Universidade Federal do Rio de Janeiro
Instituto de Física
Curso de Licenciatura
Projeto de Instrumentação em Ensino de Física
UTILIZAÇÃO DA PORTA DE JOGOS
PARA AQUISIÇÃO DE DADOS
Francisco Antonio Lopes Laudares
Orientador
Carlos Eduardo Aguiar
… ser professor de ciências implica fazer o possível
para comunicar e argumentar com base em
situações práticas…
Marco Antônio Moreira
Por que introduzir o computador no
laboratório didático?
O computador:
• É ótimo para medidas que envolvem tempos
muito pequenos ou muito grandes
• Manipula dados em grande quantidade
• Analisa dados rapidamente
• Permite testar hipóteses e modelos com
facilidade
Como o computador tem sido utilizado
no laboratório didático:
Em geral:
• Kits de aquisição de dados pré fabricados
(Pasco, Vernier, …)
• Programas de aquisição difíceis de compreender
e modificar
Aquisição de dados via porta de jogos
Propostas anteriores:
Computadores inexistentes hoje :
• Apple
• MSX
• ...
Linguagens pouco adaptadas hoje para
o ensino médio:
• Basic (virou Visual Basic)
• Pascal (virou Delphi)
• Assembly
Nossa proposta:
• Computador IBM-PC \ Windows
• Programação em Logo
Por que Logo?
• É uma linguagem simples, de aprendizagem rápida,
desenvolvida para uso didático.
• Ensinada na escola média.
• Pode ser obtida via Internet gratuitamente, inclusive
em português (NIED-Unicamp).
A porta de jogos
• Interface para dois joysticks (1 e 2), geralmente
encontrada na placa de som via um soquete de 15
pinos.
• Os pinos dão acesso a dois botões (A e B) e a dois
potenciômetros (X e Y) por joystick.
O joystick
Conjunto de chaves de contato e potenciômetros
Pinos da interface de jogos
Pino
1
2
3
4
5
6
7
Função
+5 Volts
Botão A1
Potenciômetro X1
Terra
Terra
Potenciômetro Y1
Botão B1
Pino
8
9
10
11
12
13
14
15
Função
*
+5 Volts
Botão A2
Potenciômetro X2
*
Potenciômetro Y2
Botão B2
*
* Depende da placa que contém a interface.
Como a porta de jogos trabalha
• Fornece 8 bits para leitura de dados no
endereço 513
• 4 bits informam o estado dos botões
• 4 bits são usados na medida da resistência dos
potenciômetros
BIT
7
6
5
4
3
2 1
0
ESTADO B2 A2 B1 A1 Y2 X2 Y1 X1
Bit
Significado
7
Botão B2 (pino 14), 0=fechado, 1=aberto (default)
6
Botão A2 (pino 10), 0=fechado, 1=aberto (default)
5
Botão B1 (pino 7), 0=fechado, 1=aberto (default)
4
Botão A1 (pino 2), 0=fechado, 1=aberto (default)
3
Potenciômetro Y2 (pino 13), 1=cronometrando, 0=inerte
2
Potenciômetro X2 (pino 11), 1=cronometrando, 0=inerte
1
Potenciômetro Y1 (pino 6), 1=cronometrando, 0=inerte
0
Potenciômetro X1 (pino 3), 1=cronometrando, 0=inerte
Lendo a porta de jogos
• Em MSWLogo: inportb 513
• Em Slogo: portaentradab 513
Por exemplo, se
> mostre portaentradab 513
resultar em
> 240
o estado da porta é 11110000 (240 convertido para binário)
Medindo resistências com a
porta de jogos
Tempo no estado 1 (s) = 24,2 + 11  Resistência (k)
• No MSWLogo: ingameport M
• No Slogo: portajoystick M
M: 1 2 4 8
Resistência: X1 Y1 X2 Y2
Medida de tempo
• No MSWLogo: timemilli
• No Slogo: tempomili
Fornecem a quanto tempo
o Windows foi iniciado.
• Resolução temporal sob Windows95: ~ 13 ms
• Resolução temporal sob Windows98: ~ 5 ms
Programa de aquisição
(leitura do botão A1)
to aquisicao :tmax
make "t 0
make "t0 timemilli
while [:t < :tmax] ~
[
make "t timemilli-:t0
make "A1 (bitand 16 inportb 513)/16
(print :t :A1)
]
end
Aquisição de dados
6000
2
4000
1
2000
0
0
-1
0
2000
4000
6000
tempo (ms)
8000 10000
estado do botão
número de pontos
Dados gravados no disco
3740
2
3720
1
3700
0
3680
-1
6100
6120
6140
6160
tempo (ms)
6180
6200
estado do botão
número de pontos
Dados gravados no disco
Conectando sensores à porta de jogos
• Termistores
Temperatura
• Fotoresistores
• Fotodiodos
• Fototransistores
Luz
Duas aplicações
• Período e amplitude do pêndulo
• Turbidez da água
Pêndulo
Sinal medido:
Vmax ~ 1 / t
Resultados
1.36
1.34
Período (s)
velocidade máxima (rad/s)
10
1
1.32
1.30
1.28
0.1
0
50
100
150
Tempo (s)
200
250
0
50
100
150
Tempo (s)
200
250
período  amplitude
1.36
Período (s)
1.34
1.32
1.30
1.28
0
1
2
3
velocidade máxima (rad/s)
4
Turbidez da água
Resultados
Outras possibilidades ...
• Trilho de ar, queda livre, etc...
• Tempo de colisão e coeficiente de restituição
• Cordas vibrantes
• Condução térmica
• Difusão em líquidos
• Evolução temporal de reações químicas
• Difração
• ...
Resumo
Sistema de aquisição com as seguintes características:
• Pode ser montado sem fazer modificações no computador.
• Utiliza como sensores componentes eletrônicos simples,
baratos e fáceis de encontrar.
• É bastante rápido, alcançando resoluções temporais da
ordem de milisegundos.
• Os programas de aquisição e análise de dados são todos
escritos em Logo.
• Pode ser usado no ensino médio, com controle completo por
parte de professores e alunos.
Choques
V1
V2
sinal
tempo
Cordas vibrantes
sinal
tempo