travaux dirigés 1a 1s - institut optique

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Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés - 1A 1S S. LEBRUN - H. BENISTY - F. DELMOTTE - J. MOREAU M. PERRIER - S. LESELEUC - J. VILLEMEJANE Année universitaire 2016-2017 TD 1 - Les fondamentaux de l’électronique 1 TD 2 - ALI / Mode non-linéaire 3 TD 3 - Mesure de température 6 TD 4 - Circuits à diodes (1/2) 8 TD 5 - Circuits à diodes (2/2) 10 TD 6 - Régime harmonique et analyse fréquentielle 12 TD 7 - Emetteur et récepteur infrarouge 14 TD 8 - Filtres actifs - Structure de Rauch 16 TD 9 - Filtres à capacité commutée 18 TD 10 - Microcontroleurs 1 20 TD 11 - Microcontroleurs 2 22 1

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Page 1: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

Electronique pour le Traitement de l’Information

Travaux Dirigés - 1A 1S

S. LEBRUN - H. BENISTY - F. DELMOTTE - J. MOREAUM. PERRIER - S. LESELEUC - J. VILLEMEJANE

Année universitaire 2016-2017

TD 1 - Les fondamentaux de l’électronique 1

TD 2 - ALI / Mode non-linéaire 3

TD 3 - Mesure de température 6

TD 4 - Circuits à diodes (1/2) 8

TD 5 - Circuits à diodes (2/2) 10

TD 6 - Régime harmonique et analyse fréquentielle 12

TD 7 - Emetteur et récepteur infrarouge 14

TD 8 - Filtres actifs - Structure de Rauch 16

TD 9 - Filtres à capacité commutée 18

TD 10 - Microcontroleurs 1 20

TD 11 - Microcontroleurs 2 22

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Page 2: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD1

Les fondamentaux de l’électronique

1. Association de dipôles / QuadripôlesOn s’intéresse au système suivant :

Pour les applications numériques, on prendra : Eg = 10 V, Rg = 10 Ω, R1 = 20 Ω et R2 = 10 Ω.

1. Que vaut la tension VE par rapport à Eg lorsque le quadripôle est déconnecté ?

2. Tracer la droite de charge du générateur (caractéristique I = f (U)).

On connecte à présent le quadripôle seul au générateur. La charge RL est déconnectée.

3. Calculer la nouvelle valeur de VE en fonction de EG. Que vaut alors le courant fourni par le généra-teur ?

4. Tracer, sur la même figure que précédemment, la droite de charge du quadripôle.

5. Quelle est la relation entre VS et VE ?

On connecte la charge RL au quadripôle.

6. Que devient la relation précédente entre VS et VE ?

7. Calculer la résistance équivalente de l’ensemble "Quadripôle et Charge" vue par le générateur.

8. Tracer, sur la même figure que les questions 1 et 2, la droite de charge de l’ensemble "Quadripôleet Charge" :

(a) pour RL = 1 Ω

(b) pour RL = 10 Ω

(c) pour RL = 100 Ω

9. Pour chacun des cas précédents, calculer le courant fourni par le générateur et la tension VE.

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IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

2. Montages autour des amplificateurs linéaires intégrésOn s’intéresse aux montages suivants :

Donner les relations entre les grandeurs de sortie (VS X), les grandeurs d’entrée et les éléments de chaquemontage (A à E).

3. Charge et décharge de condensateurOn considère le circuit ci-contre.

1. Donner l’expression de VS (t) en fonction de VE(t).

Pour t < 0, l’interrupteur K est en position 2.A l’instant t = 0, l’interrupteur K passe en position 1.On suppose qu’à t = 0, le condensateur est déchargé.

2. Donner l’expression de VS (t) pour t > 0 en fonction de E, R et C.

3. Tracer l’évolution de VS (t).

4. Donner, en fonction de E, la valeur de la tension : VS (t = RC), VS (t = 3.RC) et VS (t = 5.RC).

5. Que vaut la tension VS (t) pour t > 0 en fonction de E, R et C si on inverse l’ordre de R et de C dansle montage ?

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Page 4: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD2

ALI / Mode non-linéaire

A savoir...

• Amplificateur linéaire intégré (ALI) en mode non-linéaire

1. Circuit à amplificateur opérationnelOn considère le circuit ci-contre.

1. Quel est le régime de fonctionnement de l’amplificateur opérationnel ?

2. Quelle est la plage de valeurs autorisées pour Ve ?

3. Tracer Vs en fonction de Ve.

4. Quelle est la fonction réalisée par ce circuit ?

2. Détecteur à fenêtreOn considère le montage ci-contre. La tension d’en-

trée Ve(t) est un signal triangulaire, de valeur moyennenulle, de période 1 ms et d’amplitude crête à crête 10 V.Les amplificateurs opérationnels (AO) seront considéréscomme idéaux et alimentés par les alimentations Vcc+ etVcc−. On supposera que les tensions de saturation des AOsont égales aux tensions d’alimentation. Les diodes D1 etD2 sont considérées comme idéales.

On prendra les valeurs suivantes pour les composants :Vcc+ = +15 V, Vcc− = −15 V, R1 = 100 kΩ, R2 = 15 kΩ

et R3 = 500 kΩ.

1. Tracer sur un même graphique les évolutions temporelles de Ve(t) et Vs(t) en justifiant votre réponse.

2. Justifier le nom de « détecteur à fenêtre » de ce montage.

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IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

3. Détecteur de lumièreOn souhaite réaliser un détecteur qui allume une LED lorsque la luminosité ambiante diminue. On

propose pour cela le montage suivant qui utilise une cellule photoconductrice CdS. On donne : Vcc = 12 Vet R2 = 100 kΩ.

On donne ci-dessous les caractéristiques de la cellule CdS.

1. Quelle est la fonction réalisée par l’amplificateur opérationnel (AO) dans ce montage ? Commentfaut-il placer les bornes inverseuse et non-inverseuse de l’AO pour obtenir le comportement voulu ?

On mesure la valeur de la photocellule (Rcell0 = 5 kΩ) dans des conditions d’éclairement ambiant.

2. Calculer la valeur de R1 pour que la LED s’allume lorsque l’éclairement diminue d’un facteur 10.

La LED utilisée est de type AND190 (voir documentation constructeur en annexe).

3. Proposer une valeur qui convient pour la résistance R3 pour justifier votre choix (on suppose que lestensions de saturation de l’AO sont égales aux tensions d’alimentation).

4. Calculer la puissance totale consommée par ce montage lorsque la LED est éteinte puis lorsqu’elleest allumée. On suppose que l’AO consomme 100 mW dans les deux cas.

