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Conversion Analogique Numérique et Numérique Analogique
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| Noms : | ||
| Centre d'intérêt : | CI 2 Instrumentation / Acquisition et restitution de grandeurs physiques | |
| Classe : | Sti2d Sin | |
| Id programme : | sin15, sin31 | |
| Conditions : | Seul , durée 3 heures. | |
| Matériel : | - PC | |
| Logiciel : | - Proteus - Utiliser le navigateur chrome |
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I. Objectifs
- Etudier la conversion analogique numérique;
- Etudier la conversion numérique analogique.
II. La conversion N/A et A/N
2.1. Exemple de simulation d’un montage A/N
Ouvrir le fichier « adc_8.DSN » à l’aide du logiciel Protéus
a) Sur le schéma ci-dessus :
- Identifiez (en entourant) l’entrée du convertisseur : donner ses caractéristiques électriques et l’élément permettant sa variation
- Identifiez (en entourant) les sorties du convertisseur : donner ses caractéristiques
b) Calculez dans ce cas la résolution de ce convertisseur.
c) Quel sera le mot binaire de sortie pour une tension d’entrée de 10 v ? faites la simulation
d) Faites un autre essai avec pour une tension d’entrée de 3 v
e) Que remarquez-vous par rapport au résultat obtenu ?
f) Quel est le rôle de l'entrée OE ? Définir pour chaque état d’activation (0 ou 1) l’état des sorties.
2.2. Exemple de simulation d’un montage N/A
Ouvrir le fichier « dac_8.DSN » à l’aide du logiciel « Protéus.démo »
a) Sur le schéma ci-dessus :
- Identifiez (en entourant) les entrées du convertisseur : donnez ses caractéristiques électriques et l’élément permettant sa variation
- Identifiez (en entourant) la sortie du convertisseur : donnez ses caractéristiques
b) Par simulation, déterminez la résolution du convertisseur A/N ? expliquer votre démarche.
c) Vérifier votre démarche par calcul
d) Quelle doit être la valeur d’entrée en binaire et Hexadécimal pour les valeurs de tension Vs indiquées ci-dessous:
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Tension de sortie (volts) |
Valeur en binaire |
Valeur en Hexadécimale |
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10 |
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4 |
e) Vérifiez par simulation ; que constatez-vous ?
II. L’utilisation d’une conversion A/N : Acquisition d’un son avec un PC et analyse de l’impact de la fréquence d’échantillonnage.
Le hardware :
Il est nécessaire de transformer un son en valeurs numériques avant de le traiter sur un ordinateur. Cette opération s’appelle la numérisation. Elle est réalisée par un convertisseur analogique numérique implanté sur la carte son ou directement sur la carte mère du PC. Une fois la conversion effectuée, le son se présente sous la forme d’un fichier de données binaires dans un format normalisé (.wav, .mp3 etc). Un fichier au format .wav contient simplement le résultat de la conversion du signal analogique en sa valeur numérique. La taille de ce type de fichier augmentant rapidement avec la durée du signal à convertir, d’autres formats (mp3 etc.) ont été élaboré pour économiser l’espace mémoire des appareils de restitution du son
| L’acquisition d’un son peut se faire en connectant un microphone sur une entrée de la carte son ou en injectant directement le signal électrique issu d’un préamplificateur, d’une table de mixage etc. |  |
Le software :
Un fichier .wav contient toutes les informations nécessaires à la reconstitution de « l’image sonore » qu’il contient. Il faut disposer d’un logiciel appelé convertisseur hexadécimal pour lire ce type de fichier. De nombreux logiciels gratuits sont téléchargeables sur le Web .
| L’organisation d’un fichier .wav est détaillée dans le tableau "structure du format Wav" ci-dessous. | B (Byte) = entier sur 1 octet (8 bits) W (Word) = entier sur 2 octets DW (DoubleWord) = entier sur 4 octets S[x] (String) = chaîne de caractères avec x caractères (1 caractère = 1 octet) |
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Donnée |
Structure |
Valeur |
Explications |
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chunk type |
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file_type |
S[4] |
‘RIFF’ |
identification du format |
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file_size |
DW |
taille du fichier - 8 (restant) |
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file_id |
S[4] |
‘WAVE’ |
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chunk format |
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chunk_id |
S[4] |
‘fmt’ |
identification chunk format |
|
chunk_size |
DW |
taille du chunk format |
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format |
W |
format (0 pour classique) |
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channels_nb |
W |
{1,2} |
nombre de canaux (mono / stéréo) |
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sampling_freq |
DW |
fréquence d'échantillonnage |
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bytes_per_second |
DW |
nombre d'octets par seconde utilisés |
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bytes_per_sample |
W |
nombre d'octets par échantillonnage utilisés |
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depth |
W |
{8,16} |
profondeur (nombre de bits par échantillonnage) |
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chunk données |
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chunk_id |
S[4] |
‘data’ |
identification chunk données |
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chunk_size |
DW |
taille du chunk données |
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données |
Chunk = morceau
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Remarque: 1 octet = 8 bits. Donc un octet correspond à 28 valeurs possibles c'est à dire:
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Le contenu 
du fichier à analyser est donné ci-dessous (le contenu de ce fichier binaire est affiché octet par octet pour des raisons évidentes de facilité de lecture). Il contient la note LA.
