Interfaces et Simulations - Licence Sciences Ingénieur

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LICENCE 2
Licence Sciences Pour l’Ingénieur
Interfaces et Simulations
POLYCOPIE DE COURS
Année 2019/2020
© INSTITUT GALILEE, 99 avenue Jean-Baptiste-Clément 93430 VILLETANEUSE 2006/2007

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INTERFACAGE et SIMULATIONS
ACQUISITION de DONNEES
"Mesure ce qui est mesurable et rend mesurable ce qui ne peut être mesuré" (Galilée)
Intro
Lorsque nous étudions le cas d’un instrument de mesure commercial ; il apparaît qu’il
est généralement composé de trois parties : l’interface d’entrée (par exemple, des
convertisseurs analogiques/numériques comme un oscilloscope numérique), le traitement des
données (une circuiterie électronique associée ou non avec un processeur numérique et un
logiciel embarqué), et l’interface utilisateur qui permet de visualiser, modifier ou
éventuellement sauvegarder les données. Le principal défaut que l’on peut constater est le
manque de souplesse de ce système, il est rarement possible (ou alors trop onéreux) de faire
évoluer ou mettre à jour l’une de ces trois parties. D’autre part, si chaque instrument dispose
d’une interface et un affichage individuels, l’expérimentateur est rapidement confronté à un
manque de place autour du banc d’essai.
Naturellement, la solution est apportée par l’acquisition de données sur ordinateur qui
permet de profiter à la fois de la vitesse d’un processeur pour gérer un maximum de taches et
de manière simultanée, et la fois d’une interface utilisateur souple et performante. En
contrepartie, il est difficile d’exiger des niveaux de performance égaux aux instruments de
mesure traditionnels bien que certains fournisseurs de carte d’acquisition atteignent, à présent
400Mhz (www.ni.com).
Donc dans un premier temps, nous exposerons les outils qui permettent de contrôler un
instrument de mesure « classique » à l’aide d’un P.C. (Personnal Computer) et en détaillant la
chaîne d’acquisition, nous présenterons les possibilités qu’offre l’informatique pour générer
le signal, le traiter, et le visualiser.
On prend pour prétexte ce cours sur les interfaces ordinateurs/ ? pour examiner
comment concevoir une chaîne d’acquisition en partant du signal physique jusqu’à la
visualisation et stockage sur le PC. Puis finalement on cherche à dégager la seule vraie idée
ou finalement question intéressante qui est : « Quelles sont les méthodes qui permettent
d’obtenir la mesure débordant sur la gestion automatique de manip par PC.

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SOMMAIRE
Interfaçage
Présentation : Centronic , boucle de courant
I. Transmissions numériques : généralités
II. Interfaces « parallèle »
III. Interfaces « série »
IV. Autres liaisons
V. Comparaison
L’acquisition de données
A La chaîne d’acquisition
I. Principe
I.1 La mesure et le Capteur
I.2 Amplificateur de signal
I.3 Filtre d’entrée
I.4 L’échantillonneur
I.4 Le convertisseur analogique numérique (CAN)
I.5 La zone de stockage
I.6 Le convertisseur numérique analogique (CNA)
I.7 Le filtre de sortie
II. Acquisition de plusieurs grandeurs
II.1 Acquisition séquentielle décalée
II.2 Acquisition séquentielle simultanée
II.3 Acquisition parallèle
B Le contrôle automatique d’un banc de mesure
I. Outils Hardware
Microcontrôleur
DSP
Relais,
Moteur pas à pas
II. Outils Software
LabView, Labwindows, MathLab
C.E.M.
A Présentation
I. Généralités
II. Les normes
B Le contrôle automatique d’un banc de mesure
I. La nature des sources de perturbations
II. Les couplages
III. Les contre-mesures

