CNA

Quelques définitions
Un convertisseur est un dispositif électronique qui sert d'interface et traduit une information d'un langage en un autre. Exemples : l'appareil permettant de passer d'un système de télévision à l'autre (de PAL à SECAM), celui que l'on utilise en classe pour visualiser sur la télévision ce qui est visible sur un écran d'ordinateur. ou encore la maquette associée au logiciel ELWIN que l'on utilisera pour comprendre le principe de la conversion numérique - analogique. Un convertisseur numérique - analogique transforme une informations issue de l'ordinateur (par l'intermédiaire de nombres binaires) en tensions électriques (nombres décimaux) mesurables par un voltmètre. En abrégé on parle de CNA pour Convertisseur Numérique - Analogique. Un exemple de CNA, étudié dans cette page, est un convertisseur de type " R - 2R ".

Schéma de principe
En entrée, des "mots" binaires proviennent de l'ordinateur composés des deux états électriques 0 et 1 établis à partir d'une tension de référence notée U_réf. Dans l'exemple, on observe trois "mots" binaires ou trois bits B₀, B₁ et B₂. En sortie du convertisseur, on peut mesurer la tension électrique U_S avec un appareil analogique comme le voltmètre ou l'oscilloscope.

Matériel et montage

- Régler la tension du générateur à environ 5V.

- Brancher ce générateur aux bornes d'un ensemble de huit conducteurs ohmiques de même valeur, montés en série.

- Mesurer la tension aux bornes d'une résistance seule, de deux résistances en série, de trois résistances en série, etc...

- Dire pourquoi est-ce un montage diviseur de tension.

Tableau de résultats (à compléter)

Nombre de résistances utilisées
Tension
Pas (= augmentation par rapport à la valeur précédente)

Questions

1) Que constate-t-on ? Au vu des seules tensions que l'on puisse obtenir avec ce montage, dire si cela constitue un diviseur de tension de type potentiomètre.

2) Les valeurs des résistances sont-elles toutes identiques ? Vérifie aux erreurs de mesures près, si ces tensions sont des sous- multiples de la tension de référence ?

3) Combien de résistances doit-on placer en série si on souhaite avoir un pas de 0,02V avec un générateur réglé sur 5V ?

4) Quelles solutions proposez-vous pour diminuer le pas d'un réseau de conducteurs ohmiques montés en série ?

5) Vérifie la relation correspondant à un diviseur de tension en prenant, par exemple, quatre résistances pour représenter R₂ et les autres pour représenter R₁. Prends un autre exemple si nécessaire.

Conclusion : Le diviseur de tension

En choisissant correctement les résistances R₁ et R₂, on peut obtenir un diviseur de tension donnant en sortie une tension comprise entre 0 et U_réf.

Un potentiomètre est un bon exemple de diviseur de tension. Il permet d'obtenir n'importe quelle tension entre 0 et U_réf et d'en changer très facilement par simple réglage.

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Principe : Modélisation d'un élément du module sur une platine.
Description	Schéma
Le réseau ci-contre fonctionne avec deux lignes de données, D0 et D1, correspondant chacune à un bit. Celui-ci, petit rappel, peut prendre soit la valeur 0, soit la valeur 1 . L'ensemble (D1,D0) génère ce que l'on peut appeler un "mot binaire". En fait c'est un nombre binaire plus que grand que la simple unité qui est le bit. Ce réseau permet donc de générer 4 "couples binaires" : (1,1) , (1,0) , (0,1) et (1,0) . D'ailleurs, on les écrira par ordre croissant dans l'écriture conventionnelle des nombres binaires : 00 , 01 , 10 et 11 . Pour envoyer le binaire 1 sur la ligne de donnée Di, il faut mettre celle-ci au potentiel 5 V (par rapport à la masse). Pour envoyer le binaire 0 sur la ligne de données Di, il faut mettre celle-ci à la masse. La tension de sortie Us est celle que vous mesurez au voltmètre.
Définitions
- On appelle pas (ou résolution) du CNA la plus petite valeur de tension mesurable en sortie. Les autres tensions mesurables sont alors multiples de ce pas. - Connaissant le pas et le "mot" binaire envoyé au niveau des entrées Di, il est possible de prévoir la tension de sortie :

