Dispositivos de E/S para Sistemas Embarcados

Apresentação em tema: "Dispositivos de E/S para Sistemas Embarcados"— Transcrição da apresentação:

1 Dispositivos de E/S para Sistemas Embarcados
Remy Eskinazi Sant´Anna GRECO – Cin - UFPE

2 Agenda da Apresentação
Introdução aos sistemas analógicos Sensores Atuadores Conversão AD e DA Dispositivos de entrada e Saída e mecanismos de tratamento Leds e Displays Chaves e teclados Opto Sensor e Opto isolador Motor contínuo e de Passo

3 Introdução aos sistemas analógicos
Sensores: São dispositivos que apresentam sensibilidade a algum tipo de grandeza física: Pressão Temperatura Proximidade Umidade Luminosidade ...

4 Diagrama básico de operação

5 Sensores e Atuadores Exemplos de sensores:
Cilindro Pneumático (Ex.: Indutivo); Sensores de distancia (Proximidade); Lineares Encoders Fotosensores; Termopares; ...

6 Sensores Contínuos

7 Sensores Discretos

8 Sensores Lineares

9 Sensores Lineares Ópticos

10 Sensores Rotativos Ópticos (Encoders)

11 Exemplo: Sensor de Pressão indutivo

12 Exemplo: Sensor de Pressão Piezelétrico

13 Sensores Piezoresistivos (Strain Gages)

14 Atuadores Dentro de uma malha de controle ou sistema embarcado, o elemento final de controle, que tem por objetivo reposicionar uma variável, de acordo com um sinal gerado por um controlador, é chamado de atuador, pois atua diretamente no processo, modificando as suas condições

15 Atuadores Tipos de Atuadores Hidraulicos; Pneumáticos Elétricos Relés
Resistores; Eletroímãs; Lâmpadas; Alarmes sonoros Motores CC e de Passo

16 Atuadores usados em Robótica (Garras)
Atuadores Paralelo Garra articulada Garra três dedos Garra por sucção

17 Conversores A/D e D/A Porque Converter?
Grandezas físicas (pressão, umidade, temperatura, luz) são intrinsecamente Analógicas; Métodos de processamento, transmissão, processamento, visualização e armazenamento são mais eficientes sob a forma digital; Freqüentemente após o processamento ou transmissão, o sinal é necessário sob a forma analógica.

18 Teorema da Amostragem Teorema da Amostragem: Ts  ½ fm

19 Exemplo de circuito Sample and Hold
- + - + + VO + VS - - VC

20 Multiplexação por divisão de Tempo

21 Quantização Sinal M(t) Característica de E/S do quantizador
A saída do quantizador (Linha cheia)

22 Quantização Posicionamento do quantizador em relação ao range R
Supondo: Sinal pico a pico = R Níveis de quantização = Q Salto (Step) S = R/Q Conclusão: Menor erro possível = S/2

23 Quantização Notação complemento 2

24 Conversores A/D e D/A Técnicas de Conversão Conversores D/A:
Malha resistiva ponderada Malha resistiva R-2R (Escada) Conversores A/D: Flash Contador Aproximação sucessiva Dupla inclinação

25 Conversor D/A de Malha Ponderada
Iout R/4 D2 Entrada Digital R/8 D3 . . . R/2N DN -1 Iout = Vref/R + 2Vref/R + 4Vref/R + 8Vref/R + … + 2nVref/R Iout = Vref. ( 1/RD0 + 2/RD1 + 4/RD2 +8/RD3 +… + 2n/RDn-1 )

26 Conversor D/A de Malha R-2R
Conversor Malha R-2R 2R 2R 2R R R R R Vout R R R R R D0 D1 D2 D3

27 Especificações para conversores D/A
Resolução No de bits de um conversor => No de Tensões (Correntes) de saída Linearidade Incrementos numéricos iguais => Incrementos iguais na saída Precisão Diferença entre a tensão obtida e aquela que seria ideal Tempo de acomodação Intervalo compreendido entre o instante de variação de entrada e o instante em que a saída se aproxima o suficiente do seu valor final.

