Électronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

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

Chaine d’acquisition

NIV 0

PRE-AMPLIFIER CAPTER

COMPARER

FILTRER AMPLIFIER

GÉNÉRER ALIMENTER

CONVERTIR TRAITER

POST-TRAITER PILOTER

AGIR ELEC ANALOGIQUE

INTERACTIONS

ELEC NUMERIQUE INFORMATIQUE

STOCKER

AUTRES

CAPTER

Température

Luminosité Force Distance

Capte ur Num

érique Capte

ur In tégré

Photo diode

Photo transistor

Photo résista

nce Ultra Son Télém

ètre

Autres

PRE-AMPLIFIER

ALI en Linéaire Transistors Suiveur

Inve rseur

Non-In verseur

Transim péda

nce Classe A

Classe B

FILTRER

Passif Actif

RC RLC ALI

Unive rsel Capacité C

omm utée

Type Pass

e-Haut Pass

e-Bas Passe-Bande

Coup e-Bande Ordre

1 2 4 / 8 N

AMPLIFIER

ALI en Linéaire Transistors Inverseur

Non-In verseur

Classe A Classe B

Class e D

Audio TDAxxx

LM38x

AGIR

Luminosité

LED

Électronique et Informatique pour le Traitement de l’Information Déroulement de l’année 2017-2018

TD_C1

ITI / LANGAGE C (2h) TD_C2

Pres_C3 Proj_C4 Proj_C5 Proj_C6 Proj_C7 Proj_C8 Pres_C9 Proj_C10 Proj_C11

Proj_E1

ETI – TD / S5 (1h30)

Proj_E23 Proj_E4

MET_1 MET_2 MET_3

SYST_1 SYST_2

MET_4

SYST_3 SYST_4 SYST_5

Proj_EITI1 Proj_EITI2 Proj_EITI3 Proj_EITI4

TP_Th1_E1 TP_Th1_E2 TP_Th2_E1 TP_Th2_E2 TP_Th3_E1 TP_Th3_E2

TP_Th4_E1 TP_Th4_E2 TP_Th4_E3 TP_Th4_E4

Proj_EITI5 Proj_EITI6 Proj_EITI4

Proj_EITI4

MET_5 MET_6 MET_7 MET_8

SYST_6 SYST_7 AM_E1 AM_E2 AM_E3 AM_E4 AM_E5

SEMESTRE S6 SEMESTRE S5 AM_EI1

TD_C1

EITI C

EXAM ORAL MINDMAP SYNTHÈSE

EITI

CORRECTIONS

BASES DU LANG. C TD_C2 CONDITIONS Pres_C3 PRÉSENTATION

MINI-PROJET Proj_C4

Proj_C5

Proj_C6 Proj_C7 Proj_C8

Pres_C9

FICHIERS / CARACTÈRES FONCTIONS / PGM Ouvrir un fichier PGM Lire son contenu Afficher son contenu OBJ.

POINTEURS ALLOC. DYNAMIQUE NOTIONS AVANCÉES

Proj_C10 Proj_C11

FINALISATION PROJET FINALISATION PROJET PRÉSENTATION ÉTUDIANTS Présenter une fonction LIVR. Liste des fonctions

MET_1 MET_2 MET_3 MET_4

FONDAMENTAUX AMPLI LINÉAIRE INTÉGRÉ QUADRIPÔLES

ANALYSE HARMONIQUE

SYST_1 SYST_2 SYST_3 SYST_4

DIODES / LEDs PHOTODÉTECTION FILTRAGE ACTIF CAPTEURS / Mise en Forme

SYST_5 PWM / ALI Non Linéaire

4 étudiants

SÉANCE SÉANCE

+ 5 min de LECTURE FICHE + 5-10 min de QUESTIONS + 1 exercice de Niveau 1 + 1 exercice de Niveau 2 + «Avez-vous compris ?»  

+ 20 min de travail / GROUPE + 15 min de RESTITUTION + 15 min / SYSTEME (x 3)

TP EITI (4h30) Thème 1

(2 TP) OUTILS DE

L’ÉLECTRONIQUE Thème 2

(2 TP) PHOTODÉTECTION

Photodiode / Transimpédance

Thème 3

(2 TP) ANALYSEUR DE SPECTRE

Filtrage / Décalage fréquence

Thème 4

(4 TP)

SYSTÈME EMBARQUÉ

Découverte microcontrôleurs Gestion du temps / Interruptions Interfaçage / IHM 

Communications inter-systèmes

ETI – AMPHI et TD / S6 (1h30)

MET_5 MET_6 MET_7 MET_8

CODAGE INFORMATION LOGIQUE COMBINATOIRE LOGIQUE SÉQUENTIELLE CAN / CNA

AM_E1 CODAGE INFORMATION AM_E2 LOGIQUE COMBINATOIRE AM_E3 LOGIQUE SÉQUENTIELLE AM_E4 CONV. ANALOG. / NUM.

AM_E5 CONV. NUM. / ANALOG.

AM_E6

AM_E6 SYSTÈMES COMPLEXES

SYST_6 TRANSMISSION NUMÉRIQUE SYST_7 SYSTÈMES COMPLEXES

PROJETS EITI (1h30 / 4h30) Proj_E1 PRÉSENTATION Projets Proj_E23 ÉQUIPES / SUJETS

Séance Double au 503 Créer équipes cohérentes OBJ. Choisir sujet de projet

Rédiger cahier des charges Prévoir le planning Proj_E4 PRÉSENTATION Équipes

Proj_EITIx SÉANCES ENCADRÉES LIVR. Cahier des charges

Planning / Fonctionnel Cohésion de l’équipe

LIVR.

