Conversores AD

Conversor Analógico /Digital
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O que é:
Um sistema eletrônico que recebe uma tensão analógica em sua entrada e
converte essa tensão para um valor digital em sua saída.
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Processo de conversão
Consiste basicamente em aplicar uma informação analógica em um
conversor e recolher na saída uma informação digital
Os conversores A/D mais comuns são:
-Conversor A/D tipo contador de rampa;
-Conversor A/D tipo contador de rampa contínuo;
-Conversor AD de Aproximação sucessiva;
-Conversor A/D integrador por dupla inclinação.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D tipo contador de rampa
Tem esse nome porque a sua tensão de saída aumenta
gradualmente de forma semelhante a uma rampa
Funcionamento:
- A conversão é iniciada com um pulso “start” que zera o
contador . O comparador é alimentado com tensão analógica
desejada.
-A saída do comparador aciona a porta E e libera a entrada de
pulsos de clock no contador.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D tipo contador de rampa
O contador começa a receber os pulso e indica na saída , em
linguagem binária, os pulsos recebidos.
O conversor D/A ligado na saída do circuito converte o valor
binário da saída para analógico e os envia para o comparador.
Quando a tensão de saída do conversor D/A for igual a tensão da
entrada analógica, a saída do comparador será zerada. Isso
bloqueia a entrada do clock, e a saída digital indicará um valor
binário correspondente à tensão analógica.
Vantagens e desvantagens
A vantagem desse tipo de conversor é ser simples, preciso e de
baixo custo.
Este conversor , porém, é muito lento e tem que ser zerado para
realizar nova conversão, quando houver uma diminuição da
tensão de entrada analógica.
Para solucionar tais problemas, utilizam-se os conversores de
rampa contínuos que utilizam contadores crescentes e
decrescentes.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D tipo contador de rampa contínuo
O conversor A/D tipo contador de rampa contínuo não necessita de sinal de “start”para
iniciar a conversão. Ele faz a conversão toda vez que há variação na entrada analógica,
mesmo que aja aumento ou diminuição de tensão.
Funcionamento:
-É semelhante ao do conversor tipo rampa.
-Quando a entrada analógica é alimentada com algum tipo de tensão, é enviado ao
circuito um sinal positivo (quando houver um aumento de tensão de entrada) ou
negativo (quando houver diminuição de tensão de entrada).
- De acordo com o sinal recebido pelo circuito de controle, ele determina se a
contagem é progressiva ou regressiva e libera a entrada do sinal de clock. A contagem
se realiza até que a tensão enviada pelo conversor A/D se iguale à tensão de entrada , e
a saída do comparador seja zerada. Isso fará o circuito de controle bloquear a entrada
de clock, e a saída indicará um valor binário correspondente à entrada analógica.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D de aproximação sucessiva
-Utilizado quando a velocidade de conversão é importante.
-Utiliza um circuito denominado de amostra e retenção (Sample and Hold) por requer
um certo tempo na conversão.
Circuito de amostra e Retenção
-É um amplificador com duas funções de operação distintas controladas por um sinal
lógico.
-Uma das funções do amplificador é a de fornecer uma amostra de tensão. Neste caso,
o circuito funciona como um amplificador comum cuja tensão de saída segue a tensão
de entrada.
-A outra função é a de retenção, ou seja, a tensão de saída se mantém constante no
valor final do período de amostra.
Pode-se notar que:
-O amplificador A1 é um buffer de entrada com entrada de alta impedância;
-O amplificador A2 é um buffer com alta impedância de entrada e baixa impedância de
saída;
-A chave S é geralmente um circuito FET
Conversor Analógico /Digital
Circuito de amostra e retenção
Funcionamento
-Quando a chave S é fechada, o capacitor se carrega rapidamente com a tensão de
entrada
-Quando S é aberta, a saída de A2 mostrará o último valor que estava no capacitor.
Quando a chave se fechar novamente o capacitor se carregará com novo valor de
amostra, que será retido e indicado na saída.
As formas de onda é ilustrado no gráfico:
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D de aproximação sucessiva
-
-É utilizado quando a velocidade de conversão é fator importante pois sua velocidade
de conversão é de apenas alguns microssegundos.
Pode-se destacar os seguintes blocos:
-Um contador em anel formados pelos flip-flops tipo A (FF1 a FF6) que serão ativados
sempre um de cada vez em nível alto;
-Quatro flip-flops(FFD a FFA) que são utilizados para registrar os bits digitais que
alimentam a saída e o conversor D/A;
-Um conversor D/A com função de enviar sinal ao comparador;
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D de aproximação sucessiva
-Um circuito de amostra e retenção (“sample and hold”);
-Um comparador que recebe a tensão de entrada analógica através do circuito de
amostra e retenção e a tensão do conversor D/ª
-Após a realização da comparação, o comparador fornece em sua saída:
Nível o quando V0 - > V0 +
Nível 1 quando V0 - < V0 +
Funcionamento:
-Suponha que a entrada seja alimentada de 12 V. A conversão é iniciada com um
pulso “strobe”.Quando este pulso surge, o circuito de amostra e retenção leva para a
saída o valor da tensão analógica que estava na entrada e a entrada “Data” de FF1 fica
em nível 1.
