UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

Projeto Instrumentao Eletrnica Conversor A/D para Tenses 3

Ana Carolina Salvador Ourique 200437526

Natal Novembro de 2009

Resumo

Este relatrio tem como objetivo principal apresentar os estudos feitos para confeco de um mdulo de converso de tenses trifsicas A/D.

Lista de Ilustraes

Figura 1 - Registrado A/D de Controle 0, Microchip Technology Inc., Datasheet pgina 127 .... 7 Figura 2 - Registrador A/D de controle 1, Microchip Technology Inc., Datasheet pgina 128.... 8 Figura 3 Configurao de canais atravs da alterao dos bits 3 a 0 de ADCON1. Mdulo Engenharia. Conectando o PIC Explorando Recursos Avanados, 1 edio. Editora J. J. Carol pgina 112. .................................................................................................................................... 9 Figura 4 Ajuste de resultado ADRESH:ADRESL, Microchip Technology Inc., Datasheet pgina 132 ..................................................................................................................................... 9

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Converso do clock ...................................................................................................... 7 Tabela 2 - Seleo do canal analgico .......................................................................................... 7 Tabela 3 - Seleo do clock segundo bit 6 .................................................................................... 8

Lista de Abreviaturas e Siglas

A/D Analgica/Digital

ADCON0 Control Register 0

ADCON1 Control Register 1

ADFM Result Format Select

ADIE Interrupo de A/D

ADIF Converter Interrupt Flag

ADRESH Result Hight Register

ADRESL Result Low Register

GIE Chave geral das interrupes

OPTION_REG Registradores de Configurao de Perifricos

PEIE

Iterrupo de perifricos

PIC Peripheral Interface Conroller

RAM Memria de Acesso Randmico

T0CKI RA4/T0CKI/C1OUT Digital In/Out

T0CS TMR0 Clock Source Select

T0IE Interupo com estouro de TMR0

T0IF Identificao da Interrupo de estouro de TMR0

T0SE TMR0 Source Edge Select

TMR0 Timer 0

Sumrio

Resumo.......................................................................................................................................... 2 Lista de Ilustraes........................................................................................................................ 3 Lista de Tabelas............................................................................................................................. 3 Lista de Abreviaturas e Siglas....................................................................................................... 4 Sumrio ......................................................................................................................................... 5 2. Microcontrolador PIC ............................................................................................................... 6

2.1. Estudo do Set de instrues ............................................................................................... 6 2.2. Configuraes para converso A/D ................................................................................... 6 2.3. Converso A/D .................................................................................................................. 9 2.5. Estudo do TMR0 (interrupo)........................................................................................ 10 2.6. Estudo para implementao e simulao com tenses alternadas trifsicas .................... 11

4. Bibliografia ............................................................................................................................. 13 ANEXOS..................................................................................................................................... 14

2. Microcontrolador PIC

Nos estudos do Microcontrolador PIC, utilizamos o modelo 16F877A, seguindo a seqncia abaixo descrita:

Estudo de Set de instrues; Configuraes para converso A/D; Converso A/D; Implementaes e Simulaes com tenses continuas e alternadas

monofsicas; Estudo do TMR0 (interrupo); Estudo para implementao e simulao com tenses alternadas

trifsicas.

2.1. Estudo do Set de instrues Para iniciar o estudo do Set de instrues busca-se entender os termos utilizados

na construo dos nomes das instrues e seus argumentos. Para o PIC 17F877A tem-se um conjunto de 23 termos.

Com estes termos constri-se as instrues atravs da juno dos termos desejados. A exemplo disso temos:

Decremente (termo DEC) um registrador (termo F) = Instruo DECF; Decremente (termo DEC) o registrador (termo F) e pula (termo S) se o

resultado for zero (termo Z) = Instruo DECFSF.

O Set de instrues do PIC compe-se de 35 instrues divididas em 4 grupos, so estes :

Operaes com registradores; Operaes com literais; Operaes com bits; Controles.

2.2. Configuraes para converso A/D Para entender como funciona a converso no PIC se faz necessrio compreender o bloco, do microcontrolador PIC16F87XA, responsvel pela converso dos sinais, o Mdulo de Converso A/C.

Este tem como funo converter a tenso analgica em um nmero binrio, proporcional tenso analgica, possuindo 8 canais de converso (Channel 0 a 7), porm,internamente, s existe um sistema de converso.