– 4 –

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IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

4. Pour aller plus loin... Timer 555Le circuit intégré NE555 (ou LM555) est un composant permettant de réaliser la fonction de timer,

c’est-à-dire de générer un signal rectangulaire d’une durée précise.La figure ci-dessous, tirée de la documentation technique du composant, donne le schéma interne du

composant (à gauche) et un circuit d’application (à droite).

On s’intéresse pour l’instant à la structure interne. Les deux comparateurs, reliés sur les broches THRESet TRIG, ont leurs sorties qui peuvent prendre 0 V ou VCC selon les tensions V+ et V− à leurs entrées.

1. Quelles sont les deux valeurs de tension testées par les deux comparateurs ?

2. Que vaut la tension appliquée sur l’entrée R en fonction de la tension sur THRES ?

3. Que vaut la tension appliquée sur l’entrée S en fonction de la tension sur TRIG ?

4. A quoi peut servir l’entrée CONT ? Que se passe-t-il pour les seuils précédents lorsqu’on appliqueune tension continue sur cette entrée ?

Le bloc suivant est un composant logique et permet de mettre à un (entrée S) ou mettre à zéro(entrée R) la sortie. Le composant noté T est un transistor. Il se comporte ici comme un interrupteurcommandé et connecte les broches DISCH et GND lorsque la tension de sortie du composant logiqueest à VCC.

5. Dans quelles conditions sur les entrées THRES et TRIG la broche DISCH est connectée à GND ?

On s’intéresse maintenant au circuit d’application. On suppose le condensateur déchargé à l’origine.

6. A travers quelle(s) résistance(s) et sous quelle tension la capacité C se charge-t-elle ? Jusqu’à quelletension ?

7. Jusqu’à quelle valeur se décharge-t-elle ? A travers quelle(s) résistance(s) ? Que se passe-t-il en-suite ?

On prendra les valeurs suivantes pour l’application numérique : RA = 100 kΩ, RB = 50 kΩ et C =

100 nF

8. Tracer l’évolution de la tension aux bornes de la capacité C. Tracer aussi l’évolution de la sortie ducomposant. Quel signal peut permettre de démarrer le timer ?

9. Que se passe-t-il si on connecte la broche 2 à la broche 6 du composant ? Tracer l’évolution de latension aux bornes de la capacité C et de la sortie du composant. Quelle est la période du signal desortie ?

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1A1S - ETI TD3

Mesure de température

A savoir...

• Propriétés des capteurs : linéarité, sensibilité...• Identification des différents étages d’un montage• Adaptation d’impédance entre 2 étages (montage suiveur)• Montage à pont de Wheatstone

1. Sonde de platineOn considère une sonde de platine (souvent notée PT100) pour laquelle la variation de température

sur sa plage de fonctionnement (-200˚C à +650˚C) peut être approximée par la formule (en Ohms avec Texprimée en ˚C) :

R(T ) = 100 (1 + 3.908 × 10−3T − 5.802 × 10−7T 2)

1. Que signifie, d’après vous, la valeur 100 dans le terme PT100 ?

2. Donner l’expression de la sensibilité de la sonde de platine. Calculer la variation relative ∆R/Rassociée à une variation de température de 0.1˚C autour de 0˚C. Compléter le tableau suivant :

3. Proposer une méthode simple pour mesurer la température. Quelle est la sensibilité de votre systèmede mesure pour un courant de 1 A injecté dans la résistance ? Un courant de 10 A ?

2. Montage à amplificateurs opérationnelsLe montage suivant utilise 4 amplificateurs opérationnels (AO) que l’on supposera idéaux. Une sonde

de platine est insérée dans la boucle de réaction de l’AO1. La diode Zener sert à délivrer une tension deréférence constante de valeur VZ = 1.2 V. Les valeurs des autres composants sont : VCC = 15 V, R0 = 10 kΩ,R1 = R3 = 1 kΩ et R2 = 100 Ω.

1. Décomposer ce circuit en différents étages et expliquer le rôle de chacun.

2. Exprimer la tension de sortie Vs en fonction de R(T ). Ce montage peut-il fonctionner avec des AOmonotensions (c’est-à-dire alimentés entre 0 V et VCC) ?

3. On souhaite obtenir en sortie du montage une sensibilité de 10mV/C autour de T = 0C. Quellevaleur faut-il choisir pour R4 ?

4. Dans ces conditions, exprimer la linéarité de ce montage sur une plage de fonctionnement de -100˚Cà +100˚C (on calculera pour cela l’écart maximal à la droite de pente 10 mV/˚C).

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IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

3. Pont de WheatstoneOn utilise cette sonde dans un pont de Wheatstone (voir montage ci-

contre).

1. Que vaut la tension VA en fonction de VG ?

2. Que vaut la tension VB en fonction de VG ?

3. Que vaut la tension VM en fonction de VG ?

On remplace ensuite Z4 par la sonde PT100.On prend Z1 = Z3 = Z2 = R = 100 Ω.On note Z4 = R + ∆R.

4. Que vaut la tension VM en fonction des éléments du montage ?

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1A1S - ETI TD4

Circuits à diodes (1/2)

A savoir...

• Modèle d’un circuit à diodes• Caractéristique I(V) d’une diode idéale• Caractéristique I(V) d’une diode avec tension de seuil

1. Exercice 11. Tracer la caractéristique I(V) d’une diode idéale puis celle d’une diode idéale avec une tension de

seuil Vd.

2. Donner l’allure du signal de sortie vS des circuits suivants (a, b, c, d) pour une tension d’entréesinusoïdale ve = A.sin(ωt) dans le cas d’une diode idéale puis d’une diode avec une tension de seuilVd.

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IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

2. Exercice 2Une diode usuelle est caractérisée par avec une tension

de seuil Vd = 0, 6 V et une résistance r = 15Ω.Elle est utilisée dans le montage de la figure ci-contre.

1. La valeur moyenne de la tension d’entrée est de E = 4, 5 V. On vise un courant I′ de 30 mA. Quelledoit être la valeur de la résistance R ? Que vaut alors V ′ ?

2. Quelle variation maximale de la tension d’entrée ∆E peut-on autoriser pour que V ′ ne varie pasde plus de 1% ? Que vaut alors ∆E/E ? Justifier le nom de "stabilisateur de tension" de ce type demontage. Illustrer le fonctionnement du circuit à l’aide de la droite de charge de la diode.

3. Quelle est la puissance dissipée dans chaque élément ? Et au total ?

Les diodes ont été montées sur des circuits dont la technologie ne permet qu’une mauvaise évacua-tion thermique : il faut limiter la dissipation thermique à seulement 20 mW dans une diode (pas deproblème côté résistance, en revanche).

