Etude et réalisation de la carte d’acquisition entrées analogiques

Notion sur les microcontrôleurs

L’évolution des systèmes électroniques amène de plus en plus souvent les concepteurs à remplacer l’électronique câblée à base de nombreux circuits intégrés par un circuit programmable qui rempli à lui seul toutes les fonctions. Les microcontrôleurs appartiennent à cette famille de circuits. Le microcontrôleur est implanté sur le système technique et relié aux différents capteurs et actionneurs avec éventuellement des circuits d’interfaçage appropriés. Une liaison avec un ordinateur permet de programmer le circuit et de le tester. Le microcontrôleur est un véritable petit ordinateur dans un module hybride. Outre le processeur, le module dispose d’une horloge, d’une mémoire de travail (RAM), d’une mémoire pour le programme non volatile (EEPROM), de lignes d’entrées sorties binaires et analogiques et d’un port de communication avec un ordinateur (PC).

Identification d’un PIC :

Pour identifier un PIC, nous utilisons simplement son numéro : les 2 premiers chiffres indiquent la catégorie du PIC, 16 indique un PIC Mid-Range, 18 indique PIC high-Range. Vient ensuite parfois une lettre L : Celle-ci indique que le PIC peut fonctionner avec une plage de tension beaucoup plus tolérante. Ensuite, nous trouvons : C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM, CR pour indiquer une mémoire de type ROM ou F pour indiquer une mémoire de type FLASH. À ce niveau, on rappelle que seule une mémoire FLASH ou EEPROM est susceptible d’être effacée. Finalement nous trouvons sur les boîtiers le suffixe « -XX » dans lequel XX représente la fréquence d’horloge maximale que le PIC peut recevoir. Par exemple –04 pour un 4MHz. Notons dès à présent que les PICs sont des composants STATIQUES, c’est à dire que la fréquence d’horloge peut être abaissée jusqu’à l’arrêt complet sans perte de données et sans dysfonctionnement.

Particularité du port A :

Ce port bidirectionnel est constitué de 8 bits. Le registre de direction correspondant est TRISA. Quand on écrit un « 1 » dans TRISA, le bit correspondant du PORTA est configuré en ENTREE, et le driver de sortie est placé en haute impédance. Si on écrit un « 0 », le port devient une SORTIE, et le contenu du latch correspondant est chargé sur la broche sélectionnée. Les bit 0 à 4 du Port peuvent servir d’I/O digitales ou bien être les 5 premières entrées du convertisseur analogique/numérique. C’est par le registre ANSEL que sera fait le choix. On étudiera ce registre avec le CAN. Le bit 5 peut être soit une entrée digitale soit la commande MCLR qui est le reset. C’est par le mot de configuration que le choix de cette broche sera fait. Les bits 6 et 7 peuvent être soit des I/O digitales soit les broches servant à relier le quartz de l’oscillateur. Quand on veut récupérer ces broches, il faudra faire fonctionner le PIC sur son oscillateur interne. C’est par le mot de configuration, comme pour PA5 que le choix de ces broches sera fait. 5.5.2. Particularités du port B : Il comporte 8 bits. Le registre de direction correspondant est TRISB. Si on écrit un « 1 » dans le registre TRISB, le driver de sortie correspondant passe en haute impédance. Si on écrit un « 0 », le contenu du Latch de sortie correspondant est recopié sur la broche de sortie. Chaque broche du PORT B est munie d’un tirage au +VDD que l’on peut mettre ou non en service en mode entrée uniquement. On active cette fonction par la mise à « 0 » du bit 7 dans le registre OPTION. Au reset, le tirage est désactivé. Il est inactif quand le port est configuré en sortie. Les 4 broches PB7 PB6 PB5 et PB4 provoquent une interruption sur un changement d’état si elles sont configurées en ENTREE. Cette possibilité d’interruption sur un changement d’état associé à la fonction de tirage configurable sur ces 4 broches, permet l’interfaçage facile avec un clavier. Cela rend possible le réveil du PIC en mode SLEEP par un appui sur une touche du clavier On doit remettre à zéro le Flag de cette interruption (RBIF = bit 0 du registre INTCON) dans le programme d’interruption.

