Électronique et Informatique pour le Traitement de l'Information - 1A / S5 Sylvie LEBRUN
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Électronique et Informatique
pour le Traitement de l’Information
Électronique Analogique
Arduino
Informatique
1A / S5
Responsable Informatique
Sylvie LEBRUN
Responsable Électronique
Julien VILLEMEJANE
http://hebergement.u-psud.fr/villemejane/eiti/
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 0
Chaine d’acquisition
GÉNÉRER ALIMENTER INTERACTIONS
ELEC ANALOGIQUE
CAPTER AGIR ELEC NUMERIQUE
Distance
Té INFORMATIQUE
lé Ultr
m
èt a So AUTRES
re n PRE-AMPLIFIER FILTRER AMPLIFIER
Force
CAPTER
Autres CONVERTIR TRAITER PILOTER
Luminosité
Ph
Ph
ot
Ph
ot
COMPARER
TempératureC ot ot or STOCKER POST-TRAITER
Ca ap od ra és
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D
Ordre FILTRER Type
4 C
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Électronique et Informatique
pour le Traitement de l’Information
Déroulement de l’année 2017-2018
TD_C1 TD_C2 EXAM
AM_EI1 Pres_C3 Proj_C4 Proj_C5 Proj_C6 Proj_C7 Proj_C8 Pres_C9 Proj_C10 Proj_C11 C ORAL
MINDMAP
MET_1 MET_2 MET_3 MET_4
SYNTHÈSE
SYST_1 SYST_2 SYST_3 SYST_4 SYST_5 EITI
Proj_E1 Proj_E23 Proj_E4 CORRECTIONS
TP_Th1_E1 TP_Th1_E2 TP_Th2_E1 TP_Th2_E2 TP_Th3_E1 TP_Th3_E2
SEMESTRE S5 TEMPS
SEMESTRE S6
Proj_EITI1 Proj_EITI2 Proj_EITI3 Proj_EITI4 Proj_EITI5
Proj_EITI4 Proj_EITI6
TP_Th4_E1 TP_Th4_E2 TP_Th4_E3 TP_Th4_E4
AM_E1 AM_E2 AM_E3 AM_E4 AM_E5 AM_E6
MET_5 MET_6 MET_7 MET_8 EITI
SYST_6 SYST_7
ITI / LANGAGE C (2h) ETI – TD / S5 (1h30) ETI – AMPHI et TD / S6 (1h30) TP EITI (4h30) PROJETS EITI (1h30 / 4h30)
TD_C1 BASES DU LANG. C MET_1 FONDAMENTAUX AM_E1 CODAGE INFORMATION Thème 1 OUTILS DE Proj_E1 PRÉSENTATION Projets
(2 TP) L’ÉLECTRONIQUE
TD_C2 CONDITIONS MET_2 AMPLI LINÉAIRE INTÉGRÉ AM_E2 LOGIQUE COMBINATOIRE Proj_E23 ÉQUIPES / SUJETS
Thème 2 Séance Double au 503
Pres_C3 PRÉSENTATION MET_3 QUADRIPÔLES AM_E3 LOGIQUE SÉQUENTIELLE PHOTODÉTECTION
(2 TP)
4 étudiants MINI-PROJET Photodiode / Transimpédance Créer équipes cohérentes
MET_4 ANALYSE HARMONIQUE AM_E4 CONV. ANALOG. / NUM. Choisir sujet de projet
Proj_C4 Thème 3 OBJ.
FICHIERS / CARACTÈRES ANALYSEUR DE SPECTRE Rédiger cahier des charges
+ 5 min de LECTURE FICHE AM_E5 CONV. NUM. / ANALOG. (2 TP)
Proj_C5 Filtrage / Décalage fréquence Prévoir le planning
FONCTIONS / PGM + 5-10 min de QUESTIONS
SÉANCE + 1 exercice de Niveau 1 AM_E6 SYSTÈMES COMPLEXES Proj_E4 PRÉSENTATION Équipes
Ouvrir un fichier PGM + 1 exercice de Niveau 2
OBJ. Lire son contenu + «Avez-vous compris ?» MET_5 CODAGE INFORMATION SYSTÈME EMBARQUÉ Cahier des charges
Afficher son contenu Thème 4 Découverte microcontrôleurs LIVR. Planning / Fonctionnel
(4 TP) Gestion du temps / Interruptions
MET_6 LOGIQUE COMBINATOIRE Interfaçage / IHM Cohésion de l’équipe
Proj_C6 POINTEURS SYST_1 DIODES / LEDs Communications inter-systèmes
MET_7 LOGIQUE SÉQUENTIELLE
Proj_C7 ALLOC. DYNAMIQUE SYST_2 PHOTODÉTECTION Proj_EITIx SÉANCES ENCADRÉES
MET_8 CAN / CNA
Proj_C8 NOTIONS AVANCÉES SYST_3 FILTRAGE ACTIF Cahier des charges
LIVR. Liste des fonctions SYST_6 TRANSMISSION NUMÉRIQUE LIVR. Schéma fonctionnel
SYST_4 CAPTEURS / Mise en Forme TECH. Schémas techniques
Pres_C9 PRÉSENTATION ÉTUDIANTS SYST_7 SYSTÈMES COMPLEXES Programmes commentés
Présenter une fonction SYST_5 PWM / ALI Non Linéaire Caractérisation du système
VIDÉO / SITE WEB / POSTERS (x2)