TECH.

Cahier des charges Schéma fonctionnel Schémas techniques Programmes commentés Caractérisation du système LIVR.

COMM.

Présentation générale / Adaptée à des 1A Schéma fonctionnel

Solutions techniques VIDÉO / SITE WEB / POSTERS (x2)

TEMPS

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Modalités / Evaluations

M A L I N

S

esurable tteignable imité

(temps)

dentifiable égociable imple OBJECTIFS

ITI / LANGAGE C / S5 ETI Analogique / S5

TP EITI / S5

PROJETS EITI / S6

EXAMEN ORAL SYNTHÈSE

CONTINU

EXAMEN ÉCRIT (1h30) - Présentation d’une fonction

(4 min / équipe) - Résultat final du mini-projet

6 pts

14 pts UE : Traitement de l'information / 20 %

4 pts

2 pts

- Question Choix Multiple - Problème

7 pts 7 pts Votre présence et votre participation au cours des séances encadrées de TD sera également prise en compte pour la note de présentation.

CONTINU / PRE-PROJET

EXAMEN ÉCRIT (2h00) - Présentation du projet

+ Choix Équipe / Sujet + Cahier des charges + Schéma fonctionnel + Planning prévisionnel + Idées de conception

(5 min / équipe) 10 % 

15 %  UE : Traitement de l'information / 25 %

- Exercice niveau 1 ^{4 pts}

6 pts Votre présence et votre participation au cours des séances encadrées de TD sera également prise en compte pour la note de présentation.

8 pts 2 pts

- Exercice niveau 2 - Problème - Pré-Projet

ETI Numérique / S6 EXAMEN ÉCRIT (2h00) 15 %  UE : Traitement de l'information / 15 %

- Logique Combinatoire ^{30 %} 

40 %  30 % 

- Logique Séquentielle - Conversions A/N – N/A

CONTINU

UE : Traitement de l'information / 35 % 15 %  - Synthèse thème 1 ^{(4 pages)}

- Synthèse thème 2 (4 pages) + Note synthèse (/20) + Mind Map ± 2 pts - Synthèse thème 3 ^{(4 pages)}

5 %  5 % 

5 % 

EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 20 %  - Portant sur les thèmes 1 et 2 - Durant les séances du thème 1

(voir emploi du temps)

TP EITI / S6

CONTINU

UE : Traitement de l'information / 25 % 10 %  - Synthèse thème 4 ^{(8 pages)}

+ Note synthèse (/20) + Mind Map ± 2 pts

EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 15 %  - Portant sur les thèmes 1 et 2 - Durant les séances 3 et 4 du thème 4

(voir emploi du temps)

CONTINU

UE : Traitement de l'information / 45 % 15 %  - Évaluation lors des 6 séances + SOIN

- Qualité câblage - Choix instruments mesure - Qualité code / Lisibilité / Modularité + AUTONOMIE

- Conception : choix solution, composants  - Réalisation : capacité à dépanner  + RÉSULTATS

- Caractérisation de chacun des blocs - Respect du cahier des charges + GESTION PROJET

- Respect du planning / Mise à jour - Discussion dans le groupe / Organisation

LIVRABLES 30 %

- Dossier technique + Cahier des charges + Schémas fonctionnels + Schémas techniques + Algorithme utilisé + Programmes commentés + Caractérisation du système final - Communication

→ Vidéo / Posters (x2) / Site Web + Présentation générale adaptée à des 1A + Schéma fonctionnel

+ Solutions techniques HORS

CFA FIE

CFA

CONTINU 10 % 

- Aide sur les projets « classiques »    - Présentation missions entreprise

+ Entreprise

+ Objectifs de l’apprentissage + Schéma de principe

(5 min / étudiant) FIE CONTINU / PRE-PROJET FIE 10 %  - Rencontres techniques

(hors créneau TD ETI) - Présentation projet FIE

(hors créneau TD ETI) + Cahier des charges + Schéma fonctionnel + Choix technologiques

(20 min / groupe)

15 % 

15 %  HORS

CFA FIE

HORS

CFA FIE

NOTES

RÉCEPTEUR NON-LINÉAIRE

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Fondamentaux / Dipôles et réseaux

DIPÔLES DIVISEUR DE TENSION

RÉCEPTEUR LINÉAIRE

NIV 0

Met1/2/3/4 Sys1/2/3/4/5

RÉSEAUX

NOEUD MAILLE

GENERATEURS TENSION

COURANT

LOIS DE KIRCHOFF

LOI DES MAILLES

LOI DES NŒUDS

THEVENIN

NORTON MODELES

DIPÔLE

Composant électrique à deux bornes

A B

v

_AB

(t)

i

_D

(t)

ⁱD(t): courant traversant

le dipole v_AB(t) : différence de potentiel

aux bornes du dipole

Relation linéaire entre i_D(t) et v_AB(t)

Relation non-linéaire entre i_D(t) et v_AB(t) v_AB(t)

i_D(t)

