Conversores Analógicos Digitais Atividade E5.....................................................................................................data:...../....../.......... Nome
Resumo Teórico Parte 1:Conversão de Sinais e numero de bits Vamos considerar que tenhamos um conversor com 3 bits; Neste caso podemos ter 23 frases binárias que são: 0 0 0
0x22+0x21+0x20
0 0 1
0x22+0x21+1x20
0 1 0
0x22+1x21+0x20
0 1 1
0x22+1x21+1x20
1 0 0
1x22+0x21+0x20
1 0 1
1x22+0x21+1x20
1 1 0
1x22+1x21+0x20
1 1 1
1x22+1x21+1x20
Representação numérica em base decimal e base binária. No sistema decimal contamos os números até 9 e então para a unidade seguinte, retornamos ao digito zero, inserindo uma unidade na posição de ordem imediatamente superior à esquerda para indicar que já contamos todas as unidades uma vez [9 + 1= 10]. No sistema binário seguimos a mesma regra, usando os dígitos 0 e 1. Depois de contar 1, teremos usado todos os símbolos e devemos mover para a coluna da esquerda a fim de indicar que já percorremos nossa escala uma vez. 0 1 2 3 4 5
0 1 10 (contamos uma vez) 11 100 (estamos contando pela segunda vez) 011
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Parte 1- Representação numérica em base binária 1.
Representação de até 5 bits: Complemente a tabela abaixo
Decimal
Valor 0
0 1 2 3 4
1
2
3
4
0.2 +0.2 +0.2 +0.2 +0.2 1.20 +0.21+0.22+0.23+0.24 0.20+1.21+0.22+0.23+0.24 1.20+1.21+0.22+0.23+0.24 0.20+0.21+1.22+0.23+0.24
2 0 0
4
Binário 2 22 21 20 0 0 0 0 0 0 0 1 3
2. Represente os seguintes números decimais: Decimal
Valor
2
7
6
2
2
5
Binario 4 3 2 2 2 2
1
2
2
0
1 2 4 8 16 32 64 128 Exemplo: Regra Prática de transformação: transformar 88 (base decimal) para base binária; 88 08 0
2 44 04 0
2 22 02
2 0
88 decimal =
11 10 1
2 5 4 1
2 2 0
2
1011000 ( base 2)
1
3. Faça as seguintes conversões: 2 marisac@pucsp.br
Decimal
Valor 2
7
6
2
2
5
Binario 24 23 22 21 20
83 234 95 45
Confira os resultados utilizando a calculadora cientifica disponível no item acessório do computador.
Parte 2: Conversores
Para saber mais clique no link e baixe o arquivo correspondente a teoria sobre conversores http://fisicacomputacaopucsp.blogspot.com/2010/02/teoria-conversores-ad-eosciloscopio.html
Parte 2 Relacionando canal e tensão Considere um conversor com 8 bits de saída e tensão de entrada igual a 5 volts e complemente os intervalos de tensão correspondentes na tabela abaixo sabendo que: 256 5 volts canal x volts resolução da ordem de 20 mV (intervalos aproximados) canal 1 2 4 8 16 32 64 128
Tensão = [5/256 ]. canal 0 à 0,020 >0,02 e <0,039 >0,0585 e <0,0781 >0,136 e <0,156
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Simulação utilizando o EWB ( Eletronic Workbench) – relacionando frase Binária a tensão de entrada.
Para baixar o EWB com o aplicativo clique no link a seguir http://fisicacomputacaopucsp.blogspot.com/2010/02/simulacao-conversor-ad.html. Para abrir o EWB 1) Acesse a pasta EWB512. Abra o aplicativo. 2) Clique em file, open e procure na pasta “circuits” o circuito “fraseadc” 3) Quando abrir o circuito relativo ao conversor você terá a seguinte tela
Para variar a tensão de entrada clique com o direito do mouse sobre a fonte de entrada
Compreendendo o conversor: O CI que efetua a conversão de um sinal analógico em digital do Baseando-se nestas Eletronic Workbench (EWB), muito utilizado em projetos de eletrônica está representado abaixo. Neste software encontramos disponível o Circuito integrado de tecnologia CMOS 1ADC cujas características e pinagens se encontram abaixo:
Os pinos D0 a D7 correspondem às saídas binárias (8 bits ).
1
CMOS ( Conducting Metal- Oxide Semiconductor) 4
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Para que funcione o conversor se faz necessário introduzirmos uma base de tempo externa (clock) e uma tensão de referencia (pinos SOC e VREF+). A conversão começa toda vez que o pino SOC (start-of-conversion) vai ao estado alto. O pino OE (Output Enable ) também deve estar alto para o inicio do processo. A freqüência de conversão (do Clock), depende do tempo necessário para a conversão e limitando o sinal de entrada. A figura abaixo mostra uma simulação para que se possa entender as frases binárias formadas para cada tensão de entrada.
