Enseignement Expérimental de Traitement de l’Information

Description du matériel de laboratoireSalle de TP

LEnsELaboratoire

d’Enseignement

Expérimental

version 2016

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Table des matièresLes câbles 4

L’alimentation continue 4

Le multimètre numèrique 5Affichage de 2 valeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Utilisation en dB-mètre / fréquence-mètre . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Les Générateurs de fonction Basse Fréquence 6

L’oscilloscope 6Déclenchement du balayage de l’oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . 7Modes de couplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

La plaquette de câblage 9

Comment imprimer l’écran de l’oscilloscope 10

Guide de survie pour ARDUINO 11Description de la carte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Logiciel Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Structure d’un programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Entrées / Sorties numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Entrées analogiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Liaison série et affichage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Amplificateurs linéaires intégrés et diodes 16

Code couleur des résistances 16

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Les câbles

Masse

Signal

Vous disposez de câbles monofilaires de diffé-rentes longueurs et de différentes couleurs et de câblescoaxiaux.

Les câbles coaxiaux comportent deux conduc-teurs : un fil conducteur central pour le signal, etl’enveloppe qui doit être mise à la masse. Pour lesconnecteurs de type “banane“ cf. figure ci-contre.

L’alimentation continueLes alimentations dont vous disposez sont des alimentations double ou triple

isolées. Elles peuvent fonctionner en source de tension ou en source de courant.

Les trois alimentations sont indépendantes (tension et courant réglables indépen-damment) et aucune borne n’est reliée en interne à la terre, elles peuvent donc êtremises en série pour créer par exemple une alimentation du type [−15 V 0 V +15 V].

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Le multimètre numérique

Le multimètre permet de mesurer des courants et tensions moyens (modes DC =)et efficaces (modes AC �), des fréquences, des valeurs de résistances.

Il dispose d’un double affichage permettant de suivre par exemple à la fois :— la tension et le courant,— ou la tension et la fréquence pour un diagramme de Bode.

Affichage de 2 valeurs :

1. Sélectionner la première information que vous souhaitez afficher.

2. Appuyer sur 2ND puis sélectionner la seconde information que vous sou-haitez afficher.

Utilisation en dB-mètre / fréquence-mètre (Bode) :

1. Régler le multimètre pour mesurer une tension efficace (bouton V ∼ )puis appuyer sur dB .

2. Placer le signal d’entrée du circuit en entrée du multimètre, et étalonnerà 0 dB pour cette valeur de tension en appuyant sur REL .

3. Brancher ensuite le signal de sortie du circuit sur le multimètre, l’appareilaffiche ainsi directement le gain en dB.

4. En appuyant sur 2ND puis sur FREQ , afficher simultanément la fré-quence du signal.

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Les Générateurs de fonction Basse Fréquence

Ces générateurs peuvent délivrer des tensions sinusoïdales, triangulaires ourectangulaires, ainsi que différents types de signaux modulés (AM, FM...).

Il est possible de régler la fréquence du signal, son amplitude et sa valeur moyenneou bien sa période, sa valeur minimale et sa valeur maximale.

Il est enfin possible de générer une rampe de fréquence à l’aide de la fonctionSweep . Cette fonction est très utile pour connaître le comportement en fréquenced’un système (image du diagramme de Bode).

Il faut régler le type de rampe Linear ou Log , la fréquence initiale Start ,la fréquence finale Stop , le temps de balayage Sweep Time et le déclenchementTrigger Setup (Mode interne Int puis DONE )

L’oscilloscopeVous avez à votre disposition des oscilloscopes numériques, avec une bande-

passante de 40 MHz. Ces oscilloscopes sont reliés aux ordinateurs par une liaisonUSB. Les copies d’écran peuvent être réalisés à l’aide du logiciel EasyScope (voirpage 10).

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Déclenchement du balayage de l’oscilloscopePour que l’affichage soit utile à l’observateur il est nécessaire de synchroniser

l’affichage (ou la mise en mémoire) du signal à chaque itération. Dans le cas contrairele signal est brouillé, un exemple est donné Figure 1.

Figure 1 – Exemple d’affichage obtenu à l’écran de l’oscilloscope sans synchronisation avec le signal.

L’affichage doit donc être synchronisé sur les variations du signal à visuali-ser. Pour cela, un circuit de déclenchement (trigger) détecte quand la valeur du signalpasse par une valeur seuil avec une pente de signe donné (seuil de déclenchement outrigger level et trigger slope pour la pente) réglables par l’utilisateur.

L’inconvénient de ce fonctionnement est qu’en l’absence de signal (ou dans lecas d’un signal d’amplitude plus faible que le seuil), il n’apparaît aucune courbe àl’écran.