Résistance (Ω) v_AB(t) = R . i_D(t)

v_AB(t) i_D(t)

v_AB(t) i_D(t)

R C L

Condensateur (F)

i_D(t) = C . dv_AB(t) / dt v_AB(t) = L . di_D(t)/ dt Inductance (H)

v_AB(t) i_D(t)

Diode _v

AB(t) i_D(t) > 0 si v_AB(t) > V_SEUIL

V_SEUIL i_D(t)

A B C

F E D

Ensemble de dipôles reliés entre eux

BRANCHE

Ensemble de dipôles reliés en SÉRIE

Tous les dipôles d’une même branche sont parcourus par le même courant

Point du réseau

Où a lieu une dérivation du courant

Tout chemin fermé du réseau

B

E

A B

F

R_g

v_BA(t) i_G(t)

v_BA(t) i_G(t)

Source idéale Source réelle

v_BA(t) i_G(t)

E E

idéale

réelle E = constante

quelque soit i_G

R_g

i_G(t) i_G(t)

Source idéale Source réelle

v_BA(t) i_G(t)

I I

idéale

réelle I = constante

quelque soit v_BA

v_BA(t) v_BA(t)

E

I

MAILLE : la tension aux bornes d’une branche d’un réseau est égale à la somme algébrique des tensions aux bornes de chacun des dipoles qui la composent

NOEUD : en un nœud, la somme des courants entrants est égale à la somme des courants sortants

B A

C v_BC v_AB

v_AC

v

_AC

= v

_AB

+ v

_BC

i_A i_B

i_E i_D

i_C

i

_A

+ i

_B

+ i

_D

= i

_C

+ i

_E

E_G R₁

R₂ V_S

V_S = R₂ . I et E_G = (R₁ + R₂) . I I

V

_S

= E

_G

. R

²

R

₁

+ R

₂

SUPERPOSITION

E₁

Sources indépendantes

I₂ R₁

R₂ V_S

E₁ R₁

R₂ V_S1

I₂ R₁

R₂ V_S2 I₂ = 0

E₁ = 0

V

_S

= V

_S1

+ V

_S2

E_thR_th E_th : tension à vide du réseau

R_th : résistance équivalente du réseau

lorsqu’on éteint les générateurs indépendants

SYS V_CC

E_th

En pratique V ^SYS A ^ISV_S V

E R_th = V_S/I_S

I_N R_N

I_N : courant de court-circuit

R_N : résistance équivalente du réseau

lorsqu’on éteint les générateurs indépendants

SYS V_CC

I_N

SYS V_S

A A ^IS V

E R_N = V_S/I_S En pratique

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Diode / LED / Photodiode

NIV 1

Sys1

DIODE LED PHOTODIODE

MODÈLE IDÉAL V

_F

V

_R

I

_R

I

_F

I

_F

: courant direct

V

_F

: tension directe

V

_R

: tension inverse I

_R

: courant inverse

souvent V_R < V_RMAX souvent I_F < I_FMAX

aussi appelée seuil

V_RMAX

I_FMAX

bloquée passante

Si u > 0, diode passante

Si u < 0, diode bloquée

anode

cathode

u i

u

i i

u

i u

MODÈLE SIMPLE

V_F V_RMAX

I_FMAX

bloquée passante

Si u > V_F, diode passante

Si u < V_F, diode bloquée u

i i

u

i u

MODÈLE COMPLET

V_F V_RMAX

I_FMAX

Si u > 0, diode passante

u i

R

1/R V_F

i = I

₀

[ exp(u / n.V

₀

) – 1 ]

loi exponentielle V₀ : tension thermique

V₀ = k.T / e T : température (K) k : Constante de Boltzmann e : charge d’un électron

n : facteur de qualité

I₀ : constante spécifique à un type

k = 1,38064852 . 10^{- 23} J/K e = −1,602 × 10⁻¹⁹ C

I_F

i

CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES

V_F V_RMAX

I_FMAX

u i

I_F

u

LED : Light-Emitting Diode DEL : Diode électroluminescente

cathode

anode

Si u > V_F, diode passante émission de photons

e = k . i

Φ

e

Φ

V_F dépendant de la longueur d’onde

CARACTÉRISTIQUES OPTIQUES

PARAMÈTRES IMPORTANTS : - V_F ; I_FMAX ; V_RMAX

- P_T : puissance totale dissipable

http://www.led-fr.net

- I₀ : intensité lumineuse sur l’axe - α: demi-angle (directivité) - η : rendement de conversion

source axe

I₀

I₀ / 2

- λ : longueur d’onde d’émission α

=

η Nb photons émis Nb électrons

EN PRATIQUE

- Bande-passante / temps de réponse - Capacité (souvent parasite)

V R

R : résistance de protection en courant

R

_MIN

= V

_MAX

- V

_F

I

_FMAX

i

^cathode

anode

e : flux lumineux Φ

Φ_photo

I

_photo

u

V

_P

V_P : tension de polarisation I_PhD: courant proportionnel

au flux lumineux

CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES

u i

EN PRATIQUE

Montage simple I_photo

V_P

Φ_photo = 0 Φ_photo = Φ₁> 0 Φ_photo = Φ₂> Φ₁

I_photo1 I_photo2 capteur

diode

cellule photovoltaique

R_PhD V_POL

I_photo

Montage transimpédance V_S

V_S = R_PhD . I_photo - Bande-passante limitée

Capacité intrinsèque de la photodiode - Sensible à l’impédance d’entrée

du montage aval

V_S = R_PhD . I_photo

R

_PhD

-

+ _V

S

I_photo - V_POL

+ Bande-passante améliorée + Moins sensible à la capacité

intrinsèque de la photodiode - Apparition d’une résonance

Gain-peaking / ALI

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Amplificateur Linéaire Intégré / Principe et montages de base

