Conversores D/A e A/D e Multiplexadores em Instrumentação

Transcrição

1 Conversores D/A e A/D e Multiplexadores em Instrumentação slide

2 Conversores D/A Digital para Analógico Valor de Reerência V R Entrada Digital X D/A Valor de Saída Analógico V 0 slide

3 Normalmente, o D/A possui um latch em sua entrada Conversor com resistores ponderados Conversor com malha R-2R (multiplicativo) slide

4 slide Estrutura básica com resistores

5 slide Conversor com resistores ponderados

6 Conversor com resistores ponderados Ampliicador Inversor Escolhendo convenientemente os valores dos resistores R3 = R R2 = 2R R = 4R R0 = R

7 Dígito menos signiicativo (LSB) Chaves Analógicas: on chave conectada a Vre ( ) o chave conectada ao terra ( 0 ) Dígito mais signiicativo (MSB)

8 R D3 D2 D D0 V0 ). V R ( 2 4 Re D i somente podem assumir os valores 0 e

9 R D3 D2 D D0 V0 ). V R ( 2 4 Re Exemplo: Entrada digital = 0 0 D 3 D 2 D D 0 Assumindo: V re = 5V R = K R = K V V V K 0 ( K 2 ( ).5 5,625V 0 4 ).5

10 Este circuito pode ser acilmente estendido para qualquer número de bits Equação de saída para conversor de n bits V R D D 2 D 4 D 2 ( N N N ). N R V Re

11 Fazendo R = ½ R DN DN DN D V ( ). V N Re

12 DN DN DN D V ( ). V N Re Valor Mínimo = 0 Quando todos os bits orem 0 Valor Máximo, quando todos os bits orem V0 max (... ). V N Re Soma dos n termos de uma progressão geométrica de razão ½ e termo inicial /2

13 V D 2 D 4 D D 2 ( N N 2 N ). N V Re Valor Máximo, quando todos os bits orem V V 0 max (... ). N Re

14 Exemplo: Conversor D/A de 3 bits D2 D D

15 Saída Analógica D2 D D0 0 0 Usando Vre negativo V Re D2 D D0 V0 ( ). V V0 ( ). VRe 2 4 V0 VRe Entrada Digital Re

16 Saída Analógica D2 D D0 0 0 Usando Vre negativo V 0 ( ). V Re V Re 4 V 0 4 V Re V Re Entrada Digital

17 Saída Analógica D2 D D0 0 Usando Vre negativo 3 V Re 4 V Re V V ( 2 3 VRe 4 ). V Re V Re Entrada Digital

18 Saída Analógica D2 D D V Re 4 V Re V Re V V 0 0 ( 2 2 V Re ). V Re V Re Entrada Digital

19 7 V Re 3 V Re 4 5 V Re V Re 2 3 V Re V Re 4 Saída Analógica V V 0 0 D2 D D0 ( 7 2 V Re 4 ). V Re V Re Entrada Digital

20 A resolução de um conversor A/D é dada pela aixa dinâmica do sinal analógico (aixa de valores analógicos) e a quantidade de números existentes para a sua representação. Resolução 2 V s nbits

21 7 V Re 3 V Re 4 5 V Re V Re 2 3 V Re V Re 4 V Re 000 Saída Analógica Exemplo Resolução V s níveis V 7 s 2 V nbits s Entrada Digital

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33 Conversor D/A com MC40 Motorola

34 Conversor com resistores ponderados Desvantagens - A aixa de valores necessários para os resistores de entrada torna-se muito grande à medida que o número de bits aumenta - Torna-se diícil e caro obter resistores de precisão nestes valores Solução Uso da rede R-2R

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36 Usando conceitos de eletricidade básica R V0 ( A3 A2 A A0 ). V 3R Re

37 Para n bits V A A A A R R V Re ) ( 3 N N N N V A A A A R R V Re ) ( 3

38 Fazendo R=3R V ( AN AN 2 AN 3... A N 0). V Re

39 7 V Re 3 V Re 4 5 V Re V Re 2 3 V Re V Re 4 V Re 000 Saída Analógica A2 A A V0 ( A2 A A0 ). V 2 4 Entrada Digital Re

40 Conversores A/D Analógico para Digital Valor de Reerência V R Valor de Entrada Analógico V 0 A/D Saída Digital X slide

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42 Conversor A/D tipo contador de rampa Conversor D/A Entrada Analógica Comparador + - Contador Progressivo Contador Progressivo Clock Reset A 0 A A n Saída Digital Lógica de Controle Start Clock

43 Funcionamento: A conversão tem início com um pulso de Start, que provoca o reset do contador A saída é convertida em um nível de tensão analógica e comparada com a tensão de entrada No instante em que a tensão de saída do conversor D/A icar maior que a tensão de entrada, a contagem para e a saída digital é o valor digitalizado da entrada Enquanto a tensão de saída do conversor D/A or menor que a tensão de entrada, o contador é incrementado pelos pulsos de clock

44 Vantagem: Simplicidade Desvantagem: É lento Alternativa Uso de um contador progressivo/regressivo

45 Conversor A/D tipo contador de rampa contínuo Conversor D/A Comparador + A 0 A A n Saída Digital Entrada Analógica - Contador Progressivo/Regressivo Contador Progressivo Up/Down Lógica de Controle Clock

46 Funcionamento: Não há necessidade de start: o contador inicia a contagem partindo de um valor anterior Se a entrada analógica or maior que o valor de saída do conversor D/A, a contagem é progressiva, caso contrário será regressiva Conversão mais rápida que o anterior

47 Conversor A/D por aproximação sucessiva Conversor D/A Comparador + A 0 A A n Saída Digital Entrada Analógica Start - Lógica de Controle Registrador de Armazenamento Contador Progressivo Registrador de Deslocamento Clock

48 Funcionamento: A conversão tem início com um pulso de Start Se a saída digital é maior que a entrada analógica, o MSB é ressetado (MSB = 0 ) e o bit seguinte é setado O processo continua até o LSB. Nesta situação o registrador de armazenamento conterá a saída digitalizada da entrada O bit mais signiicativo da saída é setado (MSB = ) Se a saída digital é menor que a entrada analógica, o MSB permanece em e o bit seguinte é setado

49 Conversor A/D por aproximação sucessiva Velocidades de conversão de até 00ns/bit

50 Conversor A/D por Integração (sem uso de Conversor D/A) Entrada Analógica -Vre Chave Analógica + - Integrador + - Comparador Lógica de Controle Contador Progressivo Clock Contador Reset Saída Digital A n A N- A 0

51 Conversor A/D Paralelo

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53 Mutiplexadores e Demultiplexadores

54 Multiplexador de 2 canais

55 Multiplexador de 4 canais

56 Demultiplexador de 2 canais

57 Demultiplexador de 4 canais

58 7450 Multiplexador de 6 linhas de entrada

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60 Descodiicador BCD 7 segmentos. Circuito integrado 7447 slide