Proj_C10 FINALISATION PROJET + 20 min de travail / GROUPE LIVR. Présentation générale / Adaptée à des 1A
SÉANCE + 15 min de RESTITUTION COMM. Schéma fonctionnel
Proj_C11 FINALISATION PROJET + 15 min / SYSTEME (x 3) Solutions techniques
Electronique et Informatique
pour le Traitement de l’Information
Modalités / Evaluations
ETI Analogique / S5 ITI / LANGAGE C / S5 NOTES
UE : Traitement de l'information / 25 % UE : Traitement de l'information / 20 % OBJECTIFS
CONTINU / PRE-PROJET 10 % CONTINU 6 pts
- Présentation du projet HORS
- Présentation d’une fonction 4 pts M esurable
+ Choix Équipe / Sujet (4 min / équipe)
CFA - Résultat final du mini-projet
+ Cahier des charges
+ Schéma fonctionnel FIE
2 pts
A tteignable
+ Planning prévisionnel Votre présence et votre participation au cours des
+ Idées de conception
(5 min / équipe)
séances encadrées de TD sera également prise en
compte pour la note de présentation.
L imité (temps)
Votre présence et votre participation au cours des
séances encadrées de TD sera également prise en
compte pour la note de présentation.
EXAMEN ÉCRIT (1h30) 14 pts I dentifiable
- Question Choix Multiple 7 pts
EXAMEN ÉCRIT (2h00) 15 % - Problème 7 pts
N égociable
- Exercice niveau 1 4 pts
- Exercice niveau 2 6 pts TP EITI / S5 S imple
- Problème 8 pts
UE : Traitement de l'information / 35 %
- Pré-Projet 2 pts
CONTINU 15 %
CFA
- Synthèse thème 1 (4 pages) 5%
CONTINU 10 %
- Synthèse thème 2 (4 pages) 5%
- Aide sur les projets « classiques » + Note synthèse (/20)
- Présentation missions entreprise PROJETS EITI / S6
+ Mind Map ± 2 pts
+ Entreprise - Synthèse thème 3 (4 pages) 5% UE : Traitement de l'information / 45 %
+ Objectifs de l’apprentissage
+ Schéma de principe EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 20 % CONTINU 15 %
(5 min / étudiant)
- Portant sur les thèmes 1 et 2 - Évaluation lors des 6 séances HORS
FIE - Durant les séances du thème 1 + SOIN CFA
CONTINU / PRE-PROJET FIE 10 % - Qualité câblage
(voir emploi du temps)
- Choix instruments mesure
FIE
- Rencontres techniques - Qualité code / Lisibilité / Modularité
(hors créneau TD ETI)
+ AUTONOMIE
- Présentation projet FIE
- Conception : choix solution, composants
(hors créneau TD ETI)
- Réalisation : capacité à dépanner
+ Cahier des charges
+ Schéma fonctionnel
ETI Numérique / S6 + RÉSULTATS
+ Choix technologiques UE : Traitement de l'information / 15 % - Caractérisation de chacun des blocs
(20 min / groupe) - Respect du cahier des charges
EXAMEN ÉCRIT (2h00) 15 % + GESTION PROJET
- Logique Combinatoire 30 % - Respect du planning / Mise à jour
- Logique Séquentielle 40 % - Discussion dans le groupe / Organisation
- Conversions A/N – N/A 30 %
LIVRABLES 30 %
TP EITI / S6 - Dossier technique 15 %
+ Cahier des charges
UE : Traitement de l'information / 25 % HORS
+ Schémas fonctionnels
EXAMEN CONTINU 10 % + Schémas techniques CFA
- Synthèse thème 4 (8 pages) + Algorithme utilisé FIE
ORAL + Note synthèse (/20) + Programmes commentés
+ Mind Map ± 2 pts + Caractérisation du système final
SYNTHÈSE - Communication 15 %
EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 15 % → Vidéo / Posters (x2) / Site Web
- Portant sur les thèmes 1 et 2 + Présentation générale adaptée à des 1A
- Durant les séances 3 et 4 du thème 4 + Schéma fonctionnel
(voir emploi du temps) + Solutions techniques
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 0
Met1/2/3/4
Fondamentaux / Dipôles et réseaux Sys1/2/3/4/5