MODE NON-LINÉAIRE MODE LINEAIRE

FONCTION DE TRANSFERT

CHECK-LIST PRATIQUE COMPARATEUR SIMPLE

SUIVEUR

-

+

V

_CC

+

V

_CC

- V _S V+

V-

CARACTERISTIQUES

V

_S

V

_E

V- = V+

CONTRE-REACTION

NEGATIVE OUI NON

COMPOSANTS INVERSEUR

V

_S

= - R

₂

V

_E

R

₁

V

_S

= V

_E

R

₂

R

₁

TRANSIMPEDANCE

I

_E

V

_S

= - R

_T

I

_E

R

_T

ALIMENTATION

COMPOSANTS

COLLECTEUR OUVERT / ÉMETTEUR OUVERT

V _S = A . (V+ - V-)

avec 10

⁵

< A < 10

⁷

Saturation à Vs = V

_CC

+

●

Slew Rate (SR) en V/µs

●

Produit Gain Bande Passante en MHz

●

Puissance dissipable en W

●

Courant maximal en sortie en A

G . BP = constante

●

Symétrique : V

_CC

+ = +U et V

_CC

- = -U

●

Asymétrique : V

_CC

+ = +U et V

_CC

- = 0V avec 3 V < U < 18 V

●

Vérifier les alimentations

●

Vérifier le signal d’entrée V

_CC

- < V

_E

< V

_CC

+

●

Vérifier que V+ = V- si mode linéaire

●

Vérifier la tension de sortie, si Vs = V

_CC

+ ou V

_CC

-

● modifier la tension d’entrée

● modifier le gain du montage

●

TL071 / TL081 : symétrique, GBP = 3 MHz

●

TL082 / TL084 = 2 x TL081 / 4 x TL081

●

TLE2072 : symétrique, GBP = 9 MHz

●

LM358 : asymétrique, GBP = 1 MHz

●

LM311 : asymétrique, CO, EO

●

LM339 : asymétrique, CO, 4 comparateurs

-

+ V

_S

V

_E2

V

_S

= V

_CC

+

Si V

_E2

> V

_E1

V

_E1

V

_S

= V

_CC

-

Si V

_E1

> V

_E2

-

+

V

_E

V

_S

-

+

-

+ V

_S

Adaptation d’impédance

Amplification

Conversion courant/tension Met2/3/4

Sys2/3/4/5

-

V

_E1

+ V

_E2

R

_P

B C

E

E : Emetteur C : Collecteur B : Base

E₀

E_M

V

_S

Si V

_E2

> V

_E1

→ I

_B

> 0

V

_S

= E

_M

Comparateur associé à un transitor T : I_B: courant entrant dans la base

I_C : courant entrant dans le collecteur → si I_B > 0 alors I_C > 0, T = interrupteur fermé → sinon I_C = 0, T = interrupteur ouvert

Si V

_E1

> V

_E2

→ I

_B

= 0

V

_S

= E

₀

Souvent E_M = 0 V

V_S

Caractéristique Vs = f (ε) avec ε = V+ - V-

ε V_CC+ V_CC+

V_CC-

V_CC-

NIV 1

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Quadripôles

MODÈLE* SIMPLIFICATION DE MILLMAN

NIV 2

Met3/4 Sys3/4/5

CARACTÉRISTIQUES GAIN EN TENSION

IMPÉDANCE D’ENTRÉE

IMPÉDANCE DE SORTIE

EN PRATIQUE GAIN EN TENSION

Quadripôle

Z _e A.V_e

V

_e

Z _S

V

_S

I

_S

I

_e

E _g

Générateur Z _g

Z _L Charge

Composant électrique à deux bornes d’entrée et deux bornes de sortie

permettant le transfert d’énergie entre deux dipôles (ou quadripoles)

* Version simplifiée / Il existe une écriture matricielle plus complexe.

V_e I_e : tension / courant d’entrée

V_S I_S : tension / courant de sortie

A : gain en tension

Z

_e

 : impédance d’entrée

Z

_S

 : impédance de sortie

E_g Z_g : générateur de tension

Z_L : dipôle de charge

A = V

_S

/ V

_E

lorsque I

_S

= 0

c’est à dire, lorsque la charge n’est pas connectée au quadripole

Lorsque ce gain dépend de la fréquence* du signal d’entrée (ω = 2.π.f), on parle alors de fonction de transfert :

T(j

ω

) = V

_S

/ V

_e

Z

_e

= V

_e

/ I

_e

CAS CONTINU :

- on déconnecte la charge Z_L - on applique une tension V_e continue - on mesure la tension V_s

- A = V_S / V_e

Impédance vue par le générateur (ou le quadripole placé en amont) lorsque le quadripoleà étudier est chargé (connecté à sa charge)

Z

_S

= V

_S

/ I

_S

Impédance associée au générateur parfait (gain en tension) vue par la charge en sortie du quadripole lorsque V_e = 0 V

