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Prof. Adilson GonzagaProf. Adilson Gonzaga

Conversor A/D ���� ADC ���� Converte um Valor Analógico para Digital

Interface com ConversoresInterface com Conversores

A/D e D/AA/D e D/A

Um Microcontrolador/Microprocessador pode ser usado para Um Microcontrolador/Microprocessador pode ser usado para Processamento de Sinais.Processamento de Sinais.

Conversor D/A ���� DAC ���� Converte um Valor Digital para Analógico

Processamento de Sinais.Processamento de Sinais.

Os sinais analógicos devem ser amostrados (S/H), convertidos para Sinais Digitais (ADC) para serem processados.

Depois de processados, os Sinais Digitais podem ser re-convertidos para Sinais Analógicos (DAC).

2

Amostragem do Sinal AnalógicoAmostragem do Sinal Analógico

circuito Amostrador (S/H ���� Sample and Hold): capacitor e uma chave controlada pelo Microcontrolador fechando e abrindo por intervalos determinados.

O Valor do sinal amostrado O Valor do sinal amostrado permanece constante durante o intervalo em que a chave está aberta (retenção), permitindo ao Conversor A/D realizar a conversão sem que haja alteração do valor de entrada.

AmostragemRetenção

3

CONVERSORES D/ACONVERSORES D/ADigital para Analógico

D A

VR

V0XD A

VR => Valor de Referência

V0 => Valor Analógico de Saída

X => Número Digital

4

D A

VR

V0X

VO = VR . X

n

naaaX −×⋅⋅⋅⋅⋅⋅+−×+−×= 22

22

121

D A

−×⋅⋅⋅⋅⋅⋅+−×+−××= n

naaa

RVV 222

2

1210

=

=

1

0ia

Vo depende da posição 2 -iésima

Vo = Soma das componentes binárias ativas5

Função de Transferência de um Conversor D/A

6

Principais tipos de Conversores D/A

• Conversores D/A Paralelos

1) Por Resistores Proporcionais

2) Por Escada R-2R

• Conversores D/A Seriais

7

Conversor D/A por Resistores Proporcionais

Si fechada => ai = 1

Si aberta => ai = 0

8

211

IRVa

o×=⇒=

+×=⇒==22122

1II

RVaao

R => Precisão

I => Constante

( )non

IIIRVaaaa−−− ×+×+××=⇒==== 2......221....... 21

321

( )nnoaaaIRV

−−− ×+×+××= 2......22 2

2

1

1 XIRVo

××=

I => Constante

9

Conversor D/A por Escada R-2R

Propriedade da Escada R-2R

2R 2R2R 2R

A resistência equivalente vista de qualquer nó (A,B,C,D,E) éigual a 2R.

10

Conversor D/A por Escada R-2R

Ex: Só a3=1 �

CB � I/2CB � I/2

BA � I/4

AT � I/8 = I/23= I*2

-3

Vo= Rf*I*(a1*2-1+ a2*2

-2+.....an*2

-n)

Vo = Rf*I*X

11

A D

VR

XVX

CONVERSORES A/DCONVERSORES A/DAnalógico para Digital

A D

VR => Valor de Referência

VX => Valor Analógico de Entrada

X => Número Binário

12

A D

VR

XVX

X = (Vx/VR)

A D

VX = VR(a1*2-1+ a2*2

-2+.....an*2

-n)

13

Função de Transferência do Conversor A/D

Q=V/2n

n = Número de

Bits do A/DBits do A/D

V = Valor V = Valor Analógico do Analógico do Fundo de Fundo de EscalaEscala

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Precisão de um conversor A/D

A/DA/DConverterConverter

nnAnalógicoAnalógico DigitalDigital

ExemploExemplo::

Analog Range: 0V Analog Range: 0V -- 4V4V

Analógico Digital

0.00 0000

0.25 0001

0.50 0010

0.75 0011

1.00 0100

1.25 0101

1.50 0110Analog Range: 0V Analog Range: 0V -- 4V4V

Digital: n=4Digital: n=4

1.50 0110

1.75 0111

2.00 1000

2.25 1001

2.50 1010

2.75 1011

3.00 1100

3.25 1101

3.50 1110

3.75 1111 15

Um Conversor A/D realiza :

•Quantização•Codificação

Quantização � É a Transformação de um sinal analógicocontínuo em um conjunto de estados discretos.

Codificação � É o método que associa um código digital a cada um desses estados.