Questions
1) Réaliser sur une platine ce montage et mesurer les quatre tensions avec des résistances de valeurs toutes identiques. 2) Noter les valeurs trouvés. Retrouve-t-on la tension de référence parmi ces valeurs ? (Information) 3) Retrouver théoriquement ces quatre valeurs à l'aide des deux relations précédentes.
Exercice
4) Donner le pas (ou résolution) d'un CNA 8 bits dont la tension de référence est de 5 V. 5) En déduire la tension de sortie si 'l'on place en entrée l'octet : 0 1 1 0 1 0 1 0.

Utilisation du réseau R-2R de la mallette
Expérience
- Cette partie du module, contenue dans la mallette, est constituée d'un réseau de conducteurs ohmiques dont les résistances ont comme valeur R et 2R (exemple 1000 ohms et 2000 ohms). Reconnaissez-vous la reproduction du schéma vu précédemment ? - Alimenter le "module DEL" avec une alimentation (+15V, 0, -15V). - Brancher le cordon parallèle sur le port de l'imprimante ; l'autre bout est connecter au "module DEL". Il servira à connaître l'information binaire envoyée en entrée. Si on veut voir une application immédiate de ce module, cliquer ici. - Connecter le convertisseur appelé "module R-2R" sur le "module DEL". - Ouvrir le logiciel Elwin. Cliquer sur l'icône "CNA" et choisir "test". - Sélectionner un nombre et observer son fonctionnement. - En cliquant sur l'icône "accès à la documentation" (un point d'interrogation sur un livre) et en suivant les indications concernant le réseau R-2R répondre aux questions suivantes.
Questions
6) En envoyant à l'entrée du CNA l'octet 00001111, quelle tension de sortie obtient-on ? Mesurer pour vérification. 7) Vérifier vos résultats de l'exercice précédent (réalisé dans le cas d'un "module R-2R" à 2 bits). Information : Malgré la présence de l'alimentation (+15V, 0, -15V), la tension de référence est ici aussi de 5 V. Le montage est ainsi fait... 8) Le réseau que vous utilisez est relié aux 8 fils de sortie de la prise parallèle. Combien de tensions différentes allez-vous pouvoir "fabriquer" ?

Mesures

- Placer un multimètre permettant de mesurer la tension à la sortie du réseau R-2R (sortie analogique ).

- Votre ordinateur va envoyer différentes valeurs numériques n ( de 0 à 255) . Mesurer les tensions U correspondantes.

Vous ne pouvez pas faire 255 mesures, ne vaut-il pas mieux choisir une vingtaine de mesures de façon judicieuse !?

n	0													255
U (volt)

Détermination du pas

1) Chercher à déterminer, à partir des mesures précédentes, la valeur du pas du réseau.

2) Représenter le graphe donnant la tension de sortie U en fonction de n. Ce graphe est appelé représentation en "marches d'escalier". Pourquoi ?

Vous pouvez faire le graphique sur papier millimétré, mais vous pouvez aussi utiliser un tableur de façon judicieuse !?

Voir le pas à l'oscilloscope

- Alimenter le réseau R-2R avec une tension alternative. Pour cela cliquer sur l'icône adéquate présente dans la barre d'outil et choisir un type de signal.

- A l'aide d'un oscilloscope, branché en sortie et réglé de manière judicieuse, visualiser le pas du réseau. Attention, il faut bien ouvrir les yeux pour voir que la courbe est faite d'une multitudes petits "marches" comme un escalier !

1 :	Qu'est-ce qu'un convertisseur numérique - analogique ?
2 :	Utilisation de résistances en diviseur de tension !
3 :	Utilisons un convertisseur CNA !
4 :	Quel est le pas (ou résolution) de ce convertisseur ?