CONCLUSION GENERALE

Le travail qui nous a été confié dans le cadre de notre mémoire de master en électronique biomédical est un travail de développement technologique ayant pour objectif la réalisation d’une carte d’acquisition pour des signaux lents par exemple le signal de température et de pression atmosphérique est un signal d’évolution lente (de période très supérieure à la seconde). Notre carte est basée sur le PIC 16F88. C’est pour ça l’élaboration de ce modeste travail nous a permis d’accéder à plusieurs domaines. L’utilisation du PIC nous a introduits au domaine de μC, à leurs mises en oeuvre et à leur système de développements ainsi que les différentes fonctionnalités et avenages qu’ils offrent. Ce travail nous a permet aussi d’apprendre le logiciel ISIS pour la simulation. La problématique de ce travail nous a permet de tester la fonctionnalité de quelques éléments de notre carte comme par exemple le PIC, le MAX232 et le DB9 nous avons fait des testes pour savoir si le problème posé aux cours de notre travail est à cause de mal communication entre le PC et la carte ou bien le PIC ou le MAX232 ne fonctionne pas Ce projet nous a permis d’approfondir nos connaissances théoriques et pratique en instrumentation médicale

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : notion sur les microcontrôleurs
Introduction
Les microcontrôleurs
Généralité
Les avantages des microcontrôleurs
La composition d’un microcontrôleur
III. Les PICs
1.Structure d’un PIC
2.Structure minimale d’un PIC
3.Identification d’un PIC
4.Le choix du microcontrôleur
5.Le microcontrôleur PIC 16F88
5.1. Caractéristiques générales
5.2. Schéma fonctionnel
5.3. brochage du pic 16F88
5.4. Organisation du 16F88
5.5. Les ports entrée/sortie
5.5.1 Particularité du port A
5.5.2 Particularité du port B
5.6. Le convertisseur
5.7. L’oscillateur
6.Le module MSSP et le bus I2C
6.1. Le module MSSP
6.2. présentation de bus I²C
6.2.1 Start condition
6.2.2 Transmission d’un bit
6.2.3 Stop condition
6.2.4 Remarque sur le Start et le Stop condition
6.2.5 L’acknowledge
6.2.6 L’adresse et le bit R/W
6.3. Le module MSSP en mode I²C
6.3.1 Transmission d’un octet
6.3.2 Réception d’un octet
6.3.3 Les registres de configuration
6.3.3 Le module SSP du PIC 16F88
CONCLUSION
Chapitre II : mise en forme et acquisition des données
Introduction
I..Système d’acquisition de données définition
1.1Une Chaine d’acquisition comporte
1.2 Schéma bloc d’une chaine d’acquisition
1.3 Carte d’acquisition de donnée
1.4 Schéma bloc d’une carte d’acquisition
III. La conversion analogique numérique
1.Identification de la fonction C.A.N
2.Symbole d’un C.A.N
3.Principe
4.Echantillonnage
5.Bloqueur
5.1 Numérisation
5.1.1. Principe
5.1.2. Résolution
5.1.3. Réalisation
I.Le filtrage analogique
Introduction
II.Etude du filtre en régime sinusoïdal
2.1 Filtre actif et filtre passif
2.2 Les principaux types de filtres (idéaux)
2.3 Filtres réels
Filtre anti-repliement
Filtrage numérique d’un signal lent avec un microcontrôleur
Introduction
Définitions générales
Filtre numérique à « moyenne glissante »
Réponse en fréquence d’un filtre numérique
La gestion de la liaison RS232
communication série asynchrone a travers le port série RS232
Protocole de transmission
conclusion
Chapitre III : Etude et réalisation de la carte d’acquisition entrées analogiques
Introduction
Présentation
II.SHEMA ELECTRIQUE DE LA CARTE
III. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
1.Les filtres anti-repliements
2.Le convertisseur analogique – numérique (ADC)
2.1 Caractéristiques principales du module ADC du PIC 16F88
2.2 Mise en oeuvre
2.2.1. Choix des canaux d’entrées
2.2.2. Choix des tensions de référence
2.2.3. Choix du format du résultat de la conversion
2.2.4. Choix de la fréquence d’horloge du convertisseur ADC
2.2.5. Mise en service de l’interruption du convertisseur ADC
2.3 Remarques et conseils
2.3.1. Calcul de la période d’échantillonnage (TE)
2.3.2. Echantillonnage de signaux lents
2.3.3. Fréquence d’échantillonnage et nombre de canaux
Le convertisseur analogique – numérique (ADC)
IV.LA LIAISON RS232
Principe d’adaptation PIC- RS232
Protocole de communication entre l’ordinateur et la carte
V.L’APPLICATION ADC108.exe POUR WINDOWS
Procédure d’utilisation
VI.LITE DE MATERIEL
la carte d’alimentation
VII. SIMULATION AVEC ISIS-PROTEUS
VIII. CONCLUSION
Chapitre IV : Application de la carte d’acquisition 7 voies
I.Introduction
II.Etude pratique
III. Application
Problématique
Résultats de conversion
Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographies