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Date :
A2 Analyser le système
Etude des CAN et CNA
TP
4h
Nom :
Objectifs
Le rôle des systèmes à microprocesseurs est de plus en plus important pour le traitement des données
dans la fonction Traiter de la chaîne d’information.
Les grandeurs à saisir sont le plus souvent de type analogique, le système devra donc comprendre un
convertisseur analogique numérique CAN transformant le signal d'entrée (tension ve(t) ou courant ie(t))
en une grandeur numérique N codée sur un certain nombre de bits.
Le signal traité numériquement sera ensuite converti en une tension vs(t) ou un courant is(t) grâce à un
convertisseur numérique analogique CNA.
La maîtrise de la mise en œuvre de ces composants est donc particulièrement importante.
Matériel et documents nécessaires
Ordinateur avec le logiciel cadence Orcad Capture.
Fichiers Orcad Capture pour les projets : CNA2.opj, R_CAN.opj, et CAN_CNA.opj.
Documents constructeur (data sheet) : DAC0808.pdf et ADC0803.pdf.
Mise en situation
Nous nous interessons à la chaîne de traitement numérique du son représentée ci-dessous :
CAN : Convertisseur Analogique Numérique ou ADC (Analog to Digital Converter)
CNA : Convertisseur Numérique Analogique ou DAC (Digital to Analog Converter)
C
A
N
Microphone
C
N
A
Traitement numérique
Enceinte amplifiée
I Mise en œuvre d’un Convertisseur Numérique Analogique
I.1 Etude préliminaire
A l’aide de la documentation constructeur du DAC0808 dans le répertoire commun répondre aux
questions suivantes dans le tableau ci-dessous :
 Dessiner la représentation normalisée simplifiée de ce DAC en utilisant l’extrait de la norme CEI 60617.
 Donner son nombre de bits.
 Donner les plage de tensions d’alimentation VCC et VEE.
Représentation normalisée
Convertisseurs : norme CEI 60617
Les astérisques doivent être
remplacés par des indications
appropriées pour les grandeurs
ou qualités concernées.
L'astérisque de gauche se
réfère à l'entrée, celui de droite
à la sortie. Il convient d'utiliser
les indications suivantes pour
les fonctions :
 numérique,
 analogique.
Plages d’alimentation
< VCC <
< VEE <
Nombre de bits (n)
n=
TP CAN CNA
1/6
 Repérer sur les schémas ci-dessous les entrées numériques et préciser quel est le bit de poids fort.
 Repérer sur les schémas ci-dessous la sortie analogique.
 Donner le nom des tensions de référence Vref(-) et Vref(+) du modèle Orcad et préciser leurs rôles.
 Compléter le schéma électrique afin d’avoir un signal de sortie qui puisse évoluer de 0 à 10 V. la
sortie du convertisseur sera chargée par une résistance de 100 kΩ.
 Calculer la valeur du quantum q du convertisseur pour une tension d’alimentation de 10 V, en
utilisant le schéma d’application présenté page 4 de la documentation constructeur.
Schéma du DAC0808
Schéma sous Orcad du DAC0808
Quantum pour 10 V :
q=
Les entrées sont notées:
Le MSB est :
La sortie analogique est :
Nom des tensions de référence
Vref(-) :
Vref(+) :
Rôle des tensions de référence
I.2 Simulation sous ORCAD
 Réaliser sous ORCAD capture le schéma suivant dans un nouveau projet nommé CNA1.
 Créer un nouveau profil de simulation Pspice/new simulation profil, sélectionner le mode transient
avec une durée de simulation d’une seconde (1s) et positionner un voltmètre sur la sortie.
 Raccorder des bornes HI (niveau haut  1) et LO (niveau bas  0) correctement afin de remplir le
tableau ci après par simulation.
 Mesurer la tension de tension de sortie pour chaque combinaison du tableau de simulation.
Schéma de simulation sous Orcad
Bibliothèques à utiliser
DAC0808 :
Vdc :
R1 :
BREAKOUT
SOURCE
ANALOG
0:
icône Place power,
puis bibliothèque SOURCE
HI :
icône Place power
puis bibliothèque SOURCE
LO : icône Place power
puis bibliothèque SOURCE
TP CAN CNA
2/6
 Compléter alors le tableau de simulation.
Tableau de simulation
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
N10
Tension de sortie
1.3 Exploitation des résultats
 Déduire de vos mesures le quantum q, comparer le à la valeur trouvée théoriquement.
q=
 Donner la relation liant la tension de sortie Vs aux codes d’entrée (B7 … B0) et au quantum q.
Vs =
 Calculer les codes d’entrée en binaire et en décimal afin d’obtenir les tensions de sorties suivantes :
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
N10
Tension de sortie
5V
2,5 V
1.4 Incidence de la tension de référence VREF sur le quantum q
 Pour une tension de référence VREF de 5 V puis de 18 V, calculer le quantum q.
VREF = 5 V  q =
VREF = 18 V  q =
 On souhaite avoir un quantum q de 50 mV, proposer une solution d’alimentation.
 Tester la solution sous Orcad et faire valider par le professeur votre travail en préparant des
commentaires sur la simulation réalisée.
