TP PET : Mesures et calculs d`incertitudes

Bureau d'étude d’électronique PET
SUJET Bureau d'étude d’électronique
TELECOMMANDE POUR CONTROLE DE VOLUME
On désire réaliser une télécommande pour contrôler le volume d’un amplificateur
HIFI.
La partie analogique du sujet se résume à un simple filtre-amplificateur (utilisant un
amplificateur opérationnel du type MCP6002/MCP6283 en fonction des besoins) permettant
de régler un gain de 0 à 5. La bande passante de cet ampli sera limitée à 50Hz pour les
fréquences basses et 20kHz pour les fréquences hautes (norme HIFI). Le gain du niveau de
sortie sera réalisé par un potentiomètre numérique de type AD5220 de 100kΩ. Ce
potentiomètre numérique sera contrôlé par trois signaux logiques (U/D, /INC et /CS)
explicités figure 1 et dans le document constructeur du circuit.
Figure 1 : Extraits de la notice constructeur du circuit AD5220
La télécommande (fournie) sera de type infrarouge et utilisera le couple diode
TSAL4400 et récepteur IR TSOP1133 compatibles (voir notices constructeur). L’analyse des
notices montre que la télécommande doit générer des salves d’impulsions (à 33kHz
précisément pour le récepteur fourni) via les diodes émettrices IR. Le récepteur délivre alors
sur sa sortie un créneau de durée proche de celle de la salve émise.
Pour que le récepteur puisse détecter celui des deux boutons poussoirs (l’un servant à
augmenter le volume et l’autre à le diminuer) qui a été actionné, il faut que la durée de la
salve soit différente suivant le bouton actionné. L’interprétation se fera au niveau du
récepteur ; l’impulsion générée par le récepteur déclenchera deux monostables de durées
différentes. Une logique combinatoire recevant en entrée 3 signaux (les sorties du récepteur et
des deux monostables) devra générer les 3 signaux nécessaires à la commande du
potentiomètre numérique.
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Figure 2 : Extraits de la notice constructeur du circuit TSOP1133
TRAVAIL DEMANDE
Il s’agit de concevoir le récepteur de cet amplificateur. Le circuit de la télécommande est
fourni et vous aurez donc à vérifier le fonctionnement de la télécommande et à mesurer la
durée des 2 salves. Pour que les télécommandes des différents étudiants n’interagissent pas
entre elles, des durées différentes sont utilisées pour chaque étudiant.
Il faudra donc concevoir le récepteur compatible avec la télécommande c'est-à-dire un
décodage des signaux et un amplificateur dont le volume sera contrôlé par le AD5220.
La rédaction des rapports (pré-rapport et rapport final) ainsi que la présentation finale est
à faire seul !
CAHIER DES CHARGES
Attention, le travail de préparation est à faire entièrement.
I. Télécommande
Figure 3 : Circuit émetteur (cas d’une seule voix !)
Pour cette étude on partira du schéma donné figure 3 correspondant à une
télécommande une voie, et les composants seront à recalculer en fonction des modifications :
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une alimentation 9V pour une télécommande n’est pas réaliste, on adaptera à
une alimentation de 4,5 V correspondant à 3 piles de 1,5 V,
lorsque qu’aucun bouton n’est enfoncé, le circuit ne doit pas être alimenté
afin d’économiser les piles,
Une seule LED infrarouge sera utilisée, la portée n’étant pas la priorité ici,
Une résistance en série avec la LED sera ajoutée pour protéger celle-ci et sera
à dimensionner,
Une carte de la télécommande sera fournie (figure 3-b) et la partie entourée
en pointillés sur la figure 3 est conservée aux modifications précisées plus
haut.
Figure 3-b : schéma de la carte fournie
Travail de préparation :
Avant la première séance, chaque étudiant devra avoir fait en préparation un
schéma théorique pour faire fonctionner la télécommande avec 2 boutons,
vous pourrez comparer en séance votre solution avec celle de la
télécommande fournie.
Avoir un schéma théorique complet du filtre + amplificateur de gain 5
Avoir un schéma théorique complet du décodage du potentiomètre.
L'AD5220 ne peut être alimenté que par des tensions non symétrique, GND
(0V) et 5V. Cela va donc imposer que l'ensemble du montage soit polarisé
entre ces 2 niveaux de tensions.
II.
Récepteur
La figure 4 propose une solution pour le décodage. Cette solution nécessite de mettre
en œuvre une logique combinatoire par monostables et/ou bascules D (ou autre). Les durées
seront compatibles avec les salves émises, ceux-ci sont déclenchés par la sortie du circuit
TSOP1133. Proposer des durées aux monostables 1 et 2 et proposer un schéma de câblage de
ces deux monostables en précision les couples de valeurs R-C permettant d’ajuster les durées
désirées (voir notice du CD4538).
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III.
Potentiomètre numérique et ampli
a
Erreur émission (parasites)
t
Emission durée 1 (BP « UP »)
b
c
TSOP1133
Emission durée 2 (BP « DOWN »)
a
b
t
t
c
Su (Mono 1)
Sd (Mono 2)
/INC
Figure 4 : Schéma synoptique
Sur la figure 4 sont représentées 3 possibilités de signaux reçus par le récepteur
TSOP1133 :
- Cas a : parasite ou erreur d’émission : il faut dans ce cas interdire toute impulsion
sur /INC de façon à ne pas modifier le volume ; une solution est à proposer, celle-ci
nécessitera probablement la mise en œuvre d’une bascule !
