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Comment l’ensemble du circuit fonctionne?

Dans son ensemble, le projet est un multimètre multifonction permettant à un technicien de disposer des bons outils pour solutionner des problèmes électroniques soit en faisant la lecture de différents signaux ou en générant des signaux pour voir comment le circuit réagit. Chacune des parties du projet fonctionne indépendamment, mais toutes communiquent avec le système principal (Dallas) pour afficher leurs données selon le choix de l’utilisateur. Ce multimètre multifonction permet de lire des tensions continues variant de 0 à 25V avec une précision au millième, et permet de générer des ondes alternatives de différentes formes avec une amplitude et un offset variables. Finalement, le multimètre est doté d’un analyseur logique permettant de mesurer la fréquence d’un signal et d’en analyser les fronts montants et descendants.

Schéma bloc du système complet :

Comment chaque partie fonctionne?

- Voltmètre :
Le voltmètre permet de réaliser la lecture d’une tension analogique comprise entre 0 et 25V DC. Le convertisseur a une précision de 8-bits sur 3.9V, ce qui correspond à une tension de 15,234375 mV par pas (pour chaque incrémentation). Pour des tensions comprises entre 0 et 1V, on affiche la tension en millivolts avec une précision au millième, tandis que pour une tension mesurée entre 1 et 10V, on affiche la tension avec une précision au centième. Finalement, pour une tension comprise entre 10 et 25V, on affiche la tension mesurée avec une précision au dixième.

- Générateur :
Le générateur permet de générer différentes ondes perpétuelles avec une tension de sortie maximale de ±10V. Les ondes possibles sont : 
i) Onde sinusoïdale : Afin de trouver les points permettant de tracer la forme sinusoïdale avec le générateur, on a utilisé Excel pour effectuer les calculs.

ii) Onde en dent de scie
iii) Onde en dent de scie reversée
iv) Onde carrée (Très utile pour les compteurs)
v) Onde triangle

Le générateur dispose de fréquences de sortie variables. Notre générateur peut fournir les fréquences suivantes :  1, 10, 20, 50 et 100 Hz. Finalement, de façon matérielle, on peut ajuster l’amplitude et le « offset » du signal de sortie avec deux potentiomètres branchés sur l’ampli-op. Ceci nous permet d’ajuster la forme d’onde selon nos besoins. Par exemple, pour un circuit TTL fonctionnant entre 0 et 5V, on peut ajuster la forme d’onde pour ne pas endommager le circuit à tester. À son maximum, on peut générer une onde uniquement positive comprise entre 0 et 10V en ajustant le « offset ».

- Analyseur :

L’analyseur permet de lire un signal 5V et d’en voir les états avec la broche P1_0 sur la carte Dallas. On peut aussi mesurer la fréquence du signal puisque l’analyseur compte le nombre de fronts obtenus en une seconde d’acquisition et ainsi on peut obtenir  la fréquence de ce signal. La précision du fréquencemètre est d’environ 10%, donc, pour une fréquence élevée, la précision sera réduite. La fréquence maximale que l’on peut mesurer est de 65536 Hz.

- Carte PIC :
La carte PIC est une interface usagée. Cette carte contient les 3 boutons qui nous permettent de naviguer à travers le menu pour choisir parmi les différentes options offertes. Elle permet aussi d’échantillonner la tension par l’intermédiaire d’un convertisseur ADC branché sur le protoboard.

- Carte Dallas :

La carte Dallas est le « système maître » du projet puisque toutes les informations passent par ce contrôleur. Elle permet de gérer l’affichage sur l’écran LCD et de communiquer avec les différents périphériques externes (carte PIC, convertisseur numérique vers analogique etc.)

Comment chaque partie interagit avec les autres parties?

