Le C.A.N. : Convertisseur Analogique – Numérique 1 Généralités : 2

Le C.A.N. : Convertisseur Analogique – Numérique
1 Généralités :
1.1 Symbole :
∩
n bits
#
MS
VE (V)
1.2 Définition :
Un Convertisseur Analogique – Numérique, CAN ou ADC (Analogue to Digital Convertisor )
permet de convertir une tension analogique (∩) VE, en un mot MS, numérique (#) sur n bits.
1.3 Caractéristiques :
q, quantum : c’est la variation de tension minimale sur VE qui fait incrémenter (ou décrémenter )
de 1 la valeur du mot de sortie MS.
n, résolution du Can : plus n augmente, plus la précision du CAN augmente.
∆ VE max : c’est la plage de tension maximale acceptée par le CAN en entrée.
L’expression du quantum q en fonction de ∆ VE max et de n est donnée dans la documentation
constructeur du CAN.
2 Caractéristiques de transferts MS=f(VE) :
2.1 Caractéristique de transfert théorique :
Elle représente la fonction de transfert théorique du mot de sortie MS en fonction de la différence
de potentiel analogique d’entrée VE.
La fonction de transfert est donnée par la documentation constructeur, elle est exprimée de la
manière suivante : MS=K×VE
K (V-1) est une constante qui dépend de la résolution n et de la plage de variation maximale de la
tension d’entrée ∆ VE max.
Selon la technologie du convertisseur analogique numérique on peut trouver 2 types de fonction
de transfert (voir page suivante) :
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Le C.A.N. : Convertisseur Analogique – Numérique
1° cas : le mot de sortie max correspond à la
valeur de VREF+.
2° cas : le mot de sortie max correspond à la
valeur de VREF+-q.
2n − 1
MS=
× VE
∆VEMAX
MS=
2n
∆VEMAX
× VE
MS
MS
NMAX=(2n)-1
n
NMAX=(2 )-1
NMAX-1
NMAX-1
NMAX-2
NMAX-2
NMAX-3
NMAX-3
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
q
2
q
q
1
1
VREF+
q 2q 3q 4q
5q 6q 7q
∆ VE max
=
(VREF+)-(VREF-)
q=
q 2q 3q 4q
VE (V)
(2n-1)×q
VREF + − VREF −
2n − 1
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5q 6q 7q
∆ VE max
=
(VREF+)-q-(VREF-)
q=
VREF+
(2n-1)×q
VREF + − VREF −
2n
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VE (V)
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2.2 Caractéristique de transfert réelle idéale :
Le mot de sortie ne pouvant prendre que des valeurs entières, la caractéristique réelle sera
représentée par des paliers.
La transition entre les différents paliers dépendra de l’erreur de quantification (εεq), pour se
q
rapprocher le plus possible de la caractéristique réelle on prendra un exemple pour εq= .
2
Extrait de la documentation constructeur de l’ADC0808 :
Erreur de quantification εq=
1° cas : le mot de sortie max correspond à la
valeur de VREF+.
q
.
2
2° cas : le mot de sortie max correspond à la
valeur de VREF+-q.
2n − 1
MS=
× VE
∆VEMAX
MS=
MS
2n
∆VEMAX
× VE
MS
NMAX=(2n)-1
NMAX=(2n)-1
q
2
3q
2
q
q
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
VREF+
q
2
3q 5q 7q 9q 11q
2
2 2 2 2
∆ VE max
=
(VREF+)-(VREF-)
3q 5q 7q 9q 11q
2
2 2 2 2
∆ VE max
=
(VREF+)-(VREF-)
(2n-1)×q
VE= (2N MAX − 1)× q
2
transition.
q
2
VE (V)
La dernière transition est réalisée pour
Il y a un écart de
VREF+
VE (V)
(2n-1)×q
La dernière transition est réalisée pour
VE= (2N MAX − 1)× q .
2
q
entre VREF+ et la dernière
2
Il y a un écart de
3q
entre VREF+ et la dernière
2
transition.
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2.3 Caractéristique de transfert d’un CAN bipolaire :
Certains convertisseurs permettent de convertir des valeurs de tensions négatives.
En général le mot de sortie est codé en complément à 2 ce qui permet de coder les tensions
négatives.
3 Commande d’un CAN :
C’est le microcontrôleur qui va gérer la conversion du CAN.
La gestion de la conversion du CAN peut être décrit par cet algorigramme :
Algorigramme
CAN de type matériel
Il faut appliquer des niveaux
logiques sur les entrées de
sélection du CAN
CAN de type logiciel
(intégré à un microcontrôleur)
Les bits de sélection
(appartenant à un registre de
configuration du CAN)
devront être configurés de
manière à sélectionner
l’entrée analogique
L’entrée permettant le début
de la conversion doit être
activée (front actif)
Le bit permettant le
lancement de la conversion
devra être activé
Attente de la fin de la
conversion. On vient tester
la sortie du CAN qui
indique que la conversion
est terminée
Attente de la fin de la
conversion. On vient tester
le bit (appartenant à un
registre de configuration du
CAN) qui indique que la
conversion est terminée
On vient lire la valeur
convertie sur les sorties du
CAN.
Puis on stocke cette valeur
dans une variable logicielle
On vient récupérer la
valeur convertie dans les
registres dédiés au stockage
du résultat de la
conversion.
Puis on sauvegarde cette
valeur dans une variable
logicielle
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3 Applications – critères de choix :
3.1 Applications :
Le problème posé lorsque l’on rencontre un Convertisseur Analogique Numérique est de
déterminer la valeur du mot MS de sortie en fonction de la tension d’entrée VE.
Pour cela il faut :
-déterminer la fonction de transfert du CAN : MS=K×VE :
-en exploitant la documentation constructeur (relation directement donnée),
-ou en traçant la caractéristique de transfert théorique à partir des données
constructeur (résolution, MSMAX, MSMIN, VEMAX, VEMIN),
-faire attention à la dernière transition du CAN.
-en déduire la valeur du mot MS en fonction de la tension d’entrée VE.
3.2 Critères de choix :
Critère1 : précision :
Lorsqu’on choisit un CAN il faut se poser la question tu traitement réalisé de la valeur convertie.
Exemple :
Affichage d’une température à 0,1°C près.
Il faut que le quantum du CAN soit inférieur à la variation de 0,1°C.
Critère2 : vitesse :
Si l’on souhaite restituer correctement une valeur de tension convertie il faut que la durée de
conversion d’une grandeur TC soit très inférieur à la période T du signal à acquérir.
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