acquisition d`une tension variable avec un ordinateur

Comment un ordinateur peut-il enregistrer une tension
variable ?
A. But du TP :
Il s’agit de comprendre comme un ordinateur muni d’une carte d’acquisition et d’un
logiciel adapté peut enregistrer correctement une tension qui varie au cours du temps.
B. Coder des informations en informatique
1. Les deux types de grandeurs
Les deux types de grandeurs susceptibles d’être codées sont :
 Les grandeurs analogiques : elles peuvent varier de manière continue vers une autre
valeur sans discontinuité.
 Les grandeurs numériques ou digitales ou discrètes qui évoluent par saut c’est à dire
par discontinuité.
2. Le codage binaire
C’est une grandeur numérique ne pouvant avoir que deux « valeurs » : 0 ou 1 (donc de base
…. )
Interrupteur …………
Le courant ………….
Interrupteur ……….
Le courant ……………..
Attribution à cet état
de la valeur :
de la valeur :
L’état de cette grandeur BINAIRE est codé « sur un » BIT ( Binary Digit ) soit 2 possibilités : 0 ou 1
Nbre
d’interrupteurs
1
2
3
4
8
Nbre de
caractères
codables
2
4
Ces caractères
Nbre
de BIT
0, 1
00, 01, 10, 11
1
2
Un mot de 8 bits s’appelle un ……………et représente …….. caractères codables ou possibilités
01101101
Le bit le plus à gauche est le bit
de POIDS le plus fort
Le bit le plus à droite est le bit de
POIDS le plus faible
Comparaison
4138
poids fort = milliers
poids faible = unités
3. Les capacités en informatique
Pour évaluer les capacités de stockage de données – donc de caractères – on utilise l’octet comme unité
et surtout ses multiples :
Le kilo-octet ( Ko ) :
1 Ko = 210 octets = ……………… octets
Le méga-octet ( Mo ) :
1 Mo = 220 octets = ……………… octets
Le giga-octet ( Go ) :
1 Go = 230 octets = ……………… octets
Le premier ordinateur familial ( ZX Sinclair ) avait 1 Ko de RAM et maintenant c’est …..
Les disquettes 5 ¼ pouces stockaient 360 Ko puis 720 Ko
Les disquettes 3 ½ pouces stockent 720 ko puis 1,44 Mo
Les disquettes ZIP stockent 100 Mo puis 250 Mo, tandis que les bandes atteignent 50 Go et les CD Rom
650 Mo et les disques durs environ ….. o.
C. Utiliser un ordinateur pour étudier une tension variable
Un ordinateur ne peut pas mesurer en continu une tension variable, il ne peut mesurer
que des valeurs ponctuelles et discrètes de cette tension (échantillons) à intervalles de temps
successifs égaux.
D’autre part, la valeur mesurée doit ensuite être numérisée, c'est-à-dire transformée en
une suite de 0 et de 1, pour être traité et enregistré par l’ordinateur. La numérisation est
réalisée par le convertisseur analogique numérique de la carte d’acquisition. La précision de
cette numérisation dépend de la sensibilité du convertisseur analogique numérique c'est-à-dire
du nombre de bits sur lequel s’effectue cette conversion d’une valeur décimale en un nombre
binaire.
On va donc étudier successivement l’importance et le rôle de ces deux paramètres.
D. Première approche de la notion d’échantillonnage
1. Utilisation d’une simulation :
Pour cela nous allons utiliser un petit logiciel nommé ORPHNUM.
Ouvrir le programme ORPHNUM puis faire SuiteOrphy n’est pas actif OK. On voit
alors défiler les représentations analogiques d'une douzaine de sons musicaux d'une durée très
brève (0,75 s) :
n° 1 air cristallin ; n° 2 : air de hautbois ; n° 3 : air de piano ; n° 4 : air de cuivres ; n° 5 :
"affrontement" avec accent italien ; n° 6 : "responsable" voix masculine ; n ° 7 : air de banjo
; n° 8 : "La Marie-josé" voix féminine ; n° 9 : "image" voix de Brassens ; n° 10 : sifflement ;
n° 11 rampe ; n° 12 : La baleine.