Validation
fonctionnement
Heure :
TP CAN CNA
Visa :
3/6
1.5 Caractéristique de transfert du CNA
1
 Ouvrir avec Orcad le projet CNA2, présenté ci-dessous.
LOAD
ENP
ENT
CLK
RCO
D QD
C QC
B QB
A QA
6
5
4
3
U5
U3
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
74161
13
12
11
10
9
8
7
6
CLR
1
HI
15
11
12
13
14
9
7
10
2
LOAD
ENP
ENT
CLK
RCO
D QD
C QC
B QB
A QA
6
5
4
3
U4
V
OFFTIME = .5uSDSTM1
ONTIME = .5uS CLK
DELAY =
STARTVAL = 1
OPPVAL = 0
Compteur
8 bits
CLR
9
7
10
2
DB7
DB6
DB5
3
DB4 OUT
DB3
DB2
4
DB1 REF
DB0
AGND
DAC808
5
vs
R1
V1
12.75Vdc
15
11
12
13
14
100k
0
74161
Les composants U4 et U5 sont des compteurs 4 bits qui associés permettent de réaliser un compteur 8
bits. Ce montage va nous permettre d’incrémenter l’information numérique N(D7,….,D1) toute les
microsecondes.
 Lancer la simulation afin de tracer la fonction de transfert Vs = f(N) complète, puis sur un nombre de
combinaisons plus restreint afin de mettre en évidence les marches d’escaliers de la caractéristique.
Vs (V)
10
8
6
4
2
255
250
200
100
50
150
N
0
V
Vs
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
N[ ]2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
N10
0
0
0
0
0
0
0
0
TP CAN CNA
4/6
II Mise en œuvre d’un convertisseur analogique numérique
II.1 Etude préliminaire
A l’aide de la documentation constructeur de l’ADC0803 dans le répertoire commun répondre aux
questions suivantes dans le tableau ci-dessous :
 Dessiner la représentation normalisée simplifiée d’un CAN 8 bits (norme CEI 60617).
 Calculer le quantum q pour une tension de référence de 5 V.
 Repérer sur le schéma Orcad les sorties numériques et préciser quel est le bit de poids fort.
 Repérer sur le schéma Orcad l’entrée analogique.
Représentation normalisée
Quantum
Sorties numériques et MSB
Entrée analogique
Schéma sous Orcad d’un CAN ADC0808
II.2 Simulation sous ORCAD
 Ouvrir avec Orcad le projet R_CAN, présenté ci-dessus.
 Lancer la simulation et noter les valeurs binaires et décimales des nombres N correspondant aux
sorties numérique pour les trois valeurs de la tension Ve proposées.
Ve (V)
0
2
4
N2
N10
 Calculer la valeur du quantum q trouvée expérimentalement.
Pour Ve = 2 V
q=
Ve
=
N
, pour Ve = 4 V
q=
Ve
=
N
 Comparer cette valeur avec celle trouvée théoriquement
TP CAN CNA
5/6
III Mise en œuvre d’une chaîne numérique
III.1Analyse et mise en œuvre des constituants de la chaine numérique
Signal analogique
à numériser
C
A
N
C
A
N
N
A
Signal restitué
après traitement
Signal numérique
pouvant être traité
CLK
 Repérer sur le schéma Orcad, le signal analogique à numériser Ve, le signal restitué après traitement
Vs, le CAN et sa fréquence d’échantillonnage fconv , le CNA et le signal numérique N pouvant être traité.
 Ouvrir avec Orcad le projet CAN_CNA, présenté ci-dessous.
 Lancer la simulation et visualiser le signal à numériser Ve et le signal obtenu après traitement Vs.
Que dire du traitement numérique ?
 Proposer une solution qui va diviser par deux l’amplitude du signal de sortie. Le traitement
numérique ne peut se faire que sur le signal N. Les entrées du CNA non utilisées doivent être connectées
à un niveau logique soit haut avec le signal HI ou bas avec le signal LO.
 Tester la simulation sous Orcad et faire valider par le professeur votre travail en préparant des
commentaires sur la simulation réalisée.
Validation
Schéma Orcad de la chainefonctionnement
de traitement
Heure :
Visa :
III.2 Influence de la fréquence d’échantillonnage et théorème de Shannon
 Effectuer trois simulations en visualisant le signal à numériser et le signal après traitement pour des
fréquences d’échantillonnage de 100 Hz, 500 Hz et 1 kHz. Configurer la fréquence de DSTM1 en les
sélectionnant puis en cliquant sur edit/pspice stimulus. Il faut valider le changement de fréquence entre
deux simulations.
 Donner le rôle de la fréquence d’échantillonnage fech et décrire l’évolution de la tension de sortie Vs
en fonction de cette fréquence.
Le théorème de Shannon nous dit que pour numériser convenablement un signal, il faut que la fréquence
d'échantillonnage fech soit au moins deux fois supérieure à la fréquence du signal à numériser fe.
 Donner une contrainte plus réaliste sur la fréquence d’échantillonnage à partir de vos essais.
fech >
fe
TP CAN CNA
6/6