28 Conversores A/D e D/A Características importantes: linearidade e precisão 111 110 101 100 011 010 001 000 1 2 3 4 5 6 7

29 Conversores A/D Mais complexos que conversores D/A
Geralmente utilizam um D/A para conversão final Principais parâmetros: Precisão e velocidade

30 Conversor A/D Flash

31 Conversor A/D de Dupla inclinação

32 Técnica de aproximação sucessiva
Algoritmo:

33 Conversor de Aproximação sucessiva
Técnica de aproximação sucessiva Circuito:

34 Conversores AD e DA Características importantes:
Resolução - Relacionada com o numero de bits do conversor Precisão - Valor convertido corretamente Linearidade - relacionada com a precisão Monotonicidade – Incremento da tensão => Incremento na saída digital Formato – Tipo do código fornecido

35 Conversor ADC679

36 Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

37 Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

38 Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

39 Conversor ADC679 - Exemplo de Interfaceamento
FPGA 8051 D7 | D0 ADC 679 ‘373 P07 | P00 SC CS OE EOCEN HBE EOC SYNC P27 | P20 RD WR RST

40 Leds e Displays LED – Light Emitter Diode + -

41 Leds e Displays Display de 7 segmentos a b c d e f g pd a b c d e f g

42 Displays LCD São periféricos ativos e independentes (possuem controlador próprio) que permitem a interligação com outros sistemas através de um barramento de dados de modo a receber caracteres ou gráficos que deverão aparecer no display.

43 Displays LCD Gráficos LCD Gráficos Resolução por Dot Pixel:
20 pinos/conexão

44 Displays LCD Alfanuméricos
Especificados por Colunas Linhas Ajuste de contraste Iluminação (Backlight opcional)

45 Displays LCD Alfanuméricos
Pinagem para módulos LCDs disponíveis:

46 Displays LCD . . . . Controlador Interface Data bus R / W C / D LCD
RAM Caracteres / Pontos LCD

47 Exemplo de interfaceamento com microcontrolador 8051
| D0 8255 8051 PA7 | PA0 D7 | D0 ‘373 A0 A1 P07 | P00 LCD A15 | A2 RS R/W E PB0 PB1 PB2 P27 | P20 CS RD WR RST RD WR RST

48 Instruções utilizadas freqüentemente

49 Endereços dos caracteres na DDRAM

50 Chaves Mecânicas 1

51 Circuito Anti bounce 1

52 Circuito Anti bounce 2

53 Teclado Mecânico F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 P1.0 P1.3 P1.4 P1.7
P1.0 P1.3 P1.4 P1.7 Algoritmo: Tecla = Peso + Deslocamento P1.4 = 0 => Peso 0 P1.5 = 0 => Peso 4 P1.6 = 0 => Peso 8 P1.7 = 0 => Peso 12 P1.0 = 0 => deslocamento 0 P1.1 = 0 => deslocamento 1 P1.2 = 0 => deslocamento 2 P1.3 = 0 => deslocamento 3

54 Teclado Mecânico: Algoritmo de codificação
Subrotina Tecla 1 INICIO P1.0 = 0 ? Subrotina Tecla P1.4  0 Tecla = Peso + 0 S N Peso = 0 Tecla? (A  FF?) S P1.1= 0 ? Tecla = Peso + 1 S N N N Tecla? Shift Bit Esq P1 P1.2 = 0 ? Tecla = Peso + 2 S S Peso = Peso+4 N 1 P1.3 = 0 ? Peso = 16? Tecla = Peso + 3 N S 1 N S RET RET

55 Motor de Passo

56 Motor de Passo: Acionamento com passo completo
Gasta menos energia Gira mais rápido É mais simples Possui menos torque Possui menos precisão

57 Motor de Passo: Acionamento com passo completo
Gasta o triplo de energia Gira mais devagar É mais complexo Possui 1.4 vezes mais torque Possui o dobro da precisão

58 Motores CC

59 Motores CC

60 Referencias Sensores: Atuadores: Conversores AD e DA: Motores de Passo
Atuadores: Conversores AD e DA: Taub & Schling, Eletrônica Digital, McGraw Hill Motores de Passo Displays LCD