OHMÍMETRO DIGITAL. 1 O Projeto. 1.1 Sensor. 1.2 Conversor A/D

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1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Engenharia Elétrica Disciplina: Instrumentação Eletrônica Professor: Luciano Fontes Cavalcanti Aluno: Raphael Dantas Ciríaco OHMÍMETRO DIGITAL O projeto a seguir consiste da aplicação das teorias vistas em sala de aula, de forma a implementar os conceitos básicos que integram os instrumentos de medição. Para este projeto foi escolhido a montagem de um ohmímetro implementado de forma digital de forma que, por auxílio de displays e possuindo em mãos resistores, o circuito possa mostrar os valores de resistências. 1 O Projeto 1.1 Sensor Para dar-se início ao projeto, a primeira coisa que os aparelhos de mediação fazem é a conversão da grandeza física a ser medir em tensão ou corrente elétrica. Grandezas essas, que podem ser mensuráveis. Os responsáveis por essa conversão são os sensores. Para este projeto, o sensor utilizado será uma fonte de corrente através de um amplificador operacional (Amp. Op.), LF 353. Através da sua configuração inversora (Figura.1), mantendo-se uma tensão constante na entrada e fixando o valor do Ri, obtemos uma corrente fixa. A partir da variação do Rf, a tensão de saída do operacional será proporcional ao valor da resistência Rf. Como os Amp.Ops possuem uma faixa de operação, para não saturar sua saída, aparece aqui o princípio das escalas que compõem um ohmímetro ou qualquer outro aparelho de medição. Para um mesmo valor de corrente, aumentando o Rf, chegará um ponto em que a saída do Amp.Op. irá saturar. Para que o operacional volte para a região de operação, varia-se agora, o valor de Ri. Consequentemente, o valor da corrente também varia. 1.2 Conversor A/D Até então, temos um valor analógico de tensão proporcional ao valor da resistência. Faz-se necessário a conversão do sinal analógico em um sinal digital. Para isso, será utilizado um conversor analógico/digital (A/D), o ADC0804. O ADC0804 (Figura 4) é um conversor de 8 bits, com conversão por aproximações sucessivas (Figura 3). Para um sinal de 0V em sua entrada, apresenta todas as oito saídas desativadas. Já para um valor de 5V, todas suas saídas estão ativadas. Porém, seu nível ativo é o 0 e o desativado é o Raphael Dantas Ciríaco 1

2 1. Essa informação se faz necessária para o próximo passo do projeto. 1.3 Decodificador Binário/BCD Agora temos um valor binário referente a uma tensão, mas que ainda não é possível mostrar, de forma clara, que valor é esse. Neste ponto do projeto, será realizado o tratamento do sinal digital para que esse possa ser mostrado nos displays. Para iniciar esse processo, será usado o CI (Figura 5), responsável por decodificar os dados binários em BCD. Entretanto, o sinal BCD não é compatível para o uso dos displays de sete segmentos. De acordo com o datasheet desse CI, para a decodificação de um número de 8 bits, faz-se necessário a combinação de 3 deles (Figura 6). Portanto, para finalizar o processo de tratamento do sinal para ser mostrado nos displays, deverá ser decodificado de BCD para 7 segmentos. 1.4 Decodificador BCD/7 Segmentos O CI 7447 (Figura 7) é um decodificador BCD/7 segmentos, em que recebe o sinal decimal representado em binário, decodifica-o para que esse possa ser conectado ao display de sete segmentos.. Como o ADC0804 apresenta saídas ativas em baixo, todo o processo tem que ser compatível com o mesmo. Por isso, o display de sete segmentos que deverá ser escolhido, será o de Ânodo Comum (Figura 8). Até agora, foi descrito o necessário para o funcionamento do projeto. Mas, ainda faltam as mudanças de escala e como realizar essa mudança. 1.5 Multiplexador 4051 O MUX 4051 (Figura 9) será o responsável por realizar o chaveamento entre as diversas escalas, isto é, responsável pela escolha do resistor correto para que o Amp.Op. não sature, o que corresponderia a uma escala errada em que está se medindo um resistor. Para isso, o MUX 4051 deve ser escolhido por ser da família CMOS, que permite, literalmente, um chaveamento interno entre uma de suas entradas com a saída. Fica faltando como realizar a mudança de escala, como selecionar uma das entradas do MUX. 1.6 Multivibrador e Contador UP/DOWN O multivibrador (Figura 10) será usado para poder fornecer às entradas UP e DOWN do contador, um pulso limpo, isto é, sem chaveamentos. Ao se acionar uma chave de contato, ocorrem vários chaveamentos antes que o mesmo chegue a posição em que foi acionado. O servirá para evitar esse fato. As chaves serão postas nas entradas deste CI e, ao serem acionadas durante certo período de tempo, o CI receberá esses chaveamentos. Mas, somente no último chaveamento, o multivibrador enviará um único pulso para suas saídas. Estas saídas, por sua vez, estarão conectadas as entradas UP Raphael Dantas Ciríaco 2

3 e DOWN do contador binário (Figura 12). Suas saídas deverão ser conectadas nas entradas de controle do MUX, cujas mesmas permitem a seleção das entradas. 2 O Circuito O diagrama esquemático do circuito (Figura 14), como também a foto do circuito montado (Figura 15), encontrase no anexo. Para complemento do projeto, o contador foi implementado de forma a contar de 0 a 4, que são a quantidade de escalas do projeto. O outro complemento foi o de correr o ponto no display, correspondendo à escala correta. Para isso, um circuito combinacional foi projetado de forma que o ponto corresse à medida que uma escala fosse selecionada. Para a identificação de qual escala se encontrava, um conjunto de leds foram inseridos no circuito, nas saídas do contador. Dessa forma, um valor binário passa a ser mostrado através dos leds, correspondendo à escala em uso. A alimentação do circuito é feita através de uma fonte simétrica de ± 5V, alimentando o Amp.Op.. O resto do circuito é alimentado em 5V. 3 Referências [1] [2] [3] [4] Tocci - Sistemas Digitais [5] Boylestad, Robert L. - Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos [6] Montebeller, Sidney J. Eletrônica II, Faculdade de Engenharia de Sorocaba [7] Saber Eletrônica Especial Nº [8] Notas de aula 4 Anexos Amplificador Operacional LF 353 Figura 1: Configuração inversora Figura 2: Pinagem LF 353 Raphael Dantas Ciríaco 3

4 Conversor Analógico/Digital (ADC0804) Figura 4: Pinagem ADC0804 Figura 3: Conversão por aproximações sucessivas Decodificador Binário/BCD (74185) Figura 5: Pinagem Figura 6: Decodificação de 8 bits Raphael Dantas Ciríaco 4

5 Decodificador BCD/7 Segmentos (7447) Display Ânodo Comum Figura 7: Pinagem 7447 Figura 8: Display de 7 segmentos ânodo comum Multiplexador CMOS (4051) Figura 9: MUX 4051 Raphael Dantas Ciríaco 5

6 Multivibrador (74123) Figura 10: Pinagem Figura 11: Tabela da verdade do Contador Binário UP/DOWN (74193) Figura 12: Pinagem Diagrama de Blocos do Circuito Figura 13: Diagrama de blocos Raphael Dantas Ciríaco 6

7 Diagrama Esquemático do Circuito Circuito Montado Figura 14: Diagrama esquemático Figura 15: Circuito do Ohmímetro Raphael Dantas Ciríaco 7