systeme irrigation

ROYAUME DU MAROCMINISTERE DE LEDUCATION

NATIONALEAcadmie de CasablancaDLGATION DE MOHAMMEDIA

Lyce Technique Mohammedia

Matire : Science de lIngnieur A.T.C - Pr.MAHBABSection : Sciences et Technologies lectriques Systme n4

Sujet : Le sujet comporte au total 16 pages. Le sujet comporte 3 types de documents :

Pages 01 04 : Socle du sujet comportant les situations dvaluation (SEV).Pages 05 10 : Documents rponses portant la mention.Pages 11 16 : Documents ressources portant la mention.

16 pages

6 Fiches cours : Fiche cours n15 Chane dacquisition numrique Fiche cours n16 Les capteurs de niveau Fiche cours n17 Les C.A.N Fiche cours n18 Caractristiques des convertisseurs Fiche cours n19 Le C.A.N interne du 16 F 877 Fiche cours n20 Les Filtres

17 pages

1 TD: TD n7 : Etude dun filtre

5 pages

Nombre de pages : 39 CLASSES : 2 STE

SYSTME DIRRIGATION

DRES XX

DREP XX

/ 16

Systmen4

SYSTME DIRRIGATION Lyce Technique MohammediaClasse : 2STE Prof : MAHBAB

SujetA.T.C

1- MISE EN SITUATION :Dans le domaine agricole, lirrigation des champs impose le recours aux chteaux deau par

souci dassurer une rserve en eau dune part et de rationaliser la consommation de lnergiencessaire au fonctionnement des pompes et la consommation de leau.

Mais, le problme de variation de la pression au dpart de la canalisation dirrigation enfonction du niveau de remplissage du chteau fait surgir le besoin de rguler celle-ci.

2- PRESENTATION DU SYSTEME :

3- FONCTIONNEMENT :Pour assurer une irrigation par drainage, le niveau deau dans le chteau doit tre suprieur

0.25 m - cause de la chute de pression dans les tuyaux de distribution et infrieur ou gal 2 m hauteur du chteau-.

Le systme de commande observe en permanence le niveau dans le chteau : Si niveau < 0.25 m, on dmarre la pompe et on ferme llectrovanne 1(pas de

drainage). Si niveau 2 m, on arrt la pompe et on ouvre llectrovanne 1(drainage possible).

Pour irriguer le champ, lutilisateur doit ouvrir manuellement la vanne V2.

SYSTME DIRRIGATION

Rservoir

PompeMoteur

ElectrovanneEv1

L

Capteur depression

Puits

VanneV2

/ 16

Systmen4


SujetA.T.C

Pendant le remplissage, un voyant rouge VR est allum et un voyant verte VV est teint.Lorsque le chteau est rempli, le voyant rouge VR est teint et le voyant vert VV est

allum.Le systme sujet de cette tude, comporte : Un rservoir (8 x 3 x 2.5 m) pouvant contenir jusqu 60 m3. Un capteur de niveau dlivrant un courant proportionnel au niveau deau dans le

chteau. Une pompe entrane par un moteur asynchrone triphas. Une lectrovanne Ev1 qui empche lirrigation pendant le dmarrage de la pompe

(pendant le remplissage du chteau). Une vanne V2 pour commander lirrigation par drainage. Deux voyants lumineux, VR et VV pour signaler ltat de la pompe (chteau). Le systme est pilot par le microcontrleur 16 F 877.

RESSOURCES A EXPLOITER : DRES 01 page 11, Prsentation et Fonctionnement page 01.

1. Sur le document DREP 01 page 05, Complter le schma synoptique du systme.2. Sur le document DREP 01 page 05, Complter lactigramme A-0 du systme.

1. Sur le document DREP 01 page 05, Complter la chane fonctionnelle en prcisant lesorganes matrialisant les solutions constructives utilises dans ce systme.

RESSOURCES A EXPLOITER : DRES 01, 02 pages 11, 12

Rpondre sur le document DREP 02 page 061. Calculer les coefficients a et b.2. Exprimer i en fonction de L.3. Calculer la valeur maximale de la charge R.4. Donner lexpression de V en fonction du niveau en m, pour R Charge = 180 .5. En dduire la sensibilit du montage s = dV / dL en mV/cm.

Rpondre sur le document DREP 02 page 061. Donner lexpression de Vs1 en fonction V.2. En dduire lexpression de Vs1 en fonction de L (le niveau dans le rservoir).3. Calculer R2 pour avoir une sensibilit de 20mV/Cm4. Donner lexpression de Vs2 en fonction de Vs1 et E5. Quelle est la valeur de la tension E pour avoir Vs2 = 20.L (mV)6. Sur le document DREP 03 page 07, Complter le tableau 1.

ANALYSE FONCTIONNELLE DU SYSTEMESEV 1 / pts

ACQUISITION DE NIVEAUSEV 2 / pts

Tche 1 / ptsETUDE DE LA SONDE DE PRESSION

Tche 2 / ptsETUDE DE LAMPLIFICATEUR

Tche 1 / ptsETUDE FONCTIONNELLE

Tche 2 / ptsANALYSE STRUCTURELLE DU SYSTEME

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Systmen4


SujetA.T.C

Rpondre sur le document DREP 03 page 071. Donner lexpression de la fonction de transfert filtre.2. Donner lexpression du module T de T.3. Calculer les limites de T lorsque f tend vers 0 et lorsque f tend vers.4. En dduire la nature du filtre.5. Donner la dfinition de la frquence fc de coupure -3dB puis son expression pour le

filtre tudi.6. Application numrique : C1 = 47 F, R3 = 1,0 k

lamplification maximale T0.7. La tension dentre du filtre peut tre perturbe par des tensions parasites variables de

frquence fp suprieure fc. On considre le cas o la tension dentre du filtre est de laforme :

Vs2 (t) = V0+V1sin (2fpt) + V2sin (4fpt) ; avec V0 = 3V; V1= 0,1V; V2= 0,1Vet fp = 50Hz Pour Vs2 (t) = V0, calculer la tension Vs3 (t) correspondante.

8. Pour Vs2 (t) = V1sin (2fpt), calculer lamplitude de la tension Vs3 (t) correspondante.9. Pour Vs2 (t) = V2sin (4fpt), calculer lamplitude de la tension Vs3 (t) correspondante.10. Pour Vs2 (t) = V0 + V1sin (2fpt) + V2sin (4fpt), que pouvez vous dire de la tension Vs3 (t)

Rpondre sur le document DREP 04 page 081. Donner lexpression de N en fonction de Vs3.2. En dduire la valeur de K la rsolution du CAN.3. Complter le tableau 2 sachant que Vs3 = Vs2.

RESSOURCES A EXPLOITER : DRES 01, 03, 04, 05 pages 11, 13, 14, 15, 16

1. Sur le document DREP 04 page 08, Complter lorganigramme du sous programmeCONVERSION qui permet de :

a- Gnre une impulsion START de faible dureb- Attendre la fin de la conversionc- Mettre le rsultat dans le registre de travail W

2. Sur le document DREP 04 page 08, Complter le sous programme CONVERSION.3. Le pic 16 F 877 dans ce systme effectue les oprations suivantes :

Acqurir le niveau dans le rservoir, grce au CAN Comparer le niveau acquis avec les niveaux 0.25 m et 2 m. Si le niveau acquis est infrieur 0.25 m :

Fermer KM et KVR. Ouvrir KEV et KVV.