3.1 Entourez, dans le fichier ci-dessus, les différentes informations correspondant à la colonne « Valeur » du tableau de la structure du format wav (au dessus). Compléter les cases vides de cette même colonne (donner vos valeurs en décimal).
Remarques : L’ordre des octets est inversé. Ex : Le 'file size' B4 01 00 00 se lit 00 00 01 B4.
| 3.2 Montrez que la taille du fichier est conforme à celle donnée au passage de la souris (image ci-contre) en vous servant de la ligne "file_size" du tableau « Structure format » |  |
3.3 Combien de canaux composent notre fichier son (justifiez votre réponse)?
3.4 A partir des informations trouvées dans la question 3.1, retrouvez la valeur du débit binaire annoncé sur l’icône au passage de la souris.
Le champ « data » contient la liste des valeurs issues de l’échantillonnage (échantillons) des deux voies. On peut calculer le débit par la formule suivante:
débit = fréquence d'échantillonnage × nombre d'octets par échantillon × 8
On va travailler à partir de fichiers sons disponibles ici: ressources_sons_AP1.4.zip
3.5 Ouvrir avec le logiciel Audacity, le fichier “ RHCP.wav” (FICHIER, IMPORTER, AUDIO). Déterminer la fréquence d’échantillonnage de notre fichier?
3.6 A partir de recherches sur internet, déterminer le spectre de fréquence audible par l’oreille humaine.
On va changer la fréquence d’échantillonnage afin de vérifier son impact sur la qualité du son. Pour changer cette fréquence d’échantillonnage, il faut aller dans PISTE et choisir REECHANTILLONNER
3.7 Faire des essais pour les fréquences suivantes 32000 Hz, 22050Hz, 16000Hz et 11025Hz
Pour chaque essai:
- récupérer le spectre du son (ANALYSE puis TRACER LE SPECTRE).
- Ecouter, commenter le son et comparer les spectres. Faire ensuite une « impression d'écran » que vous récupérerez dans Paint ou Gimp .
- Compléter le tableau ci-dessous
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Fréquence (Hz) |
32000 |
22050 |
16000 |
11025 |
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Perception du son
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Analyse du spectre
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3.8 Lien entre la fréquence d’échantillonnage et les limites du support physique
Cette fois on part d'un enregistrement analogique de 1969 (bien que cet enregistrement remonte à de nombreuses années, la qualité de l'enregistrement analogique est tel que l'on peut considérer que l'ensemble des fréquences audibles, et même plus, est présent sur la bande magnétique de l'époque).
Pour chaque fichier décrit ci-dessous, vous allez tracer, analyser, comparer les spectres et conclure:
| ledZep_CD2014.wav | version CD - numérique |  |
| LedZep_vinyl_1969_HQ.flac | numérisation haute qualité du disque vinyl de 1969 : la seule partie numérique est la création du fichier flac. Tout le reste du processus, mixage, mastering, …. est analogique |  |
| LedZep_vinyl_2014_HQ.flac | numérisation haute qualité du disque vinyl de 2014 : pour cette version le mixage et la masterisation ont été réalisés en numérique haute qualité et converti ensuite en analogique pour le vinyl. | |
| ledZep_2014.mp3 |
version numérique basse qualité - mp3 |
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| ledZep_numHQ.flac | version numérique haute qualité - flac |
III. L’utilisation d’une conversion N/A : Réalisation d’une sortie analogique Automate
A partir de sorties d’automate Tout ou Rien, on veut commander la vitesse d’un moteur électrique. Pour cela, il suffit de faire varier la consigne vitesse du variateur associé au moteur.
Cette consigne de type tension continue variant entre 0 et 10v permet de faire varier la fréquence des signaux de tension (alimentant le moteur) entre 0 et 50 Hz. La vitesse des
moteurs asynchrones varie en fonction de la fréquence.
2.1 Complétez le schéma dans l’ordre suivant :
- alimenter le boitier CNA à la tension du circuit (indiquée).
- relier les entrées du CNA aux sorties de l’automate.
Les sorties de l’automate sont simplement des contacts qui se ferment sous l’ordre d’un programme (ex : Q0 actif veut dire que le contact Q0 est fermé) si l’on souhaite avoir une tension à la sortie de Q0 lors de son activation, il faut dans ce cas alimenter le Commun de ces sorties (ex : C0 est le commun de Q0 )
- alimenter les commun des sorties Automate à la tension du circuit (indiquée)
- Alimenter la consigne vitesse du variateur par la sortie du CNA
schéma à compléter: (à copier dans votre compte-rendu et à compléter)
2.2 Transférer le programme dans l’automate permettant le pilotage de ce moteur (AP1.4.agn)
2.3 Faites un essai de votre montage en présence du professeur
2.4 Calculer la résolution du CNA (attention Vs=10v)
2.5 Quel doit être la valeur d’entrée pour avoir comme vitesse de moteur N/2 ? Détailler votre calcul et faire essai.
Exercices
http://www.scientillula.net/MPI/fex2_elec/fex2_elec.html
Imprimer votre travail
Source(s) :
- https://sti2d.ecolelamache.org/ii_signal_analogique_rel_rsultant_dune_mesure_dun_capteur.html