Cliquer sur le bouton "Numériser" quand on voit passer un fichier intéressant. Le
défilement cesse. Deux boutons se présentent alors pour régler la résolution (de 1 à 8bits) et la
fréquence d’échantillonnage (de 625Hz à 10kHz).
Faire varier la résolution et la fréquence d’échantillonnage du signal analogique
sélectionner et observer le résultat de la numérisation correspondante (il est intéressant de ne
faire varier qu'un paramètre à la fois).
2. Questions
Proposer une définition de l’échantillonnage d’un signal.
Définir la fréquence d’échantillonnage et la période d’échantillonnage. Y –a-t-il un lien
entre ces deux grandeurs.
Quelle est l’influence de la fréquence d’échantillonnage sur la qualité du signal de
sortie ?
Quelle est l’influence de la période d’échantillonnage sur la qualité du signal de sortie ?
Quelle est l’influence de la résolution du convertisseur sur la qualité du signal de sortie ?
Conclure sur les rôles respectifs de ces deux paramètres quand à la qualité de la
restitution d’un signal analogique à partir d’un signal numérique.
E. Utilisation de la carte d’acquisition d’un ordinateur
1. Etude de la notice de la carte d’acquisition
A l’aide de la notice (première page) de la carte d’acquisition et de l’étude des indications
portées sur le boîtier, répondre aux questions suivantes :
1°) Quelles sont les tensions que peut mesurer cette carte d’acquisition ?
2°) Combien de bits sont utilisés par le CAN de cette carte ?
3°) A partir des deux questions précédentes, expliquer l’indication « résolution 2,5 mV ».
4°) Quel est le nombre maximal de mesures que la carte peut réaliser en une seconde ? Quelle
est la plus petite période d’échantillonnage (durée séparant deux mesures consécutives)
possible ? Expliquer le raisonnement.
2. Mesure d’une tension variable
On souhaite étudier avec la carte d’acquisition la tension variable qui correspond au La 3 émis
par un diapason.
- Réaliser les branchements nécessaires à la réalisation de la mesure.
1°) Quelle est la fréquence et la période de ce son (reprendre les résultats de l’étude réalisée
lors du TP précédent)?
2°) Quelle durée faut-il choisir pour étudier cette tension pendant trois périodes ?
3°) Quelle période d’échantillonnage (durée entre deux mesures consécutives) faut-il choisir ?
- Lancer le logiciel « Datadirect ».
- Régler le logiciel à l’aide des réponses aux questions précédentes et en considérant
que la carte doit commencer les mesures lorsque l’utilisateur le décide. On pourra
utiliser les indications des pages 6 et 7 de la notice d’utilisation.
- Réaliser une acquisition.
- A l’aide des outils proposés par le logiciel (consulter en particulier la page 8 de la
notice), déterminer la période de la tension mesurée. Cette valeur correspond elle à
celle attendue ? Sinon reprendre l’étude précédente jusqu’à ce que le signal obtenu à
l’écran ait la même période que le signal de départ.
- Comment faut-il choisir la période d’échantillonnage pour que l’acquisition soit
correctement réalisée ?
3. Fondamental et harmoniques de différentes notes de
musique
On souhaite maintenant trouver le fondamental et les harmoniques de différentes notes de
musique étudiées lors du TP précédent (piste 5 : la 3 du diapason, piste 6 : la 3 de la flûte
traversière, piste 7 : la 3 de la trompette, piste 8 : la 3 du saxophone).
a) Etude des quatre notes de musique
Pour chaque note de musique :
 Lancer la bande son étudiée.
 Régler le logiciel d’acquisition de manière à ce qu’il travaille sur une durée égale à
une période.
 Réaliser une acquisition.
 Transférer les mesures dans le presse papier (utiliser la commande « Copier les
données » du menu édition).
 Ouvrir le logiciel REGRESSI
 Copier les mesures dans Regressi (Utiliser la commande « Coller document » du menu
édition.
 A l’aide du bouton « Fourrier », afficher le spectre correspondant à la note de musique
et le recopier.
 Noter la fréquence du fondamental et son amplitude.
 Noter les fréquences des harmoniques et leurs amplitudes.
b) Comparaison des quatre spectres

Comparer les spectres des quatre notes de musique étudiées.