-Quando surgir o primeiro pulso de clock , FF1 transferirá o nível 1 de sua entrada
“data” para a saída e irá iniciar FFC,FFB e FFA.
-A entrada do conversor terá os níveis lógicos 1000 e a saída 8V.
-O comparador terá em sua entrada V0- > V0+, portanto a saída terá nível lógico 0.
Isso inibirá a entrada de reset dos flip-flops FFD a FFA.
-Quando surgir o segundo pulso de clock , FF2 transferirá o nível 1 de sua entrada
“data” para sua saída e irá iniciar oo FFC.
-A entrada do conversor terá agora os níveis lógicos 1100 e saída 12V.
-A saída do comparador continua com nível lógico 0 pois V0- = V0+ e as entradas de
reset de FFD a FFA continuam inibidas.
-Quando surgir o terceiro clock, FF3 transferirá o nível lógico 1 de sua entrada para a
saída e irá iniciar FFB.
-A entrada do conversor irá apresentar agora , os níveis lógicos 1110 e 14V.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D de aproximação sucessiva
-A saída do comparador passará para o nível lógico 1 pois V0- < V0+ e possibilitará o
reset dos flip-flops FFD a FFA.
-Quando surgir o quarto pulso de clock, FF4 irá transferir para sua saída o nível lógico
1 e irá iniciar FFA e também reinicializar FFB.
-A entrada do conversor D/A terá agora os níveis lógicos 1101 e a saída , 13V.
-A saída do comparador irá continuar com nível lógico 1 pois V0- < V0+ e os pinos de
reset dos flip-flops FFD a FFA continuam habilitados.
-Quando surgir o quinto pulso de clock, FF5 irá transferir para a sua saída o nível
lógico 1 da entrada 2 e irá reinicializar o FFA.
-A entrada do conversor D/A terá então os níveis lógicos 1100 e a saida será de 12V.
-O comparador volta, então, a ter o nível lógico 0 em sua saída e inibe os pinos de
reset dos flip-flops.
-Quando surgir o sexto pulso de clock , FF6 transportará para sua saída o nível lógico
de sua entrada e habilitará as portas E. Estas transportarão os níveis lógicos de entrada
do conversor para a saída digital, que é o valor correspondente à entrada analógica.
-A saída Q6 de FF6 também habilita novamente o circuito de amostra e retenção cuja
função é reter o novo valor de tensão.
-Quando surgir o sétimo pulso clock, o ciclo se repete e o novo valor binário
correspondente à tensão analógica será transportado para a saída digital quando FF6
for iniciado novamente.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D integrador por dupla inclinação
-É largamente utilizado em instrumentos de medição onde a velocidade de conversão
não é um fator importante.
Funcionamento:
-Ao se aplicar uma tensão na entrada analógica o circuito integrador começa a fornecer
uma tensão (-V0) em rampa negativa para a entrada inversora do integrador.
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D integrador por dupla inclinação
-Assim que a entrada inversora recebe alguns milivolts de tensão, o limiar do
comparador é ultrapassado (V0 < 0). Então a saída do comparador vai para o nível 1 e a
unidade de controle libera os pulsos de clock para o contador.
-Quando o bit mais significativo do contador atingir nível 1, termina o tempo t1 e a
chave analógica é acionada ligando VRef ao integrador em Lugar de VE.
-A tensão de referência é de sinal oposto e de maior amplitude que a tensão de entrada.
Assim, a saída do integrador passa a integrar no sentido positivo.
O gráfico abaixo mostra a forma de onda na saída do integrador.
t
- t1 é o tempo do primeiro período de conversão (t1 = 2/f);
- t2 é o tempo do segundo período de conversão;
t2 =
VE 2
.
VRe f f
-Vmáx é a saída do integrador no final do primeiro período de conversão
Vmáx =
VE
.t1
Rc
Conversor Analógico /Digital
Conversor A/D integrador por dupla inclinação
- Vref é a tensão de referência - valor negativo > VE;
- VE é a tensão de entrada ;
- N é o número de bits de saída digital;
- f é a freqüência de clock do contador.
-A constante de tempo RC de carga não influi no valor binário porque o tempo de
integração depende da freqüência de clock.Isso faz t1 ficar constante.
- Referências Bibliográficas:
Eletrônica Digital – Herbert Taub, Donald Schilling. Editora McGraw-Hill
Sistemas Digitais , Princípios e Aplicações – Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer. Editora
Prendice Hall, 8ªEdição
Preparação para o Trabalho, Formação Básica, Eletrônica Digital 2, SENAI -SP
Roteiro de Prática
Conversor A/D
A - Objetivo
-Verificar a variação de tensão DC com um conversor Digital /Analógico ADC0804 .
B- Prática
1-Utilizar o circuito conversor A/D de 8 bits ADC0804 conforme mostra a figura 1 e variar a tensão utilizando
o potenciômetro na entrada, medindo seus valores de acordo com o a tensão dado em binário pelos LEDs
D0 a D7. Anotar estes valores na Tabela 1.
Figura 1 – Conversor ADC0804 de 8 bits
Tabela 1 – Valor de Tensão DC de acordo com seus valores em Binário
2- Montar o Gráfico VDC x Dec
3- Conclusões