ProTIS IéTI CéTI Lang_C Traitement de l’Information

MATLAB

Non-Inv erseur SuiveurInve

rseur Transim

pédance

Classe AClasse B

PRE-AMPLIFIER CAPTER

COMPARER

FILTRER AMPLIFIER

GÉNÉRER ALIMENTER

CONVERTIR TRAITER

POST-TRAITER PILOTER

CAPTER

Température

Luminosité Force Distance

Photod iode Phototransistor

Photoré sista

nce Ultra Son Télémètre

Autres

ALI en Linéaire Transistors

Passif Actif

RC RLC ALI Univ

ersel Capa. Com

mutée

Type

Passe-H aut

Passe-Bas Passe-B

ande Coupe-B

ande

Ordre

1 2 4 / 8 N

AMPLIFIER

ALI en Linéaire Transistors

Inverseur Non-Inv

erseur

Classe AClasse BClasse D

Audio

EnceinteCasque

LED

TRANSMETTRE

PILOTER

C / C++

FILTRER

ALI en Non-Linéaire COMPARER

PRE-AMPLIFIER

ANALOG-NUM NUM-ANALOG

Moteurs

Flash Approx.

Succ.

CONVERTIR

TRANSMETTRE Son

TABLEUR

POST-TRAITER

Série Parallèle

P2P / R S232

Réseau SPI

Réseau I2CAutres

TRANSPORTER

TRANSPORTER

NUMÉRIQUE

FM

ANALOGIQUE

AM OOK ASKFSK

/ PSKQAM

CONCEVOIR CARACTÉRISER DÉVELOPPER PRÉSENTER

SYSTÈME

INGÉNIEUR CHERCHEUR ENTREPRENEUR

Cette liste des fonctionnalités n’est pas exhaustive...

FONCTIONNALITÉS TACHES

Approx.

Succ.

Responsable UC Lang-C 1A

Sylvie LEBRUN Responsable UC Électronique 1A/2A

Julien VILLEMEJANE

Responsable Pédagogique LEnsE

Fabienne BERNARD

SAVOIRS

S A V O IR Ê T R E

SAVOIR FAIRE AC

CR OÎTR

E

DÉVE LOPPER AC

QU ÉR

IR

pour dev enir

pour déve lopp er pour conc evoir

pour com

pren dre

INFORMATIQUE ELEC. NUMERIQUE

ELEC. ANALOGIQUE APPRENANT

INGÉNIEUR

CéTI

Conception électronique

IéTI

Ingénierie électronique pour le Traitement de l’Information

ProTIS

Procédés de Traitement de l’Information et du Signal

S8

S5

S6

Lang_C

Programmation en C

S5

LIVR.

Année 2018-2019

TD_C0

LANGAGE C (2h) TD_C1

Proj_C1 Proj_C2 Proj_C3 Proj_C4

IéTI E1

CéTI – TD / S5 (1h30)

IéTI E2/E3 IéTi E4 CéTI 0a CéTI 0b CéTI 1

IéTI 3

TP_Th1_E1 TP_Th1_E2 TP_Th2_E1 TP_Th2_E2 TP_Th3_E1 TP_Th3_E2

SEMESTRE S6 SEMESTRE S5

TD_C0

CéTI

Lang-C EXAM

ORAL MINDMAP SYNTHÈSE

BASES DU LANG. C TD_C1 BONNES PRATIQUES

TABLEAU 1D

Proj_C1 Proj_C2

Calculer histogramme Afficher histogramme OBJ.

MINI-PROJET MINI-PROJET

Proj_C4 FINALISATION PROJET

PRÉSENTATION ÉTUDIANTS Présenter une fonction LIVR. Liste des fonctions

CéTI 0a FONDAMENTAUX 1

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

IéTI (1h30 / 4h30)

Proj_E1 OBJECTIFS Projets IéTI E23 ÉQUIPES / SUJETS

Séance Double au 503 Créer équipes cohérentes

OBJ. Choisir sujet de projet Rédiger cahier des charges Prévoir le planning IéTI E4 PRÉSENTATION Équipes

IéTI x SÉANCES ENCADRÉES

LIVR. Cahier des charges Planning / Fonctionnel Cohésion de l’équipe

TEMPS TD_C2 TD_C3 TD_C4 TD_C5 TD_C6 TD_C7

CéTI 2 CéTI 3 CéTI 4 CéTI 5 CéTI 6

IéTI 1 IéTI 2 CéTI 7

LIVRABLES

IéTI E5

TD_C2

Proj_C3

Ouvrir un fichier PGM Lire son contenu OBJ. Stocker son contenu

OBJ.