Si le niveau acquis est suprieur 2 m : Ouvrir KM et KVR. Fermer KEV et KVV.

3.1. Sur le document DREP 05 page 09, Complter lorganigramme de contrle deniveau.

3.2. Sur le document DREP 05 page 09, Complter le programme de contrle deniveau.

PROGRAMME DE FONCTIONNEMENTSEV 3 / pts

Tche 3 / ptsETUDE DU FILTRE

Tche 4 / ptsETUDE DU C.A.N EXTERNE

Tche 1 / ptsUTILISATION DU C.A.N EXTERNE

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Systmen4


SujetA.T.C

Rpondre sur le document DREP 06 page 10Dans cette tude, le C.A.N externe est remplac par le C.A.N interne du PIC 16F877,

selon la configuration ci-dessous.

On donne Vref+ = 20 v et Vref- = 0 v.Le PIC travaille avec une frquence Max de 20MHz1. Calculer la rsolution du C.A.N interne du 16 F 877 et donner lexpression de N = f (Vs3).2. Complter le programme dinitialisation du 16 F 877.3. Refaire, le sous programme de CONVERSION organigramme et programme -, en utilisant

le PIC 16F877 et son C.A.N interne selon la configuration ci-dessus.

PIC16F877

Vref-

Vref+

Vs3

RA2

RA3

RA0

RA5 KEV

RA4 KM

RA1 KVR

RE0 KVV

Tche 2 / ptsETUDE DU C.A.N INTERNE

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Systmen4


SujetA.T.C

Schma synoptique du systme ( complter)

Lactigramme A-0 ( complter)

Identification des solutions constructives

DOCUMENT A RENDREDREP 01

Contrler le niveau deaudans le rservoir

Consigne

..

Energie lectrique

Configuration

.

PIC16 F 877...

Vs2 NVs3 U

CommuniquerTraiterAcqurir

CHANE DINFORMATION

Energie

CHANE DENERGIE

Alimenter TransmettreDistribuer Convertir

Eau d

ans

Lers

ervoir

Eau d

ans le

puits

..

Liaison directe

Rseaulectrique

...

Non tudie

AGIR

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Systmen4


SujetA.T.C

Etude de la sonde de pression1. Calculer les coefficients a et b.

2. Exprimer i en fonction de L.

3. Calculer la valeur maximale de la charge R.

4. Donner lexpression de V en fonction du niveau en m, pour R Charge = 180 .

5. En dduire la sensibilit du montage s = dV / dL en mV/cm.

Etude de lamplificateur1. Donner lexpression de Vs1 en fonction V.

2. En dduire lexpression de Vs1 en fonction de L (le niveau dans le rservoir).

3. Calculer R2 pour avoir une sensibilit de 20mV/Cm

4. Donner lexpression de Vs2 en fonction de Vs1 et E

5. Quelle est la valeur de la tension E pour avoir Vs2 = 20.L (mV)


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Systmen4


SujetA.T.C

6. Complter le tableau suivant -tableau 1-L (m) V (mV) Vs1 (mV) Vs2 (mV)0 1.5 2

Etude du filtre1. Donner lexpression de la fonction de transfert filtre.

2. Donner lexpression du module T de T.

3. Calculer les limites de T lorsque f tend vers 0 et lorsque f tend vers.

4. En dduire la nature du filtre.

5. Donner la dfinition de la frquence fc de coupure -3dB puis son expression pour lefiltre tudi.

6. Application numrique : C1 = 47 F, R3 = 1,0 k. Calculer la frquence de coupure etlamplification maximale T0.

7. Vs2 (t) = V0+V1sin (2fpt) + V2sin (4fpt) ; avec V0 = 3V; V1= 0,1V; V2= 0,1Vet fp = 50Hz Pour Vs2 (t) = V0, calculer la tension Vs3 (t) correspondante.

8. Pour Vs2 (t) = V1sin (2fpt), calculer lamplitude de la tension Vs3 (t) correspondante.

9. Pour Vs2 (t) = V2sin (4fpt), calculer lamplitude de la tension Vs3 (t) correspondante.

10. Pour Vs2 (t) = V0 + V1sin (2fpt) + V2sin (4fpt), que pouvez vous dire de la tension Vs3 (t)


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Systmen4


SujetA.T.C

Etude du C.A.N externe1. Donner lexpression de N en fonction de Vs3.

2. En dduire la valeur de K la rsolution du CAN.

3. Complter le tableau suivant, sachant que Vs3 = Vs2.

L (m) L (Cm) N0

0.25 2

Utilisation du CAN externe

Organigramme de conversion

Sous programme de conversionConversion .

..

LOOP ....

Conversion

Non

Pas dopration

START

E.O.C

Lire N


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Systmen4


SujetA.T.C

Organigramme et programme dirrigation

Organigramme dirrigation


Programme dirrigation......

LOOP1 ....

LOOP2 CALL CONVERSIONSUBLW D25BTFSC STATUS, CGOTO LOOP2....

LOOP3 ....GOTO LOOP1

VV ONVR OFFPompe OFFEV1 ON

Acquisition deniveau

Niveau

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Systmen4


SujetA.T.C

Utilisation du CAN interne1. Calculer la rsolution du C.A.N interne du 16 F 877 et donner lexpression de N = f (Vs3).

2. Complter le programme dinitialisation du 16 F 877... ; Accs aux registres TRISx (Banque mmoire 1).. ; Configuration du PORTA X X X S E E S E.. ; Configuration du PORTE x x x x x x x S. ; Configuration du registre ADCON1 Bank 1. ; justification droite du rsultat, Vref+ et Vref-

externe; RE2, RE1, RE0, RA5, RA3, RA2, RA1 Type D et RA0 Type A

. ; Retour en banque mmoire 0. ; Configuration du registre ADCON0 Bank 0. ; Frquence Max 20MHz et Mise en route du CAN

3. Refaire le sous programme de CONVERSION, en utilisant le PIC 16F877 et son C.A.Ninterne.

Organigramme de conversion


Conversion

Slection du canal 0

Non

Sous programme de conversion...

; Slection du canal 0.

; Dclenchement de la conversionATT .

GOTO ATT; attendre la fin de conversion

.; Passage en page 1

.; lecture du rsultat

.; Passage en page 0

.; Retour

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Systmen4


SujetA.T.C

DRES 01 Schma de la commande

E.O.C

START

N

Rcharge V

E

Vs1

Vs2

R1 = 1kR2

R3

R3

R3

R3

R

CVs3

P I

i-

+ +

-

VanneEv1

D1Tr

D2

Vcc

220 v ~VRKVR

R4

D1Tr

D2

Vcc

220 v ~VVKVV

R4

A

N

Vref=5v

PIC16F877

RA0

RA1

RA2

RA3

Machine asynchrone380/220v

P1 P2 P3

MD1

Tr

KMD2

Vcc

R4 RA4

+VccD2

Arrive deau

R4RA5

KEV

RB07

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Systmen4


SujetA.T.C

C.A.N approximations successives 8 bits.START : signal de demande de conversion.E.O.C : signal indiquant la fin de conversion

Montage la sonde 4391 :

Caractristique la sonde 4391 :

START

t

E.O.C

t

Dbut de conversion

Fin de conversion

Caractristique du bac Largeur = 3 m Longueur = 6 m Hauteur = 3 m

Pour la pression relative en pascal on donne :P (Pascal) = (Kg/m3) x g (m/s-2) x L (m)

( : masse volumique du liquide, g : acclration de la pesanteur, L : hauteur du bac)Pour le liquide dans le bac on donne : = 1000 Kg/m3g = 9.81 (m/s-2) et pour la pression 1bar = 105 pascal

I

P

UB = 24 v

ChargeI

Capteur de pression V

P (mbar)

50100

150200250

4 8 12 16 20I (mA)

On donne pour la sondede niveau de type 4391 :

Charge (UB 12) / 0.02 AP (i) est de la forme :

P (i) = a.i + b

DRES 02 Caractristiques du C.A.N

Caractristiques de la sonde de pression

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Systmen4


SujetA.T.C

Le plan mmoire des donnes et des registres internes est dcoup en 4 zones ou Bankde 128 octets, pour accder une zone il faut positionner les bits RP0 (bit 5) et RP1 (bit 6) duregistre STATUS.