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Tipos de Conversores A/DTipos de Conversores A/D

• Por Realimentação Paralela

* D/A Paralelo na malha de Realimentação

• Por Realimentação Serial• Por Realimentação Serial

* D/A Serial na malha de Realimentação

• Conversores Imediatos

* Conversores Flash

• Conversores Intermediários

* Conversores por Rampa Dupla* Conversores de Tensão/Freqüência

17

Conversor A/D por Realimentação

Paralela

VE = VX + (-VF) 18

Princípio de OperaçãoPrincípio de Operação

Conversor A/D por Aproximação Sucessiva

19

Circuito do Conversor A/D por

Aproximação Sucessiva

20

A/D por Aproximação

SucessivaA/D por Rampa

Simples

21

Conversores A/D Imediatos

* Conversores Flash

São Conversores de alta velocidade pois o tempo de conversão depende apenas dos atrasos dos Amplificadores Operacionais e da Lógica de Codificação.

22

Exemplo de Conversor D/AExemplo de Conversor D/A

DAC0808DAC0808

Conversor de 8Conversor de 8--Bits fabricado pela National na tecnologia Escada RBits fabricado pela National na tecnologia Escada R--2R2R

23

ExemploExemplo de Interface de Interface DiretaDireta do do DAC0808 com o DAC0808 com o MicrocontroladorMicrocontrolador

80518051

24

Exemplo de Aplicação:Exemplo de Aplicação: Gerador de Funções (Amplitude e Freqüência Gerador de Funções (Amplitude e Freqüência ProgramáveisProgramáveis

Função Rampa de inclinação Positiva: Contador crescente Função Rampa de inclinação Positiva: Contador crescente

Função Rampa de inclinação Negativa: Contador decrescente Função Rampa de inclinação Negativa: Contador decrescente

Amplitude: Máximo e Mínimo Valor DigitalAmplitude: Máximo e Mínimo Valor Digital

Freqüência: Atraso entre dois valores consecutivosFreqüência: Atraso entre dois valores consecutivos

Função Triangular: Contador crescente e decrescenteFunção Triangular: Contador crescente e decrescente

Função Onda Quadrada: Dois valores Função Onda Quadrada: Dois valores �� Máximo e MínimoMáximo e Mínimo

Função Senoidal: Tabelar os valores da Senóide Função Senoidal: Tabelar os valores da Senóide

Função Mista: qualquer formato pode ser gerado Função Mista: qualquer formato pode ser gerado (triangular,rampa,senóide,quadrada, etcB em loop) (triangular,rampa,senóide,quadrada, etcB em loop) 25

Exemplo de Conversor A/DExemplo de Conversor A/D

ADC0808ADC0808 Conversor de 8Conversor de 8--Bits com 8 canais analógicos Bits com 8 canais analógicos Multiplexados, fabricado pela National na Multiplexados, fabricado pela National na tecnologia Aproximação Sucessivatecnologia Aproximação Sucessiva

26

“Timing”“Timing”–– Diagrama de Tempos do Conversor ADC0808 Diagrama de Tempos do Conversor ADC0808

27

“Timing”“Timing”–– Diagrama de Tempos do Conversor ADC0808 Diagrama de Tempos do Conversor ADC0808

28

ExemploExemplo de Interface de Interface DiretaDireta do ADC0808 do ADC0808 com o com o MicrocontroladorMicrocontrolador 80518051

29

Exemplo do Algoritmo de programação do Conversor A/D ADC0808, para o diagrama anterior e sem usar a Interrupção no fim da conversão.

A Interrupção Int0 do 8051 pode A Interrupção Int0 do 8051 pode também ser programada para responderem descida de borda e o Algoritmo deve eliminar o bloco de decisão que verifica eliminar o bloco de decisão que verifica o Fim de Conversão (EOC).

Assim, a Sub-rotina de Atendimento daAssim, a Sub-rotina de Atendimento daInterrupção do A/D (Int0), fará a leiturado dado em P2

30

Exemplo de interface de um conversor A/D e um Exemplo de interface de um conversor A/D e um conversor D/A com o 8051 usando Mapeamento conversor D/A com o 8051 usando Mapeamento

de Memória.de Memória.

