07 - Sistemas Digitais_Aula_07

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Universidade Paulista
SISTEMAS DIGITAIS
Aula 07 – 26/08/2022 
Curso Engenharia Eletrônica
Engº.: Prof.°: Telis
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Conversão Digital/Analógica – (D/A)
Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
A resolução percentual de um conversor D/A só depende do número de
bits na entrada de tal conversor.
Por isso, os fabricantes preferem especificar a resolução de seus produtos
através de número máximo de bits presentes na entrada.
Um conversor D/A de 10 bits tem uma resolução melhor do que um de oito
bits.
Resolução
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Conversão Digital/Analógica – (D/A)
Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Os fabricantes de conversores D/A expressam a precisão de seus produtos
de diversas maneiras.
As duas formas mais comuns são através do erro de fundo de escala e do
erro de linearidade, expressos como uma percentagem do valor de fim de
escala do conversor.
O erro de fundo de escala (FE) é definido como o desvio máximo da saída
do conversor em relação a seu valor ideal, expresso como percentagem do
valor de fim de escala.
Precisão
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Conversão Digital/Analógica – (D/A)
Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Por exemplo, assuma que o conversor D/A da Figura a seguir tem uma
precisão de ± 0,01% FE.
Precisão
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Precisão
Como tal conversor D/A tem uma tensão de fim de escala de 9,375V, esta
percentagem pode ser convertida para o seguinte valor de tensão: ±0,01%
x 9,375 V = ± 0,9375 V.
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Precisão
O erro de linearidade é o desvio máximo admitido para o tamanho ideal do
degrau do conversor.
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Precisão
Por exemplo, o conversor D/A da Figura acima tem um degrau ideal de
0,625V. Se tal conversor apresentar um erro de linearidade correspondente
a ± 0,01% FE, significa dizer que o tamanho real do degrau esta entre
0,625 V+0,9375 mV e 0,625 V – 0,9375 mV.
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Precisão
É importante entender que precisão e resolução de um conversor D/A
devem ser compatíveis.
Não seria lógico ter uma resolução de, digamos, 1% e uma precisão de
0,1% ou vice-versa.
Para ilustrar, considere um conversor D/A com uma resolução de 1% e
um valor de fim de escala de 10V.
Tal conversor pode produzir uma saída analógica com um desvio máximo
de 0,1V.
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Precisão
Não faz nenhum sentido ter uma altíssima precisão de 0,01% FE, ou 1mV,
se a própria resolução limita a exatidão do resultado a valores que diferem
de 0,1V do valor ideal.
Podemos aplicar o mesmo raciocínio para o caso de se ter uma resolução
muito pequena (mais bits) e uma precisão pobre, para concluir que
estaremos desperdiçando bits na entrada.
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Exercício 09 - Um certo conversor D/A de oito bits tem um valor de
corrente de fim de escala de 2mA e um erro de fundo de escala de ± 0,5%
FE. Qual a faixa de possíveis valores de saída para uma entrada de
100000002?
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Em geral, a velocidade de operação de um conversor D/A é
expressa por seu tempo de estabilização, que vem a ser o tempo gasto
pela saída do conversor para ir de zero ao seu valor de final de escala,
enquanto todos os valores de entrada mudam de 0 para 1.
Na prática, o tempo de estabilização é medido como o tempo gasto para a
saída do conversor estabilizar-se dentro da faixa de ±1/2 do tamanho do
degrau (resolução) de seu valor de final de escala.
Tempo de Estabilização
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Especificações dos Conversores Digital/Analógica (D/A)
Por exemplo, se a resolução do conversor D/A for de 10 mV, o tempo de
estabilização é medido como o tempo gasto para a saída estabilizar-se
dentro da faixa de 5 mV, em torno de seu valor de final de escala.
Tempo de Estabilização
Geralmente, os conversores D/A com saídas de corrente têm tempos de
estabilização menores do que os com saídas de tensão.
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Conversores D/A do tipo R/2R com Amplificador Operacional
A vantagem da utilização de um amplificador operacional para esse
circuito, é que além de proporcionar um isolamento de impedância da rede
R-2R, possibilita a obtenção da tensão de saída com qualquer fator de
proporcionalidade, através do reajuste do resistor de realimentação Rx.