A converso efetuada pelo PIC resulta em um nmero digital com 10 bits dando um total de 1024 pontos. Entre outras caractersticas apresenta:

Tenses de Referncia : Vdd, Vss, RA2 e RA3 (Selecionveis via software);

3 ajustes de freqncia (divisores) para o clock de mquina; 2 tipos de justificao para o resultado da converso;

1 interrupo para o trmino da converso. Quatro registradores: A/D Registro de Controle 0 (ADCON0 - F hexa),

A/D Registro de Controle 1 (ADCON1 - 9F hexa), A/D Registro de Resultado Alto (ADRESH), A/D Registro de Resultado Baixo (ADRESL).

A seguir detalha-se a configurao dos registradores de controle essenciais para que o processo de converso ocorra segundo o esperado:

O registrador A/D de Controle 0 (ADCON0 - F hexa) possui 8 bits (0 a 7) configurveis conforme figura 1.

Figura 1 - Registrado A/D de Controle 0, Microchip Technology Inc., Datasheet pgina 127

Nele os bits 7 e 6 responsvel pela seleo de clock, ou seja definem a freqncia de operao de converso. A tabela 1 mostra as combinaes de valores dos bits 7 e 6 e suas respectivas freqncia de clock.

Tabela 1 - Converso do clock ASCON0

O bit 1 no usado e portanto permanece em 0, e o bit 0 representa o sinal ON. Quando setado em 1 indica que o mdulo de converso est ligado A/D, quando em 0 indica que o mdulo de converso est desligado, e portanto no consome nenhuma corrente.

O registrador A/D de Controle 1 (ADCON1 - 9F hexa), possui 8 bits (0 a 7) configurveis conforme figura 1.

Figura 2 - Registrador A/D de controle 1, Microchip Technology Inc., Datasheet pgina 128

Nele os bits 7 so responsveis pelo formato do resultado, ou seja, define se os seis bits mais significativos so iguais a zero ou se os seis bits menos significativos so iguais a zero.definem a freqncia de operao de converso. O bit 6 o responsvel pela seleo de clock conforme tabela 3 que mostra a tabela com combinaes de valores dos bits 7 e 6,do ADCON0, do bit 6, do ADCON1 e suas respectivas freqncia de clock.

Tabela 3 - Seleo do clock segundo bit 6 ADCON1

ASCON0

Os bits 3 a 0 so os bits de controle de configurao de porta. Estes bits configuram as sadas como analgicos e digitais, as referencias e alimentaes.

Figura 3 Configurao de canais atravs da alterao dos bits 3 a 0 de ADCON1. Mdulo Engenharia. Conectando o PIC Explorando Recursos Avanados, 1 edio. Editora J. J. Carol

pgina 112.

Os registradores ADRESH:ADRESL, de resultado alto e baixo, contm os 10 bits resultantes da converso A/D (figura 4). Quando a converso A/D completada, o resultado carregado neste par de registradores de resultado juntamente com o bit Go/Done (Segundo bit de ADCON0) que zerado e o flag de interrupo do A/D, o bit ADIF que setado.

Este par de registros possui largura de 16 bits. O mdulo A/D d a flexibilidade de justificar direita ou esquerda a informao de 16 bits. O bit ADFM (stimo bit de ADCON1) controla essa justificao.

Figura 4 Ajuste de resultado ADRESH:ADRESL, Microchip Technology Inc., Datasheet pgina 132

2.3. Converso A/D Antes de se comear implementaes e simulaes, se faz necessrio entender o processo completo de converso. Abaixo tem-se o processo completo desde as configuraes iniciais at a converso propriamente dita:

Configurar mdulo A/D:

o Configurar os pinos analgicos, a tenso de referncia e a I/O digitais (ADCON1);

o Selecionar o canal de entrada A/D (ADCON0); o Selecionar o clock de converso A/D (ADCON0); o Ligar o mdulo (ADCON0).

Configurar a interrupo A/D (se desejar) o Set bit ADIE (Interrupo de A/D) o Set bit PEIE (Interrupo de perifricos) o Set bit GIE (Chave geral das interrupes)

Esperar o desligamento do capacitor Clear bit ADIF Iniciar a converso

o Set bit GO/DONE (ADCON0) Esperar a converso A/D ser completada para decidir

o Espera para que o bit GO/DONE seja zerado (desabilitando as interrupes) ou espere a interrupo A/D.

Ler o resultado do par de registradores (ADRESH:ADRESL) zerar o bit ADIF se desejado;

Zerando o bit GO/DONE durante a converso ir interromper o curso de converso. Os registradores ADRESH:ADRESL iro continuar a contar o valor da ltima converso completada (ou o ltimo valor escrito nos registradores ADRESH:ADRESL). Aps a converso A/D ser interrompida, a prxima aquisio no canal selecionado automaticamente iniciada. O bit GO/DONE pode, ento, ser setado para iniciar a converso.