DIPÔLES RÉSEAUX DIVISEUR DE TENSION
Composant électrique à deux bornes I R1
A B C Ensemble de dipôles VS = R2 . I et EG = (R1 + R2) . I
A iD(t) iD(t): courant traversant reliés entre eux
B
DIPÔLE le dipole
BRANCHE EG R2 VS
VS = EG . R2
vAB(t) : différence de potentiel Ensemble de dipôles R1 + R2
vAB(t) aux bornes du dipole reliés en SÉRIE
F E D
RÉCEPTEUR LINÉAIRE
Tous les dipôles d’une même branche
sont parcourus par le même courant SUPERPOSITION
Sources indépendantes
Relation linéaire entre iD(t) et vAB(t) NOEUD MAILLE I2 = 0
iD(t) R iD(t) C iD(t) L Point du réseau Tout chemin fermé du réseau R1
Où a lieu une dérivation du courant R2 VS1
A B
vAB(t) vAB(t) vAB(t) E1
Résistance (Ω) Condensateur (F) Inductance (H) I2
B R1
vAB(t) = R . iD(t) iD(t) = C . dvAB(t) / dt vAB(t) = L . diD(t)/ dt R2 VS
F E
E1 E1 = 0
RÉCEPTEUR NON-LINÉAIRE I2
LOIS DE KIRCHOFF R1
Relation non-linéaire entre iD(t) et vAB(t) R2 VS2
iD(t)
iD(t)
Diode vAB(t)
MAILLE : la tension aux bornes d’une branche d’un réseau est
iD(t) > 0 si vAB(t) > VSEUIL
égale à la somme algébrique des tensions aux bornes de chacun VS = VS1 + VS2
vAB(t) VSEUIL des dipoles qui la composent
NOEUD : en un nœud, la somme des courants entrants est égale
GENERATEURS à la somme des courants sortants MODELES
TENSION LOI DES MAILLES THEVENIN
Source idéale Source réelle vAB Eth : tension à vide du réseau
iG(t) A B
E = constante Rth
quelque soit iG
idéale
vAC = vAB + vBC Eth Rth : résistance équivalente du réseau
iG(t) E
lorsqu’on éteint les générateurs indépendants
iG(t) E Rg vBC
réelle vAC VCC
IS Rth = VS/IS
A
E vBA(t) En pratique SYS Eth V SYS VS V E
vBA(t) vBA(t) C
COURANT LOI DES NŒUDS NORTON
Source idéale Source réelle IN : courant de court-circuit
iG(t) iB
I = constante
quelque soit vBA I
idéale Rg iA iC iA + iB + iD = iC + iE IN RN RN : résistance équivalente du réseau
iG(t) I iG(t) lorsqu’on éteint les générateurs indépendants
I
réelle VCC
iE iD IN IS RN = VS/IS
A
vBA(t) En pratique SYS A SYS VS V E
vBA(t) vBA(t)
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 1
Diode / LED / Photodiode Sys1
DIODE LED PHOTODIODE
VF Φe LED : Light-Emitting Diode Φphoto VP : tension de polarisation
IF : courant direct
DEL : Diode électroluminescente
souvent IF < IFMAX IPhD: courant proportionnel
i IF cathode
i cathode
i cathode
au flux lumineux
VF : tension directe
aussi appelée seuil
anode IR anode anode
Iphoto
IR : courant inverse
VR VR : tension inverse VP
souvent VR < VRMAX
u
u Φe : flux lumineux u
MODÈLE IDÉAL CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES
Si u > 0, diode passante i Si u > VF, diode passante
i
IFMAX
i
IFMAX
émission de photons CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES
IF
u Φe = k . i i
bloquée passante u
u Si u < 0, diode bloquée VF diode
VF dépendant de la longueur d’onde
i VRMAX
VRMAX
Φphoto = 0 VP u
u PARAMÈTRES IMPORTANTS :
- VF ; IFMAX ; VRMAX - Bande-passante / temps de réponse Φphoto = Φ1> 0 Iphoto1
cellule
MODÈLE SIMPLE - PT : puissance totale dissipable - Capacité (souvent parasite) photovoltaique
Φphoto = Φ2> Φ1 Iphoto2
Si u > VF, diode passante
CARACTÉRISTIQUES OPTIQUES
Iphoto
i R capteur
IFMAX i - I0 : intensité lumineuse sur l’axe
1/R axe - α : demi-angle (directivité)
VF
- η : rendement de conversion EN PRATIQUE
bloquée passante Nb photons émis
u
u VPOL
η =
Si u < VF, diode bloquée Nb électrons Montage simple VS = RPhD . Iphoto
VF I0