ANALYSE HARMONIQUE :

- on applique une tension sinusoïdale V_e d’amplitude constante - on mesure l’amplitude de la tension V_s

pour diverses fréquences de V_e

(en vérifiant qu’elle soit toujours sinusoïdale) - A(ω) = V_S(ω) / V_e(ω)

- On peut ensuite tracer l’évolution de A en fonction de ω (Bode)

*Voir également la fiche sur le régime harmonique Les impédances d’entrée et de sortie peuvent également dépendre

de la fréquence du signal d’entrée appliqué

IMPÉDANCE D’ENTRÉE

IMPÉDANCE DE SORTIE

CAS CONTINU :

- on connecte la charge Z_L au quadripole - on applique une tension V_e continue en entrée - on mesure le courant I_e entrant dans le quadripole - Z_e = V_e / I_e

CAS CONTINU :

- on court-circuite l’entrée : V_e = 0 V

- on applique une tension V_S continue sur la sortie

- on mesure le courant I_S entrant dans le quadripole, côté sortie - Z_S = V_S / I_S

ASTUCE / VALEUR MOYENNE

R₁

R₂ V_S

V_E = 0 V_CC = 0 C

V_E V_cc

V_E : composante fréquentielle

V_CC : composante continue

R₁

R₂ V_cc

V_S1

POLARISATION PETITS SIGNAUX Par superposition

R₁ R₂ C

V_E V_S2

V_S2 = V_E . j R_eC _ω 1 + j R_eC ω V_S1 = V_CC . R₂

R₁ + R₂

1 2π(R1//R₂).C fc =

Passe-haut de fréquence Ce circuit permet de modifier

la valeur moyenne d’un signal comportant des composantes fréquentielles supérieures à la fréquence de coupure donnée par la relation suivante

Z₁

Z₃ V₁

V₃ Z_i V_i

Z₂ V₂ A

En un nœud A d’un réseau de branches en parallèle de générateurs de tension réels (source de tension et impédance) la tension au point A vaut :

V

_A

= ^Y

¹

^.V

¹

^{+ Y}

²

^.V

²

^{+ Y}

³

^.V

³

^{+ Y}

ⁱ

^.V

ⁱ

Y

₁

+ Y

₂

+ Y

₃

+ Y

_i

avec Y = 1/Z

V

_A

= V

_A

=

Y

_k

.V

_k

Y

_k

k = 1 k = N

k = 1 k = N

Généralisation à N branches en parallèle

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Capteurs

NIV 1

Sys4

GRANDEURS PHYSIQUES GRANDEURS ELECTRIQUES

PERFORMANCES

PRÉCISION FONCTION DE TRANSFERT

m(t) CAPTEUR s(t)

Transforme une grandeur physique observée (mesurande) vers une autre grandeur physique

utilisable (électrique)

MESURANDE

Grandeurs analogues à la grandeur physique à observer

●

Température

●

Force

●

Position

●

Luminosité

●

Pression

●

Débit

●

...

SORTIE

Grandeurs mesurables analogiques ou numériques

(souvent électriques)

●

Courant

●

Tension

●

Fréquence

●

...

TYPES DE CAPTEURS

PASSIF ACTIF

ANALOGIQUE NUMERIQUE SENSIBILITÉ

ÉTENDUE DE MESURE

DOMAINE D’UTILISATION

RÉSOLUTION

R_C s(t) R_C s(t)

Nécessite une alimentation externe Transforme directement en grandeur électrique

m(t) k.m(t)

Impédance variable

Infinité de valeurs continues

Tension, courant…

Ex : Thermocouple

Tout Ou Rien (TOR)

‘0’ ou ‘1’

Ex : Fin de course

Intelligent / Smart SPI/I2C

Ex : Accéléro Num

Relation entre s(t) et m(t)

Cette relation peut être - non-linéaire

- non continu - par morceaux

Plage dans laquelle le capteur répond aux spécifications

E.M. = m

_max

- m

_min

Domaine nominal équivaut à l’étendue de mesure Domaine de non détérioration le capteur retrouve ses paramètres nominaux dans le domaine nominal Domaine de non destruction le capteur ne retrouve pas ses paramètres nominaux dans le domaine nominal mais il n’est pas détruit

En dehors de ces domaines spécifiés par le constructeur, il peut y avoir destruction du capteur

Ex : Capteur de force à jauges piézorésistives N556-1

Domaine Mesurande Température

Nominal 0-10 N 0°C à 60°C

Non-Détérioration 150 % -20°C à 100°C Non-Destruction 300 % -50°C à 120°C

En dehors de cette plage de mesure, le constructeur ne garantit pas les performances de son système

Pente de la tangente à la caractéristique entrée/sortie

en un point donné

S(P) = Δ S / Δm

_P

Plus petite variation de grandeur mesurable

LINÉARITÉ

Écart de sensibilité sur l’étendue de mesure

TEMPS DE RÉPONSE

Temps de réaction du capteur Souvent lié à sa bande-passante

La sensibilité du capteur peut en effet dépendre

de la fréquence à laquelle on souhaite l’utiliser*

* Voir aussi Régime Harmonique / Analyse Harmonique d’ordre 1 et 2

Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie

Etude statistique sur n mesures

Un capteur précis est un capteur fidèle et juste

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Régime Harmonique Sys3/4 ^Met4

REPRÉSENTATION TEMPORELLE

REPRÉSENTATION DE FRESNEL

REPRÉSENTATION COMPLEXE

FONCTION DE TRANSFERT

RÉPONSE IMPULSIONNELLE

DIAGRAMME DE BODE

PHASE NIV 1

s(t) = S . cos (ω t + φ)

S : amplitude du signal ω : pulsation du signal (rd/s) f : fréquence du signal (Hz)

T : période du signal (s) φ : déphasage du signal (rd)

= 2.