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Interfaçage
Qu'est-ce qu'une interface ? Notre utilisation ?
Une interface est un port, c'est-à-dire une prise qui relie un appareil extérieur à
l'ordinateur à l'unité centrale. Il permet de faire communiquer l'ordinateur avec un clavier, une
souris, une imprimante, un modem, etc. Mais dans le cas de figure qui nous intéresse le plus,
nous voulons interfacer un ordinateur avec du matériel de mesure ou d’acquisition de
données (D.A.Q. : Data AcQuisition). Nous chercherons à étudier les caractéristiques et les
propriétés des interfaces ordinateur(s) / périphérique(s) et des protocoles utilisés par ces
interfaces dans l’optique de pouvoir analyser le cahier des charges d’une application et de
proposer la meilleure solution technologique pour sa réalisation. Nous voulons aussi disposer
d’une vue d’ensemble des outils récents (en capteurs, en DAQ ou Soft).
Comment l'interface est reliée à l'ordinateur ?
Une interface est un dispositif électronique qui relie un ordinateur à d'autres
instruments. Elle permet de faire communiquer l'ordinateur avec un clavier, une souris, une
imprimante, un modem, etc. L'interface adapte les signaux produits par l'ordinateur à ceux de
l'autre instrument. Les interfaces sont généralement placées dans la boîte de l'ordinateur (dans
des "slots") et comportent un ou plusieurs connecteurs électriques qui seront reliés par des
câbles aux divers instruments à commander.
Face connectique
I) Transmissions numériques - Généralités
Notre problème est d’assurer le transfert depuis la zone de mesure vers l’ordinateur en
vue d’un traitement, d’un stockage et éventuellement d’une visualisation. Evidement, les
premiers impératifs à prendre en compte pour résoudre ce problème sont la distance à
parcourir, la vitesse de transmission nécessaire (exprimée en Bauds, bps ), la fiabilité ou
sécurité et bien sûr le coût. On distingue deux modes de transmissions numériques : la
transmission dite « parallèle » et la transmission dite « série ».
En transmission parallèle, les huit bits d’un octet sont transmis simultanément sur
huit lignes distinctes ; ce type d’architecture permet des transferts plus rapides mais il est

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limité à des distances faibles étant donné du coût plus important du au nombre de lignes
nécessaires.
En transmission série, les bits consécutifs d’un octet sont transmis l’un après l’autre
sur une ou deux lignes d’où une vitesse de transfert qui s’en trouve réduite, mais des distances
de transmissions qui peuvent être beaucoup plus importantes. En théorie, on n'aurait alors
besoin que de 2 fils : une ligne pour le signal et une pour la terre. Mais, en pratique, il y a des
perturbations extérieures et des erreurs induites qui ne le permettent pas. En effet, en plus des
lignes de transfert de données, cette méthode nécessite de prévoir un certain nombre de lignes
pour le contrôle du bon déroulement du transfert de l’information en utilisant une procédure
dite de handshake qui est un dialogue entre l’émetteur et le récepteur destiné à vérifier la
possibilité d’un échange et à confirmer son bon déroulement :
 l’émetteur signale que des données sont disponibles ;
 le récepteur indique qu’il est apte à les recevoir ;
 le récepteur ayant reçu les données accuse réception.
D’autre part, une liaison est dite simplex si elle ne peut être effectué que dans un seul
sens. Par contre, si les transferts d’informations entre deux dispositifs doivent être effectués
dans les deux sens, deux solutions sont alors à envisagées :
 une même voie, utilisée successivement dans un sens puis dans l’autre, est dite liaison
semi-duplex (half-duplex)
 si deux voies distinctes sont utilisées, une pour chaque sens, permettant ainsi un
transfert simultané, nous sommes en présence d’une liaison duplex intégrale (full-
duplex).
Transmission Synchrone / Asynchrone
C’est surtout parmi les liaisons série que la distinction synchrone / asynchrone est importante.
Dans les systèmes de communication synchrone, l'émetteur et le récepteur sont
synchronisés par une horloge qui compte précisément la période séparant chaque bit. En
contrôlant l'horloge, le récepteur peut déterminer si un bit a été perdu ou s'il y en a un en trop
(habituellement, par induction électrique). Si jamais une des deux parties perd le signal
d'horloge, la communication est terminée car rendue impossible. Une synchronisation efficace
permet de transmettre des trames longues pouvant comporter un millier de caractères avec des
vitesses de transfert élevé de l’ordre de 500 kbps.
Cette méthode est peu utilisée en informatique généraliste.
Pour les transmissions asynchrones, un "marqueur" est ajouté au début du flux de bits
pour aider à positionner les bits dans le flux. Lorsque le récepteur reçoit le bit de début (start
bit, toujours égale à 0), pour peu que les deux ports soient à la même vitesse, le récepteur
déclenche un timer et récolte les bits de données dans un intervalle de temps donné. En
gardant les flux non contrôlés (bits de données après le start bit) court, on restreint la
possibilité d'erreur.
Cette méthode est la plus souvent employée en informatique généraliste (c'est celle des
modems, par exemple) car très simple à mettre en œuvre mais limitée par sa vitesse de
transfert.