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Conversores Analógico-Digital Sistemas Digitais. Introdução Diversas grandezas físicas com as quais lidamos, são grandezas analógicas por natureza.

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1 Conversores Analógico-Digital Sistemas Digitais

2 Introdução Diversas grandezas físicas com as quais lidamos, são grandezas analógicas por natureza.

3 Introdução Valores analógicos não podem ser diretamente processados por sistemas digitais. Precisam ser convertidos para uma cadeia de bits. Esta conversão é conhecida como Conversão Analógica-Digital.

4 Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas Transdutores são equipamentos que convertem grandezas físicas em sinais elétricos (correntes ou tensões proporcionais) e vice-versa. Exemplo: Tacômetros, Termistores, Células de carga, etc.

5 Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas Muitas vezes é necessário realizar o condicionamento do sinal analógico. Tipos de Condicionamento: ajuste de níveis máximo e mínimo de amplitude; filtragem em uma banda adequada de frequência, etc.

6 Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas Conversão do sinal por um Conversor A/D, resultando no sinal digitalizado.

7 Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas O processamento do sinal é feito por um Sistema Digital. Os sistemas digitais apresentam maior flexibilidade e facilidade de depuração. Tipos de elementos de Processamento de Sinal Digital: Microprocessadores, microcontroladores, FPGAs e DSPs.

8 Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas A conversão do sinal digital presente na saída do Sistema Digital é feita por um Conversor D/A.

9 Por que usar Sistemas Digitais? Facilmente programáveis Maior precisão e exatidão (Imunidade a ruídos) Maior reprodutibilidade Facilitam o armazenamento (apenas dois valores, 0 ou 1) São compactos

10 Digitalização de Sinais Analógicos

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13 Teorema da Amostragem de Nyquist Um sinal pode ser reconstituído desde que forem extraídas amostras com no mínimo o dobro da freqüência de Nyquist.

14 Teorema da Amostragem de Nyquist Freqüência de Nyquist é a maior componente de frequência de um sinal.

15 Teorema da Amostragem de Nyquist Obs: Em geral utiliza-se frequências de amostragens pelo menos 10 vezes maior do que a frequência de Nyquist.

16 Quantização

17 Erro de Quantização

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19 Conversão Analógica-Digital Para digitalizar um sinal, precisamos de uma base de tempo e um Conversor Analógico Digital (ADC), que fornece uma aproximação digital do sinal original.

20 Conversão Analógica-Digital A aproximação digital é registrada em N bits (nesse caso 4) e a variação pode ser reduzida para uma precisão de, no máximo, 1 parte de 2^N.

21 Técnicas de Conversão Analógica-Digital A determinação de qual utilizar leva em conta: a precisão desejada; e o tempo máximo aceitável para se realizar uma conversão. As técnicas de conversão A/D São: Codificação Paralela (Conversor A/D Flash); Contador Gerador de Rampa; Aproximações Sucessivas.

22 Conversor A/D Flash Necessita-se de um conjunto de resistores precisos, de forma que as frações de tensões de referência sejam bem-definidas.

23 Conversor A/D Flash Tem como vantagem a velocidade de conversão. Mas é expressivamente caro por necessitar de 2N-1 comparadores para converter N bits.

24 Conversor A/D Flash VeVs(1/4Vref)Vs(2/4Vref)Vs(3/4Vref) 0 a Vref/4000 Vref a 2/4Vref100 2/4Vref a 3/4Vref110 3/4Vref a Vref111 Funcionamento

25 Conversor A/D Flash Rede de Codificação JohnsonBCD Código Johnson Código BCD D0 = E1 D1=E0+E1E2

26 Conversor A/D Tipo Rampa 1) É gerado um sinal de clear para resetar o contador

27 Conversor A/D Tipo Rampa 2) Ve é a tensão analógica de entrada. Se Ve > Vr (no início Vr=0) o clock é habilitado para o contador (saída do comparador é positivo)

28 Conversor A/D Tipo Rampa 3) A saída do contador passa por um conversor D/A para gerar a tensão de referência (Vr)

29 Conversor A/D Tipo Rampa 4) Enquanto Vr < Ve o contador é incrementado

30 Conversor A/D Tipo Rampa 5) Se Vr > Ve, o clock é desabilitado (saída do comparador é zero) ao mesmo tempo que é fornecido um sinal de clock para os FF-tipo D (sensíveis à borda de descida do controle clock) que armazenam a saída do contador, que é o valor binário proporcional à entrada analógica

31 Conversor A/D Tipo Rampa A desvantagem deste conversor está no tempo de resposta. Como o contador sempre começa em zero e realiza a contagem por meio de uma seqüência binária normal, podem ser necessárias (no pior caso) 2n contagens antes da conversão ser completada!

32 Conversor A/D Tipo Rampa Ve

33 Conversor A/D Por Aproximação Sucessiva

34 1) O sistema é zerado e o bit mais significativo do registrador é colocado em 1 2) O conversor D/A converte os dígitos binários, gerando a tensão Vr para o comparador 3) No comparador: se Ve > Vr este dígito é deixado em 1; se Vr < Ve este dígito é zerado 4) O bit mais significativo seguinte é colocando em 1 5) O processo continua voltando ao passo 2 até o último bit ser verificado

35 Conversor A/D Por Aproximação Sucessiva A vantagem deste conversor está na velocidade de conversão, sendo necessário, para um sistema de N bits, o tempo de N períodos de clock!

36 Aplicação de Conversor A/D – Voltímetro Digital Conversor A/D Decodificador BCD/7 Seg 7 7 Ve


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