CONVERSION ANALOGIQUE NUMERIQUE MANUELLE

CONVERSION ANALOGIQUE NUMERIQUE MANUELLE
Le but du TP est d’introduire la conversion analogique numérique qui permet de transformer une tension
analogique en une tension numérisée logique.
On utilisera le logiciel du labo MPI qui permet aussi bien de faire des simulations, que de diriger une
acquisition de données
I°/ Installation de la chaîne d’acquisition :
-
Brancher ORPHY-GTI
Introduire le connecteur de la platine EFELOR dans ORPHY-GTI.
Allumer ORPHY-GTI
Allumer l’ordinateur
Sélectionner sur le bureau le labo de MPI ; choisir le mode interface connectée ; sélectionner
chaîne de mesures- convertisseur
II°/ Rappels sur le montage R-2R :
Ayant sélectionné CNA dans la liste déroulante à gauche de l’écran, aller page 9 . On place le
montage R-2R sur la platine EFELOR.
Mise en place des fils : cliquer sur les triangles dans les fenêtres.
Page 10, tout est indiqué pour utiliser le montage.
Questions :
•
•
•
•
•
Ce montage est à combien de bits ? Pourquoi ?
Quel est le nombre de possibilités N ou nombre de valeurs différentes possibles de la
tension de sortie?
On demande de faire un tableau avec tous les nombres binaires possibles, et leur
équivalent décimal, rangés verticalement par ordre croissant, avec les tensions de sorties
correspondantes.
Faire le graphique Usortie = f ( k ) où k représente le nombre binaire.
Quel est le saut de tension ∆U entre deux valeurs de tension de sortie consécutives, ou
quantum de conversion?
III°/ Rappels sur le montage comparateur :
Placer le module AO sur la platine EFELOR.
Sélectionner CAN dans la liste déroulante de gauche.
Page 9 faire le montage 3 (on utilise les deux générateurs de la platine EFELOR) et répondre aux
questions suivantes :
UE+M est visualisé sur la voie…….
UE-M est visualisé sur la voie…….
A quelle condition la sortie bascule-t-elle ?
Si
UE+M > UE-M
USM =
UE+M < UE-M
USM =
et la sortie est dans l’état…….
et la sortie est dans l’état……
En déduire le rôle d’un AO comparateur.
A LEQUITTE
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Laboratoire 14-30
Année 2003-2004
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Page 10 Faire la simulation.
•
Choisir à l’aide du potentiomètre, la valeur de la tension d’entrée, envoyée sur l’entrée non
inverseuse E+ : Indiquez la valeur que vous avez choisie :
U1 =
•
La tension d’entrée U2 envoyée sur l’entrée inverseuse E- est la tension de sortie d’un montage
R-2R. Suivant les interrupteurs ou inverseurs actionnés, la valeur de U2 sera différente.
Aucun interrupteur n’étant enclenché
U2 =
et la DEL éclaire.
La sortie de l’AO comparateur est donc dans l’état…..
•
On cherche à faire basculer la sortie de l’AO en actionnant les interrupteurs.
Indiquer la valeur minimale de la tension U2 pour laquelle, la sortie de l’AO bascule :
U2min =
A quel nombre binaire correspond cette tension ? k =
IV°/ Etude d’un convertisseur analogique/numérique manuel :
Il est constitué d’un AO en mode comparateur et d’un montage R/2R auquel on applique une tension
de référence Uref = 5V
Page 13 Fonctionnement du montage ; suivre les indications pour le montage.
a/ Fonctionnement du montage :
La tension analogique à convertir en numérique est la tension UE+M obtenue avec l’un des deux
générateurs d’EFELOR
E+
E-
+
+
S
-
UE+M
U alim = 5 V
USM
Entrée
Sortie
R-2R
CNA
UE-M
On applique une tension UE+M entre l’entrée E+ de l’ AO et la masse dont on fait varier la valeur à l’aide
du générateur. On fait varier la tension UE-M entre l’entrée E- de l’AO et la masse à l’aide des inverseurs.
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Au départ tous les inverseurs sont dans la position 0 et la tension UE+M voisine de 0. La sortie S de l’AO
est dans l’état haut, ce qui correspond à une D-E-L allumée. Dès qu’on applique la tension codée 0001 à
l’entrée du CNA, la DEL s’éteint.
On augmente alors progressivement la valeur de la tension UE+M à partir de la valeur 0 V, jusqu'à la
valeur UE+M maximale de façon à faire basculer à nouveau la sortie, pour que la diode éclaire à
nouveau.
On applique au niveau des inverseurs la tension codée suivante 0010. La DEL s'éteint à nouveau et
UE+M maximale pour la tension codée 0001 devient UE+M minimale pour la tension codée suivante
0010. Refaire le même travail.
Faire la manipulation pour toutes les valeurs possibles de tension d'entrée codée du CNA, prises dans
l'ordre et remplir le tableau suivant :
UE+M ( V )minimale
UE+M ( V )maximale
Tension d’entrée
codée du CNA
UE-M ( V )
0
0001
0010
0011
0100
UE+M ( V )minimale
UE+M ( V )maximale
Tension d’entrée
codée du CNA
UE-M ( V )
Questions :
•
Expliquer comment ce montage peut permettre par comparaison, de coder une tension
analogique UE+M et devenir ainsi un convertisseur analogique numérique.
•
Montrer que le codage de la tension UE+M est imparfait. D’après vos résultats quelle est la
plage de tension analogique ou quantum de conversion correspondant en moyenne à la même
tension codée ?
•
Pour diminuer le quantum de conversion et l’obtenir le plus faible possible, comment faudraitil faire varier le nombre de bits?
b/ Conversion manuelle d’une tension analogique UE+M en tension numérique :
On demande de convertir les tensions analogiques suivantes.
On met la valeur de la tension indiquée dans le tableau UE+M =
V
Tous les interrupteurs sont sur la touche 0. La DEL est dans l’état haut. On actionne les interrupteurs de
façon à obtenir les codes binaires dans l’ordre croissant ; on retient le code binaire minimal qui permet
d’éteindre la diode, c’est-à-dire de faire basculer la sortie de l’AO
Chaque fois les interrupteurs sont remis à 0.
Faire les mesures et remplir le tableau suivant ; conclure.
UE+M ( V )
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
code
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ANNEXE: La Platine EFELOR: fonctions essentielles:
I°/ Implantation des modules :
Les modules à disposition sont les trois opérateurs logiques : Portes NON, ET et OU
le dispositif MEMOIRE
un AO
une HORLOGE, un COMPTEUR, un AFFICHEUR, un CAN et un CNA
Ils s’implantent dans la platine entre la ligne d’alimentation 5V et la ligne de masse 0 V
II°/ Les Entrées permettant le raccordement à ORPHY-GTI :
Les entrées analogiques : au nombre de quatre EA0, EA1, EA2, EA3, elles permettent de transférer
les tensions analogiques obtenues dans les circuits électriques des modules sur les voies d’ORPHYGTI et d’utiliser les données dans REG-GTI : Régressi Windows, Fichier, Nouveau, GTI
Les entrées binaires : au nombre de cinq EB0, EB1, EB2, EB3, EB4, elles permettent de transférer des
tensions sur les voies d’ORPHY-GTI mais ce sont des tensions codées 0 ou 1.
Ces données peuvent être visualisées dans Testorgi. Cliquer sur Tester ORPHY.
III°/ Les Actions manuelles :
Deux boutons poussoir qui suivant leur position, donnent les deux états binaires possibles 0 et 1
Leur position, dans l’état 1 n’est que temporaire. Ils peuvent ainsi servir de déclencheur.
Quatre boutons manette ou inverseurs, qui suivant leur position donnent les deux états binaires
possibles 0 et 1.
Leur position dans un état ou l’autre est définitive, jusqu’à nouvelle action.
IV°/ Les Générateurs et les Diodes électro-luminescentes :
Au nombre de deux, les générateurs peuvent fournir une tension dont la valeur varie entre 0 et 5 V, en
actionnant le bouton rotatif.
Au nombre de quatre, les diodes électro-luminescentes permettent de visualiser l’état binaire 1 ou
l’autre 0 en émettant ou non de la lumière.
V°/ Les Sorties :
La Sortie analogique : SA permet de transférer une tension analogique de valeur pouvant varier entre
0 et 5 V entre un point des circuits réalisés et la masse. Pour régler la valeur de cette tension, aller
dans Testorgi. Cliquer sur Tester ORPHY. Dans la fenêtre apparaissant, on peut repérer la sortie SA,
et avec la souris déplacer le curseur. On peut ainsi choisir une valeur de tension entre 0 et 5 V à son
gré.
Les Sorties binaires : au nombre de cinq SB0, SB1, SB2, SB3, SB4, elles permettent de transférer des
tensions entre un point des circuits réalisés et la masse mais ce sont des tensions codées 0 ou 1.
Ces données peuvent être visualisées dans Testorgi. Avec la souris en cliquant dans les rectangles
sous SB0, SB1,……on peut changer l’état de la sortie de 0 à 1 et vice-versa.
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Connecteur à introduire dans l’ouverture
rectangulaire gauche d’ORPHY-GTI
SB0
SB1
SB2
SB3
SB4
SB5
EA0
EA1
EA2
EA3
EB0
EB1
PWM0
EB2
PMW1
EB3
EB4
SA
EB5
Raccordement aux entrées d’ORPHY- GTI ( EA : entrée analogique, EB : entrée binaire)
Visualisation
Alimentation 5 V
Implantation des modules fonctionnels
Ligne de masse 0 V
1
Actions Manuelles
0
1 0
générateurs
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