2015.1 - DCA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEP. DE ENG. DE COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DE DADOS
ROTEIRO PARA O TRABALHO A/D 2015.1
1. Objetivos:
 Compreender e aplicar os conceitos vistos em sala de aula sobre conversores
A/D.
 Familiarizar-se com os equipamentos encontrados em laboratório (fontes,
multímetros) e componentes eletrônicos.
 Projetar e montar circuitos utilizando protoboard.
2. Introdução:
Como foi visto em sala de aula, conversores A/D e D/A são muito úteis quando se
deseja fazer uso de sistemas computacionais na leitura e controle de variáveis e
processos reais. Essas variáveis podem ser obtidas de fenômenos climáticos, físicos,
químicos e orgânicos, sendo, na maioria das vezes, de natureza contínua.
Já os computadores trabalham apenas com variáveis discretas, em linguagem binária,
onde cada bit é definido por apenas um nível de tensão (como por exemplo, bit 0 – 0
volt, bit 1 – 5 volts).
Por este motivo, quando se deseja utilizar sistemas computacionais para analisar e
controlar sistemas contínuos, faz-se necessário a transformação das variáveis contínuas
em variáveis discretas e binárias ou vice-versa, papel esse desempenhado pelos
conversores A/D e D/A.
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3. Material utilizado
1 Potenciômetro de 1MΩ.
1 LM 324.
4 Resistores de 1.5KΩ (podem ser substituídos, mas os 4 devem ser iguais).
2 Resistores de 470Ω.
1 Display de 7 segmentos (ou 2 LEDs se houverem).
Algumas portas lógicas.
1 Protoboard.
1 Fonte de bancada.
1 Multímetro.
4. Desenvolvimento
Este trabalho consiste na montagem de um circuito de conversão A/D Flash (ou
como também é conhecido, conversor paralelo), que é um dos circuitos mais simples de
serem construídos, utilizando apenas comparadores analógicos (amp-ops ou
amplificadores operacionais) e uma malha resistiva (divisores de tensão). Seu range de
entrada (faixa de tensão analógica suportada na sua entrada) é de 0-5 Volts (o VCC
aplicado a ele). Neste exemplo, o conversor possui uma saída de 2 bits (resolução).
Utilizando a tensão de 5 volts como tensão de referência, a conversão por bit será de:
Tensão
 N  nº de bits
2N
5 5
Logo : Conv  2   1.25Volts / bit
4
2
A quantidade de Comparadores utilizados é dada pela seguinte fórmula:
N º Comp  2 N  1
Conv 
Parte 1 – Projeto e Montagem:
Para a montagem, o circuito deve seguir a Figura 1 abaixo:
Figura 1 – Montagem a ser realizada no laboratório.
O LM324 possui 4 amp-ops dos quais serão necessários apenas 3 para esta
montagem. Os resistores de 1.5K devem ser ligados em série e a entrada inversora de
cada um dos amp-ops deve ser ligada entre os resistores da malha como na Figura 1.
Segue abaixo uma breve explicação do funcionamento deste circuito:
A malha de resistores divide a tensão de referência em valores iguais à
Vcc Vcc 3Vcc
,
e
nas junções de R4-R3, R3-R2 e R2-R1 respectivamente. Os amp-ops
4
2
4
(na configuração que se encontram) funcionam como comparadores analógicos, onde, a
tensão aplicada à entrada não-inversora (a que possui o sinal de +) é comparada com a
tensão aplicada à entrada inversora (a que possui o sinal de -) e no caso de ser maior, a
tensão de saída do amplificador será o valor do VCC-1.5 V (devido às características do
amp-op, a sua tensão de saída é 1.5V menor que a tensão de alimentação quando está
saturado positivamente). Caso a tensão aplicada à entrada não-inversora seja menor ou
igual à tensão na entrada inversora, o valor de saída será igual ao GND (0 Volt). Desta
forma, quando a tensão de entrada ultrapassar cada um dos valores de tensão da rede
resistiva, fará com que a saída de cada amp-op seja ativada, de forma sequencial. Estas
saídas são ativadas em forma de barra crescente (como a barra de aparelhos de som que
variam com a amplitude do sinal sonoro), devendo este sinal em barra ser convertido
para um código binário correspondente, sendo este trabalho, realizado pelo
Decoder_bin. Este decoder é formado por um arranjo de portas lógicas AND, NOT, OR
ou XOR.
Cada grupo deverá projetar seu próprio decoder, utilizando as portas lógicas que
achar necessário. Como forma de auxiliar o desenvolvimento, a Tabela 1 abaixo ilustra
a entrada do decoder e as respectivas respostas que ele deverá fornecer:
Entradas
000
001
010
011
100
101
110
111
Saídas
00
01
00
10
00
00
00
11
Tabela 1: Tabela verdade do decoder binário.
Uma dica muito útil, neste caso, é utilizar o mapa de Karnaugh para simplificar a
utilização das portas lógicas, reduzindo bastante o seu número e o tamanho do circuito.
Parte 2 – Avaliação do funcionamento e obtenção dos resultados:
Utilizando-se de um multímetro na entrada do conversor, cada grupo deverá
monitorar o valor da tensão de entrada (a ser variada através do potenciômetro P1 na
Figura 1) e verificar em que valor de tensão há a alteração nos LEDs de indicação,
preenchendo a Tabela 2 com os valores da faixa de tensão para cada codificação:
Valor binário Faixa de Tensão
00
01
10
11
Tabela 2: Faixa de tensão para cada codificação.
Além disso, cada grupo deverá responder as seguintes questões:
Quais as vantagens e desvantagens deste conversor?
Em que tipos de aplicação ele seria indicado e em quais ele seria inadequado?
5. Avaliação
Serão considerados os seguintes quesitos como formas de avaliação:
 A organização do circuito (conexão com os fios, disposição dos
componentes);
 O projeto e implementação do Decoder binário (deve constar no relatório);
 O funcionamento do conversor, avaliado no laboratório (desde a aquisição da
tensão até a exibição do valor binário correspondente) e;
 O conteúdo do relatório (Organização e as respostas obtidas).