21 e 22 - conversão a-d

Instrumentação para

Medição

Conversão Analógico-Digital

FGA 2014

MIEM – Inst. para Medição FGA 2014 2

Cadeia de Medição

É composta por dois grandes blocos:

Transdutor

Sistema deAquisição,Registo e Apresentaçãode Dados

mensurada(grandeza física a medir)

Sinal, eléctrico, de saída do Transdutor:tensãocorrentepalavra binária

medida


Cadeia de Medição

Transdutor:

Corpode

Prova

Condicionamentode

SinalSensor

mensurada(grandeza física a medir)

grandeza físicamensurável

Sinal, eléctrico,de saída do Sensor:impedânciacargatensãocorrentefrequência ...

Sinal, eléctrico, de saída do Transdutor:tensãocorrentepalavra binária


Cadeia de Medição

Sistema de Aquisição, Registo e Apresentação de Dados:

Osciloscópio

Multímetro (amperímetro, voltímetro e ohmímetro)

Frequencímetro

Instrumento Virtual• Computador• Placas de aquisição de dados• Software – Interface gráfica

“Data Logger”

Registador em Papel

...


Aquisição, Registo e Apresentação de Dados

Apresentam, hoje em dia, uma arquitectura comum:

Digitalizador• realiza a conversão Analógico - Digital• é responsável pela Aquisição de Dados

Sistema informático• composto por um ou mais microcomputadores• é responsável pelo Registo e Apresentação de

Dados• permite a interligação entre diferentes

instrumentos


Sistemas de Aquisição

Conversão Analógico - Digital

Realizada por um conversor analógico-digital (“A/D converter” ou ADC)

• Dispositivo que converte um sinal de tempo contínuo e amplitude contínua, v(t), num sinal de tempo e amplitude discretos

• v(t) está compreendido numa gama definida, VFS

• É usada uma lei de quantização que representa todos os valores analógicos da entrada num número finito de códigos digitais na saída

• Cada código representa um intervalo da gama analógica total da entrada


Sistemas de Aquisição


Amostragem Quantização Codificação

v(t) v(k) V(k) 0010 1001

Tempo contínuoAmplitude contínua

Tempo discretoAmplitude contínua

Tempo discretoAmplitude discreta

Sinal digital

VFSfs


Conversão Digital - Analógica

Alguns tipos de ADCs usam DACs

Qual a função pretendida?

Exemplo:• Conversor D/A,

unipolar, de 4 bits

• A cada um dos 16 códigos em binário natural corresponde uma tensão diferente


Conversão Digital - Analógica

Uma implementação conceptual

Vo = -Rf

[(vr ·MSB/R1 )+ (vr ·BIT2/R2 )+ (vr ·BIT3/R3 )+ (vr ·LSB/R4 )]

Vo = 10

[(1/2 )

MSB + (1/4 )

BIT2 + (1/8 )

BIT3 + (1/16 )

LSB]

A tensão Vo pode variar entre:

(0000)2

0 V, e

(1111)2

(15/16 )

10 V• max Vo = ((2n-1)/2n)

VFS

• LSB

(1/2n)

VFS



Qual a função pretendida?

Exemplo:• Conversor A/D,

unipolar, de 4 bits• A cada um dos 16

intervalos de tensão corresponde um código binário diferente

• Resolução da conversão:• 1 LSB

(1/2n)

VFS

• Incerteza da quantização:• ±½LSB

±(½)·VFS /2n



Conversor A/D de aproximações sucessivas

A tensão a converter é amostrada (sampled) e memorizada (held)

• Mantém-se constante durante a conversão

É comparada com a saída de um DAC

É feita uma procura do código a inserir no DAC que conduz a uma diferença mínima entre as duas tensões



Conversor A/D de aproximações sucessivas

Como procurar o código a inserir no DAC?• Contador up-down• Bissecções sucessivas

• O tempo de conversão cresce linearmente com o nº de bits


Erros de conversão

Erros dos conversores D/A (a) e A/D (b)


Digitalizadores

Parâmetros mais relevantes

Número de canais de entrada

Tipo de entrada• Referida a zero• Diferencial

Taxa ou frequência de aquisição (kHz ou kSamples/s)

Resolução do conversor A/D (n – nº de bits do ADC)

Gama de entrada• Unipolar (0 a 5 V ou 0 a 10 V, por exemplo)• Bipolar (-5 a +5 V ou -10 a +10 V, por exemplo)

Resolução da conversão• gama de entrada / 2n

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