Conversão Analógico digital - Sinais e Sistemas, Notas de aula de Sinais e Sistemas

Baixe Conversão Analógico digital - Sinais e Sistemas e outras Notas de aula em PDF para Sinais e Sistemas, somente na Docsity!

FACULDADE DE TECNOLOGIA DO AMAPÁ – META

CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO

THAYSE SOARES VASCONCELOS

CONVERSÃO A/D

Macapá-AP 2017

THAYSE SOARES VASCONCELOS

CONVERSÃO A/D

Trabalho apresentado como requisito parcial da AV3 na disciplina Sinais e Sistemas do 4º semestre, no Curso de Engenharia de Computação, da Faculdade de Tecnologia do Amapá - META. Profº Orientador: Lucas José Cruz de Mendonça Macapá-AP 2017

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................

2 CONVERSÃO A/D ...........................................................................................

2.1 DEFINIÇÃO ......................................................................................................

2.2 TIPOS ...............................................................................................................

2.2.1 Conversor tipo paralelo ................................................................................. 6 2.2.2 Conversor tipo rampa .................................................................................... 7 2.2.3 Conversor tipo aproximação sucessiva ....................................................... 8 2.3 COMO FUNCIONA .......................................................................................... 8 2.3.1 Amostrador ..................................................................................................... 8 2.3.2 Quantizador .................................................................................................... 9 2.3.3 Codificador ..................................................................................................... 9 2.4 APLICAÇÃO ..................................................................................................... 9 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 10 4 REFERÊNCIA ................................................................................................ 10

lineares, mas com curvas conhecidas que podem ser compensadas de alguma forma posteriormente. A Transformações das grandezas físicas em sinais elétricos, a precisão das grandezas convertidas pelos sensores ou transdutores fica limitada pelas características ou especificações desses transdutores, sendo sua natureza analógica e continua no tempo. O processo de trazer estas grandezas para dentro de um processador, será necessária uma transformação do sinal analógico para o sinal digital para que o mesmo possa ser tratado e processado digitalmente. Essa transformação é realizada por um componente conhecido como Conversor A/D (Analógico/Digital). O conversor analógico-digital, transforma um sinal analógico, continuo no tempo, em um sinal digital, discreto no tempo, definido dentro de um número finito de valores em bits, 8, 10, 12 e assim por diante. Um código de 8 bits, pode armazenar 256 níveis diferentes da tensão original. Essas conversões são utilizadas pois os processadores, alguns circuitos que controlam dados, microcontroladores, entre outros equipamentos, só trabalham com sinais digitais, logo para utilizar-se esses sinais analógicos deve-se “converte-lo”. O sinal a ser convertido por umsformar conversor A/D dificilmente se acomoda diretamente à faixa de tensão de entrada do conversor. Ele precisa ser transformado adequadamente para isso. Em geral a tensão de entrada de um conversor A/D é definida como a tensão de alimentação do conversor (+ 5 ou 3,3 V, por exemplo). Para realizar essa adaptação muitas vezes é necessário realizar um condicionamento do sinal, tipicamente com auxílio de circuitos analógicos passivos ou ativos. Após o condicionamento do sinal existe um elemento na entrada do conversor A/D que realiza uma amostragem periódica do sinal analógico e o mantém estável até que o conversor propriamente dito possa convertê-lo para um código digital. Trata-se de um circuito de Sample & Hold. (PUHLMANN, 2015). Figura 01 – Representação do sinal analógico (verde) e digital (vermelho) Fonte: Embarcados Disponível em: https://www.embarcados.com.br/conversor-a-d/

2.2 TIPOS

Existem inúmeras técnicas de conversão em processamento de sinal digital, entre elas as principais são paralelo, rampa e aproximação sucessiva. A quantidade de técnicas de conversão tem se desenvolvido para que se consiga alcançar cada vez mais altas resoluções e em conjunto, grandes taxas de amostragem para conversão A/D. De modo geral os Conversores A/D ser divididos conforme as suas características fundamentais de conversão: 2.2.1 Conversor tipo paralelo O paralelo também conhecido como flash ou simultâneo, é o mais rápido disponível, o sinal analógico de entrada é comparado diretamente e simultaneamente com cada nível de voltagem de referência em comparadores distintos. Para um resolução de n bits, são necessários 2n^ – 1 comparadores e igual a quantidade de níveis de referência. Figura 02 – Circuito conversor A/D tipo paralelo

Fonte: UDESC Disponível em: http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/noveletto/materiais/ Conversores__DA_AD.pdf 2.2.3 Conversor tipo aproximação sucessiva A técnica de aproximação sucessiva é muito utilizada nos conversores disponíveis comercialmente, essa técnica se aproxima da paralelo, sem as desvantagens conhecidas. Uma das vantagens dessa conversão é a sua velocidade, sendo necessário n bits, o tempo de n períodos de clock. Figura 04 – Fluxograma funcionamento conversor tipo aproximação sucessiva Fonte: UDESC Disponível em: http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/noveletto/materiais/ Conversores__DA_AD.pdf O sistema é zerado e o bit mais significativo do registrador é colocado em 1, em seguida converte-se os dígitos em binário, gerando a tensão Vr para o comparador, se Ve>Vr o digito continua 1, caso contrário é zerado, o bit mais significativo é colocado em 1, o processo continua da parte de conversão dos dígitos em binários, até o ultimo bit ser verificado. 2.3 COMO FUNCIONA A conversão analógico/digital é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital, esses conversores são largamente utilizados em nosso cotidiano. Funcionam conforme especificações destes dispositivos.

2.3.1 Amostrador Na amostragem coleta-se amostras de sinal por um período de tempo, no teorema da amostragem (Nyquist), a frequência da mesma deve ser f^ m ≥^^2 W^ , ou seja maior a duas vezes a maior frequência do sinal. Quando não se respeita esse teorema ocorre a sobreposição de amostras, chamada de efeito aliasing, com isso se torna impossível a recuperação do sinal original. 2.3.2 Quantizador No quantizador a grandeza infinita, sinal analógico original, se torna uma grandeza finita, uma representação das mostras em números inteiros. Na quantização uniforme a amplitude do sinal é dividida em regiões espaçadas igualmente, sendo o mais utilizado, é de fácil implementação, porém não representa bem os sinais. A quantização não uniforme a amplitude do sinal, é o oposto da quantização uniforme, a regiões não são espaçadas igualmente, assim é possível representar melhor sinais particulares, para a representação de voz, por exemplo. Quando o sinal original é arredondado para um nível de quantização, é somado um erro ao sinal, isso se chama erro de quantização. Esse erro se torna menor quando se tem maior número de níveis e menor distância entre eles. 2.3.3 Codificador O último passo da conversão é o codificador, é onde cada nível da quantização é convertido em código binário. Finalizando esse passo o sinal, antes analógico, agora está convertido em sinal digital. 2.4 APLICAÇÃO Uma das inúmeras aplicações do conversor A/D é com uso de sensores. Por exemplo um sensor que captura a temperatura de um ambiente, essa temperatura é um sinal analógico, esse sensor tem que enviar essas informações para um computador, para o mesmo ativar, desativar algo, ou simplesmente armazenar essas informação. Esse sinal lógico, para ser “entendido” pelo computador, precisa ser convertido para sinal digital, logo existe a necessidade do conversor A/D. Sua aplicação se dá na interface entre os dispositivos digitais, como microcontroladores, DSPs, microprocessadores, em leitura de sensores,