VRMAX i - λ : longueur d’onde d’émission
u Iphoto
- Bande-passante limitée
α Capacité intrinsèque de la photodiode
I0 / 2
MODÈLE COMPLET RPhD VS - Sensible à l’impédance d’entrée
Si u > 0, diode passante du montage aval
i
IFMAX i = I0 [ exp(u / n.V0) – 1 ]
source
http://www.led-fr.net
Montage transimpédance VS = RPhD . Iphoto
IF loi exponentielle
EN PRATIQUE RPhD + Bande-passante améliorée
-
u V0 : tension thermique + Moins sensible à la capacité
VF V0 = k.T / e
T : température (K) R : résistance de protection en courant intrinsèque de la photodiode
k : Constante de Boltzmann
R Iphoto
VRMAX V - Apparition d’une résonance
+
e : charge d’un électron
n : facteur de qualité VMAX - VF - VPOL Gain-peaking / ALI
e = −1,602 × 10−19 C RMIN = VS
k = 1,38064852 . 10 - 23
J/K
I0 : constante spécifique à un type IFMAX
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 1
Met2/3/4
Amplificateur Linéaire Intégré / Principe et montages de base Sys2/3/4/5
CONTRE-REACTION OUI
MODE NON-LINÉAIRE NON
NEGATIVE
MODE LINEAIRE
COMPARATEUR SIMPLE VCC+ V- = V+
-
VS = VCC+ - SUIVEUR
VE1
+
Si VE2 > VE1 V- + -
VS = VE
VE2
VS VS = VCC- V+ VS +
VCC-
Si VE1 > VE2 VE VS Adaptation
d’impédance
Caractéristique Vs = f (ε) avec ε = V+ - V-
FONCTION DE TRANSFERT
VS
INVERSEUR
VCC-
VCC+
VS = A . (V+ - V-)
ε
avec 105 < A < 107 R1 R2 VS = - R2 VE
VCC-
VCC+ Saturation à Vs = VCC+
- R1
CARACTERISTIQUES VE +
COLLECTEUR OUVERT / ÉMETTEUR OUVERT VS
●
Slew Rate (SR) en V/µs
Comparateur associé à un transitor T : ●
Produit Gain Bande Passante en MHz Amplification
G . BP = constante
IB : courant entrant dans la base
IC : courant entrant dans le collecteur Si VE2 > VE1
→ si IB > 0 alors IC > 0, T = interrupteur fermé ●
Puissance dissipable en W TRANSIMPEDANCE
→ sinon IC = 0, T = interrupteur ouvert → IB > 0 ●
Courant maximal en sortie en A
E0
VS = EM RT VS = - RT IE
E : Emetteur
C : Collecteur
B : Base
RP
ALIMENTATION
Symétrique : VCC+ = +U et VCC- = -U IE
-
-
●
B
C Si VE1 > VE2 +
● Asymétrique : VCC+ = +U et VCC- = 0V
VE1 → IB = 0 avec 3 V < U < 18 V VS Conversion
+ E VS
VE2 EM
VS = E0 CHECK-LIST PRATIQUE
courant/tension
Souvent EM = 0 V ●
Vérifier les alimentations COMPOSANTS
● Vérifier le signal d’entrée VCC- < VE < VCC+
COMPOSANTS ●
Vérifier que V+ = V- si mode linéaire
●
TL071 / TL081 : symétrique, GBP = 3 MHz
●
LM311 : asymétrique, CO, EO ● Vérifier la tension de sortie, si Vs = VCC+ ou VCC-
●
TL082 / TL084 = 2 x TL081 / 4 x TL081
LM339 : asymétrique, CO, 4 comparateurs
●
TLE2072 : symétrique, GBP = 9 MHz
● ●
modifier la tension d’entrée ●
LM358 : asymétrique, GBP = 1 MHz
●
modifier le gain du montage
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 2
Met3/4
Quadripôles Sys3/4/5
MODÈLE* SIMPLIFICATION DE MILLMAN
Composant électrique à deux bornes d’entrée et deux bornes de sortie V1
En un nœud A d’un réseau
permettant le transfert d’énergie entre deux dipôles (ou quadripoles) Ve Ie : tension / courant d’entrée
de branches en parallèle de
VS IS : tension / courant de sortie Z1 générateurs de tension réels
Z2 (source de tension et impédance)
Générateur Ie Quadripôle IS Charge Vi V2
A : gain en tension Zi A la tension au point A vaut :
Zg A.Ve ZS Ze : impédance d’entrée Z3
avec Y = 1/Z
Eg Ve Ze VS ZL ZS : impédance de sortie
V3
Eg Zg : générateur de tension
Y1.V1 + Y2.V2 + Y3.V3 + Yi.Vi
ZL : dipôle de charge VA =
* Version simplifiée / Il existe une écriture matricielle plus complexe.