4. Quel montage proposez-vous pour absorber néanmoins les 30 mA prévus ? Fournit-il la même ten-sion que précédemment ?

5. Quel courant I′′ peut-on dériver de la source "stabilisée" en tolérant, pour V ′, une variation de -15 mV ? (dans le montage initial et dans celui qui vous avez proposé à la question 4)

3. Exercice 3 - Pour vous entrainer un peu plusReprendre l’exercice 2, mais en mettant des diodes en série, pour stabiliser une tension E de 6 V à

une valeur de précisément V ′ = 3, 4 V. Mais on vise maintenant l’utilisation d’un courant I′′ = 10 mA endérivation, et on se propose donc d’avoir un courant I′ de l’ordre de 300 mA.

1. Justifier ce choix de l’ordre de grandeur de I′.

2. Dans un premier choix, on utilise N diodes en série, de seuil Vd = 0, 7 V et de résistance r = 0, 5 Ω.Préciser de nouveau les points de fonctionnement et R. Illustrer à l’aide d’une droite de charge.

3. Quel ∆E/E est toléré pour la même tolérance de 1% sur V ′ ?

4. Quelle est la sensibilité thermique dV ′/dT sachant que le seuil dérive suivant dVd/dT = −2 mV/K ?

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1A1S - ETI TD5

Circuits à diodes (2/2)

A savoir...

• Caractéristique I(V) d’une diode réelle• Caractéristique I(V) d’une diode idéale à tension de seuil• Notion de polarisation des diodes

1. Circuit atténuateurLa physique des jonctions permet de modéliser le courant dans une jonction I(V) par une loi qui ne

comporte pas explicitement de seuil, mais qui est une exponentielle :

I = Is.(exp(eV/ηkT ) − 1)

Lorsque la diode est passante, on peut utiliser l’approximation : I ≈ Is. exp(eV/ηkT ).Une diode au silicium est caractérisée et par η = 2, ce qui veut dire que l’argument de l’exponentielle

devient V/(50 mV) à température ambiante (kT/e ≈ 25 mV), autrement dit que le courant augmente d’unfacteur 2,718 pour une élévation de tension de 50 mV.

Le préfacteur (lié à la surface de la jonction) est donné ici à Is = 6 nA. On la polarise à VD = 0, 4 Vsuivant le montage de la figure 1a.

1. Calculer la valeur de R sachant que E = 6 V.

La diode précédente, polarisée de la même manière par le circuit (E,R), est utilisée dans l’atténuateurde la figure 1b. Les signaux sont petits. Le condensateur sert à isoler le générateur sinusoïdal de lapolarisation mais ne joue aucun rôle majeur en régime sinusoïdal (il est considéré comme un court-circuit à la fréquence du générateur).

2. Quelle est l’atténuation obtenue ? Que devient cette atténuation si VD = 0, 3 V ?

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Page 12: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

2. Diodes en direct et en inverse1. On considère des diodes parfaites et idéales (figure 2a).

(a) Que doivent valoir R1 et R2 pour obtenir la caractéristique tracée dans le graphe I(V) pour l’en-semble dessiné en dessous ?

(b) Que devient cette caractéristique avec des diodes de seuil de 0,7 V , idéale par ailleurs ?

(c) Idem avec des diodes de résistance interne de 50 Ω.

2. On considère à présent le schéma et la caractéristique de la figure 2b. Les diodes ont pour seuil0,6 V. Que doivent valoir R1, R2 et R3 et le nombre de diodes N (N = 2 a été dessiné, mais à vous detrouver N) pour qu’on obtienne la caractéristique tracée dans le graphe I(V) ?

3. On considère à présent le schéma et la caractéristique de la figure 2c.

(a) Quelle séquence d’allumage obtient-on en mettant le signal indiqué V(t) aux bornes de l’arran-gement des deux LEDs (B=bleue, R=rouge) et des trois résistances dessinés en-dessous (mêmesvaleurs que précédemment) ?On rappelle que l’énergie d’un photon bleu est proche de 3 eV, et celle d’un photon rouge prochede 2 eV.

(b) Quelles sont les possibilités pour symétriser les allumages rouges et bleus ?

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1A1S - ETI TD6

Régime harmonique et analyse fréquentielle

A savoir...

• Impédances complexes en régime harmonique• Calcul de fonctions de transfert et analyse asymptotique d’un circuit linéaire (avec ou sans AO)• Représentation de Bode asymptotique et réelle

1. Montages à Amplificateurs Linéaires IntégrésCalculer la fonction de transfert des circuits suivants et tracer les diagrammes de Bode correspondants

en amplitude et en phase.

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Page 14: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

2. Sonde compensée pour oscilloscopeL’entrée de mesure d’un oscilloscope est géné-

ralement modélisée par un dipôle constitué d’unerésistance Re de 1 MΩ en parallèle avec un conden-sateur ayant une capacité Ce de 25 pF (cette valeurpeut varier légèrement d’un type d’oscilloscope àun autre).

Par ailleurs, le câble coaxial utilisé pour relierle point de mesure à l’oscilloscope présente unecapacité parasite Cc de 100 pF (pour 1 m de câble).On négligera la résistance du câble devant Re.

L’ensemble oscilloscope + câble coaxial peutdonc être modélisé par un dipôle RC comme re-présenté ci-après.

1. Déterminer les valeurs de R et de C du modèle équivalent.

2. Pour quelle fréquence de signal à mesurer, l’impédance équivalente ramenée entre le point de mesureet la masse vaut-elle 500 Ω ?

L’impédance du dipôle de mesure peut donner une mesure erronée de la tension V1. C’est pourquoiil convient d’utiliser une sonde correctement réglée afin d’augmenter l’impédance du dipôle demesure. Cette sonde est constituée d’un câble coaxial analogue au précédent et d’une tête de sondecomprenant une résistance Rs de 9 MΩ en parallèle avec un condensateur Cs variable entre 5 et50 pF. Le schéma complet du montage est alors le suivant.

3. Faire une étude asymptotique du montage lorsque ω tend vers 0 et vers l’infini. En déduire le com-portement du montage pour ces deux cas extrêmes.

4. Calculer la fonction de transfert T ( jω) = V2/V1 de ce montage.

5. Tracer le diagramme asymptotique de Bode en amplitude et en phase de T ( jω) pour Cs = 5 pF.

6. Tracer le diagramme asymptotique de Bode en amplitude et en phase de T ( jω) pour Cs = 50 pF.

7. Quelle valeur faut-il donner à Cs pour que la tension V2 soit proportionnelle à la tension V1 quelquesoit la fréquence du signal alternatif sinusoïdal à mesurer ?

8. Exprimer l’impédance d’entrée de l’ensemble "sonde + oscilloscope" vue des bornes de la tensionV1. Que vaut maintenant cette impédance pour la fréquence calculée à la question 2 ?

