Unidade 7 - Interface com o Mundo Analógico

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Universidade Estácio de Sá
Disciplina: Eletrônica Digital – CCE0049
Unidade 7 - Interface com o Mundo Analógico
Prof. Ricardo Toscano 1
1 – Transdutor: Normalmente, a variável física não é uma quantidade elétrica. Um transdutor
é sistema ou dispositivo capaz de transformar uma forma de energia em outra. Nesse
exemplo, um transdutor é um dispositivo que converte uma variável física em uma variável
elétrica. A saída elétrica de um transistor é uma corrente ou tensão analógica que é
proporcional à variável física que está monitorando.
2 – Conversor Analógico-Digital (A/D): A saída analógica do transdutor serve de entrada para
o conversor A/D. O conversor A/D converte esta entrada analógica em uma saída digital. Esta
saída digital são os bits que representam o valor da entrada analógica.
7.1 – Conversão Analógico Digital.
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3 – Computador: A representação digital da variável do processo é transmitida do A/D para o
computador digital, que armazena este valor e processa de acordo com as instruções de um
programa que está executando. O programa pode executar cálculos ou outras operações com
esta representação digital para gerar uma saída digital que será utilizada para efetuar um
controle.
4 – Conversor Digital-Analógico (D/A): Esta saída digital do computador é conectada em um
conversor D/A, que, por sua vez, a converte para uma tensão ou corrente analógica
proporcional. Por exemplo, o computador pode produzir uma saída digital variando desce
00000000 até 11111111, que o conversor D/A converte para uma tensão na faixa de 0 a 10 V.Prof. Ricardo Toscano 3
5 – Atuador: O sinal analógico do conversor D/A frequentemente é conectado a algum
dispositivo ou circuito que serve como uma atuador para controlar a variável física. Por
exemplo, num controle de temperatura, o atuador poderia ser uma válvula controlada
eletricamente, que regulasse um fluxo de água para um tanque, de acordo com a tensão
analógica do conversor D/A. O fluxo variaria de modo proporcional a esta tensão analógica,
com 0 V produzindo nenhum fluxo e 10 V produzindo o fluxo máximo.
Portanto, os conversores A/D e D/A funcionam como interfaces entre um sistema
completamente digital, como um computador, e o mundo analógico. Esta função se torna
cada vez mais importante à medida que microcomputadores de baixo custo têm sido
utilizados em controle de processos em que antes o controle computacional não era presente.Prof. Ricardo Toscano 4
Basicamente, a conversão D/A é o processo em que um valor representado em código digital
(tal como o binário puro ou o BCD) é convertido para uma tensão ou corrente que é
proporcional ao valor digital.
Note que existe uma entrada para uma tensão de referência, Vref. Esta entrada é utilizada
para determinar a saída de fundo de escala ou o máximo valor que o conversor D/A pode
produzir.
7.2 – Fundo de Escala.
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A resolução é definida como a
menor variação que pode ocorrer
na saída analógica como
resultado de uma mudança na
entrada digital.
7.3 – Resolução e Precisão.
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A tabela ilustra um DAC simples e uma
tabela com os valores ideais de Vout para as
diversas entradas. Para que isso ocorra,
são necessários dois fatores inicialmente:
(1) a precisão dos resistores de entrada e
de realimentação; (2) a precisão dos níveis
de tensão de entrada, que podem ter
variações.
Os fabricantes de DACs costumam especificar a precisão de diversas formas. As duas mais
comuns são denominadas erro de fundo de escala e erro de linearidade, que são
normalmente expressos como uma porcentagem da saída de fundo de escala (% FS). O erro
do fundo de escala é o desvio máximo da saída DAC do valor esperado (ideal), expresso
como uma porcentagem do fundo de escala. O erro de linearidade é o desvio máximo do
tamanho do degrau a partir do tamanho ideal do degrau.
7.4 – Erro: de Fundo de Escala, de Linearidade e de Offset.
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Uma outra questão presente, é o erro de Offset. Idealmente, a saída de um DAC será zero
volt quando a entrada binária estiver com todos os bits em 0. Entretanto, na prática, existirá
uma tensão muito pequena na saída para essa situação, sendo denominado de erro de
offset. Este erro, se não corrigido será somado à saída esperada DAC em todos os casos de
entrada.
7.5 – Tempo de Estabilização.
A velocidade de operação de um DAC é geralmente especificada fornecendo-se o seu tempo
de estabilização, que é o tempo necessário para a saída do DAC ir de zero ao fundo de
escala conforme a entrada binária muda desde todos os bits em 0 até todos os bits em 1.
Valores típicos de estabilização variam de 50 ns a 10 µs.
O AD7524, um CI CMOS, disponibilizado por diversos fabricantes de Cis, é um conversor D/A
de oito bits que usa uma rede R/2R.
7.6 – DAC de Ponderação Binária com AMPOP.
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Esse DAC tem entrada de oito bits que pode ser armazenada internamente sob o controle
das entradas CS’ do chip e WR’. Quando essas duas entradas de controle estão em nível
baixo, as entradas digitais D7 a D0 produzem a corrente analógica de saída OUT 1 (o
terminal 2 é normalmente conectado no GND).
Um conversor analógico-digital recebe uma tensão analógica de entrada e, após um certo
tempo, produz um código digital de saída que representa a entrada analógica. O processo de
conversão A/D é geralmente mais complexo e consome mais tempo do que o processo D/A.
A operação básica de ADCs consiste nos seguintes passos:
7.7 – Conversão Analógico-Digital.
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As diversas variações desse esquema de conversão A/D diferem principalmente na maneira
pela qual a seção de controle modifica continuamente o número no registrador. Fora isso, a
ideia básica é a mesma, com o registrador mantendo a saída digital quando o processo de
conversão é finalizado.
É uma das versões mais simples de ADC. Usa a forma de onda em VAX é uma rampa passo a
passo (na realidade uma escada). A figura abaixo ilustra o circuito.
7.8 – ADC de Rampa Digital.
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➢ Bibliografia Básica:
❖ TOCCI, Ronald J. Sistemas Digitais. 10. ed. São Paulo: Pearson, 2007;
❖ VAHID, Frank. Sistemas Digitais. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008;
❖ FLOYD, Thomas. Sistemas Digitais. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
➢ Bibliografia Complementar:
❖ CAPUANO, Francisco G. Elementos de Eletrônica Digital. 4. ed. São Paulo:
Érica, 2009;
❖ GARCIA, Paulo A. Eletrônica Digital: Teoria e Laboratório. 2. ed. São Paulo:
Érica, 2007;
❖ ZANCO, Wagner S. Microcontroladores PIC: Técnicas de Software e
Hardware para Projetos de Circuitos Eletrônicos. 2. ed. São Paulo, 2006;
❖ ZANCO, Wagner S. Microcontroladores PIC16f628A/648A - Uma abordagem
prática e objetiva. 2 . ed. São Paulo: Érica, 2007;
❖ PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC – Técnicas Avançadas. 6. ed. São
Paulo: Érica, 2007. Prof. Ricardo Toscano 11