Les oscilloscopes disposent donc de plusieurs modes de fonctionnement pour labase de temps :

— Le mode déclenché ou normal (triggered), c’est le fonctionnement décrit pré-cédemment

— le mode automatique qui génère un signal de déviation horizontale même enl’absence de signal (ou signal d’amplitude plus faible que le seuil du trigger)

— enfin un troisième type de déclenchement est disponible : modes vidéo (ligneset trames) pour l’étude de signaux vidéos.

Pour tout affichage à l’écran de l’oscilloscope, il faut choisir et régler le modesynchronisation :

— mode : automatique (monocoup exceptionnellement !)— source : voie 1, 2, secteur (50 Hz EDF) ou signal externe.

Modes de couplageTous les oscilloscopes possèdent deux possibilités de couplage d’entrée : AC (ca-

pacitif) ou DC. Le couplage DC est direct, le couplage AC filtre les basses fréquencesdu signal (cf. Figure 2), à utiliser avec circonspection et seulement après une pre-

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mière visualisation du signal en mode DC. Ne jamais utiliser le mode AC pour vi-sualiser un signal basse fréquence !

Figure 2 – Mode de couplage de l’entrée de l’oscilloscope.

Rappel : L’oscilloscope permet de visualiser une différence de potentiel par rap-port à la masse. Pour visualiser une tension différentielle, utiliser la sommedes voies A et B inversée.

À retenirL’utilisation de l’oscilloscope nécessite imperativement de régler :1 . Le mode et la source de synchronisation du balayage,2 . le couplage d’entrée adéquat.

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La plaquette de câblageLe support de la plaquette comprend aussi des connecteurs “ banane ”, aucun de

ces connecteurs n’est relié à la plaquette, vous devrez donc, le cas échéant réaliserles connexions souhaitées à l’aide de petits fils comme sur la figure précédente.

Il vous est conseillé de soigner l’organisation des composants sur la plaquetteet de choisir la couleur des fils en fonction du signal qu’ils véhiculent (Rouge pourl’alimentation positive, Noir pour la masse, etc.).

Attention : ces plaquettes de câblages ne permettent d’étudier que des signaux defréquence inférieure au Mégahertz.

Attention les lignes horizontales sont « coupées » au milieu de la plaquette

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Comment imprimer l’écran de l’oscilloscope1. Lancer le logiciel EasyScope en cliquant sur l’icône sur le bureau :

2 Sur la fenêtre sui s’ouvre :

(a) Sélectionner Connect

(b) Puis DSO bitmap

3 Sélectionner Refresh.

4 Imprimer par Copy et insérer l’image dans un document texte (type Word).

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ARDUINO : Kit de survieDescription de la carte

La carte Arduino Uno est une carte de prototypage rapide de systèmes. Elle estbasée sur un microcontroleur Atmel cadencé à 16 MHz et possédant 32 ko de mé-moire programme et 2 ko de mémoire RAM.

Elle possède :— un port USB : pour pouvoir la relier à l’ordinateur et permettre ainsi sa pro-

grammation— des entrées analogiques : pour pouvoir récupérer des signaux provenant de

capteurs analogiques— des entrées/sorties numériques : pour pouvoir récupérer des signaux numé-

riques ou contrôler des systèmes numériquesCertaines sorties numériques permettent de générer des signaux modulés en lar-

geur d’impulsions (MLI ou Pulsed Width Modulation PWM). Elles sont repérées parle symbole sur la carte.

! ATTENTION !

La carte Arduino Uno admet des tensions comprises entre 0 et 5 V.Toute tension négative ou supérieure à 5 V peut entrainer sa destruction.

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Logiciel ArduinoPour pouvoir programmer la carte Arduino Uno et pouvoir la faire

intéragir avec son environnement, il faut utiliser le logiciel Arduino.La fenêtre principale du logiciel Arduino se décompose en 3 zones

distinctes : la zone des menus, la zone d’édition du code et la zone derapport d’erreurs lors de la compilation du code et du téléversement vers la cible.

Structure d’un programmeIl y a deux parties distinctes dans un programme pour Arduino (voir figure

précédente) : la fonction void setup() qui constitue la partie initialisation et quin’est exécutée qu’une seule fois lors de la mise sous tension de la carte (ou uneremise à zéro), la fonction void loop() qui exécute son code de manière infinie.