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Page 15: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD7

Emetteur et récepteur infrarouge

1. Montage émetteur à LEDOn souhaite réaliser un montage émetteur infrarouge (IR) à l’aide d’une LED de type SFH415 (docu-

mentation fournie en annexe). On propose d’étudier le montage suivant.

La source de tension Ve est une source impulsionnelle. Elle délivre des impulsions de 5 V de durée20 ms avec une fréquence de répétition de 5 Hz.

1. Quelle est la valeur maximale du courant que la diode peut supporter dans ces conditions ?

2. Quelle valeur doit-on donner à la résistance R pour être sûr que le courant ID soit supérieur à100 mA ?

2. Montage récepteur à photodiode2.1. Modèle simple

On considère le montage récepteur à photodiode suivant. L’amplificateur opérationnel (AO) est alimentéen +/-15 V. On note ID le courant généré par l’éclairement de la photodiode. On suppose que dans lesconditions d’utilisation, ID sera compris entre 0.5 µA et 0.8 µA.

1. Dans quel sens circule le courant ID ?

2. Exprimer la tension de sortie Vs en fonction de ID et R f . Comment faut-il choisir R f pour ne passaturer l’AO.

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Page 16: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

2.2. Modèle completDans la suite, on choisit R f = 10 MΩ et on place une capacité C f dans la boucle de rétroaction de l’AO.

On modélise les défauts de la diode par une résistance RD = 100 MΩ et une capacité CD = 100 pF commeindiqué sur le schéma suivant.

Afin de modéliser correctement le comportement en fréquence de ce montage, il est nécessaire deprendre en compte le bruit interne de l’AO, que l’on modélisera par une source de tension équivalenteen entre les entrées + et -.

Par ailleurs, on pourra transformer le générateur de Norton formé par la diode et RD en générateur deThévenin (on appellera Ve la source de tension).

1. Exprimer Ve en fonction des éléments du montage.

2. Exprimer Vs en fonction de Ve et de en. En déduire :

(a) la fonction de transfert sans bruit du montage : Vs/Ve (en =0)

(b) la réponse au bruit du montage Vs/en (pour Ve=0).

3. On considère que l’AO possède un produit gain x bande passante de 1MHz. Tracer sur un mêmegraphique le diagramme de Bode asymptotique de l’AO seul, la fonction de transfert sans bruit et laréponse au bruit du montage dans les deux cas suivant : C f = 0 et C f = 10 pF.

4. Conclure sur l’utilité de la capacité C f .

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Page 17: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD8

Filtres actifs - Structure de Rauch

1. Tracé du gabaritOn donne le cahier des charges du filtre passe-haut suivant :• Atténuation maximale dans la bande passante : 3 dB• Fréquence de coupure de la bande passante : fc = 1, 5 MHz• Atténuation minimale dans la bande coupée : 30 dB• Fréquence de la bande d’atténuation : 0, 5 MHz

On rappelle que l’atténuation Adb est définie par :

AdB( jω) = GdB(BP) −GdB( jω)

avec GdB(BP) le gain max dans la bande passante.

Représenter le gabarit de ce filtre en supposant GdB(BP) = 0 dB.

2. Calcul de la fonction de transfert1. On souhaite que le signal filtré soit peu déformé dans la bande passante. Parmi les filtres que vous

connaissez, quel type de filtre choisiriez-vous ?

On s’intéresse dans la suite à un filtre de type Butterworth.

2. Représenter le gabarit du filtre normalisé par rapport à fc puis réaliser la transformation vers le filtrepasse-bas correspondant.

3. Calculer l’ordre n du filtre.

4. Déterminer la fréquence de coupure à -3 dB afin que la fonction de transfert passe dans le gabarit enoptimisant les marges.

5. Donner la fonction de transfert du filtre passe-haut en fonction de la fréquence f . Aller le plus loinpossible dans les applications numériques.

3. Synthèse du filtre passe-haut avec un filtre actifOn souhaite réaliser le filtre passe-haut à l’aide de cellules en cascade, chaque cellule possédant la

structure de Rauch suivante (attention, les Yi sont des admittances. Pour un condensateur, Y = jCω etpour une résistance Y = 1/R).

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Page 18: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

1. L’amplificateur opérationnel (AO) est considéré comme idéal. Calculer la fonction de transfert d’unecellule T ( jω) = V2/V1 en fonction des Yi.

2. On choisit pour les composants d’admittance Y1, Y3 et Y4 des condensateurs C1, C3 et C4. On choisitpour les composants d’admittance Y2 et Y5 des résistances R2 et R5. En faisant une étude asympto-tique du montage, donner qualitativement la nature de ce filtre.

3. En prenant C1 = C3 = C4 = C, montrer que la fonction de transfert d’une cellule peut se mettre sousla forme :

T ( jω) =A( j ω

ω0)2

1 + 2m j ωω0

+ ( j ωω0

)2

4. Donner les expressions des constantes A, m et ω0 en fonction de C, R2 et R5.

5. Combien de cellules faut-il mettre en cascade pour réaliser le filtre passe-haut d’ordre n ? Représen-ter alors le filtre et donner l’expression de sa fonction de transfert. En vous aidant de l’expressiontrouvée à la question 2-5), proposer des valeurs pour les composants.

6. Tracer le diagramme de Bode en amplitude de chaque cellule. En déduire le diagramme de Bode dufiltre complet et vérifier qu’il satisfait le gabarit initial.

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Page 19: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD9

Filtres à capacité commutée

1. Principe de réalisation d’une capacité commutéeOn considère le montage de la figure 1 dans lequel K est

un interrupteur commandé périodiquement entre les positions1 et 2 par un signal d’horloge rectangulaire de période Th et derapport cyclique 0,5. Entre 0 et Th/2, K est en 1. Entre Th/2 etTh, K est en 2. On suppose que les tensions uA et uB ne varientquasiment pas sur une période et ont donc une valeur constanteUA et UB.

1. Quelle est la charge stockée par C0 entre 0 et Th/2 ? Entre Th/2 et Th ?

2. Quelle est la quantité de charge qui est passée de A vers B entre 0 et Th ?

3. En considérant la valeur moyenne IAB du courant qui a circulé entre A et B pendant une période Th,donner l’expression de la résistance équivalente entre A et B en fonction de C0 et de la fréquenced’horloge fH. On appelle Rh cette résistance.

2. Intégrateur à capacité commutéeOn réalise un intégrateur à partir du circuit de la figure 2.

1. Donner la fonction de transfert du circuit T1( jω) = u2/u1 en fonction de Rh et de C.

En pratique, on utilise le circuit de la figure 3. K′ est un interrupteur commandé par le même signald’horloge que celui qui commande K.

