Convertisseur analogique numérique ( CAN )

Sujet 31 1/4
Convertisseur analogique numérique (CAN)
la comparaison
Présentation
Un convertisseur analogique-numérique est un dispositif électronique qui permet de transformer une tension
analogique en une valeur numérique qui pourra être "lue" par l'ordinateur.
 Une grandeur analogique est représentée par un nombre réel : 4,13 V, -2,32V, etc
 Une grandeur numérique est représentée par un nombre binaire (suite de bits).
Une carte d'acquisition comporte donc un CAN.
Un CAN réalise la transformation suivante :
La réalisation d'une conversion analogique-numérique va comporter deux étapes
 la comparaison
 le codage
L'échelle des potentiels
On a ainsi réalisé une échelle de potentiels.
Entre deux "barreaux " successifs de cette échelle l'écart est de V.
On dit que cette échelle à un pas (ou une résolution) de V
Exprimer le pas p en fonction de Uref=9V et du nombre de résistances N=5 de l'échelle. Que remarquez-
vous ?
On pose R=10k et Uref=9V.
Etudier le circuit ci-contre et calculer U1,U2,U3,U4 et U5.
Le potentiel de la masse étant nul, en déduire les potentiels
VA, VB, VC, VD, VE et les indiquer sur les lignes en
pointillés.
U1 U2 U3 U4 U5
CAN
N bits
UINC tension inconnue
bN-1…b2b1b0 = valeur du code
binaire image de la tension
UINC
b0
b1
b2
.
.
.
.
bN-1

Sujet 31 2/4
La comparaison
Dans quel type de montage l'ampli-op AO1 est-il inclus?
A quel potentiel son entrée e+ est-elle portée? Ve+=
A quel potentiel son entrée e- est-elle portée? Ve-=
En déduire le potentiel de sortie de AO1.
Quelle est la situation de la diode électroluminescente D1?
Emet-elle de la lumière?
Dans quel type de montage l'ampli-op AO2 est-il inclus?
A quel potentiel son entrée e+ est-elle portée? Ve+=
A quel potentiel son entrée e- est-elle portée? Ve-=
En déduire le potentiel de sortie de AO2.
Quelle est la situation de la diode électroluminescente D2? Emet-elle de la lumière?
AO1
u
AO2
A
B
C
D
E
AO1

Sujet 31 3/4
Ouvrir le fichier CAN_0 vous y trouverez ce qui suit
La tension u n'est pas connue:
 le fait que D1 est allumée permet-il d'affirmer que u est >1,8V ou que u est <1,8V?
 le fait que D2 soit éteinte permet-il d'affirmer que u est > 5,4V ou que u est <5,4V?
 quel est alors l'encadrement que l'on peut donner pour u?
Ouvrir le fichier CAN_1 vous y trouverez ce qui suit

Sujet 31 4/4
Vous pouvez donner à u une valeur quelconque en agissant sur le curseur du potentiomètre (ne pas
dépasser 9V qui est la tension d'alimentation des AO au risque de les détruire).
Déterminer, d'après le nombre de diodes allumées, un encadrement pour la valeur de u.
Relever un exemple:
Si on appelle n le nombre de diodes allumées et p le pas de l'échelle des potentiels, comment peut-on écrire
l'encadrement pour une tension u?
<u<
Comment modifier le circuit pour avoir une mesure de u plus précise?
Bilan de la comparaison
Si on appelle
 S4, S3, S2, S1 les sorties des AO de même numéro
 Si on appelle n le nombre de diodes allumées,
 Si on désigne par 0 les niveaux "bas" de sortie des AO et par 1 les niveaux "haut", on obtient les résultats
suivants :
n
S4
S3
S2
S1
n en binaire
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
1
3
0
1
1
1
4
1
1
1
1
Compléter la dernière colonne de ce tableau et comparer le code binaire de n au code [S4, S3, S2, S1] produit par
notre échelle de comparaison.
Ceci ressemble à de la numération binaire sans en être vraiment puisque n=2 se trouve codé sous la forme [S4, S3,
S2, S1] = 0011 qui, en binaire, signifie 3 et non 2.
Il faut donc rajouter un système pour que l'ordinateur "comprenne" le codage [S4, S3, S2, S1] sur 4 bits produit
par notre échelle de comparaison.
Le système à rajouter va recevoir en entrée les 4 variables S4, S3, S2, S1 et produire en sortie la valeur de n en
binaire qui correspond (voir tableau ci-dessus).
Combien faut-il de bit pour coder toutes les valeurs de n? Comparer au nombre de bits produit par notre système.