Electronique > Réalisations > InterfacesAnalogique > Interface commande 0-10V 002 [Pro]

Dernière mise à jour : 28/01/2018

Présentation

Cette interface permet de délivrer des tensions analogiques de façon indépendante sur 16 voies, sur une plage de tension allant de 0-5 V à 0-15V, à partir de données numériques codées sur 12 bits (4096 niveaux).

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Elle peut donc servir pour toute application où l'on a besoin d'un réglage indépendant sur une plage 0-5V, 0-10V ou 0-15V (ou tout autre plage intermédiaire). Le montage fait appel à des CNA (Convertisseurs Numérique/Analogique) de type MCP4922, et les données numériques à convertir (format 12 bits) arrivent via un unique bus SPI. Pour une interface permettant un réglage de plage de tension commune (circuit plus simple), voir projet Interface commande 0-10V 001.

Avertissement

Cette interface a été élaborée pour travailler avec mon interface DMX 011 et ne peut fonctionner seule. Elle doit obligatoirement être associée à un système envoyant les données numériques aptes à piloter les convertisseurs numérique/analogique MCP4922 (à base d'Arduino, Raspberry, PIC ou tout autre type de microcontrôleur).

Schéma

Pour 16 voies, on retrouve nos 8 convertisseurs doubles et nos 4 AOP quadruples. Les LM324 de l'interface version 001 ont été remplacés par des LM6134, compatibles broche à broche.

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Fonctionnement général
Cette carte d'interface reçoit des données numériques via un bus SPI. Les signaux de données et d'horloge sont accompagnés des signaux de commande propres aux circuits intégrés MCP4922 (SHDN, LDAC et CS0 à CS7).

Conversion N/A et amplification
La conversion N/A est assurée par les MCP4922, des convertisseurs doubles de résolution 12 bits assez bon marché de Microchip (environ 1,50 € pièce à l'écriture de ces lignes). Leurs broches de tension de référence VREFA et VREFB permettent de spécifier la valeur haute (maximale) de la tension de sortie correspondant à la pleine échelle du convertisseur (valeur 4095). Ici la tension de référence de chaque CNA provient d'un potentiomètre individuel, ce qui permet de spécifier une plage de tension de sortie différente (si besoin) pour chaque sortie. Le transfert des données sur le bus SPI peut s'effectuer à une vitesse maximale de 20 MHz. La tension de sortie de chaque MCP4922 ne peut excéder la tension d'alimentation du convertisseur qui est fixée ici à +5 V (broches de référence haute du CNA soumises à cette même tension). Pour pouvoir disposer d'une tension de sortie supérieure à +5 V, il faut l'amplifier. L'amplification est confiée aux AOP quadruples LM6134 alimentés sous une tension de 18 V. Le gain de ces AOP est fixe et de 3,2x. Afin de disposer d'une réglage fin de la tension max de sortie (entre +5 V et +15 V) la tension de référence des CNA peut être ajustée à une valeur comprise entre 1,4 V (1,4 V * gain 3,2 = 4,5 V en sortie) et 5 V (5 V * gain 3,2 = 16 V en sortie).
Important : la valeur de tension minimale sur les sorties analogiques (pour une valeur numérique égale à 0) dépend de la charge des AOP. Avec une impédance de charge de 100 kO ou plus, la tension minimale est voisine de 10 mV. Avec une charge de 10 kO, cette valeur min peut grimper à 90 mV ! Au besoin, il conviendra d'ajouter un tampon de sortie (autre AOP câblé en suiveur de tension) à chaque sortie analogique.

Procédure d'utilisation
Pour chaque voie de sortie, il faut envoyer les données numériques correspondant à la valeur de tension désirée :
- pour une tension de sortie de 0 V (Nota 1), envoyer la valeur numérique 0
- pour une tension de sortie "maximale" (Nota 2), envoyer la valeur numérique 4095
Nota 1 : la tension de sortie n'est pas de 0 V exactement, mais de quelques mV à quelques dizaines de mV (dépend de la charge des AOP)..
Nota 2 : la valeur de la tension maximale sur une sortie dépend du réglage du potentiomètre associé
Les CNA fonctionnent par paire, il y a une broche de sélection de boîtier CSx par CNA double :
Exemple pour modifier la valeur de la tension de sortie #7 :
- Mettre à l'état logique bas la ligne CS3
- envoyer les données numériques via le bus SPI (lignes CLK et MOSI)
- Mettre à l'état logique haut la ligne CS3
- envoyer une impulsion "négative" sur la ligne LDAC.

Procédure de réglage (individuelle pour chaque sortie Sx)
Envoyer la valeur 4095 au CNA correspondant à la sortie Sx désiré, puis ajuster le potentiomètre associé pour que la tension sur la sortie Sx corresponde à la tension maximale désirée (par exemple +5V, +10 V ou +15 V).

Plages de tension par groupes
Dans le cas où plusieurs sorties doivent toujours travailler avec la même plage de tension, il est possible d'économiser sur les potentiomètres ajustables. Prenons l'exemple d'une application où l'on désire une plage de fonctionnement de 0-10 V sur les sorties #1 à #8, une plage de fonctionnement de 0-15 V sur les sorties #9 à #12, et une plage de fonctionnement de 0-5 V sur les sorties #13 à #16. Dans ce cas de figure, trois potentiomètres ajustables seulement sont requis :
- un premier dont le curseur est relié aux broches REFA et REFB des convertisseurs N/A #1 à #4
- un second dont le curseur est relié aux broches REFA et REFB des convertisseurs N/A #5 et #6
- un premier dont le curseur est relié aux broches REFA et REFB des convertisseurs N/A #7 et #8
Cette façon de faire bien sûr impose l'utilisation de résistances de précision pour le gain des AOP.

Alimentation
Deux rails d'alimentation continue sont requis : +18 V pour l'étage de sortie, et +5 V pour les CNA. Le 18 V n'est pas très critique, les AOP doivent ici être alimentés entre +16 V et +20 V (maximum +24 V). Le +5 V est tiré d'un régulateur de tension LM7805 en boîtier TO220 qui sera de préférence doté d'un petit dissipateur thermique (radiateur). La tension issue du secondaire du transformateur d'alimentation TR1 est de 15 Vac. Après redressement par diodes et filtrage par condensateur, la tension obtenue est d'environ 19 Vdc.

Circuit imprimé

Réalisé par mes soins en double face.

interface_analog_0-10v_002_pcb_composants

Historique

28/01/2018
- Première mise à disposition.