2. Quelle est la nouvelle fonction de transfert T2( jω) = u2/u1 ?

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Page 20: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

3. Filtre à capacité commutéeOn associe deux intégrateurs à capacités commutées de fonction de transfert T2( jω) à un amplificateur

opérationnel considéré comme idéal pour réaliser le circuit de la figure 4.

1. Quelle relation existe-t-il entre uE, u, u′ et uS 1 ?

2. En déduire la fonction de transfert uS 1/uE. De quel type de filtre s’agit-il ? Donner l’expression dufacteur d’amortissement, de la fréquence propre et de la fréquence de coupure à -3 dB. Tracer lediagramme de Bode correspondant avec les valeurs suivantes : R1 = R2 = 10 kΩ, R3 = 6, 8 kΩ,fH = 1 MHz, C0 = 10 pF et C = 160 pF.

3. La fréquence d’horloge est maintenant de 500 Hz. Quelle est la fréquence de coupure à -3 dB ?

4. Quelle est la fonction de transfert u/uE ? De quel type de filtre s’agit-il ?

5. Quelle est la fonction de transfert u′/uE ? De quel type de filtre s’agit-il ?

4. Sensibilité aux composantsDonner l’expression de la constante de temps τ1 d’un circuit passe ?bas RC où R est une résistance

classique et l’expression de la constante de temps τ2 d’un circuit passe ?bas RC où R est remplacée par lacapacité commutée de la figure 1.

DonneR l’expression des sensibilités δτ1/τ1 et δτ2/τ2. On suppose que C0 et C sont appariés. Quel estl’ordre de grandeur des sensibilités ?

– 19 –

Page 21: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD10

Microcontroleurs 1

1. Programmation embarquée et PIC16F1503/91.1. Autour du microcontroleur

On se propose d’étudier le microcontroleur PIC16F1509 dans l’environnement suivant :

1. Quels sont les niveaux de tension possibles en sortie du microcontroleur ?

2. Quels sont les niveaux logiques permettant d’allumer les LED connectées aux broches RC0 et RC1 ?Dans quel sens va le courant dans les deux cas ? Quelle est sa valeur lorsque la LED (tension seuilde 2V) est allumée ?

3. Quel est le niveau logique au repos du bouton-poussoir connecté sur l’entrée RA4 ? Sur l’entrée RA5 ?A quoi servent les résistances R1 et R2 ?

4. A quoi servent les broches : MCLR ? PGC/PGD ?

5. Quel type de tension est présente sur la broche RC6 ? Quelles valeurs extrêmes peut-elle prendre ?A l’aide des pages 4 et 128 de la documentation, indiquez à quoi correspond le sigle AN8, à côté dunom de la broche RC6.

1.2. Programme de testOn se propose d’étudier le programme suivant :

1 void main ( void ) 2 ANSELC = 0x00 ;3 TRISCbi t s . TRISC0 = 0 ;4 whi le ( 1 ) 5 PORTCbits . RC0 = ! PORTCbits . RC0 ;6 __delay_ms ( 1 0 0 ) ;7 8 re turn ;9

20

Page 22: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

IOGS - Electronique pour le Traitement de l’Information Travaux Dirigés

1. Comment peut-on réécrire la ligne 5 ?

2. Expliquer brièvement les quelques lignes de ce code.

3. A quelle vitesse est exécutée la boucle ?

4. La ligne 8 de ce code pourra-t-elle être atteinte ?

1.3. Configuration et test de l’applicationOn se propose à présent d’étudier le programme un peu plus structuré suivant :

1 void i n i t P I C ( void ) ;23 void main ( void ) 4 i n i t P I C ( ) ;5 whi le ( 1 ) 6 i f ( PORTAbits . RA2 == 1)7 PORTCbits . RC0 = 1 ;8 9 e l s e

10 PORTCbits . RC0 = 0 ;11 12 i f ( PORTAbits . RA5 == 1)13 PORTCbits . RC1 = 0 ;14 15 e l s e 16 PORTCbits . RC1 = 1 ;17 18 19 2021 void i n i t P I C ( ) 22 OSCCONbits . IRCF = 0 b1100 ;23 ANSELA = 0x00 ;24 ANSELB = 0x00 ;25 ANSELC = 0x00 ;26 . . .27

1. En vous aidant de la page 59 de la documentation, à quoi sert la ligne 22 ? A quoi correspond lenombre affecté ?

2. Expliquer brièvement ce que fait ce programme. Quelle fonction logique est alors réalisée ? Est-cevraiment le cas ?

3. Réaliser à présent une fonction ET sur la LED connectée sur le port RC2. Les entrées seront lesbouton-poussoirs connectés sur les entrées RA4 et RA5.

4. Comment peut-on condenser les blocs de test conditionnel de la ligne 6 à la ligne 11 et de la ligne12 à la ligne 17 ?

5. Compléter la fonction d’initialisation pour que le microcontroleur puisse intéragir avec son environ-nement.

2. Séquence à détecterOn souhaite allumer une LED connectée sur la broche RC0 d’un microcontroleur de type PIC16F1509

lorsque deux bouton-poussoirs connecté sur RA4 et RA5 sont appuyés successivement.

– 21 –

Page 23: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI TD11

Microcontroleurs 2

1. Système autour d’un microcontroleurOn souhaite réaliser un système qui affiche la valeur de la luminosité ambiante dans une pièce à l’aide

d’un afficheur LCD de 3 lignes de 16 caractères chacune.Une bibliothèque de fonctions est fournie pour l’utilisation de l’écran LCD. Les fonctions disponibles

sont les suivantes :— void initLCD(void) pour initialiser l’écran— void writeLCD(char *ch, char ligne, char colonne) pour afficher une chaine de carac-

tères ch à la ligne et à la colonne passées en paramètres

1.1. Montage analogiquePour la détection du flux lumineux, on souhaite utiliser une photodiode de type SFH206, dont une partie

de la documentation technique est fournie en annexe. Le courant maximal relevé est de 40µA.

1. Quelle est la sensibilité de cette photodiode ? Quelle est la valeur du flux maximal relevé ?

2. Proposer un montage pour détecter ce flux lumineux.

3. Quelle est la sensibilité de ce montage de photodétection ?

1.2. Acquisition d’une entrée analogiqueOn souhaite utiliser le convertisseur analogique-numérique implémenté sur le microcontroleur PIC16F1509

pour récupérer la valeur de la tension de sortie de l’étage précédent.

1. Quelle est la tension maximale admissible sur les entrées analogiques du microcontroleur ?

2. Comment choisir la résistance de rétroaction pour que la tension de sortie du système de photodé-tection ne dépasse pas cette valeur maximale ? Proposer une solution pour limiter matériellementcette tension.

3. Ecrire une fonction d’initialisation du convertisseur analogique-numérique permettant de convertirsur la voie AN8 en vous aidant des pages 134 et 135 de la documentation.

