Projet à microcontrôleur PIC 16F84A / 16F628A

Générateur de signaux arbitraires

• 1- Présentation

Il s'agit d'un GBF numérique, qui fournit 5 formes de signaux :

2 formes de base :

-> continue

-> créneau

et 3 formes libres, qui sont par défaut :

-> sinus

-> triangle

-> rampe

A la mise sous tension, le signal de sortie est de forme continue.

Il faut appuyer sur le bouton poussoir "Sélection" puis sur le bouton poussoir "Sinus" pour passer à la forme sinusoïdale, etc ...

L'amplitude (crête à crête) est réglable de 0 à 10 V avec un potentiomètre.

L'offset (la composante continue) est réglable de -5 V à + 5 V avec un potentiomètre.

La fréquence s'étend de 100 mHz à 10 kHz : un commutateur permet de choisir l'une des 5 gammes de fréquences, et un potentiomètre ajuste la fréquence dans la gamme considérée.

• 2 - Oscillogrammes du signal de sortie

• Signal continu (+ 5 V) :

• Créneau (1 kHz, amplitude crête à crête 10 V, offset 0 V) :

• Sinus (1 kHz, amplitude crête à crête 10 V, offset 0 V) :

• Sinus (100 mHz, amplitude crête à crête 10 V, offset 0 V) :

• Triangle (1 kHz, amplitude crête à crête 10 V, offset 0 V) :

• Rampe (1 kHz, amplitude crête à crête 10 V, offset 0 V) :

• 3- Schéma électrique

• 4- Description du fonctionnement

Les formes en sinus, triangle et rampe sont reconstituées grâce au convertisseur numérique / analogique DAC08C (8 bits).

128 échantillons définissent une forme :

• Zoom du signal de sortie : sinus 100 mHz
  • Mise en évidence de la forme en marche d'escalier (de largeur 10 s / 128 = 78 ms) :

Le microcontrôleur lit une table située dans la mémoire de programme, et met à jour l'entrée du DAC08C à la cadence du signal d'horloge (broche RA4/T0CKI).

• Avec (00000000) = 0 en entrée du DAC : uS(U4) # -2,5 V
• Avec (10000000) = 128 en entrée du DAC : uS(U4) # 0 V
• Avec (11111111) = 255 en entrée du DAC : uS(U4) # +2,5 V (+ 5 V /2)

Avec un offset réglé à 0 V et une amplitude réglée au maximum (10 V), cela donne en sortie :

• Avec (00000000) = 0 en entrée du DAC : sortie # + 5 V
• Avec (10000000) = 128 en entrée du DAC : sortie # 0 V
• Avec (11111111) = 255 en entrée du DAC : sortie # - 5 V (le signal est inversé par U6)

Notez que le µC a besoin de 11 cycles pour mettre à jour l'entrée du DAC, soit 11*0,2 µs = 2,2 µs avec un quartz de fréquence maximale (20 MHz).

128 échantillons / période * 2,2 µs = 281,6 µs / période ou 3,55 kHz.

Cela veut dire que pour une fréquence du signal de sortie inférieure à 3,55 kHz il y a effectivement 128 échantillons.

Au dessus, la forme du signal se dégrade car il y a moins d'échantillons (100 µs / 2,2 µs = 45 échantillons pour 10 kHz).

La fréquence du signal de l'horloge est exactement 128 fois (car 128 échantillons par période) celle du signal de sortie.

Le signal d'horloge est fourni par un astable à amplificateur opérationnel LM318.

Pour couvrir la gamme 100 mHz à 10 kHz, l'astable doit couvrir la gamme 12,8 Hz à 1,28 MHz.

Il faut donc utiliser un amplificateur opérationnel "high-speed" tel que le LM318 qui propose un slew rate d'au moins 50 V / µs.

Le filtre passe bas du deuxième ordre lisse les marches d'escalier, ce qui améliore la forme du signal de sortie pour les signaux de hautes fréquences (au dessus de 3,55 kHz) :

• Avant filtrage : sinus (10 kHz) : uS(U4)
  • Mise en évidence de la forme en marche d'escalier (de largeur 2,2 µs) :

• Après filtrage : sinus (10 kHz, amplitude crête à crête 10 V, offset 0 V) en sortie :

Vous pouvez créer une forme quelconque : il suffit de définir la table des 128 échantillons, et de remplacer dans le code source, l'une des 3 tables (sinus, triangle ou rampe) par cette nouvelle table.

• 5- Liste du matériel

• 1 microcontrôleur PIC 16F84A ou 16F628A
• 1 quartz 20 MHz
• 5 boutons poussoirs
• 2 condensateurs 22 pF
• 2 condensateurs 220 pF
• 1 condensateur 2,2 nF
• 1 condensateur 10 nF
• 1 condensateur 22 nF
• 5 condensateurs 100 nF
• 1 condensateur 220 nF
• 1 condensateur 2,2 µF
• 1 condensateur électrochimique de 10 µF
• 1 condensateur électrochimique 22 µF
• 2 condensateurs électrochimiques de 100 µF
• 6 résistances de 47 k 1/4 W
• 5 résistances de 2,2 k 1/4 W
• 3 résistances de 1 k 1/4 W
• 2 résistances de 18 k 1/4 W
• 2 résistances de 22 k 1/4 W
• 1 résistance de 47 ohms 1/4 W
• 1 résistance de 10 k 1/4 W
• 1 résistance de 100 k 1/4 W
• 1 résistance de 4,7 k 1/4 W
• 1 résistance de 5,6 k 1/4 W
• 2 potentiomètres 10 k
• 1 potentiomètre 100 k
• 2 diodes 1N4002
• 1 diode 1N4148
• 1 convertisseur numérique / analogique DAC08C
• 1 régulateur de tension 7805
• 4 amplificateurs opérationnels TL071 (slew rate 13 V / µs)
  • ou 1 amplificateur opérationnel TL074
• 1 amplificateur opérationnel high-speed LM318
• 1 commutateur 5 positions
• 1 source d'alimentation continue -12V
• 1 source d'alimentation continue +12V

• 6- Les programmes

• 16F84A : Télécharger le code source en assembleur (.asm)
• 16F84A : Télécharger le code objet (.HEX)

• 16F628A : Télécharger le code source en assembleur (.asm)
• 16F628A : Télécharger le code objet (.HEX)