- Cas b : nous sommes dans le cas d’une émission de salve courte (correspondant par
exemple à une commande « UP ») ; il faudra générer ici un front descendant sur /INC tout
en maintenant U/D à « 1 »,
- Cas c : émission d’une salve longue (par exemple « DOWN ») ; il faut générer ici in
front descendant sur /INC tout en maintenant U/D à « 0 ».
Le chronogramme de la figure 4 précise le comportement que doit avoir la sortie /INC
(la sortie U/D pouvant par exemple correspondre à Mono 2 !).
Ce chronogramme et le schéma synoptique de la figure 5 n’ont pour vocation que de
décrire une façon de procéder mais toute initiative ou variante est la bienvenue ; l’objectif
étant de garantir un fonctionnement fiable du système tout en utilisant le minimum de circuits
intégrés.
Le travail de préparation consiste ici à compléter le schéma précédent en utilisant des
éléments logiques (portes, bascules) permettant de réaliser le fonctionnement qui vient d’être
décrit.
III. Contrôle du potentiomètre numérique
Préciser le câblage complet de ce circuit en précisant les signaux nécessaire sur les
entrées U/D et /CS (voir notice du circuit AD5220).
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IV. Amplificateur
Proposer un schéma pour l’étage d’entrée permettant une bande passante de 50hz à
20kHz et un gain pouvant évoluer de 0 à 5. Calculer les valeurs des composants du montage.
Classiquement, les amplificateurs fonctionnent avec un amplificateur de gain fixe et le
potentiomètre est monté en pont diviseur avant l’amplification, ce qui facilite la réalisation de
l’amplificateur.
Vcc
Vcc
Monostable
Récepteur
IR
Vcc
Su
AD5220
Combinatoire
(portes
NAND,
bascule,…)
Vcc
Monostable
Vcc
Entrée son
U/D
/INC
/CS
Vers
amplificateur
Contrôle
Sd
Up
Figure 5 : Schéma synoptique
REALISATION
Démarche proposée pour la réalisation
Lors de la première séance (1H30 max pour les vérifications de la télécommande) :
- commencer par vérifier la fréquence des oscillations en alimentant toute la télécommande.
Sans le circuit RC de la constante de temps, les oscillations seront présentes en permanence.
Il faudra vérifier que les éventuelles chutes de tension entre la pile et l’alimentation de la carte
ne modifie pas cette fréquence d’oscillation.
- Tester le bon fonctionnement de la télécommande à 2 boutons, et mesurer les constantes de
temps.
- Tester le câblage du récepteur et les durées des créneaux reçu pour chaque bouton.
La fin de la première séance pourra être consacrée soit au câblage de l’amplificateur, soit au
décodage.
Pour valider le fonctionnement de la carte :
le circuit 4093 sera monté sur un support de circuit intégré qui sera orienté
dans le sens du circuit,
la LED infrarouge sera enfichée dans un support tulipe afin de pouvoir la
changer facilement en cas de problème,
La vérification du fonctionnement du circuit pourra se faire de la façon suivante :
le circuit est d’abord alimenté en Vcc pour les premiers tests
Vérifier et régler la fréquence des oscillations en sortie de IC4d.
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Le fonctionnement du schéma sera à détailler dans le rapport.
Une fois la fréquence des oscillations vérifiée l’alimentation de la carte ne sera plus en Vcc,
Vcc sera la sortie du système à 2 interrupteurs.
Dans ce schéma, l’ensemble constitué par la porte IC4c et R7, P1 et C9 est un
oscillateur contrôlable par l’entrée 9 de IC4c (voir notice du CD4093). Cet oscillateur
(qui doit osciller à 33kHz exactement) ne fonctionnera que si son entrée « 9 » est au
bon niveau et si le circuit IC4 est alimenté (poussoir S1 actionné). La constante de
temps R6-C8 permet d’ajuster la durée de fonctionnement de l’oscillateur contrôlé
(donc la durée de la salve présente en sortie et émise par les LED IR). R5 permet de
décharger C8 après émission d’une salve. La carte contient une solution utilisant deux
boutons poussoirs et permettant de générer deux salves de durées différentes suivant le
bouton actionné..
A – Câblage sur plaque d’essai
Attention, il est judicieux de mettre au point les différentes parties de votre récepteur
indépendamment. Afin de s’affranchir des problèmes de réglage, et les appuis sur les
boutons, il est conseillé d’utiliser un générateur réglé avec des créneaux adéquats.
On peut câbler indépendamment :
-Le filtre amplificateur de gain 5 alimenté sous une tension non symétrique de 0V/
+5V.
- la partie numérique du récepteur, également alimenté sous 5V.
- le décodage du potentiomètre numérique.
B – Réalisation du circuit imprimé
Réaliser le PCB du récepteur.
C – Tests finaux
Souder les composants sur la carte que vous aurez conçue et tester. Ne pas démonter
la partie fonctionnant sur les plaques à trous. Il est très fortement conseillé de souder et
tester au fur et à mesure les parties du circuit sur la carte. Il est difficile de dépanner une fois
que toute la carte et toutes les fonctions sont soudées.
Enfin si des baladeurs MP3 sont disponibles, nous pourrons tester l’ensemble sur une
source audio avec sortie sur Haut Parleur (prévoir entrée/sortie compatible Jack)
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