4. Ecrire une fonction de conversion et de récupération du résultat sous forme d’un entier.

1.3. Affichage sur un écran LCDOn souhaite enfin pouvoir afficher la valeur de la luminosité ambiante à l’aide d’un écran LCD. L’écran

LCD utilisé ne permet que d’afficher des caractères. Il va donc falloir convertir la valeur entière récupéréepar la fonction écrite précédemment et la transformer en chaine de caractères.

1. A l’aide des fonctions de traitement de chaines de caractères, vues en Langage C, proposer uneméthode pour afficher la valeur entière sur l’écran LCD.

2. Proposer à présent une solution pour afficher la valeur en W de l’intensité lumineuse sur l’écranLCD.

22

Page 24: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI Annexe A

Diodes

— LED AND190— LED IR SFH415

Page 25: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

Purdy Electronics Corporation • 720 Palomar Avenue • Sunnyvale, CA 94086Tel: 408.523.8200 • Fax: 408.733.1287 • [email protected] • www.purdyelectronics.com

6-1-99

AND190CRP

Ultra Bright LED Lamps: Type 1

Weight: 1.0 g Unit: mm

2.0±

0.2

13.5

±0.3

11.0

±0.3

10.0±0.2

Cathode Index

26.4

MIN

.

1. Anode2. Cathode

1.5

0.5

0.5

2.54

1 2

AND190CRP

GaAlAs Red Light EmissionT-3 Package (10 mm)

Features

• Peak wavelength (

λ

p = 660 nm) high bright emission• All plastic mold type, clear colorless lens• Low drive current, (forward current = 1 to 20 mA)• Excellent On-Off contrast ratio• Fast response time, capable of pulse operation• High power luminous intensity• Suitable for Outdoor Message Signboards

Maximum Ratings (T

a

= 25°C)

Characteristics Symbol Rating Unit

Forward Current

I

F

40 mA

Reverse Voltage

V

R

5 V

Power Dissipation

P

D

125 mW

Operating Temperature Range

T

Opr

-40 to 85 °C

Storage Temperature Range

T

Stg

-40 to 100 °C

Precaution

Please be careful of the following:1. Soldering temperature: 260°C max

Soldering time: 5 sec. maxSoldering portion of lead: up to 1.6 mm from the body of the device

2. The lead can be formed up to 5 mm from the body of the device without forming stress.Soldering should be performed after the lead forming.

Electro-Optical Characteristics (T

a

= 25°C)

Characteristics Symbol Test Condition Minimum Typical Maximum Unit

Forward Voltage

V

F

I

F

= 20 mA – 1.85 2.4 V

Reverse Current

I

R

V

R

= 4 V – – 10 µA

Luminous Intensity

I

V

I

F

= 20 mA 6,000 10,700 – mcd

Peak Emission Wavelength

l

P

I

F

= 20 mA – 660 – nm

Spectral Line Half Width

λ

I

F

= 20 mA – 20 – nm

Dominant Wavelength

λ

d I

F

= 20 mA – 640 – nm

Full Viewing Angle

θ

I

V

= 1/2 Peak – 8 – degree

Page 26: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

AND190CRP

GaAlAs Red Light Emission Ultra Bright LED Lamps: Type 1

Purdy Electronics Corporation • 720 Palomar Avenue • Sunnyvale, CA 94086Tel: 408.523.8200 • Fax: 408.733.1287 • [email protected] • www.purdyelectronics.com

6-1-99

-20 0 20 40 60 800.1

0.3

0.5

1

3IV – TC

Case Temperature TC (°C)

Rel

ativ

e Lu

min

ous

Inte

nsity

1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.11

3

5

10

30

50

IF – VF

Forward Voltage VF (V)

Forw

ard

Cur

rent

IF

(mA

) Ta = 25°C

Radiation Pattern

90°

80°

70°

60°

50°

40°30°

20° 10° 0° 10° 20°30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°0.20 0.4 0.80.6

IF – Ta

Ambient Temperature Ta (°C)

Allo

wab

le F

orw

ard

Cur

rent

I F (

mA

)

0 20 40 60 80 1000

20

40

60

80

600 620 640 660 680 700 720 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Relative Luminous Intensity – Wavelength

Wavelength λ (nm)

Rel

ativ

e Lu

min

ous

Inte

nsity

IF = 20 mA

Ta = 25°C

IV – VF

Forward Current IF (mA)

aLum

inou

s In

tens

ity I

V (m

ed)

1 2 5 10 20 50

1,000

2,000

5,000

10,000

20,000

50,000

Page 27: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

SFH 415SFH 416

GaAs-IR-LumineszenzdiodenGaAs Infrared Emitters

SFH 415 SFH 416

2001-04-18 1

Wesentliche Merkmale

• GaAs-LED mit sehr hohem Wirkungsgrad• Hohe Zuverlässigkeit• Gute spektrale Anpassung an

Si-Fotoempfänger• SFH 415: Gehäusegleich mit SFH 300,

SFH 203

Anwendungen

• IR-Fernsteuerung von Fernseh- und Rundfunkgeräten, Videorecordern, Lichtdimmern

• Gerätefernsteuerungen für Gleich- und Wechsellichtbetrieb

• Sensorik• Diskrete Lichtschranken

TypType

BestellnummerOrdering Code

GehäusePackage

SFH 415 Q62702-P296 5-mm-LED-Gehäuse (T 13/4), schwarz eingefärbt, Anschluß im 2.54-mm-Raster (1/10’’), Kathodenkennzeichnung: kürzerer Anschluß5 mm LED package (T 13/4), black-colored epoxy resin lens, solder tabs lead spacing 2.54 mm (1/10’’),cathode marking: short lead

SFH 415-U Q62702-P1137

SFH 416-R Q62702-P1139

Features

• Very highly efficient GaAs-LED• High reliability• Spectral match with silicon photodetectors• SFH 415: Same package as SFH 300,

SFH 203

Applications

• IR remote control of hi-fi and TV-sets, video tape recorders, dimmers

• Remote control for steady and varying intensity• Sensor technology• Discrete interrupters

Page 28: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

2001-04-18 2

SFH 415, SFH 416

Grenzwerte (TA = 25 °C)Maximum Ratings

BezeichnungParameter

SymbolSymbol

WertValue

EinheitUnit

Betriebs- und LagertemperaturOperating and storage temperature range

Top; Tstg – 40 … + 100 °C

SperrspannungReverse voltage

VR 5 V

DurchlaßstromForward current

IF 100 mA

Stoßstrom, tp = 10 µs, D = 0Surge current

IFSM 3 A

VerlustleistungPower dissipation

Ptot 165 mW

WärmewiderstandThermal resistance

RthJA 450 K/W

Kennwerte (TA = 25 °C)Characteristics

BezeichnungParameter

SymbolSymbol

WertValue

EinheitUnit

Wellenlänge der StrahlungWavelength at peak emissionIF = 100 mA, tp = 20 ms

λpeak 950 nm

Spektrale Bandbreite bei 50% von Imax

Spectral bandwidth at 50% of Imax

IF = 100 mA

∆λ 55 nm

AbstrahlwinkelHalf angleSFH 415SFH 416

ϕϕ

± 17± 28

Graddeg.