RP1 : RP0 BANK slectionne00 Bank 0 de 000 H 07F H01 Bank 1 de 080 H 0FF H10 Bank 2 de 100 H 17F H11 Bank 3 de 180 H 1FF H

Indirect Addr 000 H Indirect Addr 080 H Indirect Addr 100 H Indirect Addr 180 HTMR0 001 H OPTION 081 H TMR0 101 H OPTION 181 HPCL 002 H PCL 082 H PCL 102 H PCL 182 H

STATUS 003 H STATUS 083 H STATUS 103 H STATUS 183 HFSR 004 H FSR 084 H FSR 104 H FSR 184 H

PORTA 005 H TRISA 085 H 105 H 185 HPORTB 006 H TRISB 086 H PORTB 106 H TRISB 186 HPORTC 007 H TRISC 087 H 107 H 187 HPORTD 008 H TRISD 088 H 108 H 188 HPORTE 009 H TRISE 089 H 109 H 189 H

PCLATCH 00A H PCLATCH 08A H PCLATCH 10A H PCLATCH 18A HINTCON 00B H INTCON 08B H INTCON 10B H INTCON 18B HPIR1 00C H PIE1 08C H EEDATA 10C H EECON1 18C HPIR2 00D H PIE2 08D H EEADR 10D H EECON2 18D HTMR1L 00E H PCON 08E H EEDATH 10E H Reserved 18E HTMRL2 00F H 08F H EEADRH 10F H Reserved 18F HT1CON 010 H 090 H 110 H 190 HTMR2 011 H SSPCON2 091 H 111 H 191 HT2CON 012 H PR2 092 H 112 H 192 HSSPBUF 013 H SSPADD 093 H 113 H 193 HSSPCON 014 H SSPSTAT 094 H 114 H 194 HCCPR1L 015 H 095 H 115 H 195 HCCPR1H 016 H 096 H 116 H 196 HCCP1CON 017 H 097 H 117 H 197 HRCSTA 018 H TXSTA 098 H 118 H 198 HTXREG 019 H SPBRG 099 H 119 H 199 HRCREG 01A H 09A H 11A H 19A HCCPR2L 01B H 09B H 11B H 19B HCCPR2H 01C H 09C H 11C H 19C HCCP2CON 01D H 09D H 11D H 19D HADRESH 01E H ADRESL 09E H 11E H 19E HADCON0 01F H ADCON1 09F H

GeneralPurposeRegister16 Bytes

11F H


19F H020 H 0A0 H 120 H 1A0 H

GeneralPurposeRegister80 Bytes 0EF H

GeneralPurposeRegister80 Bytes 16F H

GeneralPurposeRegister80 Bytes 1EF H

0F0 H 170 H 1F0 H


07F H

Accesses070 H - 07E H

0FF H


17F H


1FF HBANK 0 BANK 1 BANK 2 BANK 3

DRES 03 Plan mmoire du 16F877

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Systmen4


SujetA.T.C

14-bit opcodeMnemonic,operonds Description Cycles MSB LSB

Statusaffected Notes

BYTE ORIENTED FILE REGISTER OPERATIONSADDWFANDWFCLRFCLRFWCOMDECFDECFSZINCFINCFSZIORWFMOVFMOVWFNOPRLFRRFSUBWFSWAPFXORWF

f,df,df-f,df,df,df,df,df,df,df-f,df,df,df,df,d

Add W and fAND W with fClear fClear WComplement fDecrement fDecrement f, skip if 0Increment fIncrement f, skip if 0Inclusive OR W with fMove fMove W to fNo operationRotate Left f through CarryRotate Right f through CarrySubsract W from fSwap nibbles in fExclusive OR W with f

111111

1(2)1

1(2)111111111

00 0111 dfff ffff00 0101 dfff ffff00 0001 1fff ffff00 0001 0xxx xxxx00 1001 dfff ffff00 0011 dfff ffff00 1011 dfff ffff00 1010 dfff ffff00 1111 dfff ffff00 0100 dfff ffff00 1000 dfff ffff00 0000 1fff ffff00 0000 0xx0 000000 1101 dfff ffff00 1100 dfff ffff00 0010 dfff ffff00 1110 dfff ffff00 0110 dfff ffff

C, DC, ZZZZZZZZZ

CC

C, DC ,ZZ

1,21,221,21,21,2,31,21,2,31,21,2

1,21,21,21,21,2

BIT ORIENTED FILE REGISTER OPERATIONSBCFBSFBTFSCBTFSS

f,df,df,df,d

Bit clear fBit set fBit test f, skip if clearBit test f, skip if set

11

1(2)1(2)

01 00bb bfff ffff01 01bb bfff ffff01 10bb bfff ffff01 11bb bfff ffff

1,21,233

LITERAL AND CONTROL OPERATIONSADDLWANDLWCALLCLRWDTGOTOIORLWMOVLWRETFIERETLWRETURNSLEEPSUBLWXORLW

kkk-kkk-k--kk

Add literal and WAND literal With WCall subroutineClear watchdog TimerGo to addressInclusive OR literal With WMove literal to WReturn from interruptReturn with literal to WReturn from subroutineGo into standby modeSubtract W from literalExclusive OR literal With W

1121211222111

11 111x kkkk kkkk11 1001 kkkk kkkk10 0kkk kkkk kkkk00 0000 0101 010010 1kkk kkkk kkkk11 1000 kkkk kkkk11 00xx kkkk kkkk00 0000 0000 100111 01xx kkkk kkkk00 0000 0000 100000 0000 0110 001111 110x kkkk kkkk11 1010 kkkk kkkk

C, DC, ZZ

___ ___TO, PD

Z

___ ___TO, PDC, DC, Z

Z

Tous les ports sont pilots par deux registres : Le registre de PORTx, si le PORT x ou certaines lignes de PORT x sont configures en

sortie, ce registre dtermine ltat logique des sorties. Le registre TRISx, cest le registre de direction. Il dtermine si le PORTx ou certaines

lignes de Port sont en entre ou en sortie. Lcriture dun 1 logique correspond uneentre (1 comme Input) et lcriture dun 0 logique correspond une sortie (0 commeOutput).

Remarque :Les registres TRISx appartiennent la BANQUE 1 des SFR. Lors de linitialisation du C il

ne faut pas oublier de changer de page mmoire pour les configurer.Pour accder aux banques mmoire, on utilise le bit RP0 et le bit RP1 (5ime et 6ime bit du

registre STATUS).Voir le document ressource DRES 03.