Y1 + Y2 + Y3 + Yi
CARACTÉRISTIQUES EN PRATIQUE
GAIN EN TENSION GAIN EN TENSION Généralisation à N branches en parallèle
CAS CONTINU : k=N
A = VS / VE lorsque IS = 0 - on déconnecte la charge ZL
- on applique une tension Ve continue
Yk.Vk
c’est à dire, lorsque la charge n’est - on mesure la tension Vs VA = k=1
k=N
pas connectée au quadripole
- A = VS / Ve
Yk
ANALYSE HARMONIQUE : k=1
Lorsque ce gain dépend de la fréquence* du signal d’entrée (ω = 2.π.f),
- on applique une tension sinusoïdale Ve d’amplitude constante
on parle alors de fonction de transfert : T(jω) = VS / Ve - on mesure l’amplitude de la tension Vs ASTUCE / VALEUR MOYENNE
pour diverses fréquences de Ve
Par superposition
Les impédances d’entrée et de sortie peuvent également dépendre (en vérifiant qu’elle soit toujours sinusoïdale)
de la fréquence du signal d’entrée appliqué Vcc Vcc
- A(ω) = VS(ω) / Ve(ω)
*Voir également la fiche sur le régime harmonique - On peut ensuite tracer l’évolution de A en fonction de ω (Bode)
C R1 R1 C
IMPÉDANCE D’ENTRÉE IMPÉDANCE D’ENTRÉE
Impédance vue par le générateur (ou le quadripole placé en amont) CAS CONTINU :
lorsque le quadripole à étudier est chargé (connecté à sa charge) - on connecte la charge ZL au quadripole
- on applique une tension Ve continue en entrée VE R2 V R2 V VE R1 R2 V
S S1 S2
- on mesure le courant Ie entrant dans le quadripole
Z e = Ve / I e - Ze = Ve / Ie
VE : composante fréquentielle VE = 0 VCC = 0
IMPÉDANCE DE SORTIE IMPÉDANCE DE SORTIE VCC : composante continue
Impédance associée au générateur parfait (gain en tension) POLARISATION PETITS SIGNAUX
CAS CONTINU : Ce circuit permet de modifier
vue par la charge en sortie du quadripole lorsque Ve = 0 V - on court-circuite l’entrée : Ve = 0 V la valeur moyenne d’un signal VS1 = VCC . R2
VS2 = VE . j ReC ω
- on applique une tension VS continue sur la sortie comportant des composantes 1 + j ReC ω
R1 + R2
fréquentielles supérieures à la
ZS = V S / I S - on mesure le courant IS entrant dans le quadripole, côté sortie
- ZS = VS / IS
fréquence de coupure donnée
Passe-haut de fréquence
fc =
1
par la relation suivante 2π(R1//R2).C
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 1
Capteurs Sys4
GRANDEURS PHYSIQUES GRANDEURS ELECTRIQUES
MESURANDE SORTIE
Grandeurs analogues ●
Température Grandeurs mesurables ●
Courant
à la grandeur physique ●
Force m(t) CAPTEUR s(t) analogiques ou ●
Tension
à observer ●
Position numériques ●
Fréquence
●
Luminosité (souvent électriques) ●
...
●
Pression Transforme une grandeur physique observée
●
Débit (mesurande) vers une autre grandeur physique
●
... utilisable (électrique) TYPES DE CAPTEURS
PERFORMANCES PASSIF ACTIF
Impédance variable
FONCTION DE TRANSFERT SENSIBILITÉ RC s(t)
m(t) k.m(t)
Relation entre Pente de la tangente à la RC s(t)
s(t) et m(t) caractéristique entrée/sortie S(P) = ΔS / Δm P Transforme directement en
en un point donné Nécessite une alimentation externe grandeur électrique
Cette relation peut être
- non-linéaire ANALOGIQUE NUMERIQUE
- non continu
- par morceaux Infinité de valeurs Tout Ou Rien (TOR)
continues ‘0’ ou ‘1’ Ex : Fin de course
Tension, courant… Intelligent / Smart
ÉTENDUE DE MESURE Ex : Thermocouple SPI/I2C Ex : Accéléro Num
Plage dans laquelle le capteur répond aux spécifications
E.M. = mmax - mmin PRÉCISION
Aptitude du capteur à donner une mesure proche
En dehors de cette plage de mesure, le constructeur ne garantit pas
les performances de son système
RÉSOLUTION de la valeur vraie
DOMAINE D’UTILISATION Plus petite variation de grandeur mesurable
Etude statistique sur n mesures
Domaine nominal
équivaut à l’étendue de mesure LINÉARITÉ
Domaine de non détérioration Écart de sensibilité sur l’étendue de mesure
le capteur retrouve ses paramètres
