Eletrônica Digital II
ELT013
Engenharia de Computação
Aula 11
INTERFACE COM O MUNDO
ANALÓGICO – PARTE II
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Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II
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CONVERSÃO ANALÓGICO-DIGITAL
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Conversão Analógico-Digital
 Um conversor analógico-digital recebe uma tensão
de entrada analógica e, após um determinado
período de tempo, produz um código de saída
digital que representa a entrada analógica.
 A conversão A/D é mais complexa e consome mais
tempo que a D/A
 Um sistema típico possui as funções A/D e D/A em um
único chip.
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Diagrama Geral ADC (1)
 Sistema típico possui as funções A/D e D/A em um único
chip
Conversão Analógica Digital
Conversão Digital Analógica
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Diagrama Geral ADC (2)
 Unidade de controle possui um circuito lógico para gerar a
sequência apropriada de operações em resposta ao
comando START
 Tempo para a operação é fornecido pelo sinal do clock de
entrada.
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Diagrama Geral ADC (3)
 O amplificador operacional comparador tem duas entradas
analógicas e uma saída digital, que muda de estado
dependendo da maior entrada analógica.
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Operações básicas de tipos de ADC (1)
1. O pulso de comando START inicia a operação.
2. Em uma frequência determinada pelo clock, a unidade de
controle modifica continuamente o número binário no
registrador.
3. O número binário no registrador é convertido em uma
tensão analógica (VAX), pelo DAC.
4. O comparador compara VAX com a
entrada analógica VA .
 Se VAX < VA saída do comparador é ALTO
 Se VAX > VA saída do comparador é BAIXO
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Operações básicas de tipos de ADC (2)
4. O comparador compara VAX com a entrada analógica VA.
 Se VAX < VA saída do comparador é ALTO
 Se VAX + VT > VA saída do comparador é BAIXO
 Quando VAX excede VA por uma quantidade ao menos igual a VT
(tensão de limiar) a saída do comparador fica BAIXO e a unidade
de controle não modifica o número do registrador.
 Neste ponto a aproximação do número
digital do registrador já fornece uma boa
aproximação do valor VA
5. A lógica de controle ativa o sinal de
fim de conversão, EOC (end-of-conversion)
quando a conversão é concluída.
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Operações básicas de tipos de ADC (3)
Exemplo de Operação
 Se VAX < VA saída do comparador é ALTO
 Se VAX + VT > VA saída do comparador é BAIXO
VAX (V)
VA (V)
VT (V)
VA + VT (V)
Saída Comparador
Registrador
0
1
2
3
4
5
5
5
5
5
5
5
1
1
1
1
1
1
6
6
6
6
6
6
ALTO
ALTO
ALTO
ALTO
ALTO
BAIXO
000
001
010
011
100
101
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ADC DE RAMPA DIGITAL
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ADC de Rampa Digital (1)
 Versões mais simples de ADC usa um contador binário
como registrador e o clock incrementa o contador um
passo de cada vez até que VAX ≥ VA
 A forma de onda de VAX é de uma rampa de passo-a-passo.
 ADC do tipo contador
 Reduzir o tamanho do passo pode reduzir mas
não eliminar erros potenciais - chamados erros de
quantização.
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ADC de Rampa Digital (2)
1. Pulso START leva o contador para 0
2. Todas entradas do D/A em 0 geram VAX = 0
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ADC de Rampa Digital (2)
3. Visto que VA > VAX, saída do comparador EOC’ é ALTO
4. Quando START em BAIXO os pulsos do clock vão para o
contador
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ADC de Rampa Digital (2)
5. Conforme o contador avança VAX incrementa um degrau
por vez, até que VAX alcance o degrau que excede VA
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ADC de Rampa Digital (2)
6. Neste ponto EOC vai para nivel BAIXO e impede a
passagem dos pulsos do pulso de clock ao contador
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ADC de Rampa Digital (2)
7. O processo está completo, o valor digital está no contador
e o fica armazenado até que aconteça um novo pulso
START
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AQUISIÇÃO DE DADOS
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Aquisição de Dados (1)
 Aquisição de dados é o processo pelo qual o computador
adquire dados analógicos digitalizados.