DRES 04 Rsum du jeu dinstruction du 16F877

Configuration des PORTs

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Systmen4


SujetA.T.C

1- PRESENTATION :Il sagit dun convertisseur A/N 10 bits 8 entres. Les 5 premiers sont sur le PORTA en

RA0, RA1, RA2, RA3 et RA5. Les 3 entres supplmentaires sont sur le PORTE en RE0, RE1, RE2.Lestensions de rfrences haute et basse peuvent tre choisies par programmation comme suit :

Vref+ peut tre VDD ou la broche RA3. Vref- peut tre VSS ou la broche RA2.

Ce module convertisseur A/N utilise 4 registres qui sont : ADRESH en page 0 : MSB des 10 bits rsultat. ADRESL en page 1 : LSB des 10 bits rsultat. ADCON0 en page 0 : registre de contrle n0 du module CAN. ADCON1en page 1 : registre de contrle n1 du module CAN.

Une conversion commence toujours par la mise 1 du bit GO/DONE du registreADCON0. Lorsque la conversion est termine ce bit repasse 0.La valeur rsultante N de laconversion est le contenu de ADRESH: ADRESL est gale :

VDD et VSS sont les tensions dalimentation du microcontrleur le PIC16 F 8772- ORGANISATION INTERNE :

3- Le Registre ADCON1 :IL permet de choisir une configuration parmi les 16 proposes.La configuration de ce registre ne dispense pas de configurer les registres de directions des

PPORTA et PORTE respectivement TRISA et TRISE.ADFM PCFG3 PCFG2 PCFG1 PCFG0

Bit 7 ADFM: A/D Result Format Select bit1 = le rsultat sera justifi droite.0 = le rsultat sera justifi gauche.

Bit 3-0 PCFG3PCFG0: A/D Port Configuration Control bits

DRES 05 Caractristiques du C.A.N interne du 16 F 877

Vin Vref-N = x 1023

Vref+ Vref-

RE2 / AN7111

RE1 / AN6110

RE0 / AN5101

RA5 / AN4100

RA3 / AN3 / Vref+011

RA2 / AN2 / Vref-010

RA1 / AN1001

RA0 / AN0000VDD

VSS

Vref+

Vref-

A / DConverter

VinTension convertir

CHS2 CHS1 CHS0

Si Vref+ = VDD = 5V et Vref- = VSS = 0VAlors : N = 1023 * (VIN / 5)

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Systmen4


SujetA.T.C

PCFG3PCFG0

AN7RE2

AN6RE1

AN5RE0

AN4RA4

AN3RA3

AN2RA2

AN1RA1

AN0RA0 VREF+ VREF- CHAN

0000 A A A A A A A A VDD VSS 8/00001 A A A A VREF+ A A A RA3 VSS 7/10010 D D D A A A A A VDD VSS 5/00011 D D D A VREF+ A A A RA3 VSS 4/10100 D D D D A D A A VDD VSS 3/00101 D D D D VREF+ D A A RA3 VSS 2/1011x D D D D D D D D VDD VSS 0/01000 A A A A VREF+ VREF- A A RA3 RA2 6/21001 D D A A A A A A VDD VSS 6/01010 D D A A VREF+ A A A RA3 VSS 5/11011 D D A A VREF+ VREF- A A RA3 RA2 4/21100 D D D A VREF+ VREF- A A RA3 RA2 3/21101 D D D D VREF+ VREF- A A RA3 RA2 2/21110 D D D D D D D A VDD VSS 1/01111 D D D D VREF+ VREF- D A RA3 RA2 1/2

A = Analog input D = Digital I/O

4- Le Registre ADCON0 :Ce registre permet de dfinir lhorloge de conversion, le canal convertir, la mise en

fonctionnement du CAN, et le lancement dune conversion.ADCS1 ADCS0 CHS2 CHS1 CHS0 GO/DONE ADON

Bit 7-6 ADCS1:ADCS0: A/D Conversion Clock Select.Ces 2 bits permettent de choisir la vitesse de conversion:

00 = FOSC/2 01 = FOSC/810 = FOSC/32 11 = FRC (oscillator RC interne)

Bit 5-4-3 CHS2:CHS0: Analogue Channel Select bitsCes 3 bits permettent de choisir le canal qui va tre converti:

CHS2 CHS1 CHS0 Canal slectionn0 0 0 RA0/AN00 0 1 RA1/AN10 1 0 RA2/AN20 1 1 RA3/AN31 0 0 RA5/AN41 0 1 RE0/AN51 1 0 RE1/AN61 1 1 RE2/AN7

Bit 2 GO/DONE: A/D Conversion Status bit Bit 0 AD ON: A/D On bit1 = dmarre la conversion. 1= convertisseur A/N en service.0 = la conversion est termine. 0 = convertisseur A/N en arrt.

Rsultat sur 10 bits ADFM = 0Justification Gauche

000000007 0 7 6 5 0

ADRESH ADRESL

00000000

ADRESH ADRESL

ADFM = 1Justification Droite

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Systme dirrigation TRAITEMENT NUMERIQUE DE LINFORMATIONClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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TRAITEMENT NUMERIQUE DE LINFORMATION1- Introduction :

1.1- But :De nombreux systmes lectroniques utilisent la technique numrique, base de P ou

C, du fait des avantages que prsente cette dernire par rapport la technique analogique :facilit de conception des fonctions complexes, mmorisation possible des informations, faiblesensibilit au bruit Lorsque les informations issues des capteurs sont des grandeursanalogiques ou que les actionneurs doivent tre commands par des signaux analogiques, il estncessaire de procder des conversions de donnes.

1.2- Principe :

Chane dacquisition numrique

Chane de restitutionRemarques :

La grandeur physique convertir peut-tre de nature quelconque : vitesse, temprature,force. Le capteur permet de convertir cette grandeur en un signal analogique.

Le convertisseur analogique numrique (CAN) va convertir le signal analogique en unesuite de mots numriques qui pourront tre compris et traits par le calculateur (microprocesseur).

De mme, le calculateur pourra gnrer en entre du CNA des mots numriques quiseront convertis en un signal analogique par le CNA (convertisseur NumriqueAnalogique)Exemple : Lenregistrement audio numriqueVibration sonore micro CAN compression enregistrement sur disque dur

Filtrage numrique CNA ampli baffles2- Structure :

Capteur : Il est linterface entre le monde physique et le monde lectrique. Il va dlivrer un signallectrique image du phnomne physique que lon souhaite numriser. Il est toujours associ un circuit de mise en forme. Amplificateur de signal :

Cette tape permet dadapter le niveau du signal issu du capteur la chane globaledacquisition.

Capteur C.A.Nn bitsFiltrage(Fc)

Amplificateur dePuissance

C.N.An bits

Amplificateurde signal

Traitementnumrique et

StockageActionneur

Grandeurphysique

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Systme dirrigation TRAITEMENT NUMERIQUE DE LINFORMATIONClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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Filtre dentre : Ce filtre est communment appel filtre anti-repliement. Son rle est de limiter le contenuspectral du signal aux frquences qui nous intressent. Ainsi il limine les parasites. Cest unfiltre passe bas que lon caractrise par sa frquence de coupure et son ordre.

