Eletrônica Digital II ELT013

1. Eletrônica Digital IIELT013 Engenharia de Computação

2. Aula 11 Interface com o Mundo Analógico – Parte II ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

3. ConversãoAnalógico-Digital ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

4. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

5. Diagrama Geral ADC (1) • Sistema típico possui as funções A/D e D/A em um único chip Conversão Analógica Digital Conversão Digital Analógica ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

6. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

7. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

8. Operações básicas de tipos de ADC (1) • O pulso de comando START inicia a operação. • Em uma frequência determinada pelo clock, a unidade de controle modifica continuamente o número binário no registrador. • O número binário no registrador é convertido em uma tensão analógica (VAX), pelo DAC. • O comparador compara VAX com a entrada analógica VA . • Se VAX<VAsaída do comparador é ALTO • Se VAX >VA saída do comparador é BAIXO ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

9. Operações básicas de tipos de ADC (2) • 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 • A lógica de controle ativa o sinal de fim de conversão, EOC (end-of-conversion) quando a conversão é concluída. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

10. 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 ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

11. ADC de Rampa Digital ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

12. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

13. ADC de Rampa Digital (2) • Pulso START leva o contador para 0 • Todas entradas do D/A em 0 geram VAX = 0 ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

14. ADC de Rampa Digital (2) • Visto que VA > VAX, saída do comparador EOC’ é ALTO • Quando START em BAIXO os pulsos do clock vão para o contador ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

15. ADC de Rampa Digital (2) • Conforme o contador avança VAX incrementa um degrau por vez, até que VAXalcance o degrau que excede VA ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

16. ADC de Rampa Digital (2) • Neste ponto EOC vai para nivel BAIXO e impede a passagem dos pulsos do pulso de clock ao contador ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

17. ADC de Rampa Digital (2) • O processo está completo, o valor digital está no contador e o fica armazenado até que aconteça um novo pulso START ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

18. Aquisição de dados ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

19. 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 amostrado sinal analógico. • Um vez no microcomputador o sinal pode ser processado, armazenado e reproduzido na sua forma analógica ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

20. 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 sistemada figura • Computadorgerapulsos START queiniciamcada nova aquisição • Sinal EOC sinalizaquando a conversãoestácompleta • Entãotransfereos dados digitais da saída do ADC paramemória • ADC é de rampa ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

21. 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 VAXexcede 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.... ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

22. 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 ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

23. Digitalizando um sinal analógico ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

24. Reconstruindo o sinal a partir dos dados digitais ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

25. 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). ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

26. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

27. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

28. ADC de Aproximações sucessivas ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

29. ADC de AproximaçõesSucessivas (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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

30. ADC de AproximaçõesSucessivas(2) ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

31. Operação de um ADC de AproximaçõesSucessivas ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

32. 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. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

33. Aplicação do ADC0804 ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

34. Exercícios Propostos ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

35. Exercícios Propostos • Seção 11.1 até 11.11 • Vou tirar dois daqui! ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

36. ELT013 - Eletrônica Digital II Aula 11 - Interface com o Mundo Analógico - Parte II

37. 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 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 21 - Amplificadores de Potência