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

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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 três dedos Garra articulada 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: T s ½ f m

19 Exemplo de circuito Sample and Hold + - VCVC - VSVS + VOVO

20 Multiplexação por divisão de Tempo

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

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

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 R R/2 R/4 R/8... R/2 N D0D0 D1D1 D2D2 D3D3 D N -1 Entrada Digital Iout Iout = Vref/R + 2Vref/R + 4Vref/R + 8Vref/R + … + 2 n Vref/R Iout = Vref. ( 1/RD0 + 2/RD1 + 4/RD2 +8/RD3 +… + 2 n /RDn-1 )

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

27 Especificações para conversores D/A Resolução N o de bits de um conversor => N o 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

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 n 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 Tabelas Funcionais:

37 Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

38 Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

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

40 Leds e Displays LED – Light Emitter Diode + -

41 Leds e Displays Display de 7 segmentos abcdefgpd 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: 128 x 32; 128 x 64; 240 x 64; 240 x 128; 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 Data bus R / W Interface Controlador LCD C / D RAM Caracteres / Pontos...

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

48 Instruções utilizadas freqüentemente

49 Endereços dos caracteres na DDRAM

50 Chaves Mecânicas 1 0

51 Circuito Anti bounce 1

52 Circuito Anti bounce 2

53 Teclado Mecânico F E D C B A 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 INICIO P1.4 0 Peso = 0 Subrotina Tecla Tecla? (A FF?) Shift Bit Esq P1 Peso = Peso+4 Peso = 16? RET Subrotina Tecla P1.0 = 0 ? Tecla = Peso + 0 P1.1= 0 ? Tecla = Peso + 1 P1.2 = 0 ? Tecla = Peso + 2 P1.3 = 0 ? Tecla = Peso + 3 RET 111 Tecla? N S S S S S N N N N N S S N

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

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


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