Modalités S5 Objectifs pédagogiques S5 Synthèses

Bloc 1 Bloc2

Dans ce second thème, vous allez développer un système capable d’afficher le spectre d’un signal audio en temps réel sur une matrice de LED.

Cahier des charges

Le système devra pouvoir :

  1. Capter un son et le mettre en forme pour s’adapter aux contraintes du traitement numérique
  2. Convertir le signal analogique en une série de données numériques
  3. Calculer sa transformée de Fourier
  4. Afficher l’information sur une matrice de LEDs et interagir avec l’utilisateur

Le traitement numérique devra être réalisé à l’aide d’une carte Nucléo L476RG.

Le système devra permettre d’afficher le spectre d’un signal audio, en utilisant une échelle “logarithmique”.

Les performances, en particulier en terme de fréquence maximale détectable, devront être mesurées.

Objectifs pédagogiques

A la fin des 4 séances de TP associées à ce thème, les étudiant·e·s seront capable de :

  • définir et exécuter un protocole expérimental pour :
    • valider le fonctionnement d’un système vis-à-vis d’un cahier des charges (contraintes et performances)
  • choisir et mettre en oeuvre une solution analogique adaptée à un cahier des charges pour :
    • la mise en forme d’un signal provenant d’un capteur ou d’un autre système
    • le filtrage de certaines composantes fréquentielles, à partir d’un gabarit donné (filtres actifs – ordre 1 et 2 – et universels)
  • choisir et mettre en oeuvre une solution mixte (analogique et numérique – microcontrôleur) adaptée à un cahier des charges pour :
    • l’acquisition d’une donnée analogique
    • la commande numérique (TOR, PWM…) de composants “lents” (moteurs à courant continu, LED…)
  • décomposer un système simple en un ensemble de fonctionnalités réalisables et caractérisables indépendamment (schéma et description fonctionnels)
  • synthétiser et documenter chaque étape de la réalisation et des tests d’un système

Etapes de réalisation

Le système peut être décomposé de la façon suivante :

Vous pouvez vous référer au document de conception suivant : Conception d’un système d’affichage de spectre audio en temps réel

Pour simplifier la réalisation de ce système et acquérir de nouveaux savoir-faire en terme d’électronique numérique, ce thème sera découpé en 2 blocs de 2 séances chacun.

Bloc 1 / Acquisition et traitement numérique à intervalle régulier

Un des principaux challenges de ce système est de pouvoir réaliser l’acquisition du signal analogique et son traitement numérique dans un laps de temps très court, afin de garantir un échantillonnage adéquat et une restitution des résultats en “temps réel” pour l’être humain.

La première séance sera consacrée à la découverte des cartes Nucléo et de leur programmation pour :

  • piloter en tout ou rien (TOR) des éléments extérieurs (type LED)
  • commander en modulation de largeur d’impulsion (PWM) des composants extérieurs (LEDs)
  • convertir une grandeur analogique en données numériques

La seconde séance portera sur l’amélioration de l’étage de conversion du signal analogique afin de rendre l’échantillonnage périodique.

Bloc 2 / Mise en forme du signal et affichage

Les éléments permettant le calcul numérique, ici un microcontroleur de type STM32 – carte Nucléo, imposent des contraintes sur les signaux qu’ils peuvent traiter, en particulier les signaux analogiques.

Une première séance permettra de réaliser un étage de mise en forme du signal audio afin qu’il soit compatible avec les restrictions des cartes Nucléo et suffisamment amplifié.

La seconde séance sera réservée à la gestion de l’affichage et à l’interaction avec l’utilisateur.

Thème 2 / Concevoir un système plus complexe