elle sera lue
comme 0 (dans le cas des systèmes de 5v). Donc, nous ne pouvons pas mesurer la tension directement à partir d’un CPU. Pour résoudre
ce problème la plupart des microcontrôleurs modernes disposent d'une unité de CAN (convertisseur analogique –numérique) ou ADC (
Analog Digital converter) .
Quelques exemples très utile de dispositifs analogiques sont
Capteurs de lumière.
Capteurs de température.
Accéléromètres.
Ecrans tactiles.
Microphone pour enregistrement audio.
Le principe
Théoriquement la conversion doit s’effectuer en respectant 3 étapes :
 L’échantillonnage
 La quantification
 La pesée
L’échantillonnage
L’analogie la plus simple est celle d ’un sondage électoral.
Prévoyons que le parti x aura 49% des voix, le parti y 20% des voix etc…
Nous venons d’effectuer un échantillonnage des intentions de vote.
Mais attention, cette estimation est approximative, le résultat final du parti x par exemple peut très bien être de 48% ou de 50%.
Accordons-nous donc une marge d’erreur. C’est exactement la même chose en télécommunications.
Dans notre cas nous ne devons pas échantillonner des intentions de vote. (Un échantillon correspond à une impulsion).
Nous devons échantillonner de la parole.
Définition :
La parole est un signal analogique dont la gamme des fréquences varie entre 300 et 3400 Hertz.
Théorème de Shannon
F échantillonnage >= 2 fois la fréquence maximum du signal à échantillonner
Deux questions se posent :
•Que faut-il échantillonner ?
•À quelle fréquence faut-il échantillonner ?
La réponse à la première question est simple, nous voulons échantillonner de la parole (les abonnés téléphoniques par exemple).
La réponse à la deuxième question est donnée par le théorème de Shannon.
Nous devons échantillonner la parole ( BF) soit un signal variant entre 300 et 3400 Hertz.
La fréquence d’échantillonnage doit donc être au moins de : 3400 x 2 = 6800 Hz
Nous arrondissons à 8000 hertz soit 8 Khz , 8 étant une puissance de 2. Il ne faut pas oublier que nous allons travailler
en numérique, donc en binaire.
Comme T(période)=1/F , T= 1/8000= 125m secondes

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La quantification

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Important : Il est à noter que l’erreur de quantification est la seule erreur hors ligne lors d’une conversion A-N.
Le codage ou la pesée
Quelques méthodes de conversion ( extrait du cours de l’auteur)
Les CAN font correspondre à une entrée analogique une sortie numérique.
Le bit de poids fort se nomme MSB et le bit de poids faible LSB.
Convertisseur simple rampe
QuickTime™ et un
décompresseur
sont requis pour visionner cette image.
principe:
À la fermeture de l’interrupteur le condensateur se charge linéairement. Le temps de basculement du comparateur dépendra donc
directement de la tension d’entrée. Au moment du basculement, le ET bloque l’horloge du compteur. La sortie binaire de ce dernier est
donc proportionnelle à la tension d’entrée Ue . Le principal inconvénient vient de l’influence du vieillissement de la capacité et de la
stabilité de l’horloge sur le mot de sortie.
Pour s’affranchir de ceci, on utilise fréquemment une conversion double rampe. On charge la capacité jusqu’à ce que le compteur soit
plein . Ce temps de comptage est donc constant. Puis on effectue une décharge avec une entrée de référence jusqu’au passage à zéro.
QuickTime™ et un
décompresseur
sont requis pour visionner cette image.
Réalisez un codeur simple rampe
Quelques données technique pour vous aider
C’est l’opération qui consiste à convertir en binaire (Numérique) la valeur lue lors de la quantification.
La conversion s’effectue sur 8 bits.
exemple de valeur positive +117 deviendra 01110111
exemple de valeur négative - 43 deviendra 11010111

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QuickTime™ et un
décompresseur
sont requis pour visionner cette image.

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QuickTime™ et un
décompresseur
sont requis pour visionner cette image.
La commande remet à zéro le compteur et démarre la rampe
Réalisez un codeur double rampe
Principe de base
On compare la tension d’une charge de condensateur avec un tension de référence pendant un certain temps.
Tant que la tension de référence est supérieure à la tension de charge du condensateur la sortie du comparateur est à 1, ce qui crée ce
que l’on nomme une fenêtre.
Pendant le temps d’ouverture de la fenêtre ( temps à 1). On insère des coups d’horloge. Il suffit alors de compter le nombre de coup
d’horloge pour obtenir un nombre binaire proportionnel à la largeur de la fenêtre.