nominaux dans le domaine nominal
Domaine de non destruction TEMPS DE RÉPONSE
le capteur ne retrouve pas ses paramètres
nominaux dans le domaine nominal mais Temps de réaction du capteur
il n’est pas détruit
Souvent lié à sa bande-passante
En dehors de ces domaines spécifiés par le constructeur,
il peut y avoir destruction du capteur La sensibilité du capteur peut en effet dépendre
de la fréquence à laquelle on souhaite l’utiliser* Un capteur précis
Ex : Capteur de force à jauges piézorésistives N556-1
Domaine Mesurande Température * Voir aussi Régime Harmonique / Analyse Harmonique d’ordre 1 et 2
est un capteur
Nominal 0-10 N 0°C à 60°C fidèle et juste
Non-Détérioration 150 % -20°C à 100°C
Non-Destruction 300 % -50°C à 120°C
Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 1
Met4
Régime Harmonique Sys3/4
REPRÉSENTATION TEMPORELLE REPRÉSENTATION COMPLEXE IMPÉDANCE COMPLEXE
s(t) = S . cos (ω t + φ) s1(t) = S . cos (ω t + φ)
En régime harmonique : v(t) et i(t) ont la même pulsation
Ainsi :
v(t) V
S : amplitude du signal Projection sur y : s2(t) = S . sin (ω t + φ) = = Z
ω : pulsation du signal (rd/s) i(t) I
f : fréquence du signal (Hz) On pose : s(t) = s1(t) + j . s2(t) avec : j² = -1
ω = 2.π.f f = 1/T
On a alors : s(t) = S . exp(j (ω t + φ)) DIPÔLES LINÉAIRES
T : période du signal (s)
φ : déphasage du signal (rd) s(t) = S . exp(j φ) . exp(j (ω t)) I R I C I L
REPRÉSENTATION DE FRESNEL s(t) = S . exp(j (ω t)) V V V
Représentation graphique Résistance (Ω) Condensateur (F) Inductance (H)
des amplitudes et des phases AMPLITUDE COMPLEXE
ne dépendant pas du temps Z=R Z=1/(jCω) Z=jLω
Vecteurs tournants à ω
y y y
V I V
En régime harmonique, linéaire, invariant, tous les signaux évoluent ANALYSE COMPORTEMENT I V
à la même pulsation ω
HARMONIQUE = FRÉQUENTIEL x x
I
x
Pour des signaux plus élaborés, on décompose en somme de signaux sinusoïdaux,
par application du théorème de superposition
FONCTION DE TRANSFERT DIAGRAMME DE BODE
Un diagramme de Bode est une représentation graphique de l’évolution en fonction de la fréquence :
- du gain de la fonction de transfert, noté GdB(jω)
SYSTÈME
VE VS
H(jω) GdB(jω) = 20 . log( | H (jω) | )
- de la phase de la fonction de transfert, notée arg(H(jω))
Un système peut être caractérisé par sa réponse en fréquence,
qu’on appelle aussi fonction de transfert H(jω) GAIN EN DECIBEL PHASE
VS(jω) = H(jω) . VE(jω) TF
TF-1 vS(t) = h(t) * vE(t)
convolution
Par application de la transformée de Fourier inverse, on obtient
la réponse impulsionnelle du système notée h(t) Fréquence (Hz) Fréquence (Hz)
ÉCHELLE LOGARITHMIQUE ÉCHELLE LOGARITHMIQUE
RÉPONSE IMPULSIONNELLEElectronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 1
Met4
Filtrage / Analyse harmonique / Ordre 1 Sys3/4
INTÉGRATEUR PARFAIT DÉRIVATEUR PARFAIT MISE EN SÉRIE / CASCADE
Diagramme de Bode Diagramme de Bode
EXEMPLE
fC fC
1+jωω
1 T(jω) = K . C1
T(jω) = T(jω) = j ω 1+jωω
jω ωC C2
ωC
PASSAGE EN DECIBEL
TdB = 20 . log( |T(jω)| )
= 20 . log(| 1 + j ω / ωC1 |)
Fréquence (Hz) Fréquence (Hz)
EN PRATIQUE EN PRATIQUE Modèle Dérivateur réel
+ 20 . log(1 / | 1 + j ω / ωC2 |)
C R Modèle Intégrateur réel
R C
ωC = 1 / R.C ωC = 1 / R.C
- - + 20 . log(|K|)
VE + VE + Gain Constant
Vs Vs
DIAGRAMME DE BODE
INTÉGRATEUR RÉEL DÉRIVATEUR RÉEL Dérivateur réel
Diagramme de Bode Diagramme de Bode
SYSTÈME COMPLET
fC
Gain Constant
fC A
T(jω) = T(jω) = 1 + j ω
1+jω ωC
ωC Intégrateur réel
Fréquence (Hz)
fC1 fC2
Fréquence (Hz) Fréquence (Hz)
Dérivateur réel
EN PRATIQUE CHECK-LIST PRATIQUE
SYSTÈME COMPLET
●
Vérifier les alimentations
R2 Gain Constant
● Vérifier le signal d’entrée VCC- < VE < VCC+
C A = - R 2 / R1 ●
Vérifier que V+ = V- (mode linéaire)
R1 ●
Vérifier la tension de sortie,
- ωC = 1 / R2.C → si Vs = VCC+ ou VCC- , modifier la tension d’entrée