ω π.f f = 1/T

Représentation graphique des amplitudes et des phases Vecteurs tournants à ω

En régime harmonique, linéaire, invariant, tous les signaux évoluent à la même pulsation ω

Pour des signaux plus élaborés, on décompose en somme de signaux sinusoïdaux, par application du théorème de superposition

AMPLITUDE COMPLEXE ne dépendant pas du temps

s₁(t) = S . cos (ω t + φ) Projection sur y : s₂(t) = S . sin (ω t + φ)

On pose :

s(t) = s

₁

(t) + j . s

₂

(t)

avec : j² = -1 s(t) = S . exp(j (ω t + φ))

s(t) = S . exp(j φ) . exp(j (ω t)) On a alors :

s(t) =

S

. exp(j (ω t)) Projection sur y :

En régime harmonique : v(t) et i(t) ont la même pulsation

Ainsi :

v(t) V

i(t) I =

V I

Résistance (Ω)

R C L

Condensateur (F) Inductance (H) V

I

V I

DIPÔLES LINÉAIRES IMPÉDANCE COMPLEXE

= Z

Z = R

x y

V I

x y

I V

x y

V I

Z = 1 / ( j C

ω )

Z = j L

ω

SYSTÈME

H ( j ω )

V

_E

V

_S

Un système peut être caractérisé par sa réponse en fréquence, qu’on appelle aussi fonction de transfert H(jω)

V

_S

(j ω ) = H(j ω ) . V

_E

(j ω ) v

_S

(t) = h(t) * v

_E

( t )

TF^-1

Par application de la transformée de Fourier inverse, on obtient la réponse impulsionnelle du système notée h(t)

TF

convolution

Un diagramme de Bode est une représentation graphique de l’évolution en fonction de la fréquence : - du gain de la fonction de transfert, noté G

_dB

(j

ω

)

- de la phase de la fonction de transfert, notée arg(H(jω))

ANALYSE

HARMONIQUE COMPORTEMENT

FRÉQUENTIEL

=

Fréquence (Hz) Fréquence (Hz)

ÉCHELLE LOGARITHMIQUE ÉCHELLE LOGARITHMIQUE

G

_dB

(j ω ) = 20 . log( | H (j ω ) | )

GAIN EN DECIBEL

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Filtrage / Analyse harmonique / Ordre 1 Sys3/4 ^Met4

MISE EN SÉRIE / CASCADE EXEMPLE

DIAGRAMME DE BODE

Diagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) = f

_C

j ω 1

ω_C

INTÉGRATEUR

^PARFAIT

Diagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) = f

_C

j ω

ω_C

DÉRIVATEUR

^PARFAIT

EN PRATIQUE EN PRATIQUE

-

+ _V

s

V_E

R C

-

+ _V

s

V_E C R

ω_C

= 1 / R.C

ω_C

= 1 / R.C

Diagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) = f

_C

1 + j ω A

ω_C

INTÉGRATEUR

RÉEL

Diagramme de Bode

Fréquence (Hz)

T(jω) = f

_C

1 + j ω

ω_C

DÉRIVATEUR

RÉEL

EN PRATIQUE

-

+ _V

s

V_E

R₁ C

ω_C

= 1 / R

₂

.C

R₂

A = - R

₂

/ R

₁

T(jω) = K . ^{1 + j ω ω}

^C1

1 + j ω ω

_C2

PASSAGE EN DECIBEL T

_dB

= 20 . log( |T(jω)| )

= 20 . log(| 1 + j /

ω ω_C1

|) + 20 . log(1 / | 1 + j /

ω ω_C2

|) + 20 . log(|K|)

Modèle Dérivateur réel Modèle Intégrateur réel Gain Constant

CHECK-LIST PRATIQUE

● Vérifier les alimentations

● Vérifier le signal d’entrée V_CC- < V_E < V_CC+

● Vérifier que V+ = V- (mode linéaire)

● Vérifier la tension de sortie,

→ si Vs = V_CC+ ou V_CC- , modifier la tension d’entrée

● Vérifier le comportement rapidement par un balayage en fréquence du signal d’entrée (mode sweep)

NIV 1

Gain Constant SYSTÈME COMPLET

Intégrateur réel Dérivateur réel

Fréquence (Hz)

f_C1 f_C2

Gain Constant SYSTÈME COMPLET

Intégrateur réel Dérivateur réel

Fréquence (Hz)

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Filtrage actif / Analyse harmonique / Ordre 2