2.5. Estudo do TMR0 (interrupo) Para se fazer a implementao e simulao com tenses alternadas trifsicas faz-se necessrio o estudo das interrupes. Para tanto precisa-se aprofundar o estudo nos Timers em especial o TMR0. O TMR0 um contador de 8 bits. Seu incremento se d de duas maneiras distintas:

OPTION_REG: o TOCS =1 incrementa a cada transio no pino

RA4/TOCKI; o TOCS = 0 incrementa a cada ciclo de mquina

Alm disso selecionando-se o incremento pelo pino TOCKI possvel ainda selecionar:

OPTIO_REG: o TOSE = 1 incremento na borda de subida o TOSE = 0 incremento na borda de descida

Para aumentar o poder de operao de TMR0, uma interrupo ocorre toda vez que seus 8 bits estouram. Neste caso INTCON ser setado. Quando isso acontecer TOIE deve ser ligada, assim como GIE.

2.6. Estudo para implementao e simulao com tenses alternadas trifsicas O objetivo geral deste estudo implementar um algoritmo que realize

amostragens de um sinal alternado 3. Para isso seguimos a seqncia abaixo descrita:

Escolha de pinos; A escolha dos pinos basicamente representa a seqncia dos bits 5 a 6 de ADCON0 (escolha do canal) e 3 a 0 de ADCON1 (configurao de porta). Para o pretendido escolhemos os canais analgicos AN0, AN1, AN2, em ADCON0 e a seqncia 0011 em ADCON1;

A funo do PIC converter os valores amostrados, calcular o somatrio do quadrado tenses de linha amostradas durante os intervalos consecutivos de cada semi-ciclo positivo;

Amostragem do sinal em cada canal: Durante os intervalos consecutivos de cada semi-ciclo positivo, equivalentes a 8,33 ms cada, consegue-se assim que em cada meio-ciclo sejam feitas 122 amostras. Este nmero de amostras foi definido dividindo-se o tempo de meio-ciclo (8,33ms) pelo tempo requisitado pelo conversor A/D do microcontrolador PIC, para fazer uma converso, que de 68 s quando se utiliza como fonte de clock um cristal de 4 MHz (8,33 x 10-3 / 68 x 10-6);

Porm para efetuarmos as amostras de cada semi-ciclo positivo da maneira desejada precisamos garantir que as amostras comecem a ser convertidas em um inicio aceitvel. Este inicio aceitvel deve existir de maneira que no capte possveis rudos, e paralelamente no distora o sinal de entrada. Para isso faz-se as amostras da seguinte maneira:

Analisar at que nveis de tenso os reguladores atuam; Escolha de nvel de tenso de entrada: de ; Diviso da senide esperada pela capacidade mxima de

converso do PIC (180 /122 amostras); O PIC verifica se os trs primeiros valores a serem convertidos

esto dentro da faixa aceitvel; Verifica se o primeiro valor e maior do que zero, se for guarda

este valor e capta novo valor; Compara se o segundo valor maior que o primeiro, se for

guarda este valor e capta novo valor; Compara se o terceiro valor maior que o segundo, se for

identifica que o incio de uma senoide e no um rudo;

Logo se realizam as amostras que chegam maneira [_ _ _ _ _ _ _ _], um valor representado por 8 bits. Considerando que o valor mximo da converso ser 5 v (mximo valor aceitvel pelo PIC) logo consideramos que 11111111 (valor mximo medido) ser equivalente a 5,0 volts e igual a 255 decimal. Portanto para obtermos o equivalente em decimal devemos multiplicar o resultado da converso por 50 decimal e dividi-lo por 255 decimal, obtendo assim o decimal representativo do mesmo com uma casa decimal;

Aps realizar o ajuste decimal em cada valor para que o mesmo possa ser mostrado no display LCD;

Portanto prossegue com a converso at que o valor recebido seja zero. Terminado este canal o mesmo troca para o prximo e recomea a medio (segunda fase).

4. Bibliografia

MINIPA. Manual do usurio - Sistema de treinamento em Microcontrolador PIC, SD -1700.

Mdulo Engenharia. Conectando o PIC Explorando Recursos Avanados, 1 edio. Editora J. J. Carol.

Microchip Technology Inc. Datasheet PIC16F87XA. Tpicos Especiais em Microcontroladores. Notas de Aula.

ANEXOS