Introdução aos Sistemas Computacionais - Experimento 2

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INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS COMPUTACIONAIS - EXPERIMENTO 1
POR ISABELLA URSO LEME
LABORATÓRIO DE ELETÔNICA DIGITAL
PROFESSOR RAINER ZANGHI
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE - TEE - 2022.1
PROJETO
Apresentação da situação problema e materiais disponíveis.
SIMULAÇÃO
Apresentação da base teórica e protótipo da solução do projeto.
FUNCIONAMENTO DA SOLUÇÃO
Apresentação prática do projeto solução.
MONTAGEM
Apresentação dos procedimentos e montagem final da proposta de solução do projeto.
PROJETO - 
3.3 GERADOR DE ONDA ARBITRÁRIA 
Um gerador de forma de onda arbitrária é um dispositivo de laboratório capaz de gerar um sinal de tensão com amplitude definida ponto a ponto pelo usuário. Este dispositivo gera um sinal periódico que se repete em uma frequência especificada. Crie um protótipo de gerador de forma de onda arbitrária, utilizando um conversor D/A de 4 bits controlado pelas saídas digitais de um Arduino. Armazene os valores de amplitude que definem o sinal de 0 a 5V em uma tabela (Lookup table) e envie o valor lido na tabela para as saídas digitais, para cada instante do sinal.
GERADOR DE FUNÇÕES
PROJETO - 
3.3 GERADOR DE ONDA ARBITRÁRIA
Materiais disponíveis da bancada:
Material:  1 Arduino (Nano ou Uno) ou Genuino  
Resistores que precisam ser calculados  
Fonte CC de 5V com adaptador para protoboard  
Protoboard com jumpers MM
CONVERSOR D/A
 Processo que toma um valor representado em código binário (digital) e o converte em uma tensão ou corrente proporcional.
 Em geral, Saída analógica = K × entrada digital;
 K é um fator de proporcionalidade constante para um certo DAC conectado a uma tensão fixa de referência. 
Cada entrada digital contribui com um valor diferente para a tensão analógica.  O bit menos significativo contribui com (2^0 ) × K volts.  O segundo bit menos significativo contribui com (2^1 ) × K volts. O bit mais significativo contribui com (2^N-1 ) × K volts, onde N é o número de bits que representa o valor digital.
 A rigor, o sinal de saída não é analógico – afinal, ele pode assumir somente 2 ^N níveis de tensão.
Resolução: menor mudança que pode ocorrer na saída analógica como resultado de uma mudança na entrada digital (tamanho do passo).  Com N bits, é possível representar 2^N níveis de tensão. Existem, portanto, 2^N – 1 passos para sair do valor mais baixo (zero, por exemplo) e atingir o fundo de escala.  Logo, K = Vref / (2^N – 1).  Aumentar N diminui K, tornando possível representar mais valores de tensão.
Conversor D/A
SIMULAÇÃO
Estudo sobre controle de motor de passo:
O que seria e como funciona um conversor D/A?
Qual tipo de conversor será utilizado?
Como será construído um gerador de funções?
Resoluçaõ de 1V
REDE R-2R
A rede R2R utiliza resistores com valor R e o dobro de R, daí o nome R2R, atuando na conversão de sinais digitais paralelos em uma tensão analógica. Algumas propriedades interessantes dessa rede incluem a possibilidade de escalar para qualquer quantidade de bits, uso de apenas dois valores de resistores e impedância de saída igual a R, independente da quantidade de bits, facilitando a implementação de circuitos que farão posterior processamento do sinal. 
Teorema da Superposição;
Aplicação de Thévenin; 
Para 4 bits:
Vout = D0/16 + D1/8 + D2/4 + D3/2;
Abertura da chave (nível baixo 0 - 0V), fechamento da chave (nível alto 1 - 5V).
Rede R-2R (4 bits)
SIMULAÇÃO
Estudo sobre controle de motor de passo:
O que seria e como funciona um conversor D/A?
Qual tipo de conversor será utilizado?
Como será construído um gerador de funções?
GERADOR DE FUNÇÕES
 Um gerador de funções deve poder gerar sinais senoidais, triangulares, quadrados, dente-de-serra, com sweep (frequência variável), todos com diversas frequências e amplitudes.
Será utilizado um arduino como processador do sinal digital e a rede R-2R para realizar a conversão do sinal digital em analógico. A partir de funções pré-definidas no código do arduino serão geradas formas de ondas.
SIMULAÇÃO
Estudo sobre controle de motor de passo:
O que seria e como funciona um conversor D/A?
Qual tipo de conversor será utilizado?
Como será construído um gerador de funções?
Conversão A/D e D/A
CÓDIGO NO IDE
Definição dos pinos
Definição das entras e saídas
Definição de variáveis
SIMULAÇÃO
Estudo sobre controle de motor de passo:
O que seria e como funciona um conversor D/A?
Qual tipo de conversor será utilizado?
Como será construído um gerador de funções?
CÓDIGO NO IDE
Extração do bit (bit a bit)
SIMULAÇÃO
Estudo sobre controle de motor de passo:
O que seria e como funciona um conversor D/A?
Qual tipo de conversor será utilizado?
Como será construído um gerador de funções?
Definição da onda dente de serra para 100Hz
Definição da onda triangular para 100Hz
CÓDIGO NO IDE
SIMULAÇÃO
Estudo sobre controle de motor de passo:
O que seria e como funciona um conversor D/A?
Qual tipo de conversor será utilizado?
Como será construído um gerador de funções?
Definição da onda senoidal para 100Hz
Leitura da entrada digital da tecla
ESQUEMÁTICO FINAL
 
COMPONENTES
No experimento foram utilizados 20 componentes.
MONTAGEM
VAMOS ENCAMINHAR PARA O TESTE PRÁTICO DA PROPOSTA...
FUNCIONAMENTO DA SOLUÇÃO
OBRIGADA PELA ATENÇÃO!
E-MAIL
isabellaleme@id.uff.br