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Conversores Analgico-Digital
Sistemas Digitais
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Introduo
Diversas grandezas fsicas com as quaislidamos, so grandezas analgicas pornatureza.
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Introduo
Valores analgicos no podem ser diretamente processadospor sistemas digitais.Precisam ser convertidos para uma cadeia de bits.Esta converso conhecida como Converso Analgica-Digital.
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Etapas de Tratamento de Grandezas Fsicas
Transdutores so equipamentos que convertemgrandezas fsicas em sinais eltricos (correntes ou tensesproporcionais) e vice-versa.Exemplo: Tacmetros, Termistores, Clulas de carga, etc.
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Etapas de Tratamento de Grandezas Fsicas
Muitas vezes necessrio realizar o condicionamento dosinal analgico.Tipos de Condicionamento:ajuste de nveis mximo e mnimo de amplitude;filtragem em uma banda adequada de frequncia, etc.
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Etapas de Tratamento de Grandezas Fsicas
Converso do sinal por um Conversor A/D, resultando nosinal digitalizado.
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Etapas de Tratamento de Grandezas Fsicas
O processamento do sinal feito por um Sistema Digital.Os sistemas digitais apresentam maior flexibilidade efacilidade de depurao.Tipos de elementos de Processamento de Sinal Digital:
Microprocessadores, microcontroladores, FPGAs e DSPs.
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Etapas de Tratamento de Grandezas Fsicas
A converso do sinal digital presente na sada do SistemaDigital feita por um Conversor D/A.
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Por que usar Sistemas Digitais?
Facilmente programveisMaior preciso e exatido (Imunidade a rudos)Maior reprodutibilidade
Facilitam o armazenamento (apenas dois valores, 0ou 1)So compactos
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Digitalizao de Sinais Analgicos
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Digitalizao de Sinais Analgicos
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Digitalizao de Sinais Analgicos
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Teorema da Amostragem de Nyquist
Um sinal pode ser reconstitudodesde que forem extradas
amostras com no mnimo o dobro
da freqncia de Nyquist.
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Teorema da Amostragem de Nyquist
kHzN 20 kHz
S 40
Freqncia de Nyquist a maior
componente de frequncia de um
sinal.
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Teorema da Amostragem de Nyquist
Obs: Em geral utiliza-se frequncias de amostragens pelo
menos 10 vezes maior do que a frequncia de Nyquist.
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Quantizao
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Erro de Quantizao
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Erro de Quantizao
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Converso Analgica-Digital
Para digitalizar um sinal, precisamos de uma base detempo e um Conversor Analgico Digital (ADC), que forneceuma aproximao digital do sinal original.
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Converso Analgica-Digital
A aproximao digital registrada em N bits (nesse caso 4)e a variao pode ser reduzida para uma preciso de, nomximo, 1 parte de 2^N.
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Tcnicas de Converso Analgica-Digital
A determinao de qual utilizar leva em conta:a preciso desejada; eo tempo mximo aceitvel para se realizar uma
converso.
As tcnicas de converso A/D So:Codificao Paralela (Conversor A/D Flash);Contador Gerador de Rampa;Aproximaes Sucessivas.
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Conversor A/D Flash
Necessita-se de um conjunto deresistores precisos, de forma queas fraes de tenses de refernciasejam bem-definidas.
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Conversor A/D Flash
Tem como vantagem a velocidade de converso.Mas expressivamente caro por necessitar de2N-1 comparadores para converter N bits.
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Conversor A/D Flash
Ve Vs(1/4Vref) Vs(2/4Vref) Vs(3/4Vref)
0 a Vref/4 0 0 0
Vref a 2/4Vref 1 0 0
2/4Vref a 3/4Vref 1 1 0
3/4Vref a Vref 1 1 1
Funcionamento
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Conversor A/D Flash
Rede de Codificao
Johnson BCD
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 1 1 1 0
1 1 1 1 1
CdigoJohnson
CdigoBCD
D0 = E1D1=E0+E1E2
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Conversor A/D Tipo Rampa
1) gerado um sinal de clear para resetar o contador
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Conversor A/D Tipo Rampa
2) Ve a tenso analgica de entrada. Se Ve > Vr (noincio Vr=0) o clock habilitado para o contador (sadado comparador positivo)
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Conversor A/D Tipo Rampa
3) A sada do contador passa por um conversor D/Apara gerar a tenso de referncia (Vr)
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Conversor A/D Tipo Rampa
4) Enquanto Vr < Ve o contador incrementado
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Conversor A/D Tipo Rampa
5) Se Vr > Ve, o clock desabilitado (sada do comparador zero) aomesmo tempo que fornecido um sinal de clock para os FF-tipo D(sensveis borda de descida do controle clock) que armazenam a sada
do contador, que o valor binrio proporcional entrada analgica
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Conversor A/D Tipo Rampa
A desvantagem deste conversor est no tempo deresposta. Como o contador sempre comea em zero erealiza a contagem por meio de uma seqncia binrianormal, podem ser necessrias (no pior caso) 2n
contagens antes da converso ser completada!
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Conversor A/D Tipo Rampa
Ve
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Conversor A/D Por Aproximao Sucessiva
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Conversor A/D Por Aproximao Sucessiva
1) O sistema zerado e o bit maissignificativo do registrador colocado em 12) O conversor D/A converte os dgitosbinrios, gerando a tenso Vr para o
comparador3) No comparador: se Ve > Vr este dgito deixado em 1; se Vr < Ve este dgito zerado4) O bit mais significativo seguinte colocando em 15) O processo continua voltando ao passo 2at o ltimo bit ser verificado
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Conversor A/D Por Aproximao Sucessiva
A vantagem deste conversor est na velocidade deconverso, sendo necessrio, para um sistema de N bits,
o tempo de N perodos de clock!
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Aplicao de Conversor A/D Voltmetro Digital
ConversorA/D
DecodificadorBCD/7 Seg
DecodificadorBCD/7 Seg
7
7Ve