Lchantillonneur : Son rle est de prlever chaque priode dchantillonnage (Te) la valeur du signal. Onlassocie de manire quasi-systmatique un bloqueur. Le bloqueur va figer lchantillonpendant le temps ncessaire la conversion. Ainsi durant la phase de numrisation, la valeurde la tension de lchantillon reste constante assurant une conversion aussi juste que possible.On parle dchantillonneur bloqueur.

Le convertisseur analogique numrique (CAN) : Il transforme la tension de lchantillon (analogique) en un code binaire (numrique).

La zone de stockage : Elle peut tre un support de traitement (ordinateur par exemple), un lment desauvegarde (RAM, Disque dur) ou encore une transmission vers un rcepteur situ plus loin.

Le convertisseur numrique analogique (CNA) : Il effectue lopration inverse du CAN, il assure le passage du numrique vers lanalogique,en restituant une tension proportionnelle au code numrique.

Le filtre de sortie : Son rle est de lisser le signal de sortie pour ne restituer que le signal utile. Il a lesmmes caractristiques que le filtre dentre.

Amplificateur de puissance : Il adapte la sortie du filtre la charge.

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Systme dirrigation CAPTEUR DE NIVEAUClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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CAPTEUR DE NIVEAU1- Capteur de pression :Pour un liquide homogne donn, la pression relative en fond de rservoir est

proportionnelle au niveau de celui-ci. La mesure de cette pression nous informe directementsur le niveau de liquide, mais dpend de la masse volumique du liquide.

P (Pa) = (Kg/m3) x g (m/s-2) x H (m)2- Flotteur :

Principe de mesure de niveau par flotteur3- Plongeur :Le plongeur est un cylindre immerg dont la hauteur est au moins gale la hauteur

maximale du liquide dans le rservoir. Il est suspendu un capteur dynamomtrique qui setrouve soumis une force F (le poids apparent), fonction de la hauteur L du liquide :F = P - .g. s. L ; avec P le poids du plongeur, s sa section et .g .s .L la pousse d'Archimdes'exerant sur le volume immerg du plongeur ( : masse volumique du liquide, g :acclration de la pesanteur).

Principe de mesure de niveau par plongeur Plongeur

H

Capteurde

forceF

H

FlotteurH

Capteurde

positionH

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Systme dirrigation C.A.NClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE1- Introduction :

1.1- Dfinition :Un convertisseur analogique numrique est un dispositif qui permet de convertir un signal

analogique son homologue numrique sur n bits. Dans le plus part des convertisseurs, le motbinaire N en sortie est proportionnel au rapport de la tension d'entre Vin une tension derfrence :

1.2- But :Les CAN permettent aux microcontrleurs de traiter des signaux analogiques.

2- CAN approximations successives :2.1- Schma de Principe :

Ce type de convertisseur analogique numrique utilise un convertisseur numriqueanalogique et un registre dcalage entre srie et sortie parallle, plus n bascules D.

C.N.A

Registre approximationssuccessives

(8 bascules D)Logique de commande

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

+

-

-

Vs Vin

UCNA

N

START

E.O.C

Retour (Suprieur =1, Infrieur = 0)

Horloge

Convertisseuranalogiquenumrique

Signalanalogique Vin

Mot binaire Nsur n bits

Tension derfrence Vref Vin

N = . (2n- 1) Vref

PORTBMicrocontrleurEx : PIC 16F84

N A Filtre +AmplificateurNombre binaireN sur n bits

Tensionanalogique Vin

Capteur

Grandeurphysique

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Systme dirrigation C.A.NClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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2.2- Fonctionnement :On dtermine les valeurs des diffrents bits lun aprs lautre en commenant par le

MSB, un peu la manire dun marchand de march: On met le bit D7 1 tout en gardant les autres 0.Ce code prsent dans le registre R.A.S

est converti en une tension UCNA par le C.N.A, qui est compare Vin (tension convertir).Si Vin > UCNA on garde le bit D7 1 si non on le remet zro.

On met le bit suivant 1 (D6), tout en gardant les autres 0 bits de poids faible-. Cecode est converti en une tension UCNA par le C.N.A, qui est compare Vin. Si Vin > UCNA ongarde ce bit 1 si non on le remet zro.

On continue ainsi jusquau dernier bits (D0).2.3- Remarque :

START : signal de demande de conversion.E.O.C : signal indiquant la fin de conversion.Les principaux types de CAN sont : Les CAN simple rampe les CAN double rampe les CAN approximations successives les CAN flash ou parallle

2.3- Exemple de Conversion :Soit convertir par exemple, une tension Vin = 825 mV. Le CNA a une rsolution K=10 mV.Donc UCNA = K. N. Aprs un fond montant du signal START, le signal EOC passe zro, indiquantle dbut de la conversion. A la fin de la conversion, le signal E.O.C passe 1.

horloge N UCNA = 10. N comparaison1re impulsion . . 2re impulsion . . 3re impulsion . . 4re impulsion . . 5re impulsion . . 6re impulsion . . 7re impulsion . . 8re impulsion . . 9re impulsion Fin de conversion : le signal E.O.C passe 1

N = N = en dcimal UCNA =

START

tE.O.C

t

Dbut de conversion

Fin de conversion

1280 mVUCNA

Horloge

Vin = 825 mV

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Systme dirrigation CONVERTISSEURSClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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CARACTERISTIQUES DES CONVERTISSEURS1- La rsolution :

Elle est donne par la valeur du quantum K. La valeur de Vs va augmenter de K lorsque N vaaugmenter de 1. La rsolution est la plus petite variation en sortie et correspond au LSB.

Exemple 1 :Soit un convertisseur numrique - analogique 3 bits (not C B A).

Si le signal numrique est compos de 4 entres, on a 24 = 16 nombres binaires distincts.On donne : K =0.5V et Vs = K*N (K en volt) donc Vs = 0.5 * N

Pour N= 10102, on a Vs = q * 10 = 5VComplter le tableau et le graphe ci-dessous :

Exemple 2 :Soit un convertisseur numrique - analogique 4 bits (not D C B A).

N est un nombre (sans dimension) Vin : tension convertir (en volt)K : quantum (en volt)

D C B A Vs0 0 0 0 0 v

Vs = K.N N = 8D + 4C + 2B + AK = Vref / 24 K = Vref / 16Vsmax = K. Nmax Nmax = 2n - 1K = Vsmax/ (2n - 1)K = Vsmax /2n si n est grand

N A VsABCD

N ADCBA

Vin N = Vin / K K = Vref / (24-1)K = Vref / 15Attention N entierN = Int (Vin / q) partie entire)

N

Vs (v)

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Systme dirrigation CONVERTISSEURSClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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Si le signal numrique est compos de 4 entres, on a 24 = 16 nombres binaires distincts.On donne : q = 0.5 V et donc N = Vin / q = Int (Vin / 0.5)

Complter le tableau ci contre et le graphe ci-dessous :

Exemple 3 :Calculer Vs pour q = 0.75V et N = 1001, N=0110, N=1111

N = 1001 Vs = .. Vs = ..N = 0110 Vs = .. Vs = ..N = 1111 Vs = .. Vs = ..

Exemple 4 :Sachant que Vmax = 20V et CNA de 8 bits, calculer la tension en sortie, pour N=10010001 puisN=00010110

K = ..... Vs = K * N = ..N = .. Vs = .. Vs = ..N = .. Vs = .. Vs = ..

