III. Le CAN

1. LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE
II. La chaîne de mesure
Le capteur transforme le signal qu’il mesure en tension électrique.
Le Convertisseur Analogique Numérique (CAN) est un dispositif électronique essentiel de la carte d’acquisition qui transforme
la tension analogique délivrée par le capteur en une suite de codes binaires (0 et 1). Il permet ainsi l’interprétation par
l’ordinateur de la tension aux bornes du capteur.
III. Le CAN
Symbole :
Caractéristique : sortie = f(entrée)
Le Convertisseur Analogique Numérique (CAN) est un
dispositif électronique essentiel de la carte
d’acquisition qui transforme une tension analogique en
une suite de codes binaires (0 et 1).
On obtient donc une série de valeurs numériques
discrètes par paliers successifs. Une bonne
représentation du signal nécessite une transformation
sur un nombre de bits suffisants.
<= Dépend de la période d’échantillonnage Te
(coorespond au différents paliers (parfois x*Te)
IV. Etude d’un CAN
1. Première étape : Echelle de tension
Toutes les résistances R sont identiques : R = 1 kW .
L'alimentation Uref = 15 V
Déterminer UR, tension au borne de R, en fonction de Uref et R.
On admet que le courant est nul dans les branches latérales (plus loin on verra que ces
branches seront reliées à l’entrée d’un Amplificateur opérationnel donc on a bien I =
0).
On définit alors une échelle de tension dont les « barreaux » sont égaux à Uref/NR.
2. Deuxieme étape : la comparaison
1. Principe
Dans quel cas la DEL s’allume-t-elle ?
2. Etude du montage
Réaliser le montage dans crocodilclip.
Toutes les résistances R sont identiques : R = 1 kW .
L'alimentation Uref = 15 V
La protection des DELs est assurée par les résistances
Rp = 470 W .et d'une diode normale.
On fait varier Ui de 0 à 15V
L’alimentation des AOs (+15 V ; - 15 V).
Uref = 15 V
Compléter le tableau suivant : on notera « 1 » la diode allumée, « 0 » dans le cas contraire.
Etat n°
1
2
3
4
5
6
U> à
6
U<à
9
n = nombre de
diodes allumées
Sortie du CAN
DEL4 = A DEL3 = B
DEL2 = C
DEL1 = D
2
0
1
1
0
1.
2.
3.
4.
5.
Pourquoi est-ce un Voltmètre à DELs ?
Comment afficher le résultat de la mesure de Ui ?
Quel est la sensibilité du dispositif ?
Peut-on améliorer cette sensibilité ?
Combien d'états distingue-t-on en sortie du dispositif ?
n  .......  U i  (n  1) 
U ref
NR
Rque : On définit le pas de résolution Uref/NR
En résumé
Si une tension de référence.................... (pleine échelle) est découpée par un nombre......................... de cinq conducteurs
ohmiques identiques, il dispose alors d'une échelle.................... de tension.
Exemple : Uref = 15V l'échelle est la suivante 0V, 3....V , 6....V , 9....V , .12...V , 15V . Cette échelle a un pas de 3....V.
Une tension inconnue est comparée.................. à cette échelle en utilisant quatre AOP ................................. en comparateurs.
Les tensions 3V , 6V , 9V , 12V, sont imposées aux entrées inverseuses des AOs alors que la tension inconnue......................
est imposée aux entrées non inverseuses. Pour chaque AO, si la tension inconnue est supérieure..................... à la tension de
notre échelle, alors la diode électroluminescente (DEL) placée en sortie "brille". On en déduit un ...................... de la tension
inconnue.
Exemple : si 2 DEL brillent : 6V <Ui < 9V soit 2....*(Uref / 5) <Uinc < 3 .....*(Uref / 5)
Uref / 5 devient le pas ou la résolution du convertisseur. Nous avons appelé ce montage « le voltmètre visuel ».
3. Troisieme étape : Visualisation de la tension à la sortie du CAN
1. Principe
Supposons que l'ordinateur puisse dénombrer le nombre de DEL allumées. Connaissant le pas du dispositif, il pourrait alors
calculer une valeur de Ui, tension à mesurer.
Si on relie directement notre voltmètre visuel à l'ordinateur, lorsque les deux premières DEL (C et D) brillent, l'ordinateur
reçoit l'information 0011 comme le montre le tableau ci dessous. (On nomme A,B,C,D les sorties des quatre AO.)
A
0
0
0
0
1
B
0
0
0
1
1
C
0
0
1
1
1
D
0
1
1
1
1
Ce mot binaire (0011 ) ne doit pas être interprété comme un 3 (1*2 0 +1*21) mais comme un 2 (2diodes allumées).
Il y a donc nécessité de placer derrière les 4 AO un dispositif de codage binaire du nombre d'AO ayant basculé.
Recherchons ce dispositif :
Ce dispositif doit transformer le mot 0011 en 0010.
Combien d’entrées et de sorties doit posséder ce dispositif ?
Compléter le tableau suivant qui récapitule tous les cas
Codage du nombre de DEL allumées (4
entrées)
A
B
C
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
Nombre de diodes allumées exprimé en binaire (3
sorties)
D
E2
E1
E0
0
1
1
0
1
0
1
1
Quel dispositif va permettre de transformer les quatre entrées en 3 sorties souhaitées ?
2. La logique du CAN
Il suffit de savoir quelles fonctions logiques vont nous permettrent de transformer le codage des diodes allumées en nombre
(exprimé en binaire) de diode allumées puis de savoir quelles portes logiques remplissent ces fonctionnalités pour résoudre le
problème.
On peut alors vérifier que :
E2 = A
E1 = C .................. A
E0 = ( D ou exclusif C ) ................. ( B ou exclusif A )
où les ......... représente une des fonctions logiques étudiées au TP précédent.
A vous de trouver ces fonctions logiques !
3. Caractéristique du CAN étudié
Représenter la sortie du CAN
en fonction de la tension d’entrée Ui.
V. Simuler un CAN
1. Simuler le CAN avec CrocodilClip
2.
Tracer la caractéristique du CAN de EFELOR
Réaliser le montage de la mallette EFELOR avec le CAN et l’afficheur 7 segments .
Quelle est son pas de résolution ? 5V/NR
Représenter la sortie du CAN
en fonction de la tension d’entrée Ui.