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Conversores D/A do tipo R/2R com Amplificador Operacional
O cálculo de Vx, pode ser feito
como anteriormente,
lembrando que Vx é a própria
tensão Vs sem o amplificador
operacional.
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Conversores D/A do tipo R/2R com Amplificador Operacional
Quando o A.O. estiver em operação, o ponto A é considerado como terra.
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Dados:
Nível lógico 1 = Vcc = 3V
Nível lógico 0 = Gnd = 0V
R=10 kW
Rx=12 kW
Determinar o valor da tensão Vs para as entradas digitais:
Exercício 10
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Determinar o valor da tensão Vs para as entradas digitais:
a) A = 1; BCD = 0
Exercício 10
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Determinar o valor da tensão Vs para as entradas digitais:
b) B = 1; ACD = 0
Exercício 10
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Determinar o valor da tensão Vs para as entradas digitais:
c) C = 1; ABD = 0
Exercício 10
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Determinar o valor da tensão Vs para as entradas digitais:
d) D = 1; ABC = 0
Exercício 10
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Exercício 11 - Dado o circuito abaixo, calcule a tensão de saída (Vs) para
todas as entradas digitais, conforme exercício 10.
Dados:
Nível lógico 1 = Vcc = 3V
Nível lógico 0 = Gnd = 0V
R=10 kW
Rx=12 kW
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Exercício 11 - Dado o circuito abaixo, calcule a tensão de saída (Vs) para
todas as entradas digitais, conforme exercício 10.
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Exercício 12 - Calcular a tensão de saída (Vs) para:
A = B = C = D = E = 1
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Conversores D/A com mais de um algarismo
A tensão de saída Vs é calculada pela fórmula a seguir, onde Vin é a
entrada de nível lógico 1 (Vcc)
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Conversores D/A com mais de um algarismo
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Exercício 13 - Supondo que no circuito em questão seja aplicado o número
decimal 736 (73610), calcular a tensão de saída Vs, adotar:
Nível Lógico 1 = 5V
Nível Lógico 0 = GND
R = 1 quilo Ohm
Rx = 2 quilo Ohm
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Exercício 13:
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Conversores D/A com mais de um algarismo
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Exercício 14 - Supondo que no circuitoem questão seja aplicado o número
decimal 333 (33310), calcular a tensão de saída Vs, adotar:
Nível Lógico 1 = 5V
Nível Lógico 0 = GND
R = 1 quilo Ohm
Rx = 4 quilo Ohm
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Exercício 14:
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Exercício 4: da lista de exercícios que deve ser entregue em data a ser
confirmada, manuscrito contendo todos os passos, cálculos e circuitos. Calcule a
tensão Vs para as entrada digitais.
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Circuito Integrado Conversor Digital Analógico AD 7524
Hoje, há no mercado inúmeros circuitos integrados construídos com o objetivo de
converter um sinal digital em um sinal analógico.
O Circuito Integrado AD7524 é um conversor DA, de 8 bits, construído com a
tecnologia CMOS, é de baixo custo e foi projetado para interface direta para a
maioria dos microprocessadores.
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Circuito Integrado Conversor Digital Analógico AD 7524
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
O esquema típico para o AD 7524 é mostrado abaixo, note que um amplificador
operacional foi conectado à saída, isto, porque a sua saída é em corrente e o
amplificador converte a corrente em tensão
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
O esquema típico para o AD 7524 é mostrado abaixo, note que um amplificador
operacional foi conectado à saída, isto, porque a sua saída é em corrente e o
amplificador converte a corrente em tensão.
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
O terminal 15 do AD7524 é a tensão de referência que, pode ser ajustada de
acordo com as necessidades do projetista, podendo
variar de – 25V a +25V, ou simplesmente fixa-la em um valor que será próximo
ao fundo de escala.
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
Assim, se a referência escolhida for 5V teremos, 5V ÷ 255 = 19,61mV, que
equivale ao tamanho do degrau, se a referência for 10V então temos, 10V ÷ 255
= 39,22mV, ou seja, um degrau maior, conseqüentemente piora a resolução.
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
A alimentação VDD (pino 14) pode ser de 5,0 a 15V, lembrando que o
amplificador operacional também pode ser alimentado com tensões entre 5,0 e
15V, o que facilita a montagem.
