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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