NIV 2

Met4 Sys3/4

STRUCTURE DE RAUCH

FILTRE ORDRE 2 / FORMES CANONIQUES

STRUCTURE DE SALLEN-KEY PARAMÈTRES

FONCTION DE TRANSFERT

TYPES / A = 1 V

_e

-

+V_CC

Z

₄

V

_s

-V_CC

Z

₃

+ Z

₁

Z

₂

-

+

+V_CC

-V_CC

Z

₁

Z

₂

Z

₃

Z

₄

Z

₅

V

_s

V

_e

T(j ω ) = Z

₃

. Z

₄

Z

₁

. Z

₂

+ Z

₃

.(Z

₁

+ Z

₂

) + Z

₃

. Z

₄

Passe-bas : Z

₁ 

: R

₁

/ Z

₂ 

: C

₂

/ Z

₃ 

: R

₃

/ Z

₄ 

: C

₄

ω

_C

= 1 / R

₁

R

₃

C

₂

C

₄

m = C

₄

(R

₁

+ R

₃

) 2 R

₁

R

₃

C

₂

C

₄

Passe-haut : Z

₁

: C

₁

/ Z

₂

: R

₂

/ Z

₃

: C

₃

/ Z

₄

: R

₄

ω

_C

= 1 / R

₂

R

₄

C

₁

C

₃

m = R

₂

(C

₁

+ C

₃

) 2 R

₂

R

₄

C

₁

C

₃

FONCTION DE TRANSFERT

TYPES / A = -1

PASSE-BAS

T

_LP

(j ω ) = A

1 + 2.m.j ω + j ² ω ω

_C

ω

_C

PASSE-HAUT

T

_HP

(j ω ) = A

1 + 2.m.j ω + j ² ω ω

_C

( ) ω

_C

( ) ω

_C

j ² ω

( )

A : gain dans la bande passante f

_C

: fréquence caractéristique du filtre m : facteur d’amortissement

Q : facteur de qualité

T(j ω ) = Y

₁

. Y

₃

Y

₃

. Y

₄

+ Y

₅

.(Y

₁

+ Y

₂

+ Y

₃

+ Y

₄

) PASSE-BANDE

T

_BP

(j ω ) = A

1 + 2.m.j ω + j ² ω ω

_C

( ) ^ω

^C

ω

_C

2.m.j ω

Passe-bas : Z

₁

 : R / Z

₂ 

: C

₂

 / Z

₃

 : R / Z

₄

 : R / Z

₅ 

: C

₅

Passe-haut : Z

₁ 

: C / Z

₂ 

: R

₂

/ Z

₃

 : C / Z

₄ 

: C / Z

₅ 

: R

₅

ω

_C

= 1 / R C

₂

C

₅

m = 3 C

₅

2 C

₂

ω

_C

= 1 / C R

₂

R

₅

m =

2 R

₅

3 R

₂

Diagramme de Bode / Passe-Bas

Fréquence (Hz)

Δω = 2 m ω_C

Largeur de la bande-passante (3 dB)

Pulsation (rad/s)

ω_C

f

_C

Δω

= 2.

ω π

.f

m = 1/Q

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

ARDUINO Uno / Mega

NIV 1

ENTREES NUMERIQUES

SORTIES NUMERIQUES

ALIMENTATION

COMMUNICATION SERIE MONITEUR SERIE

ENTREES ANALOGIQUES SORTIES « ANALOGIQUES » / PWM    

STRUCTURE D’UN PROGRAMME

Configurer la direction de la broche en entrée pinMode(int [broche], INPUT);

[broche] = numéro de la broche à configurer Lire la valeur sur l’entrée correspondante

int a;

a = digitalRead(int [broche]);

Configurer la direction de la broche en sortie pinMode(int [broche], OUTPUT);

[broche] = numéro de la broche à configurer Mettre la sortie à ‘0’ (logique)

digitalWrite(int[broche], LOW);

Mettre la sortie à ‘1’ (logique)

digitalWrite(int[broche], HIGH);

Les sorties numériques notées par le symbole ~ 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 % 255 : rapport cyclique de 100 % analogWrite(9, 100);

Ex : applique un signal de rapport cyclique 100/255 sur la broche 9

pinMode(3, INPUT) ; int a = digitalRead(3);

Ex : récupère dans la variable a la valeur de la broche 3

L’alimentation se fait :

- soit par le port USB (ainsi que le téléversement des programmes)

- soit par un bloc externe (5 V < V_alim < 12 V)

ATTENTION : les broches n’acceptent que des tensions comprises entre 0 et 5V / Pas de tensions négatives

Les broches 0 et 1, notées RX et TX (ainsi que la liaison USB) permettent de transmettre des données selon la norme RS232 Configurer la communication

Serial.begin(int [baud]);

[baud] = vitesse de transmission

Ex : démarre une communication à 9600 bauds, affiche : a = 3 (si a vaut 3) puis saute à la ligne suivante

Serial.begin(9600);

Serial.print(‘’a = ‘’);

Serial.println(a);

Serial.print([texte à écrire]);

Permet d’afficher les valeurs envoyées par la carte Arduino sur l’ordinateur

Envoyer un texte à afficher

Récupérer la valeur d’une entrée analogique int a = analogRead(int [broche]);

La carte Arduino Uno possède 6 entrées analogiques reliées à un convertisseur analogique-numérique de 10 bits

(valeur entre 0 et 1023)

int a = analogRead(A4);

Serial.print(‘’a = ‘’);

Serial.println(a);

Ex : récupère la valeur de l’entrée analogique A4 dans la variable a, puis l’envoie sur la liaison série pour l’afficher