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Arranjo típico para o conversor AD 7524
O amplificador operacional conectado à saída do AD7524 está configurado
como, uma Fonte de Tensão Controlada por Corrente (FTCC), onde o resistor de
realimentação (RF) é interno, necessitando somente do operacional.
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Exercício 15 - O circuito a seguir controla a velocidade de uma ventoinha
através de um computador, onde o usuário entra com a informação, por
exemplo, um número decimal.
Com um software adequado e o devido endereçamento, envia-se esse
número na forma binária a saída paralela do PC, que esta conectada em
um conversor, que obviamente que o conversor não consegue fornecer
corrente à carga, daí a necessidade de amplifica-la.
A ventoinha atinge plena velocidade, 1000rpm, quando todas as entradas
do conversor estiverem em nível lógico alto, o que provoca na carga uma
corrente de 500mA.
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Exercício 15:
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Exercício 15:
Usando uma ventoinha com encoder podemos enviar o sinal à entrada do
PC e assim monitorar seu funcionamento.
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Exercício 15:
Em relação ao circuito representado acima, pergunta-se:
A) Se o usuário entrar com o número decimal 168, qual será a velocidade
do motor?
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Exercício 15:
Em relação ao circuito representado acima, pergunta-se:
B) Qual o código esta sendo convertido para esta velocidade?
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Exercício 15:
Em relação ao circuito representado acima, pergunta-se:
C) Qual corrente é drenada pelo motor nesta velocidade?
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Exercício 15:
Em relação ao circuito representado acima, pergunta-se:
C) Qual corrente é drenada pelo motor nesta velocidade?
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Existem basicamente duas maneiras de testar a operação de um conversor
D/A: o teste de precisão estática e o teste da escada.
O teste estático envolve a colocação das entradas digitais em um valor
fixo e a medida da saída analógica com um multímetro preciso.
Este teste é usado para verificar se a saída analógica está dentro da faixa
de valores especificada através da precisão do conversor D/A.
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Se não estiver, existem várias causas possíveis. Seguem-se algumas
delas:
Flutuação nos valores dos componentes do conversor (por exemplo, nos
valores dos resistores) devido à variações de temperatura, envelhecimento
do componente, entre outros.
Conexões abertas ou curtos em qualquer uma das entradas digitais. Isto
pode fazer com que o peso de uma entrada jamais seja considerado na
formação da saída analógica, ou que seu peso seja sempre considerado,
independente do valor da entrada.
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Falha na tensão de referência. Como a saída analógica depende da tensão
de referência VREF, uma falha no fornecimento desta tensão pode produzir
resultados fora das especificações.
Erro de compensação alto, causado pelo envelhecimento de componentes
ou por variação da temperatura, fazendo com que as saídas do conversor
sejam afetadas por um valor fixo.
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
O teste da escada é usado para verificar a monotonicidade do conversor
D/A, isto é, para verificar se a saída cresce passo a passo com o
incremento da entrada binária.
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Os degraus da escada devem ser todos do mesmo tamanho, não podendo
haver salto de nenhum degrau, nem nenhum degrau descendente até a
tensão de final de escala ser alcançada.
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Este teste pode ajudar a detectar falhas internas ou externas que levem
uma entrada a não contribuir nunca ou a contribuir sempre na formação
da saída analógica.
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Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Uma conexão aberta em C será interpretada pela lógica TTL do conversor,
como um valor lógico 1 constante em tal entrada.
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Conversão Digital/Analógica – (D/A)Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analógica (D/A)
Então, a entrada C contribuirá sempre com 4 V para a formação da saída
analógica do conversor, fazendo com que a forma de onda na saída tenha
o aspecto mostrado na figura acima.
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Exercício 16: Determine a saída do DAC mostrado na figura abaixo se a
seguinte sequência for aplicada nas entradas.
OBS: As entradas de dados têm um valor de 0V para nível BAIXO e +5V
para nível ALTO.
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Exercício 16:
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Bibliografia
 TOCCI, R. J., WIDMER, N. 
S., MOSS, G. L. Sistemas 
Digitais – Princípios e 
Aplicações. 12ª Ed. 
Pearson Prentice Hall, São 
Paulo, S.P., 2018, Brasil.
 CAPUANO, F. G., 
IDOETA, I. V. Elementos 
de Eletrônica Digital. 41ª 
Ed. Editora Érica. 
 São Paulo. S.P. 2018. 
Brasil.
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FIM !