Exemple 5 :Quelle est la plus grande tension de sortie dun CNA si ce dernier fournit 1V pour N=00010111 ?

....................

2- Le temps de conversion :Temps ncessaire pour que la sortie prenne la valeur indique par le code d entre et

soit stable.3- Tension de dcalage :Cest la tension ou courant qui existe en sortie, lorsquon applique 00 en entre.

Idalement, le CNA doit afficher 0V mais en ralit on mesure une petite tension qui est due lerreur de dcalage de lamplificateur oprationnel en sortie.

Vin D C B A0 v Vin < 0.5v 0 0 0 00.5 v Vin < 1v1 v Vin < 1.5v2 v Vin < 2.5v2.5 v Vin < 3v3 v Vin < 3.5v4 v Vin < 4.5v4.5 v Vin < 5v5 v Vin < 5.5v6 v Vin < 6.5v6.5 v Vin < 7v

7.5 v VinVin = 10 v Vin

N

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Systme dirrigation C.N.A du 16F877Classe : 2STE Prof : MAHBAB

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C.A.N interne du 16F8771- PRESENTATION :Il sagit dun convertisseur A/N 10 bits 8 entres. Les 5 premiers sont sur le PORTA en

RA0, RA1, RA2, RA3 et RA5. Les 3 entres supplmentaires sont sur le PORTE en RE0, RE1, RE2.Lestensions de rfrences haute et basse peuvent tre choisies par programmation comme suit :

Vref+ peut tre VDD ou la broche RA3. Vref- peut tre VSS ou la broche RA2.

Ce module convertisseur A/N utilise 4 registres qui sont : ADRESH en page 0 : MSB des 10 bits rsultat. ADRESL en page 1 : LSB des 10 bits rsultat. ADCON0 en page 0 : registre de contrle n0 du module CAN. ADCON1en page 1 : registre de contrle n1 du module CAN.

Une conversion commence toujours par la mise 1 du bit GO/DONE du registreADCON0. Lorsque la conversion est termine ce bit repasse 0.La valeur rsultante N de laconversion est le contenu de ADRESH: ADRESL est gale :

VDD et VSS sont les tensions dalimentation du microcontrleur le PIC16 F 8772- ORGANISATION INTERNE :

Vin Vref-N = x 1023

Vref+ Vref-

RE2 / AN7111

RE1 / AN6110

RE0 / AN5101

RA5 / AN4100

RA3 / AN3 / Vref+011

RA2 / AN2 / Vref-010

RA1 / AN1001

RA0 / AN0000VDD

VSS

Vref+

Vref-

A / DConverter

VinTension convertir

CHS2 CHS1 CHS0

Si Vref+ = VDD = 5V et Vref- = VSS = 0VAlors : N = 1023 * (VIN / 5)

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3- Le Registre ADCON1 :IL permet de choisir une configuration parmi les 16 proposes.La configuration de ce registre ne dispense pas de configurer les registres de directions des

PORTA et PORTE respectivement TRISA et TRISE.ADFM PCFG3 PCFG2 PCFG1 PCFG0

Bit 7 ADFM: A/D Result Format Select bit1 = le rsultat sera justifi droite.0 = le rsultat sera justifi gauche.

Bit 3-0 PCFG3PCFG0: A/D Port Configuration Control bitsPCFG3PCFG0

AN7RE2

AN6RE1

AN5RE0

AN4RA5

AN3RA3

AN2RA2

AN0RA0

AN0RA0 VREF+ VREF- CHAN

0000 A A A A A A A A VDD VSS 8/00001 A A A A VREF + A A A RA3 VSS 7/10010 D D D A A A A A VDD VSS 5/00011 D D D A VREF + A A A RA3 VSS 4/10100 D D D D A D A A VDD VSS 3/00101 D D D D VREF + D A A RA3 VSS 2/1011x D D D D D D D D VDD VSS 0/01000 A A A A VREF + VREF - A A RA3 RA2 6/21001 D D A A A A A A VDD VSS 6/01010 D D A A VREF + A A A RA3 VSS 5/11011 D D A A VREF + VREF - A A RA3 RA2 4/21100 D D D A VREF + VREF - A A RA3 RA2 3/21101 D D D D VREF + VREF - A A RA3 RA2 2/21110 D D D D D D D A VDD VSS 1/01111 D D D D VREF + VREF - D A RA3 RA2 1/2

A = Analog input D = Digital I/O

4- Le Registre ADCON0 :Ce registre permet de dfinir lhorloge de conversion, le canal convertir, la mise en

fonctionnement du CAN, et le lancement dune conversion.

ADCS1 ADCS0 CHS2 CHS1 CHS0 GO/DONE ADON

Rsultat sur 10 bits ADFM = 0Justification Gauche

000000007 0 7 6 5 0

ADRESH ADRESL

000000007 2 1 0 7 0

ADRESH ADRESL

ADFM = 1Justification Droite

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Bit 7-6 ADCS1:ADCS0: A/D Conversion Clock Select.Ces 2 bits permettent de choisir la vitesse de conversion:

00 = FOSC/210 = FOSC/3201 = FOSC/811 = FRC (oscillator RC interne)

Bit 5-4-3 CHS2:CHS0: Analogue Channel Select bitsCes 3 bits permettent de choisir le canal qui va tre converti:

CHS2 CHS1 CHS0 Canal slectionn0 0 0 RA0/AN00 0 1 RA1/AN10 1 0 RA2/AN20 1 1 RA3/AN31 0 0 RA5/AN41 0 1 RE0/AN51 1 0 RE1/AN61 1 1 RE2/AN7

Bit 2 GO/DONE: A/D Conversion Status bit1 = dmarre la conversion.0 = la conversion est termine.

Bit 0 AD ON: A/D On bit0 = convertisseur A/N en arrt.1= convertisseur A/N en service.

5- Exemple dutilisation :Configuration :

On souhaite obtenir la configuration suivante avec un PIC16F877 :RE2 : Sortie logique RE1 : Sortie logique RE0 : Entre logiqueRA5 : Sortie logique RA4 : Entre Logique RA3 : Entre analogiqueRA2 : Entre logique RA1 : Entre analogique RA0 : Entre analogique

Tension de rfrence VREF = VDD VSS = 5V et frquence du quartz gale 12MHz.Programme en assembleur :

Toutes les lignes de sorties des PORTs sont mises zro..... ; Mise zro des ports A et E

; Accs aux registres TRISx (Banque mmoire 1).. ; RP0 = 1.. ; RP1 = 0

; Configuration des registres de directions.... ; Configuration du PORTA X X S E E E E E..

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.. ; Configuration du PORTE 0 0 0 0 0 S S E; Configuration du registre ADCON1 Page 1; ADFM = 1 justification droite du rsultat; PCFG 3:0 0100 => RE3:RE0 Type D comme Digitale; => RA4 : D, RA3 : A comme Analogique; => RA2 : D, RA1 : A et RA0 : A

.... ; Valeur binaire 1 0 0 0 0 1 0 0

; Retour en banque mmoire 0.. ; RP0 = 0.. ; RP1 = 0

; Configuration du registre ADCON0 Page 0; ADCS1 et ADSC0 = 1 0 Frquence Max 20MHz; ADON = 1 Mise en route du CAN; 0 pour les autres bits

.... ; Valeur binaire 1 0 0 0 0 0 0 1

; Conversion du canal RA3; Slection du canal 3 avec les bits CHS2, CHS1 et CHS0 : 0 1 1; GO/DONE = 1 Lancement dune conversion

........ ; Dclenchement de la conversion

ATT .. ; attendre la fin de conversion..