Aktive ChipflächeActive chip area

A 0.09 mm2

Abmessungen der aktiven ChipflächeDimensions of the active chip area

L × BL × W

0.3 × 0.3 mm

Abstand Chipoberfläche bis LinsenscheitelDistance chip front to lens topSFH 415SFH 416

HH

4.2 … 4.83.4 … 4.0

mmmm

Page 29: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

SFH 415, SFH 416

2001-04-18 3

Schaltzeiten, Ie von 10% auf 90% und von 90% auf 10%, bei IF = 100 mA, RL = 50 ΩSwitching times, Ιe from 10% to 90% and from 90% to 10%, IF = 100 mA, RL = 50 Ω

tr, tf 0.5 µs

Kapazität, CapacitanceVR = 0 V, f = 1 MHz

Co 25 pF

Durchlaßspannung,Forward voltageIF = 100 mA, tp = 20 msIF = 1 A, tp = 100 µs

VF

VF

1.3 (≤ 1.5)2.3 (≤ 2.8)

VV

Sperrstrom,Reverse currentVR = 5 V

IR 0.01 (≤ 1) µA

Gesamtstrahlungsfluß,Total radiant fluxIF = 100 mA, tp = 20 ms

Φe 22 mW

Temperaturkoeffizient von Ie bzw. Φe,IF = 100 mATemperature coefficient of Ie or Φe,IF = 100 mA

TCI – 0.5 %/K

Temperaturkoeffizient von VF, IF = 100 mATemperature coefficient of VF, IF = 100 mA

TCV – 2 mV/K

Temperaturkoeffizient von λ, IF = 100 mATemperature coefficient of λ, IF = 100 mA

TCλ + 0.3 nm/K

Kennwerte (TA = 25 °C)Characteristics (cont’d)

BezeichnungParameter

SymbolSymbol

WertValue

EinheitUnit

Page 30: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

SFH 415, SFH 416

2001-04-18 5

Relative Spectral EmissionIrel = f (λ)

Forward CurrentIF = f (VF), single pulse, tp = 20 µs

Permissible Pulse Handling Capability IF = f (τ), TA = 25 °Cduty cycle D = parameter

OHRD1938

λ

relΙ

0880 920 960 1000 nm 1060

20

40

60

80

%

100

10

OHR01554

FV

-3

-210

-110

010

110

0 1 2 3 4 5 6 V 8

AΙ F

t

OHR00860

p

-51010 2

Ι F

10 3

10 4

5

DC

0.2

0.5

0.1

0.005

0.01

0.02

0.05

t p

T

Ι Ft p

TD =

5

mA

-410 -310 -210 -110 010 110 210s

D =

Radiant Intensity

Single pulse, tp = 20 µs

Radiation Characteristics, SFH 415 Ιrel = f (ϕ)

Radiation Characteristics,SFH 416 Ιrel = f (ϕ)

ΙeΙe 100 mA

= f (IF)

OHR01551

10 -3

Ι F

-210

10 -1

10 0

10 1

10 2

Ι e 100 mA

-210 -110 010 110A

A

OHR01552

90

80

70

60

50

40 30 20 10

20 40 60 80 100 1200.40.60.81.0

ϕ

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1000

0

OHR01553

0˚ 20˚ 40˚ 60˚ 80˚ 100˚ 120˚0.40.60.81.0100˚

90˚

80˚

70˚

60˚

50˚

0˚10˚20˚30˚40˚

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0ϕ

Max. Permissible Forward CurrentIF = f (TA)

OHR00883

0

0

20

40

60

80

100

120

20 40 60 80 100 120

mA

˚CTA

R thjA = 450 K/W

Page 31: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

1A1S - ETI Annexe B

PIC16F1509

Parties de la documentation technique du microcontroleur PIC16F1509 :— Tableau récapitulatif des broches et de leurs fonctions (p. 4)— Registre OSCCON (p. 59)— Schéma de l’ADC (p. 128)— Registres ADCON0 et ADCON1 (p. 134 et 135)

Page 32: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

PIC16(L)F1508/9

DS40001609E-page 4 2011-2015 Microchip Technology Inc.

PIN ALLOCATION TABLE

TABLE 1: 20-PIN ALLOCATION TABLE (PIC16(L)F1508/9)

I/O

20-

Pin

PD

IP/S

OIC

/SS

OP

20-

Pin

QF

N/U

QF

N

AD

C

Re

fere

nce

Co

mp

arat

or

Tim

ers

EU

SA

RT

MS

SP

CW

G

NC

O

CL

C

PW

M

Inte

rru

pt

Pu

ll-u

p

Ba

sic

RA0 19 16 AN0 DAC1OUT1 C1IN+

IOC Y ICSPDATICDDAT

RA1 18 15 AN1 VREF+ C1IN0-C2IN0-

CLC4IN1 IOC Y ICSPCLKICDCLK

RA2 17 14 AN2 DAC1OUT2 C1OUT T0CKI CWG1FLT CLC1 PWM3 INT/IOC

Y

RA3 4 1 T1G(1) SS(1) CLC1IN0 IOC Y MCLRVPP

RA4 3 20 AN3 SOSCOT1G

IOC Y CLKOUTOSC2

RA5 2 19 SOSCIT1CKI

NCO1CLK IOC Y CLKINOSC1

RB4 13 10 AN10 SDA/SDI CLC3IN0 IOC Y

RB5 12 9 AN11 RX/DT CLC4IN0 IOC Y

RB6 11 8 SCL/SCK IOC Y

RB7 10 7 TX/CK CLC3 IOC Y

RC0 16 13 AN4 C2IN+ CLC2

RC1 15 12 AN5 C1IN1-C2IN1-

NCO1 PWM4

RC2 14 11 AN6 C1IN2-C2IN2-

RC3 7 4 AN7 C1IN3-C2IN3-

CLC2IN0 PWM2

RC4 6 3 C2OUT CWG1B CLC4CLC2IN1

RC5 5 2 CWG1A CLC1(1) PWM1

RC6 8 5 AN8 SS NCO1(1) CLC3IN1

RC7 9 6 AN9 SDO CLC1IN1

VDD 1 18 VDD

VSS 20 17 VSS

Note 1: Alternate pin function selected with the APFCON (Register 11-1) register.