TD_C3 TD_C4 TD_C5 TD_C6 TD_C7

FONCTIONS

ECRITURE FICHIERS LECTURE DONNÉES POINTEURS

ALLOC. DYNAMIQUE AM_EI1

CéTI 0b FONDAMENTAUX 2 CéTI 1 PRE-AMPLIFIER CéTI 2 FILTRER SIMPLEMENT CéTI 3 FILTRER EFFICACEMENT CéTI 4 CAPTER / COMPARER CéTI 5 CAPTER DES PHOTONS CéTI 6 CONVERTIR

PILOTER

CéTI 7 TRAITER NUMÉRIQUEMENT

CéTI – TD / S6 (1h30)

IéTI E5 AVANCEMENT PROJET Planning / Fonctionnel Avancement

CéTI / S5

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)

30 %  70 %  UE : Traitement de l'information

- Exercice niveau 1 ^{6 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

- Exercice niveau 2 - Problème

FIE CONTINU / PRE-PROJET FIE 30 %  - Rencontres techniques

- Présentation projet FIE (20 min / groupe) + Cahier des charges

+ Schéma fonctionnel + Choix technologiques

IéTI 4 IéTI 5 IéTI 6 IéTI 7 IéTI 8

CéTI 8 CéTI 9

CéTI 8

GÉNÉRER UN SIGN. SINUS.

CéTI 9

LANGAGE C / S5

TP EITI / S5

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

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

UE : Traitement de l'information 40 %  - 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) 60 %  - Portant sur les thèmes 1 et 2

- Durant les séances du thème 2

IéTI / S6

CONTINU

UE : Traitement de l'information

25 %  - Évaluation lors des 8 séances

+ SOIN

- Qualité câblage

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

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

- Caractérisation de chacun des blocs - Respect du cahier des charges

LIVRABLES FINAUX 30 % - Dossier technique

- Communication

→ Vidéo / Posters (x2) / Site Web

15 %  15 % 

HORS FIE

MODALITÉS PROGRAMME

(voir emploi du temps)

DÉROULEMENT

IéTI E0

IéTI E1

IéTI E0 DÉMARCHE Projets

EXAMEN INDIVIDUEL (1h00) 30 %

LIVRABLES FINAUX 30 %

15 %  15 % 

LIVRABLES INTERMÉDIAIRES 15 % - A rendre en fin de séance 2

+ Plan de formation / Planning

+ Découpage fonctionnel

- Evaluation apprentissage de niveau 3

+ Présentation d’une fonctionnalité + Mise en œuvre pratique

Voir fiche Déroulement Projet EITI 1A pour plus de détails HORS FIE

CéTI - Conception Electronique pour le Traitement de l’Information IéTI – Ingénierie Electronique pour le Traitement de l’Information

RÉCEPTEUR NON-LINÉAIRE

Fondamentaux / Dipôles et réseaux

DIPÔLES DIVISEUR DE TENSION

RÉCEPTEUR LINÉAIRE

RÉSEAUX

NOEUD MAILLE

GÉNÉRATEURS

TENSION

COURANT

LOIS DE KIRCHHOFF

LOI DES MAILLES

LOI DES NŒUDS

THÉVENIN

NORTON

MODÈLES

DIPÔLE

Composant électrique à deux bornes

A B

v

_AB

(t)

i

_D

(t)

ⁱD(t): courant traversant

le dipôle

v_AB(t) : différence de potentiel aux bornes du dipôle

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 dipôles qui la composent

NŒUD : 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 ^{IS V}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

Diode / LED / Photodiode

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

Systèmes linéaires / Superposition

MODÈLE SIMPLIFICATION DE MILLMAN

CARACTÉRISTIQUES

GAIN EN TENSION

IMPÉDANCE D’ENTRÉE

IMPÉDANCE DE SORTIE

EN PRATIQUE

GAIN EN TENSION

Système

Z

_e

H.V

_e

V

_e

Z

_S

V

_S

I

_S

I

_e

Regroupement de composants (dipôles ou autres) régi par des équations linéaires (pouvant être différentielles) dans sa relation entre son entrée et sa sortie, permettant le transfert d’énergie entre deux dipôles (ou systèmes)

V

_e

I

_e

 : tension / courant d’entrée V

_S

I

_S

 : tension / courant de sortie

H : fonction de transfert Z

_e

 : impédance d’entrée Z

_S

 : impédance de sortie

H = V

_S

/ V

_E

lorsque I

_S

= 0

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

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 système placé en amont)

lorsque le système à 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 système 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

Attention !

Tous les potentiels doivent être référencés par rapport à un même potentiel, souvent noté masse.

Régime Harmonique

REPRÉSENTATION TEMPORELLE

REPRÉSENTATION DE FRESNEL

REPRÉSENTATION COMPLEXE

FONCTION DE TRANSFERT

RÉPONSE IMPULSIONNELLE

DIAGRAMME DE BODE

PHASE

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

(jω)

- 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

(jω) = 20 . log( | H (jω) | )

GAIN EN DECIBEL

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-

CARACTÉRISTIQUES

V

_S

V

_E

V- = V+

CONTRE-RÉACTION

NÉGATIVE 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

-

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-

Filtrage / Analyse harmonique / Ordre 1

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)

Gain Constant

SYSTÈME COMPLET

Intégrateur réel Dérivateur réel

Fréquence (Hz)

f_C1 f_C2

Gain Constant

SYSTÈME COMPLET

Intégrateur réel Dérivateur réel

Fréquence (Hz)

Filtrage actif / Analyse harmonique / Ordre 2

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 ) = Y

₁

. Y

₃

(Y

₁

+ Y

₂

).(Y

₃

+ Y

₄

) + Y

₃

.(Y

₄

- Y

₂

)