Premièrement, dans notre projet nous avons deux cartes de développement, à savoir la carte Dallas et la carte PIC. Ces deux cartes communiquent entre elles par l’intermédiaire du port de communication RS-232. La carte PIC transmet une trame contenant 8 octets :
vOctet0 : Valeur hexadécimale de 'S' (0x53)
vVolth : 4 bits MSB de la valeur de tension lue sur le convertisseur
vVoltl : 4 bits LSB de la valeur de tension lue sur le convertisseur
vEchelle : Canal (Channel) choisi sur le convertisseur
vBtn1 : État du S1-1 de la carte PIC
vBtn2 : État du S1-2 de la carte PIC
vBtn3 : État du S1-3 de la carte PIC
vChecksum : Complément à 2 de la somme de tous les octets précédents de la trame

Le 8e octet consiste à additionner (sur 8 bits) les 7 autres octets et à faire le complément à 2 de ce dernier. Lors de la réception sur la carte Dallas, celle-ci additionne les huit octets reçus et effectue le même calcul que le PIC. Si les deux « checksums » calculés ont la même valeur, la trame est valide.
Afin de pouvoir transmettre une tension à la carte Dallas, la carte PIC doit communiquer par l’intermédiaire du port de  communication I2C avec le convertisseur ADC (convertisseur analogique à numérique) qui se trouve sur le protoboard. De cette façon, la carte Dallas obtient la tension convertie.
La communication I2C est aussi utilisée par la carte Dallas. Celle-ci communique avec un autre convertisseur DAC (convertisseur numérique à analogique) qui se trouve aussi sur le protoboard. Cette communication entre ces deux pièces nous permet de créer la fonction « générateur d’ondes ».

Comment l’utiliser?

Pour utiliser notre système, il faut une alimentation ±12V avec un câble USB pour fournir l’alimentation aux circuits fonctionnant sous 5V.

Lors de la première alimentation du système, le menu principal s’affiche avec les différentes fonctions possibles qu’offre le multimètre multifonction. Avec les trois boutons disponibles sur la carte PIC, on peut contrôler les différents menus d’affichage sur l’écran LCD de la carte Dallas. Le premier menu est l’analyseur, le second est le générateur et le troisième, le voltmètre. On peut accéder à chacun d’eux en utilisant le bouton SELECT (S1-2) et ACCEPTE (S1-3). Pour revenir au menu précédent, on utilise le bouton RETOUR (S1-1).
Dans le menu de l’analyseur, on peut visualiser l’état du signal et sa fréquence. À l’aide des boutons poussoirs, on peut configurer l’analyseur différemment pour nous ajuster au signal. On peut, entre-autre, modifier le temps d’acquisition (100us, 1ms, 10ms, 100ms) et le trigger (up/down).
Dans le menu du générateur, on peut modifier différents paramètres afin d’obtenir la bonne forme d’onde et la bonne tension de sortie. Lors de l’affichage du menu, on peut visualiser le type d’onde actuellement généré (sinus, dent de scie, dent de scie inversée, carré, triangle) et sa fréquence (1, 10, 20, 50, 100 Hz). Pour modifier l’amplitude et le « offset » de l’onde, il suffit de faire varier les deux potentiomètres sur le protoboard. L’un d’eux sert à ajuster l’amplitude de l’onde qui peut prendre toute valeur comprise entre ±10V tandis que l’autre sert à ajuster le « offset ».
Finalement, pour le menu voltmètre, il n’y a aucune configuration à gérer puisque c’est un voltmètre auto-range. La tension est détectée automatiquement et l’affichage s’ajuste en fonction de l’échelle de tension lue. Avec le voltmètre, on peut lire des tensions allant de 0 à 25V DC et selon la tension lue, on a plus ou moins de précision. Pour une tension de 0 à 1V, le voltmètre affiche la tension en millivolts (précision au millième), tandis que de 1 à 10V, on obtient plutôt une précision à deux décimales ( précision au centième). Pour les tensions de 10 à 25V, le voltmètre nous affiche la tension lue avec une seule décimale (précision au dixième). Évidemment, plus la tension est élevée, plus la précision des mesures est réduite.

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