Transcript Laboratoire 8 Convertisseurs numérique

 Laboratoire 8 Convertisseurs numérique-­‐analogique et analogique numérique Université Laval -­‐ Hiver 2014 1. Objectifs J Étudier le fonctionnement des convertisseurs N/A et A/N. J Expérimenter un convertisseur N/A en circuit intégré. J Expérimenter un convertisseur A/N à rampe numérique. 2. Préparation 1) Consulter les fiches techniques des composants nécessaires pour l’expérience: convertisseur
DAC0800, compteur 74HC393, comparateur LM393N, inverseur 74ALS00.
2) Lire et maîtriser le document d’introduction aux convertisseurs N/A et A/N sur le site du cours
dans la section Références :
http://wcours.gel.ulaval.ca/2012/h/GEL3000/default/7references/pdf/Sedra_DAC_ADC.PDF
3) Extraction des caractéristiques du composant DAC0800
Donner sa plage de tension d'alimentation, sa résolution, son quantum, son type de sortie et son
temps de conversion.
4) Dans Altium Designer, dessiner le diagramme d’un convertisseur N/A utilisant le DAC-8
(modèle générique à 8 bits d’Altium Designer). Les données à convertir sont fournies par un
compteur binaire à 8 bits (2 x 74LS93) qui génère une rampe numérique.
GEL-3000
− Électronique des composants intégrés
Figure 1 -­‐ Simuler le circuit précédent avec deux (2) options:
- Operating point analysis
- Transient analysis (start = 0, stop = 20 ms, step = 2 us, step max = 10 us) Dans “Advanced Options”,
choisir Gear 2 comme Integration Method.
•
•
Imprimer les formes d’ondes des 8 signaux de sortie du compteur D0 ... D7.
Imprimer la forme d’onde du signal de sortie Vout. Vérifier la validité du résultat. 5) Dans Altium Designer, dessiner le diagramme d’un convertisseur A/N à rampe numérique
utilisant le DAC-8 (modèle générique à 8 bits d’Altium Designer), un compteur binaire à 8 bits
et un comparateur LM339.
Figure 2 -­‐ GEL-3000
− Électronique des composants intégrés
Fixer la tension analogique Va à 2.5 V et simuler le circuit avec deux (2) options:
- Operating point analysis
- Transient analysis (start = 0, stop = 20 ms, step = 2 us, step max = 10 us)
Dans “Advanced Options”, choisir Gear 2 comme Integration Method.
•
Relever le résultat de la conversion (D0 ... D7). Vérifier la validité du résultat.
•
Répéter l’expérience avec différentes valeurs de Va (minimum de 4 résultats différents).
6) La 74HC14 sera utilisée dans les montages expérimentaux en laboratoire, a. Expliquer le principe de fonctionnement du générateur d’impulsions (Horloge) montré
à la figure 3 utilisant le circuit 74HC14. Calculer la valeur de R pour une fréquence du
générateur fixée à 10Khz. Figure 3 – Horloge b. Expliquer le rôle du 74HC14 dans le montage illustré par la figure4. Calculer les
valeurs de Rsw et C1 afin d’assurer le bon fonctionnement de ce montage. Figure 4 GEL-3000
− Électronique des composants intégrés
3. Expériences au laboratoire 3.1 Convertisseur N/A à 8 bits Dans cette partie, on expérimente un convertisseur N/A à 8 bits utilisant le circuit intégré DAC0800.
1. Réaliser le montage suivant en prenant comme valeur de R celle calculée en simulation.
Figure 5
GEL-3000
− Électronique des composants intégrés
2. Observer sur l’oscilloscope et relever dans le rapport la valeur de la fréquence générée par
l’horloge. Comparer la avec celle fixée théoriquement et commenter.
3. Justifier la présence de l’amplificateur opérationnel LMC6482 dans le montage.
4. Observer sur l’oscilloscope la forme d’onde de la tension de sortie Vo (une rampe linéaire).
Sauvegarder la forme d’onde pour imprimer dans le rapport. Mesurer la valeur maximale de
Vo. Expliquer le calcul théorique de cette valeur. Comparer la valeur théorique avec la valeur
mesurée.
3.2 Convertisseur A/N à 8 bits Dans cette partie, on expérimente un convertisseur A/N à rampe numérique à 8 bits utilisant le
circuit intégré DAC0800, un amplificateur de transimpédance et un circuit bistable.
1. Réaliser le montage suivant en prenant comme valeur de R celle calculée en simulation.
Figure 6 GEL-3000
− Électronique des composants intégrés
N.B. La conversion commence lorsqu’on fait une remise à zéro (CLEAR) du compteur 74HC393.
Lorsque la conversion est terminée, le compteur s’arrête et le résultat est le contenu du compteur. On
peut utiliser une barre de 8 LEDs pour afficher le résultat.
2. Fixer une valeur de la tension à convertir Va. Démarrer la conversion en faisant une remise à
zéro (CLEAR) du compteur. Observer et vérifier le résultat obtenu.
3. Répéter l’expérience avec les valeurs suivantes de Va (entre 0 V et 5 V), compléter le tableau. Nombre binaire
affiché
Tension
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Valeur numérique
Donner des commentaires sur les résultats obtenus.
3. Rapport et questions post-­‐laboratoires (60%) Répondez aux questions suivantes :
1) Pour le circuit de conversion analogique-numérique, combien de temps (théoriquement) devrait
prendre l’affichage de la valeur convertie pour une valeur se situant au milieu de la plage
analogique admissible? Considérez tous les composants idéaux.
2) Quel danger y aurait-il à avoir une horloge trop rapide?
3) Malheureusement, vous ne disposez pas du composant 74HC00. Effectuez une fonction similaire
avec un ou plusieurs amplificateurs opérationnels.
4) Estimez la fréquence maximum des signaux qu’il est possible de convertir à l’aide du circuit de la
Figure 6.
GEL-3000
− Électronique des composants intégrés
4. Rapport Les laboratoires et les rapports se font par équipes de 2 étudiants. Votre rapport doit inclure les sections suivantes : Introduction, analyse, résultats, discussion et conclusion. N’oubliez-­‐pas d’inclure toutes les mesures et réponses de la section « Travaux à effectuer au laboratoire ». Consultez le bloc « Introduction au cours » dans les notes pour plus de détails sur le contenu et le format du rapport de laboratoire. De plus, placez la dernière page de cet énoncé comme 1ère page de votre rapport et remplissez-­‐là. Votre rapport doit être remis en format texte imprimé dans la boîte identifiée GEL-­‐3000. De plus, téléversez-­‐en également une copie électronique sur Pixel (https://pixel.fsg.ulaval.ca/) avant la date limite.