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Entrées / Sorties numériquesDéfinir une broche en entrée ou en sortie Les broches d’entrées/sorties de la carteArduino sont configurées par défaut en entrée. Pour gérer la direction des broches,il faut utiliser la fonction suivante où le paramètre int[broche] correspond au numérode la broche à configurer :

1 pinMode ( i n t [ b ro ch e ] , INPUT ) ; / / b ro ch e en e n t r e e2 pinMode ( i n t [ b ro ch e ] , OUTPUT) ; / / b ro ch e en s o r t i e

Mettre une broche au niveau haut ou au niveau bas Pour mettre une sortie auniveau logique haut (’1’ ou 5 V ) ou au niveau logique bas (’0’ ou 0 V), il faut utiliserla fonction suivante où le paramètre int[broche] correspond au numéro de la brocheà modifier :

1 d i g i t a l W r i t e ( i n t [ b ro ch e ] , HIGH) ; / / b ro ch e a 12 d i g i t a l W r i t e ( i n t [ b ro ch e ] , LOW) ; / / b ro ch e a 0

Lire une entrée numérique Il est possible de lire une valeur numérique (’0’ ou’1’) sur les entrées de la carte Arduino. Pour cela il faut utiliser la fonction suivanteoù le paramètre int[broche] correspond au numéro de la broche à venir lire :

1 i n t a ;2 a = d i g i t a l R e a d ( i n t [ b ro ch e ] ) ;

La valeur lue sur la broche sera alors stockée dans la variable a dans cet exemple.

Appliquer un signal carré de rapport cyclique paramétrable Le carte Arduinogénère un signal modulé en largeur d’impulsion (MLI ou Pulsed Width Modulation- PWM) à une fréquence d’environ 1 kHz sur les broches 3, 5, 6, 9, 10 et 11 avecla fonction suivante où le paramètre int[broche] correspond au numéro de la brocheà modifier et le paramètre int[valeur] est une valeur comprise entre 0 et 255 corres-pondant au rapport cyclique souhaité (entre 0 et 100 %) :

1 a n a l o g W r i t e ( i n t [ b ro ch e ] , i n t [ v a l e u r ] ) ;

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Entrées analogiquesLire une entrée analogique La carte Arduino Uno possède 6 entrées analogiquesnumérotées de A0 à A5. Elles sont reliées à un convertisseur analogique/numériquequi renvoie un code numérique sur 10 bits (de 0 à 1023).

Pour pouvoir lire une entrée analogique, il faut utiliser la fonction suivante où leparamètre int[broche] correspond au numéro de la broche à lire :

1 i n t a ;2 a = ana logRead ( i n t [ b ro ch e ] ) ;

Liaison série et affichageLe programme écrit et compilé par l’ordinateur, à l’aide du logiciel Arduino,

est téléversé dans la carte par une liaison série de type RS232. Cette liaison peutégalement être utilisée pour transmettre d’autres types d’information depuis la cartevers l’ordinateur ou inversement.

On peut par exemple l’utiliser pour afficher des messages de débugage depuis lacarte vers l’ordinateur.

Initialiser la liaison série Afin de faire fonctionner cette liaison série, il faut l’ini-tialiser à l’aide de la fonction suivante où le paramètre int[baud] correspond à lavitesse de transmission entre la carte et le PC :

1 S e r i a l . b e g i n ( i n t [ baud ] ) ;

La valeur par défaut est 9600 bauds. La carte Arduino Uno est capable de trans-mettre des informations jusqu’à 115 200 bauds.

Afficher un message dans la console Le logiciel Arduino possède un outil ap-pelé Moniteur Série (disponible via le menu Outils / Moniteur Série). Il permetd’afficher tout ce qui arrive sur la liaison série de l’ordinateur et de transmettre descaractères à la carte.

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Une autre fenêtre s’ouvre alors.

Pour afficher un message ou une valeur à l’écran, il faut utiliser la fonction sui-vante :

1 S e r i a l . p r i n t ( " message " ) ;2 S e r i a l . p r i n t l n ( v a l e u r ) ;

La fonction print affiche sans saut de ligne alors que la fonction println af-fiche le texte suivi d’un saut de ligne.

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Amplificateurs linéaires intégrés et diodes

 Amplificateur Opérationnel         TL071 / LM741 / µA741                

   Diode 1N4148         

+VCC

−VCC

Code couleur des résistancesCOULEUR 1er ANNEAU 2eme ANNEAU MULTIPLICATEUR TOLERANCE

NOIR 0 0 1 1%

MARRON 1 1 10 2%

ROUGE 2 2 100

ORANGE 3 3 1k

JAUNE 4 4 10K

VERT 5 5 100K 0,50%

BLEU 6 6 1M 0,25%

VIOLET 7 7 10M 0,10%

GRIS 8 8

BLANC 9 9

OR 0,1 5%

ARGENT 0,01 10%

270 kΩ

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