; Fin de conversion, lecture du rsultat.. ; Partie haute.... ; Passage en page 1.. ; Partie basse.. ; Passage en page 0..

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Systme dirrigation LES FILTRESClasse : 2STE Prof : MAHBAB

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LES FILTRES1- Prsentation Dfinition :Linformation issue dun capteur quelle soit numrique ou analogique peut tre

perturbe, bruite, parasite. Le filtrage des grandeurs mesures permet dobtenir un signalpur. Les filtres sont classs en deux familles :

Les filtres passifs : exclusivement composs de rsistances, condensateurs, inductances.Inconvnient : Aucune amplification possible

Les filtres actifs: composs de rsistances, condensateurs, inductances et AOP et/outransistor. Avantage : Amplification possible2- Notion de spectre dun signal :Un signal priodique quelconque a (t) peut tre dcompos en une somme : Dune grandeur constante A gale la valeur moyenne du signal dorigine. De signaux sinusodaux damplitude et de frquence lies au signal a (t).

On distingue : Le signal fondamental (de frquence identique au signal initial). Les harmoniques (de frquences suprieures au signal initial).

On peut alors reprsenter le spectre de ce signal dans un repre. On reprsente lesamplitudes des sinusodes sur laxe des ordonnes et les frquences sur laxe des abscisses.

Le signal dont le spectre est dcrit ci-dessus aurait alors pour expression :a (t) = Amoy + 1 sin (2f1 t + 1) + 2 sin (2f2 t + 2) + . + n sin (2fn t + n)3- Caractristiques :Les filtres quoique classs en deux familles sont aussi classs par caractristiques:

les filtres passe-bas : Laissent passer uniquement les signaux de basses frquences.(Exemple les sons graves)

les filtres passe-haut : Laissent passer uniquement les signaux de hautes frquences.(Exemple les sons aigus)

les filtres passe-bande : Laissent passer les signaux ayant une gamme de frquences dfinie(Exemple les sons mdiums)

les filtres coupe-bande : Rejtent les signaux ayant une certaine gamme de frquences.

FiltreSignal dentre, plus desFrquences indsirables Signal dentre filtrNettoy

Amoy

1

23 4 5 Frquence

Amplitude

0 f1 f2 f3 f4 f5

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4- Etude des filtres :Ltude dun filtre consiste :

Dfinir sa fonction de transfert Av = Vs / Ve tudier lvolution de cette fonction de transfert en fonction de la frquence du signal

dentre et reprsenter les variations du gain G = 20 Log |Av| et du dphasage du signalde sortie par rapport au signal dentre en fonction de la frquence Diagramme deBode en gain.

5- Les composants et les nombres complexe :Llment rsistif :

ZR est un rel pur, son argument sera toujours nul. En effet i (t) et u (t) sont toujours enphase dans un lment rsistif.Le condensateur :

La tension u (t) est en retard de pi /2 par rapport au courant i (t).On appelle la vitesse angulaire ou encore la pulsation du signal : = 2. pi.f

f : frquence en Hz : rad.s-1

Retenez que : lim ZC = 0 : la capacit se comporte comme un fil (court-circuit).f

lim ZC = : la capacit se comporte comme un circuit ouvert.f 0

Linductance :

La tension u (t) est en avance de pi /2 par rapport au courant i (t).Retenez que : lim ZL = 0 : linductance se comporte comme un fil (court-circuit).

f 0lim ZC = : linductance se comporte comme un circuit ouvert.

f 6- Quelques formules connatre :

Amplification en tension : Av = Vs / VeModule de Av : |Av| = |Vs| / |Ve|Argument de Av : Arg (Av) = Arg Vs Arg VeLog 0 = - ; Log 1 = 0Log = ; Arc tan 0 = 0Arc tan = /2 ; Arc tan - = - /2

Module de z = a + jb : = a + bArgument de z = a + jb : = arc tan (b/a)Gain (dB): G = 20 Log |Av| |Av| = 10(G/20)j = -1 ; 1/j = -jLog (A x B) = Log A + Log BLog (A / B) = Log A - Log B

(rd/s)G (dB) c

Diminution dugain partir de

c

Ri

uZR

I

U

u (t) = R . i (t) alors U = R . Ido ZR = R ZR = [R, 0]

ZR = R Arg (ZR) = 0

ZcI

U

i (t) = C. du (t)/dt alors I = Cj. U doZC = 1/ jC ZC = -j/ C ZC = [1/ C, - pi/2]

ZC = 1/ C Arg (ZC) = - pi/2Ci

u

ZLI

U

u (t) = L. di (t)/dt alors U = jL. I doZL = jL ZL = [L, + pi/2] ZL = L Arg (ZL) = + pi/2

i

uL

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7- Le filtre passe bas :

Recherche de lexpression complexe du Gain :ZC 1/jC

Vs = Ve. = Ve. ZC + ZR R + 1/jC

Vs 1/jCAv = =

Ve R + 1/jC

1 1 1Av = = = 1 + jCR 1 + j/c 1 + jf/fc

Avec c = 1/RC et fc = 1/2pi RC G = 20. Log Av = 20. Log (Av)1 1

Av= = 1 + jf/fc (1 + f2/fc2)

1G = 20.Log

(1 + f2/fc2)G =20.Log 1- 20.Log (1 + f2/ fc2)G = 10. Log (1 + f2/ fc2)

Arg (Av) = Arg (1) - Arg (1 + jf/fc) = - Arctg (f/fc)Etude du comportement asymptotique :Pour les basses frquence : f1Av - j fc/f Av= fc/f G = 20.Log fc/f

G = 20.Log fc - 20.Log fSi f varie de 10 (une dcade de frquence le

gain varie de -20 dBArg (Av) = Arg (- j fc/f) = - pi/2.

Courbe de gain pour fc = 1000 HzBande passante = .. Frquence de coupure = ..

Attnuation = ..

Courbe dargument pour fc = 1000 Hz

VeC

R VsPour des signaux de basse frquence la capacit secomporte comme un circuit ouvert ; donc Vs = VePour des signaux de haute frquence la capacit secomporte comme un court-circuit; donc Vs = 0 v

0-4-8

-12-16-20-24-28

Log fGdB 102 2 3 6 103 2 3 6 104 2 3 6 105

0-15-30-45-60-75-90

-105

Log fArg 102 2 3 6 103 2 3 6 104 2 3 6 105

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Exemple de rponse :

8- Le filtre passe haut :

Recherche de lexpression complexe du Gain :ZR R

Vs = Ve. = Ve. ZC + ZR R + 1/jC

Vs RAv = =

Ve R + 1/jC

jCR j/c jf/fcAv = = = 1 + jCR 1 + j/c 1 + jf/fc

Avec c = 1/RC et fc = 1/2pi RC G = 20. Log Av = 20. Log (Av)jf/fc f/fc

Av= = 1 + jf/fc (1 + f2/fc2)

f/fcG = 20.Log

(1 + f2/fc2)

G =20.Log (f/fc)-20.Log (1+f2/fc2)

G = 20.Log (f/fc) 10.Log(1+f2/fc2)Arg (Av) = Arg (jf/fc) - Arg (1 + jf/fc) = pi/2 - Arctg (f/fc)

Etude du comportement asymptotique :Pour les basses frquence : f>>fc (f/fc)>>1

Av 1 Av= 1 G = 20.Log 1 = 0 dBArg (Av) = Arg (1) = 0.

