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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.
En se référant au schéma électrique de la figure 10-b et au schéma synoptique correspondant de la figure 13, le fonctionnement du circuit peut être décrit comme suit.
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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