Saída Analógica: Saída Analógica: DAC0808DAC0808

(1 saída Analógica)(1 saída Analógica)

Entradas Analógicas: Entradas Analógicas: ADC0808ADC0808

(8 entradas Analógicas)(8 entradas Analógicas) (1 saída Analógica)(1 saída Analógica)(8 entradas Analógicas)(8 entradas Analógicas)

Usando o mesmo esquema das aulas anteriores.Usando o mesmo esquema das aulas anteriores.

Mapeamento:Mapeamento:RAM Externa de 0000 a 7FFFhRAM Externa de 0000 a 7FFFhConversores de 8000h a Conversores de 8000h a FFFFhFFFFh

31

Mapeamento do Conversor A/D Mapeamento do Conversor A/D ADC0808ADC0808

1) Este conversor possui 8 canais de Entradas Analógicas. 1) Este conversor possui 8 canais de Entradas Analógicas. Para selecionar um Canal Analógico, o micro deve escrever Para selecionar um Canal Analógico, o micro deve escrever um dos 8 endereços no conversor. um dos 8 endereços no conversor.

Análise do Análise do DatasheetDatasheet::

um dos 8 endereços no conversor. um dos 8 endereços no conversor.

2) Cada Entrada Analógica deve ser mapeada como2) Cada Entrada Analógica deve ser mapeada como endereço endereço de memóriade memória

3) Dispositivo de Entrada. O valor digital equivalente a cada 3) Dispositivo de Entrada. O valor digital equivalente a cada Entrada Analógica deve ser lido do duto do conversor. Entrada Analógica deve ser lido do duto do conversor.

32

“Timing”“Timing”–– DiagramaDiagrama de Tempos do de Tempos do ConversorConversor ADC0808 ADC0808 “Timing”“Timing”–– DiagramaDiagrama de Tempos do de Tempos do ConversorConversor ADC0808 ADC0808

33

Seleção dos canais do Conversor A/DSeleção dos canais do Conversor A/D(operação de Escrita)(operação de Escrita)

Canal A2 A1 A0 Endereço(WR)

IN0 0 0 0 8000h

IN1 0 0 1 8001h

IN2 0 1 0 8002h

IN3 0 1 1 8003h

IN4 1 0 0 8004h

IN5 1 0 1 8005h

IN6 1 1 0 8006h

IN7 1 1 1 8007h

A15 = 1 e A3 = 0 satisfaz o A15 = 1 e A3 = 0 satisfaz o endereçamento propostoendereçamento proposto

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

8000h8000h

8007h8007h

A15A15 A0A0

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Decodificação dos endereços do conversor A/DDecodificação dos endereços do conversor A/D

Durante o pulso de escrita Durante o pulso de escrita (WR = 0) nos endereços de (WR = 0) nos endereços de 8000h a 8007 h, as linhas 8000h a 8007 h, as linhas A15 = 1 e A3 = 0A15 = 1 e A3 = 0

MOVMOV DPTR,#8001hDPTR,#8001hMOVXMOVX @DPTR,A@DPTR,A

Exemplo: Seleção do Canal 1 do A/DExemplo: Seleção do Canal 1 do A/D

35

Mapeamento do Conversor D/A Mapeamento do Conversor D/A DAC0808DAC0808

Para mapear um conversor D/A será necessário utilizar um “Para mapear um conversor D/A será necessário utilizar um “LatchLatch” para ” para manter o dado constante durante a conversão.manter o dado constante durante a conversão.

WRWR

LatchLatch

Duto Duto de de

DadosDados

CSCS

DeveDeve--se escolher um endereço (>8000h) para Mapear o D/Ase escolher um endereço (>8000h) para Mapear o D/A 36

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

8000h8000h

8007h8007h

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 8008h8008h

A15A15 A0A0

Decodificação do endereço do conversor D/ADecodificação do endereço do conversor D/A

Escrever (WR) no endereço 8008h faz o A3 = 1 e o A15 =1Escrever (WR) no endereço 8008h faz o A3 = 1 e o A15 =1

A/DA/D

MOVMOV DPTR,#8008hDPTR,#8008hMOVMOV DPTR,#8008hDPTR,#8008hMOVMOV A,#DADOA,#DADOMOVXMOVX @DPTR,A@DPTR,A

37

Mapeamento dos Conversores A/D e D/AMapeamento dos Conversores A/D e D/A

38

Detalhe do Mapeamento dos Detalhe do Mapeamento dos ConversoresConversores

Leitura do Leitura do A/D em A/D em endereço endereço >7FFFh>7FFFh

39

40