Com um duplo clique no mouse nas fontes você pode alterar os seus valores das tensões de referencia e de entrada
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Outro parâmetro muito importante na conversão é a base de tempo fixada no conversor e que esta representada pelo gerador conectado nos pinos SOC (start-of-conversion) e OE (Output Enable) Um duplo clique no clock abre uma janela em que o valor da base de tempo pode ser alterado.
Esta base de tempo é de extrema importância na interface, pois irá limitar a freqüência o sinal que pode ser observado. Utilização do conversor para verificar frases binária de saída
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Supondo o nosso conversor de 8 bits e 5 Volts para a tensão de referencia encontre as frases binárias relativas às tensões de entrada em um ADC 8 bits e 5 Volts de entrada e verifique através da simulação no EWB sua resposta. Tensão de entrada (Volts)
Canal correspondente
Frase binária calculada 7
2
6
2
5
2
4
2
3
2
2
2
1
0
2 2
Frase binária obtida pelo EWB 7 6 5 4 3 2 1 0 2 2 2 2 2 2 2 2
1 1,4 2,6 3,1 2,22 1,14 1,16 4,5 Verifique com a calculadora cientifica se a frase está correta
Alterando a taxa de aquisição ou o Clock do ADC De um duplo clique no clock do ADC e varie a freqüência para 1 HZ. Que alterações você observa na frase de saída?
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Anexo: Exemplo de conversor disponível no mercado – chip ADC 804 Um conversor Analógico Digital comercial ADC de 8 bits, permite obter 256 frases binárias diferentes que serão utilizadas para a conversão de um sinal analógico Para que estes conversores funcionem precisamos estabelecer uma tensão de alimentação que em geral é de 5V, o que nos permite estabelecer sinais de entrada que variam pelo menos em uma faixa de 0 a 5V. Para uma tensão de 0 a 5V a resolução do conversor pode ser obtida através da tensão máxima de operação dividida pelo número de frases possíveis, ou seja, 5V/256 = 0,0195V ou 19,5mV. Por outro lado estes conversores precisam de uma base de tempo a partir da qual os sinais serão convertidos. Para conversores comerciais de 8 bits os tempos de resolução são menores que 100μs, sendo possível realizar mais de 5000 conversões por segundo. Um exemplo de conversor pode ser visto na figura abaixo ADC804. Os pinos dos circuitos integrados são dispostos em um padrão definido, sendo a partir do entalhe, numerados no sentido antihorário conforme a figura 1. 1. Liga o conversor entalhe
2. Leitura: Disponibiliza os dados convertidos nos pinos 11 a 18.
20. Conexão de alimentação Vcc
3. Escrita: lê a entrada analógica quando ativo (nível baixo) e da a ordem de início da conversão
4 e 19. Relógio: base de tempo
5. Interrupção: a saída de interrupção sinaliza ao microprocessador do sistema quando a conversão analógica digital termina
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 saídas binárias
6 e 7. entradas analógicas 9. tensão de referência
8 e 10. terra
Fig 01: esquema do circuito ADC804 (figura retirada da monografia de Amanda Bonizzia PUC/SP-2007- link em http://17encontroicpucsp.blogspot.com/2008/11/novas-tecnologias-no-ensino-de-fsica.html 8 marisac@pucsp.br
Aquisição de dados Utilizando Entrada e Saída de Áudio da Placa de Som
Quando gravamos um sinal sonoro de um microfone, este sinal que é um sinal analógico é convertido num código binário por um conversor A/D, disponível na placa e processado pelo PC. A conversão pode ser feita em 8 ou 16 bits e com uma taxa de amostragem de até 44,1 KHz e resoluções na faixa de 23 s. Uma desvantagem desta forma de aquisição é que não podemos trabalhar com sinais de corrente contínua, pois as placas de som possuem capacitores ligados em série nas suas entradas. A utilização da entrada de áudio da placa de som pode ser realizada através de softwares disponíveis
na
Web,
tais
como
Osciloscope
and
Spectrum
Analyser
(
http://poly.phys.msu.su/zel/oscll.htm) Este software permite “transformar” o PC em um osciloscópio digital e um analisador de espectro no ambiente windows. O download deste software pode ser realizado gratuitamente no endereço fornecido. Este osciloscópio permite que muitas aplicações possam ser realizadas, tais como; determinação da relação entre freqüência de sinais através de figuras de Lissajous, determinação de atraso entre pulsos através de um duplo feixe sincronizado, analise de sinais sonoros e suas componentes de Fourier, etc. Nesta oficina serão desenvolvidos diferentes experimentos explorando ao máximo os recursos disponíveis na web. Atualmente podemos contar com uma serie de diferentes softwares, disponíveis na internet que nos permite tanto gerar sinais através das saídas de áudio, quanto analisar sinais através da entrada de áudio da placa de som, o que mostra um grande campo de investigação muito recente e por este motivo ainda não muito explorado pelos pesquisadores da área de ensino de física. Utilizaremos como software de analise sonora o audacity ( link para baixar o audacity: http://xviiisnefnovastecnologias.blogspot.com/search/label/Audacity )
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