ENGENHARIA ELÉTRICA
Implementação de Gerador de Formas de
Ondas Arbitrárias
TCC – Engenharia Elétrica
Rafael da Silva Barboza
Orientador: MSc. Eng. Paulo César Cardoso Godoy
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Objetivo
Desenvolver uma ferramenta de geração de
sinais arbitrários, controlados por software,
operando com frequências de até 1MHz,
empregando o método de síntese digital direta.
Nesse método, o sinal gerado na saída do
circuito é influenciado diretamente pela
precisão do cristal oscilador utilizado.
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Diagrama em Blocos:
Microcomputador
Sinal
de Saída
RS-232
Kit com
Processador
ARM
Placa de
conversão e
condicionamento
do sinal
Estrutura básica do Gerador Arbitrário
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Interface Software do Supervisório:
Frequência
Forma de Onda
Controle da Serial
Digitação do Pontos
Limpa Dados
Sinais Desenhados
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Interface do Software Supervisório:
Tela Sinal Senoidal
Tela Sinal Triangular
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Diagrama em blocos do Hardware:
Circuito de Circuito de
Clock
Reset
DAC
16 Bits
Microcontrolador
ARM
Circuito de
Condicionamento
Fonte de
Alimentação
Circuito
De
Endereçamento
Memórias
SRAM
Saída Sinal
Analógico
Placa Desenvolvida
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Hardware:
Memórias
Seriais
GPIO
Ajuste Amplitude
DAC
Ckt Analógico
Kit Comercial
Ckt Contador
Ckt Reset
Osciladores Base
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Diagrama em blocos do Firmware:
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Resultados
• O resultados foram coletados através da comparação
entre o sinal ideal gerado pelo ARM e o sinal real obtido
na saída do circuito, com o emprego do osciloscópio.
Com isso, foi possível estimar através da normalização
dos pontos o erro médio eficaz para o somatório das
amostras coletadas.
• O cálculo de erro médio eficaz foi realizado através da
seguinte equação:
E.TotalRMS 
1
N
2
N 1
 P. ideal  P. real 
n 0
n
n
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Erro Médio Quadrático:
Para a coleta
dos resultados
foram avaliados
os seguintes
valores de
frequência:
125Hz, 125kHz,
250kHz,
380kHz e 500
kHz
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Resultados Onda Senoidal:
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Resultados Onda Triangular:
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Resultados Onda Quadrada:
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Sinais Arbitrários:
Para a geração dos sinais arbitrários é realizada a interpolação linear
(aproximação linear de uma função) usando as coordenadas enviadas pelo
software supervisório depois da aquisição. Assim, para o cálculo da
interpolação são necessárias as coordenadas de ponto inicial e final da reta
para que as mesmas formem a reta que terá os pontos intermediários
calculados.
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Resultados Sinais Arbitrários:
Para a coleta dos
resultados foram
avaliados os
seguintes valores
de frequência:
125Hz, 75kHz,
100kHz, 150kHz e
210 kHz
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Resultado Onda Arbitrária:
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Resultado Onda Arbitrária:
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Resultados Onda Arbitrária:
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Conclusões:
Considerando o erro médio quadrático, pode-se concluir que o projeto se
comportou satisfatoriamente para:
- ondas senoidais até frequências de 350kHz;
- ondas triangulares até frequências de 300kHz;
- ondas quadradas até freqüências de 200kHz;
- ondas arbitrárias até frequências de 100kHz.
Estas limitações ocorreram devido à resposta em frequência circuito
analógico, que apresentou um comportamento de filtro passa-baixas. Para
sinais senoidais, a influência do circuito afeta predominantemente a
amplitude mantendo o erro relativamente baixo. Para sinais triangulares,
devido ao maior conteúdo harmônico, pode-se notar um aumento do erro. Já
para as ondas quadradas e arbitrárias, devido há uma quantidade grande de
conteúdo harmônico, as respostas ficaram mais limitadas, pois a atuação do
circuito analógico acarretou maiores perdas no conteúdo de altas frequências.
Os sinais atenderam os objetivos quanto a amplitude.
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Referências:
[1] MAITELLI, A. L. – Apostila de Controladores Lógicos Programáveis – UFRN,
Natal-RN, 2003.
[2] Direct-Digital Frequency Synthesis; a basic tutorial; Osicom Technologies
Inc, 1983. Disponível em <http://web.itu.edu.tr/~pazarci/ddstutor.html>.
[3] GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. São Paulo : McGraw-Hill do
Brasil,1985.
[4] A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis, Tutorial, Analog Devices
Inc.,1999. Disponível em: <http://www.analog.com/static/importedfiles/tutorials/450968421DDS_Tutorial_rev12-2-99.pdf>.
[5] CLÁUDIO, Dálcidio M. e MARINS Jussara M. Cálculo Numérico e
Computacional - Teoria e Prática, São Paulo: Ed: Atlas, 2000.
[6] TOCCI, Ronaldo J. WIDMER, Neal S. SISTEMAS DIGITAIS: Princípios e
Aplicações. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A,
1998.
[7] CANZIAM, Edmur. Comunicação Serial – RS232. Cotia, 2006. Disponível em
<http://www.professores.aedb.br/arlei/AEDB/Arquivos/rs232.pdf>.
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[8] NXP – LPC2378, Data Sheet. Disponivel:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/LPC2377_78.pdf.
[9] UNICID. Linguagens de Programação. São Paulo, 2007. Disponível em:
<www.dee.feis.unesp.br/.../c_04_linguagem_de_programacao.pdf >.
[10] 64-Kbit (8 K × 8) Static RAM CY7C185, Data Sheet. Disponível:
http://www.cypress.com/?docID=25678.
[11] CYPRESS – CY7C185, Data Sheet. Disponível:
http://www.cypress.com/?docID=25678.
[12] NXP – 74HCT373, Data Sheet. Disponível:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT373.pdf.
[13] NXP – 74HC590, Data Sheet. Disponível:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC590.pdf.
[14] NXP – 74HCT02, Data Sheet. Disponível:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT02.pdf.
[15] NXP – 74HCT02, Data Sheet. Disponível:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT30.pdf.
[16] NXP – 74HCT32, Data Sheet. Disponível:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT32.pdf.
[17] NATIONAL INSTRUMENTS – LM7171, Data Sheet. Disponível:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7171.pdf.
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Video do Projeto:
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Obrigado.
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