Intégrateur réel
VE + ●
Vérifier le comportement rapidement par un balayage
Vs en fréquence du signal d’entrée (mode sweep)
Fréquence (Hz)Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 2
Met4
Filtrage actif / Analyse harmonique / Ordre 2 Sys3/4
FILTRE ORDRE 2 / FORMES CANONIQUES
PARAMÈTRES PASSE-HAUT PASSE-BAS
A : gain dans la bande passante
fC : fréquence caractéristique du filtre
(jωω)²
A TLP(jω) =
A
THP(jω) =
( ω)
C
1 + 2.m.j ω + j ω ²
ω ( ω)
ω = 2.π.f
m : facteur d’amortissement 1 + 2.m.j ω + j ω ² ωC
Q : facteur de qualité m = 1/Q C C
C
Diagramme de Bode / Passe-Bas
STRUCTURE DE RAUCH STRUCTURE DE SALLEN-KEY
Z2 +VCC
Z4 Z5
Z1 +VCC
+ fC
Z1 Z3
- -
Z3 -VCC
+ Ve
Ve -VCC Z4 Vs
Z2 Vs
FONCTION DE TRANSFERT FONCTION DE TRANSFERT
Y 1 . Y3 Z3 . Z 4 Fréquence (Hz)
T(jω) = T(jω) =
Y3 . Y4 + Y5 .(Y1 + Y2 + Y3 + Y4) Z1 . Z2 + Z3 .(Z1 + Z2) + Z3 . Z4 PASSE-BANDE
TYPES / A = -1 TYPES / A = 1 A 2.m.j ω
ω
TBP(jω) = C
Passe-bas : Z1 : R / Z2 : C2 / Z3 : R / Z4 : R / Z5 : C5
3 C5
Passe-bas : Z1 : R1 / Z2 : C2 / Z3 : R3 / Z4 : C4
C4 (R1 + R3)
1 + 2.m.j ω + j ω ²
ωC ( ω) C
ωC = 1 / R C2 C5 m= ωC = 1 / R1 R3 C2 C4 m= Largeur de la bande-passante (3 dB)
2 C2 2 R1 R3 C2 C4 Δω = 2 m ωC
ωC
Passe-haut : Z1 : C / Z2 : R2 / Z3 : C / Z4 : C / Z5 : R5 Passe-haut : Z1 : C1 / Z2 : R2 / Z3 : C3 / Z4 : R4
3 R2 R2 (C1 + C3) Δω
ωC = 1 / C R2 R5 m= ωC = 1 / R2 R4 C1 C3 m=
2 R5 2 R2 R4 C1 C3
Pulsation (rad/s)Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information NIV 1
ARDUINO Uno / Mega
ENTREES NUMERIQUES COMMUNICATION SERIE MONITEUR SERIE
Configurer la direction de la broche en entrée Les broches 0 et 1, notées RX et TX (ainsi que la liaison USB) Permet d’afficher les valeurs
permettent de transmettre des données selon la norme RS232 envoyées par la carte Arduino
pinMode(int [broche], INPUT); sur l’ordinateur
Configurer la communication
Lire la valeur sur l’entrée correspondante
int a; Serial.begin(int [baud]);
[baud] = vitesse de transmission
a = digitalRead(int [broche]); Envoyer un texte à afficher
[broche] = numéro de la broche à configurer
Serial.print([texte à écrire]);
pinMode(3, INPUT) ;
int a = digitalRead(3); Serial.begin(9600);
Ex : récupère dans la variable a la valeur de la broche 3 Serial.print(‘’a = ‘’);
Serial.println(a); STRUCTURE D’UN PROGRAMME
SORTIES NUMERIQUES Ex : démarre une communication à 9600 bauds, affiche : a = 3 (si a
vaut 3) puis saute à la ligne suivante
Un programme sous Arduino est composé de deux parties :
Configurer la direction de la broche en sortie - une fonction setup() comportant l’initialisation
pinMode(int [broche], OUTPUT); de la carte (entrées/sorties…)
exécutée qu’une seule fois
Mettre la sortie à ‘0’ (logique) - une fonction loop() exécutée à l’infini
digitalWrite(int [broche], LOW);
Mettre la sortie à ‘1’ (logique) ECRITURE
digitalWrite(int [broche], HIGH);
Le logiciel Arduino permet :
[broche] = numéro de la broche à configurer
- d’éditer le programme
SORTIES « ANALOGIQUES » / PWM - de compiler
Les sorties numériques notées par le symbole ~ sur la carte, - de téléverser sur la carte
permettent de générer un signal rectangulaire de fréquence
environ 1 kHz et dont le rapport cyclique est pilotable
analogWrite(int [broche], int [valeur]);
[broche] = numéro de la broche à modifier
[valeur] = valeur comprise entre 0 et 255
0 : rapport cyclique de 0 % ENTREES ANALOGIQUES COMPILATION
255 : rapport cyclique de 100 % La carte Arduino Uno possède 6 entrées analogiques reliées à un
convertisseur analogique-numérique de 10 bits Ce bouton permet de compiler le code écrit en langage
analogWrite(9, 100); (valeur entre 0 et 1023)
Arduino vers le langage compréhensible par la carte
