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

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

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

Diagrama básico de operação

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

Sensores Contínuos

Sensores Discretos

Sensores Lineares

Sensores Lineares Ópticos

Sensores Rotativos Ópticos (Encoders)

Exemplo: Sensor de Pressão indutivo

Exemplo: Sensor de Pressão Piezelétrico

Sensores Piezoresistivos (Strain Gages)

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

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

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

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.

Teorema da Amostragem Teorema da Amostragem: Ts  ½ fm

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

Multiplexação por divisão de Tempo

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

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

Quantização Notação complemento 2

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

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 )

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

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.

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

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

Conversor A/D Flash

Conversor A/D de Dupla inclinação

Técnica de aproximação sucessiva Algoritmo:

Conversor de Aproximação sucessiva Técnica de aproximação sucessiva Circuito:

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

Conversor ADC679

Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

Conversor ADC679 Tabelas Funcionais:

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

Leds e Displays LED – Light Emitter Diode + -

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

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.

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

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

Displays LCD Alfanuméricos Pinagem para módulos LCDs disponíveis:

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

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

Instruções utilizadas freqüentemente

Endereços dos caracteres na DDRAM

Chaves Mecânicas 1

Circuito Anti bounce 1

Circuito Anti bounce 2

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

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

Motor de Passo

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

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

Motores CC

Motores CC

Referencias Sensores: Atuadores: Conversores AD e DA: Motores de Passo http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/unidade/uni3_aut4.htm Atuadores: http://www.dee.bauru.unesp.br/~marcelo/robotica/Robot6.htm Conversores AD e DA: Taub & Schling, Eletrônica Digital, McGraw Hill Motores de Passo http://users.hotlink.com.br/rmenezes/informa/mpasso/mpasso.htm http://www.mrshp.hpg.ig.com.br/rob/passo_steps.htm Displays LCD http://www.hotlink.com.br/users/res