 A aquisição de um único valor de dado é definido como
amostra do sinal analógico.
 Um vez no microcomputador o sinal pode ser processado,
armazenado e reproduzido na sua forma analógica
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Aquisição de Dados (2)
 Fundamental em um sistema de controle de processos
 Computador analisa os dados ou realiza cálculos para determinar
as saídas de controle a gerar
 No sistema da figura




Computador gera pulsos START que iniciam cada nova aquisição
Sinal EOC sinaliza quando a conversão está completa
Então transfere os dados digitais da saída do ADC para memória
ADC é de rampa
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Aquisição de Dados (3)
 As ondas ilustram como o computador adquire a versão
digital do sinal analógico VA
 Processo começa em t0
 Computador gera START
 Em t1 quando VAX excede
VA e EOC vai para nível BAIXO
 Essa borda de descida
sinaliza que o ADC tem a saída
digital que representa o valor VA
para o ponto a
 Processo continua para aquisição dos pontos
b e c....
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Aquisição de Dados (4)
 Neste modo, os tempos de aquisição não são constantes, logo isso
gera um problema na reconstrução do sinal
 Não se sabe quando apresentar o
sinal analógico na saída
 Normalmente, as amostras são
obtidas em intervalos fixos a uma
taxa pelo menos 2x maior que a
maior frequência do sinal analógico
 O sistema digital armazena a forma
de onda como uma lista de valores de
dados amostrados
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Digitalizando um sinal analógico
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Reconstruindo o sinal a partir
dos dados digitais
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Reconstrução do Sinal
 O objetivo da reconstrução de sinais é fazer uma reconstrução quase
idêntica ao sinal analógico original.
 Para evitar a perda de informação, o sinal de entrada deve ser
amostrado a uma taxa maior do que duas vezes a frequência máxima
componente do sinal de entrada (segundo Harry Nyquist).
 A frequência com que as amostras são colhidas é conhecida como
frequência de amostragem (FS).
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Falseamento (1)
 Considerando a amostragem de uma frequência de 10 kHz,
em 20 mil amostras por segundo:
 Se um tom de 12 kHz estava presente no sinal do entrada,
um fenômeno chamado aliasing iria ocorrer.
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Falseamento (2)
 Um sinal falso é produzido por amostragem menor que a
taxa mínima, nesse caso, 24 mil amostras por segundo.
 A frequência falsa sempre é a diferença entre qualquer múltiplo
inteiro da frequência de amostragem e a frequência de entrada
digitalizada.
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ADC DE APROXIMAÇÕES
SUCESSIVAS
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ADC de Aproximações Sucessivas (1)
 O conversor de aproximação
sucessiva é um dos tipos mais
utilizados de ADC:
 Tem um circuito mais complexo
que o ADC de rampa digital, mas
um tempo de conversão muito
mais curto.
 O valor fixo de tempo de
conversão não depende do valor
do entrada analógica.
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ADC de Aproximações Sucessivas (2)
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Operação de um ADC de Aproximações
Sucessivas
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CI ADC Comercial
 O ADC0804 é um CI CMOS de 20 pinos que realiza conversão A/D
usando aproximações sucessivas.
 Tem duas entradas analógicas, para permitir entradas diferenciais.
 Converte a tensão de entradas diferenciais analógicas em uma saída
digital de oito bits com buffers tristate.
 Possui circuito gerador de relógio
interno que produz uma frequência
com base nos valores dos
componentes ligados externamente.
 Separa as conexões terra para
tensões digitais e analógicas.
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Aplicação do ADC0804
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EXERCÍCIOS PROPOSTOS
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Exercícios Propostos
 Seção 11.1 até 11.11
 Vou tirar dois daqui!
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Atividades restantes e datas...
 Prova 2 – 29/11 – 10h00m
 Máquinas de Estado, Contadores e Conversão A/D
 Exame – 06/12 – 10h00m
 Matéria: TUDO!
 Prática
 Datas para provas mantidas
 Opção pelo trabalho – nomes até hoje a noite
 Equipes de até 3 alunos
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Aula 21 - Amplificadores de Potência
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