Convertisseur Digital / Analogique pour Générer un Signal Triangulaire :
4. - TROISIÈME
EXPÉRIENCE : EMPLOI D'UN CONVERTISSEUR DIGITAL / ANALOGIQUE POUR GÉNÉRER UN
SIGNAL TRIANGULAIRE
Les applications des convertisseurs
D
/ A sont multiples, il est possible par exemple de les utiliser pour
générer des signaux de formes très diverses. Il suffit d'envoyer une séquence
de nombres binaires adéquats sur l'entrée.
De nombreux circuits de commandes
pour les processus industriels, ainsi que la téléphonie et l'enregistrement
numérique se basent sur ce principe.
Une application spectaculaire est la
génération de signaux sonores. Pratiquement tous les instruments musicaux électroniques
sont réalisés à l'aide de circuits digitaux et généralement commandés par
un microprocesseur.
Avec cette expérience, vous allez générer
un signal triangulaire et reproduire le son correspondant à l'aide du haut-parleur.
4. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Conservez l'ensemble du
montage précédent (les composants restent à leur place) en éliminant
seulement les liaisons
entre les quatre résistances d'entrée
R1,
R2, R3 et R4
et les quatre
contacts SW0, SW1, SW2 et
SW3.
b) Insérez sur la matrice
les circuits intégrés MM 74C193 (compteur
/ décompteur synchrone), MM 74C154 (décodeur
4 voies vers 16), MM 74C74 (double
bascule D) et MM 74C00 (4
portes NAND) en les disposant comme indiqué figure 10-a.
c) Effectuez les liaisons
indiquées dans cette même figure.
Le schéma électrique du circuit réalisé
est donné figure 10-b.
4. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez
SW0
sur la position 1.
b) Branchez la pile et mettez
le digilab sous tension.
L'afficheur DIS0
indique 0 car l'entrée
CLEAR
du compteur est activée.
c) Mettez
SW0
sur la position 0.
d) Appuyez et relâchez le
bouton-poussoir P0, le compteur s'incrémente
de 0 à
F
ou bien se décrémente de F à
0
suivant l'état logique de la bascule MM
74C74.
Si sa sortie Q est à l'état
1,
le compteur s'incrémente, si elle se trouve à 0,
le compteur se décrémente.
e) A l'aide du
contrôleur,
vérifiez la tension en sortie du convertisseur. Lorsque le compteur s'incrémente
de 0 à F, la tension varie de 0 volt à +
3,75 volts, comme indiqué dans le tableau
de l'expérience précédente. Lorsque le compteur se décrémente de F
à 0, la tension varie de + 3,75 volts à 0 volt.
f) Débranchez la pile et
mettez le digilab hors tension.
Vous allez maintenant modifier le
circuit pour obtenir un fonctionnement automatique.
g) enlevez la liaison entre
la broche 4 du circuit intégré
MM
74C00 et le
contact P0.
h) Reliez la
broche 4 du circuit MM 74C00 au
contact
CP2.
i) Disposez le générateur
d'horloge sur 10 kHz.
j) Insérez sur la matrice le
condensateur C1 de 10 µF dans la position
indiquée figure 11. La borne + de C1
sera reliée à la broche 10
du LM
747.
k) Reliez le haut-parleur du
digilab au générateur de signal triangulaire au moyen du connecteur équipé
de la prise jack. Le fil rouge est relié à
la borne négative
de C1
et le fil noir est
relié
à la masse.
l) Placez SW0
sur la position 1.
m) Raccordez la pile et
mettez le digilab sous tension.
n) Mettez SW0
sur la position 0.
Vous entendez un son en provenance
du haut-parleur.
c) Mettez le digilab hors
tension et débranchez la pile.
L'allure de la tension de la figure
12 est celle que l'on obtient à la sortie du générateur de signal
triangulaire en l'absence du haut-parleur.
Il s'agit d'une fonction en
escalier. Le nombre de "marches"
correspond à la résolution du convertisseur digital / analogique.
Lorsque le haut-parleur est branché,
le signal à la sortie du convertisseur est altéré à cause de la basse impédance
du haut-parleur.
Le compteur s'incrémente jusqu'à
15
; à ce moment là, la sortie 15
du décodeur
passe au niveau L et par l'intermédiaire de
la porte NAND C, la bascule (câblée en
mode Toggle) change d'état car un front
positif est appliqué sur son entrée CLOCK.
Les impulsions d'horloge, qui
auparavant parvenaient sur l'entrée COUNT UP,
parviennent maintenant sur l'entrée COUNT DOWN
du compteur.
Lorsque la sortie du compteur
atteint l'état 0, la
sortie
0 du décodeur passe au niveau
L,
ce qui fait changer à nouveau la bascule d'état.
Le signal d'horloge parvient de
nouveau sur l'entrée COUNT UP et un nouveau
cycle commence.
Il faut 32
impulsions d'horloge pour déterminer une
période
complète du signal triangulaire.
En effet, il y a 16
impulsions pour l'incrémentation du compteur et 16
impulsions pour sa décrémentation.
La fréquence du signal triangulaire
vaut donc :
10 kHz / 32 = 312,5 Hz
Les deux sorties 0
et 15 du décodeur parviennent sur la porte
NAND
C. Dès qu'une de ces sorties passe au niveau
H
au niveau L, il y a une impulsion d'horloge
sur la bascule câblée en diviseur par
2.
Les deux portes NAND
A et B constituent un démultiplexeur
qui envoie le signal d'horloge, soit sur l'entrée COUNT
UP, soit sur l'entrée COUNT
DOWN.
Il est possible de générer un
signal différent en modifiant quelque peu le montage.
Par exemple, en changeant la valeur
une ou plusieurs résistances R1, R2, R3 et
R4,
on peut obtenir un signal beaucoup moins uniforme que celui obtenu précédemment.
On peut aussi câbler un
condensateur en parallèle sur R7 et
P
comme indiqué figure 14-a. Le signal triangulaire est filtré par le
condensateur (figure 14-b) et devient pratiquement sinusoïdal.
Il est également possible de
modifier la fréquence du signal triangulaire.
Il suffit pour cela de modifier la
fréquence du signal d'horloge.
En modifiant enfin le circuit comme
indiqué figure 15, vous pouvez générer un signal semi-triangulaire.
Il suffit pour cela de relier l'entrée
COUNT DOWN au (+)
et d'envoyer le signal d'horloge directement à l'entrée COUNT
UP du compteur. Le décodeur et le démultiplexeur
se sont plus nécessaires.
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