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CONVERTISSEUR NUMERIQUE ANALOGIQUE
Le but du TP est de comprendre le fonctionnement du montage R-2R utilisé dans les convertisseurs et la
conversion numérique analogique. Le CNA comme le CAN (convertisseur analogique numérique) font
partie de la chaîne d’acquisition qui va du capteur à l’ordinateur.
I°/ Le montage R-2R :
Ligne d’alimentation
Vcc
1
2
a
3
b
4
c
5
d
6
e
7
f
8
g
h
Points fixes des interrupteurs
S
R
2R
Ligne de masse
Le montage R-2R de la plaque permet de convertir un nombre binaire de 8 bits (un octet) en une tension.
Pour comprendre son fonctionnement, on étudie son principe sur 2 puis 3 bits et ensuite on généralise à 8
bits. S est la sortie du montage.
2R = 22 kΩ
La résistance R est la résistance équivalente à deux résistances 2R montées en parallèle.
Les interrupteurs sont réalisés avec des fils volants dont une extrémité est un point fixe.
Tous les points fixes des interrupteurs sont sur la ligne a,b,c…….h.
Le nombre d’interrupteurs équivaut au nombre de bits. Si on désire faire un montage à 2 bits, on branche
deux interrupteurs dont les points fixes sont a et b ; pour 8 bits, on branchera les 8 interrupteurs.
Les autres extrémités des interrupteurs, doivent être soit sur la ligne d’alimentation, soit sur la ligne de
masse.
A Lequitte
ENCPB
Année 2005-2006
1
II°/Le montage R-2R et le CNA sur 2 bits : n = 2
+
Pour mesurer la tension U, on
place un voltmètre entre S et
la masse.
2R
2R
b
a
I1
Les deux interrupteurs I1 et I2
sont deux fils volants qui
permettent de relier a et b,
soit à la masse soit à 1 ou 2
Vcc
1
2
Ualim = 5 V
R
I2
-
Pour utiliser le montage de
façon plus aisée, on place la
ligne de masse en haut et la
ligne d’alimentation en bas.
2R
U
On branche le générateur de tension délivrant 5 V entre Vcc et la masse.
La tension à l’entrée du convertisseur est donc Ualim = Valimentation – Vmasse = 5V.
Chaque fois que l’interrupteur est fermé sur la masse de potentiel OV, il est codé 0 ; s’il est fermé sur la
ligne d’alimentation de potentiel 5V (1, 2, 3…), il est codé 1.
Les deux interrupteurs I1 et I2 réalisés avec des fils volants possèdent donc deux états :
0 : fil entre a ou b et la masse
Le potentiel du point a ou b est alors 0V : état bas
1 : fil entre a ou b et 1 ou 2
Le potentiel du point a ou b est alors 5V : état haut
a/ Manipulation :
•
•
Envisager tous les branchements possibles pour les deux interrupteurs et donner le code binaire
correspondant.
Mesurer la tension U pour chacun des branchements possibles.
I2, I1
k
(binaire)
k
(décimal)
I2 masse, I1 masse
00
0
I2 masse, I1alimentation
01
1
I2alimentation, I1 masse
10
2
U (V)
U (V)
U = f (k)
k binaire
I2, I1 alimentation
3
Umax =……
A Lequitte
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00 01
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2
•
Compléter le tableau ci-dessus et le graphique de droite en indiquant les valeurs des tensions sur
l’axe des tensions et les nombres binaires manquant.
b/ Questions :
Répondre aux questions suivantes sachant que :
Le nombres de possibilités N est le nombre total de nombres binaires que l’on peut coder avec un
montage, et par conséquent le nombre total de valeurs différentes de tensions obtenues.
Le pas de conversion, noté ΔU correspond au saut de tension entre 2 nombres binaires consécutifs.
•
•
•
•
•
•
Combien obtient-on de valeurs de tension différentes et quel est donc le nombre de possibilités?
N=
Ecrire N sous la forme N = 2 n . Que vaut n ?
Quelle est la valeur ΔU ? Trouver une relation entre ΔU, Ualim et N.
La valeur maximale atteinte est Umax =
V.
Trouver une relation entre Umax, Ualim et ΔU
Ecrire la relation entre U, k (décimal) et ΔU
III°/ Montage R-2R et CNA sur 3 bits :
2R
U
2R
c
3
I2
-
2R
2R
I3
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R
b
2
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I1
+
Ualim= 5 V
R
a
1
Vcc
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3
a/ Manipulation :
•
Envisager tous les branchements possibles des trois interrupteurs et donner le code binaire
correspondant.
On prend les interrupteurs dans l’ordre, 1, 2, 3.
• Mesurer la tension U pour chacun des branchements possibles.
• Remplir un tableau analogue à celui rempli pour n = 2 et faire le graphique U = f (k) à partir des
données du tableau.
Ecrire les nombres binaires et décimaux, verticalement et par ordre croissant.
I3, I2, I1
k (binaire)
k(décimal)
U (V)
b/Questions :
•
•
•
•
•
•
Combien obtient-on de valeurs de tension différentes et quel est le nombre de possibilités ?
N=
Ecrire N sous la forme N = 2 n . Que vaut n ?
Quelle est la valeur ΔU ? Trouver une relation entre ΔU, Ualim et N.
La valeur maximale atteinte est Umax =
V.
Trouver une relation entre Umax, Ualim et ΔU
Ecrire la relation entre U, k (décimal) et ΔU
IV°/Application et géneralisation: le CNA sur 8 bits :
a/ Manipulation :
•
Brancher les 8 fils en a, b, c…….h. On a donc 8 interrupteurs I1 I2 I3 I4….I8 qu’on relie soit à la
ligne d'alimentation, soit à la masse.
b/ Questions :
•
Combien de valeurs de tension N peut-on coder sur 8 bits ? N =
•
Quelle est la valeur moyenne du pas de conversion ΔUmoy ?
•
Calculer la valeur de la tension maximale Umax
•
A quelles valeurs de k (binaire et décimal) correspond cette valeur?
kdécimal=………….
•
kbinaire=…………..
Vérifier la valeur calculée de Umax avec un multimètre. Umax(mesuré) =…………..
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4
•
Quelle est la tension correspondant à l’octet 10011101 ?
Expliquer le calcul.
Résultat du calcul : U10011101=……………..
Vérifier sa valeur avec un multimètre. Mesure : U10011101=……………..
•
Remplir le tableau ci-dessous :
Pour calculer U, on utilisera la valeur ΔUmoy calculée précédemment.
k (décimal)
k (binaire)
U calculée (V)
U mesurée (V)
0
1
2
3
4
5
6
7
9
15
28
50
85
131
170
•
Comparer les valeurs de U calculée et U mesurée. Conclure.
•
Quel est l’intérêt d’augmenter le nombre de bits ?
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