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 : amplification 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 = 1/2.Q

Capteurs

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) = ΔS / 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

ARDUINO Uno / Mega

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…

Carte Nucléo-64 / STM32L476 / Broches d’entrées-sorties

CONNECTEUR

ARDUINO 1 CONNECTEUR

ARDUINO 2

CONNECTEUR MORPHO 2 CONNECTEUR

MORPHO 1

MINI-USB USER_BUTTON

LED1

ENTRÉES NUMÉRIQUES

SORTIES NUMÉRIQUES

ALIMENTATION

COMMUNICATION SÉRIE

ENTREES ANALOGIQUES SORTIES PWM

MBED COMPILER / CODE SOURCE

Configurer la direction de la broche en entrée

DigitalIn mon_entree([nom_broche]);

Lire la valeur sur l’entrée correspondante

int a;

a = mon_entree ;

Configurer la direction de la broche en sortie

DigitalOut ma_sortie([nom_broche]);

[nom_broche] = nom de la broche à configurer

Mettre la sortie à ‘0’ (logique)

ma_sortie = 0 ;

Mettre la sortie à ‘1’ (logique)

ma_sortie = 1 ;

Les sorties numériques notées PWM sur la carte, permettent de générer un signal rectangulaire de fréquence et de rapport cyclique paramétrables

PwmOut ma_mli([nom_broche]) ;

PwmOut ma_sortie(D3) ;

ma_sortie.period(0.01) ; // F = 100 Hz ma_sortie.write(0.4) ; // RC = 40 % DigitalIn mon_bp1(D10) ;

int a = mon_bp1;

Ex : récupère dans la variable a la valeur de la broche D10

L’alimentation se fait par le port USB

(ainsi que le téléversement des programmes)

ATTENTION : les broches n’acceptent que des tensions comprises entre 0 et 3.3V / Pas de tensions négatives

Les notées RX et TX (ainsi que la liaison USB) sur la carte permettent de transmettre des données selon la norme RS232 Configurer la communication

Serial ma_liaison([broche_TX, broche_RX]);

Ex : démarre une communication à 115200 bauds avec le PC et affiche : Bonjour (puis saute à la ligne)

Serial mon_periph(USBTX , USBRX);

mon_periph.baud(115200) ;

mon_periph.printf("Bonjour\r\n");

ma_liaison.baud(int [vitesse_en_bauds]);

Réglage de la vitesse de transfert

La carte possède des entrées analogiques (notées Analog In) reliées à un convertisseur analogique-numérique de 12 bits

AnalogIn mon_entree(A1) ; double k = mon_entree.read() ;

mon_periph.printf("Vin=%lf V", k*3.3) ;

MBED propose une interface de développement en ligne.

L’écriture du code (une fois le projet créé) se fait en langage C++

(proche du C dans le cas de l’embarqué).

Le code est constitué ainsi :

COMPILATION / TÉLÉVERSEMENT

A VOUS DE JOUER…

Carte Nucléo-64 / STM32L476

[nom_broche] = nom de la broche à configurer

Configurer la broche pour une utilisation en PWM

ma_mli.periode(double [temps_en_s]) ;

Configurer la fréquence ou période (P = 1/F)

ma_mli.write(double [rc_0_a_1]) ;

Configurer le rapport cyclique entre 0 et 1

NB : d’autres paramètres sont réglables comme la parité… fonction format(...)

https://os.mbed.com/docs/v5.8

Ressources / Prototypes Déclaration des entrées/sorties

Variables globales MAIN

Initialisation BOUCLE

INFINIE

Routines d’interruption Autres fonctions

Lecture entrées Traitement Affichage / Pilotage

Envoi d’un octet

Une étape de compilation permet de produire un fichier binaire qui pourra ensuite être téléverser Enregistrer ce fichier sur votre

disque dur

Une fois la carte connectée en USB à votre PC, elle est reconnue comme un espace mémoire. Il est possible alors de déplacer le fichier binaire dans cet espace mémoire. Le transfert vers la zone mémoire du microcontroleur s’effectue alors automatiquement.

SORTIES ANALOGIQUES

La carte possède une sortie analogique (notées Analog Out) reliées à un convertisseur numérique-analogique de 12 bits Appel à des

fonctions

ma_liaison.putc(char [octet_a_envoyer]);

Envoi d’une chaîne de caractères (utile pour le débogage)

ma_liaison.printf(char* [chaine_a_envoyer]);

Des tutoriels sont disponibles sur

lense.institutoptique.fr/nucleo

AnalogIn mon_en_an([nom_broche]) ;

Configurer la broche en entrée analogique

double val = mon_en_an.read() ;

Récupérer la donnée analogique (entre 0.0 et 1.0)

AnalogOut ma_sortie(A2) ;

ma_sortie.write(2.5 / 3.3) ;

// tension de 2,5V

AnalogOut mon_en_an([nom_broche]) ;

Configurer la broche en sortie analogique

mon_en_an.write(double [val_0_a_1]) ;

Ecrire la donnée analogique (entre 0.0 et 1.0)