Ex : applique un signal de rapport cyclique 100/255 sur la broche 9 Récupérer la valeur d’une entrée analogique
TELEVERSEMENT
int a = analogRead(int [broche]);
ALIMENTATION La dernière étape est de téléverser le programme vers la carte
pour qu’il soit exécuté. Avant cela, il faut avoir choisi le bon type
L’alimentation se fait : int a = analogRead(A4); de carte (Outils / Type de carte) et le port (Outils / Port Série)
- soit par le port USB (ainsi que le téléversement des programmes) Serial.print(‘’a = ‘’);
- soit par un bloc externe (5 V < Valim < 12 V) Ce bouton permet alors de téléverser le programme vers
Serial.println(a); la carte Arduino
ATTENTION : les broches n’acceptent que des tensions comprises Ex : récupère la valeur de l’entrée analogique A4 dans la variable a,
entre 0 et 5V / Pas de tensions négatives puis l’envoie sur la liaison série pour l’afficher A VOUS DE JOUER…Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information
Liste des composants disponibles au LEnsE
RÉSISTANCES DIODES / LED TRANSISTORS
●
10 Ω, 47 Ω, de 100 Ω à 1 MΩ (Série E12 – 1/4 W) ●
1N4148 : signal ●
1N4001/2 : redressement ●
NPN : 2N3904, 2N2222
●
Zener : 2,4V à 15V ●
PNP : 2N3906
CONDENSATEURS ●
LED : R,B,V… IR : TSAL6100, Fibre : SFH756 ●
MOS N : BS170, BS107
●
PhD : SFH206, Fibre : SFH250, IR : SFH205 ●
MOS N Power : IRF540
●
De 1 nF à 1 µF (non polarisé – Série E6)
●
4,7 µF, 10 µF, 47 µF, 100 µF, 220 µF, CIRCUITS INTÉGRÉS ANALOGIQUES
1000 µF, 2200 µF (polarisé – filtrage alimentation)
ALI / MODE LINÉAIRE ALI / COMPARATEUR
PROJETS 1A ●
TL071 / TL081 : symétrique, GBP = 3 MHz ●
LM311 : asymétrique, CO, EO
●
Plateforme robotique / Foll’iogs the line
●
TL082 / TL084 = 2 x TL081 / 4 x TL081 ●
LM339 : asymétrique, CO, 4 comparateurs
●
TLE2072 : symétrique, GBP = 9 MHz
PROJETS 2A ●
LM358 : asymétrique, GBP = 1 MHz AMPLI AUDIO
●
LED trichromes : Bivar R50RGB-F-0160
●
LM386 / LM380 : 1W / 2 .5 W
AUTRES ●
LM833 : Double / 500 mW (casque audio)
●
Photodiodes trichromes : KPS-5130PD7C
●
Montages : ●
DG200/ 202 : interrupteur analogique commandable
●
Point de rosée (x3) ●
AD620 : amplificateur d’instrumentation FILTRES ACTIFS
●
LED de puissance (x2) ●
AD633 : multiplieur analogique ●
UAF42 : Filtre universel, 100 kHz
MCP1702 : Régulateur 3.3V – 100 mA
MF4 / MAX296 : Capacité commutée – Ordre 4 / 8
●
●
Commande de Peltier (x8) ●
L7805 : Régulateur 5V - 1A
●
AUDIO CIRCUITS INTÉGRÉS NUMERIQUES
●
Haut-Parleurs : 8Ω, 1W
MICROCONTRÔLEURS LOGIQUE
●
Prises jack 3.5 / 6.5 mm / Male/Femelle
●
PIC12F1572 : 8 bits / ADC/3xPWM/USART ●
74LS00 : 4 x NAND – 2 entrées
PAILLASSE ●
PIC16F1503/1509 : 8 bits / ADC/4xPWM/SPI/I2C ●
74LS74 : 2 x Bascule D
●
PIC16F1455/1459 : 8 bits / ADC/DAC/SPI/I2C/USB ●
74LS90 : Compteur décimal
●
Oscilloscope / GBF (x2) / PC / Alimentation / Multimètre ●
74LS93 : Compteur 4 bits
●
PIC18F26K22/46K22 : 8 bits / 64 MHz ●
74LS191 : Compteur binaire / BCD 4 bits
MATÉRIEL COMMUN ●
DsPIC30F2011 : 16 bits / ADC/DSP ●
74LS624 : Oscillateur controlé en tension (VCO)
●
Alimentation variable 3-12 V ●
4011 : 4 x NAND – 2 entrées
●
Fils conducteurs (boite jaune)
●
4013 : 2 x Bascule D
●
4018 : Compteur / Diviseur par 10
●
Pince / Sonde / Tournevis (boite verte) ●
4040 : Compteur 12 bits
CONV. ANALOG. / NUM. ●
4046 : Boucle à verrouillage de phase (avec VCO)
1A 2A ●
TLC549 : SPI / 8 bits ●
4051 / 4043 : Multiplexeur analogique (8V / 2x4V)
MCP3001 : SPI / 10 bits
●
4511 : Décodeur BCD / 7 segments
●
ARDUINO UNO ●
ICD3 + RJ11 ●
●
ICD3 + RJ11 AUTRES
●
Connecteur ICSP
CONV. NUM. / ANALOG.
●
Carte PIC16F1503 ●
AD7524 : Parallèle / 12 bits ●
LM555 : Temporisation
●
Ecran LCD ●
AD7303 : SPI / 8 bits ●
MCP6S92 : Ampli à Gain Programmable / SPI
●
Cable FTDI ●
MCP4921 : SPI / 12 bits ●
RAM 23LCV1024 : StaticRAM – 1Mbits / SPIVous pouvez aussi lire