Page 33: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

2011-2015 Microchip Technology Inc. DS40001609E-page 59

PIC16(L)F1508/9

5.6 Register Definitions: Oscillator Control

REGISTER 5-1: OSCCON: OSCILLATOR CONTROL REGISTER

U-0 R/W-0/0 R/W-1/1 R/W-1/1 R/W-1/1 U-0 R/W-0/0 R/W-0/0

IRCF<3:0> SCS<1:0>

bit 7 bit 0

Legend:

R = Readable bit W = Writable bit U = Unimplemented bit, read as 0

u = Bit is unchanged x = Bit is unknown -n/n = Value at POR and BOR/Value at all other Resets

1 = Bit is set 0 = Bit is cleared

bit 7 Unimplemented: Read as 0

bit 6-3 IRCF<3:0>: Internal Oscillator Frequency Select bits1111 = 16 MHz1110 = 8 MHz1101 = 4 MHz1100 = 2 MHz1011 = 1 MHz1010 = 500 kHz(1)

1001 = 250 kHz(1)

1000 = 125 kHz(1)

0111 = 500 kHz (default upon Reset)0110 = 250 kHz0101 = 125 kHz0100 = 62.5 kHz001x = 31.25 kHz000x = 31 kHz LF

bit 2 Unimplemented: Read as 0

bit 1-0 SCS<1:0>: System Clock Select bits1x = Internal oscillator block01 = Secondary oscillator00 = Clock determined by FOSC<2:0> in Configuration Words.

Note 1: Duplicate frequency derived from HFINTOSC.

Page 34: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

PIC16(L)F1508/9

DS40001609E-page 128 2011-2015 Microchip Technology Inc.

15.0 ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER (ADC) MODULE

The Analog-to-Digital Converter (ADC) allowsconversion of an analog input signal to a 10-bit binaryrepresentation of that signal. This device uses analoginputs, which are multiplexed into a single sample andhold circuit. The output of the sample and hold isconnected to the input of the converter. The convertergenerates a 10-bit binary result via successive

approximation and stores the conversion result into theADC result registers (ADRESH:ADRESL register pair).Figure 15-1 shows the block diagram of the ADC.

The ADC voltage reference is software selectable to beeither internally generated or externally supplied.

The ADC can generate an interrupt upon completion ofa conversion. This interrupt can be used to wake-up thedevice from Sleep.

FIGURE 15-1: ADC BLOCK DIAGRAM

VRPOSVRNEG

Enable

DACx_output

FVR_buffer1

Temp Indicator

CHS<4:0>

ExternalChannelInputs

GO/DONEcomplete

start

ADCSample Circuit

Write to bitGO/DONE

VSS

VDD

VREF+ pin

VDD

ADPREF

10-bit Result

ADRESH ADRESL

16

ADFM

10

InternalChannelInputs

.

.

.

AN0

ANa

ANz

set bit ADIF

VSS

ADON

sampledinput

Q1

Q2Q4

FoscDivider FOSCFOSC/n

FRC

ADCClockSelect

ADC_clk

ADCS<2:0>

FRC

ADC CLOCK SOURCE

Trigger Select

Trigger Sources

. . .TRIGSEL<3:0>

AUTO CONVERSIONTRIGGER

PositiveReferenceSelect

Rev. 10-000033A7/30/2013

Page 35: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

PIC16(L)F1508/9

DS40001609E-page 134 2011-2015 Microchip Technology Inc.

15.3 Register Definitions: ADC Control

REGISTER 15-1: ADCON0: ADC CONTROL REGISTER 0

U-0 R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0

CHS<4:0> GO/DONE ADON

bit 7 bit 0

Legend:

R = Readable bit W = Writable bit U = Unimplemented bit, read as 0

u = Bit is unchanged x = Bit is unknown -n/n = Value at POR and BOR/Value at all other Resets

1 = Bit is set 0 = Bit is cleared

bit 7 Unimplemented: Read as 0

bit 6-2 CHS<4:0>: Analog Channel Select bits

00000 = AN000001 = AN100010 = AN200011 = AN300100 = AN400101 = AN500110 = AN600111 = AN701000 = AN801001 = AN901010 = AN1001011 = AN1101100 = Reserved. No channel connected.

11100 = Reserved. No channel connected.11101 = Temperature Indicator(1)

11110 = DAC (Digital-to-Analog Converter)(3)

11111 = FVR (Fixed Voltage Reference) Buffer 1 Output(2)

bit 1 GO/DONE: ADC Conversion Status bit

1 = ADC conversion cycle in progress. Setting this bit starts an ADC conversion cycle. This bit is automatically cleared by hardware when the ADC conversion has completed.0 = ADC conversion completed/not in progress

bit 0 ADON: ADC Enable bit1 = ADC is enabled0 = ADC is disabled and consumes no operating current

Note 1: See Section 14.0 “Temperature Indicator Module” for more information.

2: See Section 13.0 “Fixed Voltage Reference (FVR)” for more information.

3: See Section 16.0 “5-Bit Digital-to-Analog Converter (DAC) Module” for more information.

Page 36: Travaux Dirigés 1A 1S - Institut Optique

2011-2015 Microchip Technology Inc. DS40001609E-page 135

PIC16(L)F1508/9

REGISTER 15-2: ADCON1: ADC CONTROL REGISTER 1

R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0 R/W-0/0 U-0 U-0 R/W-0/0 R/W-0/0

ADFM ADCS<2:0> ADPREF<1:0>

bit 7 bit 0

Legend:

R = Readable bit W = Writable bit U = Unimplemented bit, read as 0

u = Bit is unchanged x = Bit is unknown -n/n = Value at POR and BOR/Value at all other Resets

1 = Bit is set 0 = Bit is cleared

bit 7 ADFM: ADC Result Format Select bit1 = Right justified. Six Most Significant bits of ADRESH are set to 0 when the conversion result is

loaded.0 = Left justified. Six Least Significant bits of ADRESL are set to 0 when the conversion result is

loaded.

bit 6-4 ADCS<2:0>: ADC Conversion Clock Select bits000 = FOSC/2001 = FOSC/8010 = FOSC/32011 = FRC (clock supplied from an internal RC oscillator)100 = FOSC/4101 = FOSC/16110 = FOSC/64111 = FRC (clock supplied from an internal RC oscillator)

bit 3-2 Unimplemented: Read as 0

bit 1-0 ADPREF<1:0>: ADC Positive Voltage Reference Configuration bits00 = VRPOS is connected to VDD

01 = Reserved10 = VRPOS is connected to external VREF+ pin(1)

11 = Reserved

Note 1: When selecting the VREF+ pin as the source of the positive reference, be aware that a minimum voltage specification exists. See Section 29.0 “Electrical Specifications” for details.