Pour f = fc (f/fc) = 1 Av = j/ (1 + j)Av= 1/2 G = -20.Log 2 G = -3 dB

Arg(Av)=Arg(j) - Arg(1+j) = pi/2 - Arctg(1) = pi/4

Pour les hautes frquence : f

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Courbe dargument pour fc = 10 HzExemple de rponse :

9- Le filtre passe bande :

Recherche de lexpression complexe du Gain :ZC1 1/jC1

V1 = Ve. = Ve. ZC1 + ZR1 R1 + 1/jC1

V1 1/jC1T1 = =

Ve R1 + 1/jC1

1T1 = avec f1 = 1/2pi R1C1

1 + jf/f1 ZR2 R2

Vs = V2. = V2. ZC2 + ZR2 R2 + 1/jC2

Vs R2T2 = =

V2 R2 + 1/jC2

jf/fc2T2 = avec f2 = 1/2pi R2C2

1 + jf/fc2Vs Vs V1 Vs V2

T = = . = . = T1.T2Ve V1 Ve V1 Ve

V1 = V2 f1 = 1/2pi.10.1,6.10-6 10000 Hz

f2 = 1/2pi.100.16.10-6 100 Hz

G = 20. Log T = 20. Log T1.T2= 20. Log T1.T2G = 20. Log T1 + 20. Log T2 G = G1 + G2

Arg (T) = Arg (T1.T2) = Arg (T1) + Arg (T2)

Ve

t

6v5v

100 Hz, 1V damplitude 0,1 Hz, 1V damplitude

Vs

t

Log fArg 10-1 2 3 6 101 2 3 6 102 2 3 6 10390756045-30-15-0

-15

V2 R2

C2VsVe

C1R1 V1

-

+

R1 = 10 C1 = 1,6 F

R2 = 100 C2 = 16 F

/ 6

AcqurirF.cours n20


Lyce.TMohammedia

Courbe de gain pour f1 = 10000 Hz et f2 = 100 HzBande passante = .. Attnuation = ..

Frquences de coupure : ..

Courbe dargument pour f1 = 10000 Hz et f2 = 100 HzExemple de rponse :

0-4-8

-12-16-20-24-28

Log fGdB101 2 3 6 102 2 3 6 103 2 3 6 104 2 3 6 105

Log fArg9060300

-30-60-90

-120

101 2 3 6 102 2 3 6 103 2 3 6 104 2 3 6 105

Ve

t

6v5v

1000 Hz, 1V 10 Hz, 1V

Vs

t

100000 Hz, 1V

/ 5

AcqurirTD n7

Systme dirrigation Etude dun filtreClasse : 2STE Prof : MAHBAB

Lyce.TMohammedia

ETUDE DUN FILTREEtude pratique :

Soit le filtre suivant :

On effectue les mesures suivantes

f(Hz) 10 20 30 60 100 200 300 400 600 1000 2000 3000 6000Ve(mV) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Vs(mV) 99.95 99.78 99.50 98.05 94.86 83.20 70.71 60.00 44.72 28.73 14.83 09.95 04.99Arg() -01.90 -03.81 -05.71 -11.31 -18.43 -33.69 -45.00 -53.13 -63.44 -73.30 -81.46 -84.29 -87.14

1. Pour diffrentes valeurs de f, calculer le module et le gain de T = Vs / Ve.2. Trace le diagramme de Bode de T3. En dduire le gain max, lamplification max, la frquence de coupure, la nature du filtre

et sa bande passante.4. Ce filtre est-il passif ou actif

Etude thorique :Le montage du filtre tudi est la suivante :

1. Donner lexpression de T1 = V / Ve.2. Donner lexpression de T2 = Vs / V.3. En dduire lexpression de T = Vs / Ve.4. Montrer que la fonction de transfert de ce filtre, peut scrire sous la forme suivante :

5. Donner lexpression de T, module de T6. En dduire lexpression du gain et de largument.7. Montrer que pour f = 300Hz, le gain = 37 dB8. Tracer le diagramme asymptotique de T

FiltreVe Vs

V

-

+

Vs

-

+

Ve

R2

R1R

R

C

1 K100 K10 K10 K

5.3 pF

/ 5

AcqurirTD n7


Lyce.TMohammedia

Rponse un signal carr :Le filtre tudi est attaqu par le signal suivant.

1. Calculer la frquence et le rapport cyclique de ce signal.2. Calculer alors sa valeur moyenne.On donne le spectre de frquence du signal ci-dessus

3. Que reprsentent alors, les signaux de frquences suivantes : f = 0 Hz, f = 40 KHz,f = 80 KHz, f = 120 KHz et f = 160 KHz.

4. Donner les amplitudes des diffrents signaux qui composent le signal Ve.5. Calculer alors lamplification, le gain et largument pour chaque spectre du signal Ve.6. Donner alors la valeur de Vs.

-505101520

10 S 20 S 30 S 40 S 60 S0S

Ve (mV)

t

02

40 Khz0 Khz

Ve(mV)

f468101214

20 Khz 80 Khz60 Khz 120 Khz100 Khz 160 Khz140 Khz 200 Khz180 Khz

-2

/ 5

AcqurirTD n7


Lyce.TMohammedia

Documents rponseEtude pratique :

Question n1 :f(Hz) 10 20 30 60 100 200 300 400 600 1000 2000 3000 6000

Ve(mV) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Vs(mV) 99.95 99.78 99.50 98.05 94.86 83.20 70.71 60.00 44.72 28.73 14.83 09.95 04.99Arg() -01.90 -03.81 -05.71 -11.31 -18.43 -33.69 -45.00 -53.13 -63.44 -73.30 -81.46 -84.29 -87.14

T 99.95 99.78 99.50 98.05 94.86 83.20 70.71 60.00 44.72 28.73 14.83 09.95 04.99G(dB) 40 39,98 39,96 39,83 39,54 38,40 37 35,56 33 29,16 23,42 20 14

Question n2 :

Log fGdB 101 102 103 10440

20

0

Log fArg 101 102 103 1040

-50

-100

/ 5

AcqurirTD n7


Lyce.TMohammedia

Question n3 :Gmax =Gmax = 20 log Tmax Tmax = Tmax =Frquence de coupure = G (300) = Gmax =Nature du filtre : Filtre passe basBande passante =Question n4 :

Etude thorique :Question n1 :

Question n2 :

Question n3 :

Question n4 :

Question n5 :

/ 5

AcqurirTD n7


Lyce.TMohammedia

Question n6 :

Question n7 :

Question n8 :Courbe de gain

Rponse un signal carr :Question n1 :

Question n2 :

Question n3 :

Ve (0 Hz) :Ve (40 KHz) :Ve (80,120, 160 KHz) :..

Question n4 :

Frquence 0 Hz 40 KHz 80 KHz 120 KHz 160 KHzAmplitude

Question n5 :

Frquence 0 Hz 40 KHz 80 KHz 120 KHz 160 KHzAmplificationAmplitude (1)GainArgument

(1) amplitude la sortie du filtreQuestion n6 :

Vs =

systeme irrigation

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niveau de remplissage

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