ECRITURE

Un programme sous Arduino est composé de deux parties : - une fonction setup() comportant l’initialisation

de la carte (entrées/sorties…) exécutée qu’une seule fois - une fonction loop() exécutée à l’infini

COMPILATION

TELEVERSEMENT

Le logiciel Arduino permet : - d’éditer le programme - de compiler

- de téléverser sur la carte

Ce bouton permet de compiler le code écrit en langage Arduino vers le langage compréhensible par la carte

Ce bouton permet alors de téléverser le programme vers la carte Arduino

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 de carte (Outils / Type de carte) et le port (Outils / Port Série)

A VOUS DE JOUER…

Electronique et Informatique pour le Traitement de l’Information

Liste des composants disponibles au LEnsE

RÉSISTANCES DIODES / LED

PROJETS 2A

● LM311 : asymétrique, CO, EO

●

LM339 : asymétrique, CO, 4 comparateurs

TRANSISTORS

●

TL071 / TL081 : symétrique, GBP = 3 MHz

●

TL082 / TL084 = 2 x TL081 / 4 x TL081

●

TLE2072 : symétrique, GBP = 9 MHz

● LM358 : asymétrique, GBP = 1 MHz

CIRCUITS INTÉGRÉS ANALOGIQUES

ALI / MODE LINÉAIRE ALI / COMPARATEUR

CONDENSATEURS

FILTRES ACTIFS AMPLI AUDIO

CIRCUITS INTÉGRÉS NUMERIQUES

● LM386 / LM380 : 1W / 2 .5 W

●

LM833 : Double / 500 mW (casque audio)

AUTRES PROJETS 1A

AUDIO

●

Haut-Parleurs : 8

Ω

, 1W

●

Prises jack 3.5 / 6.5 mm / Male/Femelle

●

LED trichromes : Bivar R50RGB-F-0160

●

Photodiodes trichromes : KPS-5130PD7C

●

Montages :

●

Point de rosée (x3)

●

LED de puissance (x2)

●

Commande de Peltier (x8)

●

Plateforme robotique / Foll’iogs the line

●

10 Ω, 47 Ω, de 100 Ω à 1 MΩ (Série E12 – 1/4 W)

● De 1 nF à 1 µF (non polarisé – Série E6)

● 4,7 µF, 10 µF, 47 µF, 100 µF, 220 µF,

1000 µF, 2200 µF (polarisé – filtrage alimentation)

●

DG200/ 202 : interrupteur analogique commandable

●

AD620 : amplificateur d’instrumentation

●

AD633 : multiplieur analogique

● MCP1702 : Régulateur 3.3V – 100 mA

● L7805 : Régulateur 5V - 1A

MICROCONTRÔLEURS

CONV. ANALOG. / NUM.

CONV. NUM. / ANALOG.

LOGIQUE

AUTRES

●

TLC549 : SPI / 8 bits

●

MCP3001 : SPI / 10 bits

●

AD7524 : Parallèle / 12 bits

●

AD7303 : SPI / 8 bits

●

MCP4921 : SPI / 12 bits

●

UAF42 : Filtre universel, 100 kHz

● MF4 / MAX296 : Capacité commutée – Ordre 4 / 8

MATÉRIEL COMMUN

1A

●

ARDUINO UNO

●

ICD3 + RJ11

●

Connecteur ICSP

●

Carte PIC16F1503

●

Ecran LCD

●

Cable FTDI

●

Alimentation variable 3-12 V

●

Fils conducteurs (boite jaune)

●

Pince / Sonde / Tournevis (boite verte)

2A

●

ICD3 + RJ11

PAILLASSE

● Oscilloscope / GBF (x2) / PC / Alimentation / Multimètre

●

1N4148 : signal

● Zener : 2,4V à 15V

● LED : R,B,V… IR : TSAL6100, Fibre : SFH756

● PhD : SFH206, Fibre : SFH250, IR : SFH205

●

1N4001/2 : redressement

^● NPN : 2N3904, 2N2222

● PNP : 2N3906

● MOS N : BS170, BS107

● MOS N Power : IRF540

● 74LS00 : 4 x NAND – 2 entrées

● 74LS74 : 2 x Bascule D

● 74LS90 : Compteur décimal

● 74LS93 : Compteur 4 bits

● 74LS191 : Compteur binaire / BCD 4 bits

● 74LS624 : Oscillateur controlé en tension (VCO)

● 4011 : 4 x NAND – 2 entrées

● 4013 : 2 x Bascule D

● 4018 : Compteur / Diviseur par 10

● 4040 : Compteur 12 bits

● 4046 : Boucle à verrouillage de phase (avec VCO)

● 4051 / 4043 : Multiplexeur analogique (8V / 2x4V)

● 4511 : Décodeur BCD / 7 segments

●

PIC12F1572 :

8 bits / ADC/3xPWM/USART

●

PIC16F1503/1509 :

8 bits / ADC/4xPWM/SPI/I2C

●

PIC16F1455/1459 :

8 bits / ADC/DAC/SPI/I2C/USB

●

PIC18F26K22/46K22 :

8 bits / 64 MHz

●

DsPIC30F2011 :

16 bits / ADC/DSP

●

LM555 : Temporisation

●

MCP6S92 : Ampli à Gain Programmable / SPI

●

RAM 23LCV1024 : StaticRAM – 1Mbits / SPI