O que é: Um sistema eletrônico que recebe uma tensão analógica em sua entrada e converte essa tensão para um valor digital em sua saída. Processo de conversão Consiste basicamente em aplicar uma informação analógica em um conversor e recolher na saída uma informação digital Os conversores A/D mais comuns são: -Conversor A/D tipo contador de rampa; -Conversor A/D tipo contador de rampa contínuo; -Conversor AD de Aproximação sucessiva; -Conversor A/D integrador por dupla inclinação.
Conversor A/D tipo contador de rampa Tem esse nome porque a sua tensão de saída aumenta gradualmente de forma semelhante a uma rampa Funcionamento: - A conversão é iniciada com um pulso start que zera o contador. O comparador é alimentado com tensão analógica desejada. -A saída do comparador aciona a porta E e libera a entrada de pulsos de clock no contador.
Conversor A/D tipo contador de rampa O contador começa a receber os pulso e indica na saída, em linguagem binária, os pulsos recebidos. O conversor D/A ligado na saída do circuito converte o valor binário da saída para analógico e os envia para o comparador. Quando a tensão de saída do conversor D/A for igual a tensão da entrada analógica, a saída do comparador será zerada. Isso bloqueia a entrada do clock, e a saída digital indicará um valor binário correspondente à tensão analógica. Vantagens e desvantagens A vantagem desse tipo de conversor é ser simples, preciso e de baixo custo. Este conversor, porém, é muito lento e tem que ser zerado para realizar nova conversão, quando houver uma diminuição da tensão de entrada analógica. Para solucionar tais problemas, utilizam-se os conversores de rampa contínuos que utilizam contadores crescentes e decrescentes.
Conversor A/D tipo contador de rampa contínuo O conversor A/D tipo contador de rampa contínuo não necessita de sinal de start para iniciar a conversão. Ele faz a conversão toda vez que há variação na entrada analógica, mesmo que aja aumento ou diminuição de tensão. Funcionamento: -É semelhante ao do conversor tipo rampa. -Quando a entrada analógica é alimentada com algum tipo de tensão, é enviado ao circuito um sinal positivo (quando houver um aumento de tensão de entrada) ou negativo (quando houver diminuição de tensão de entrada). - De acordo com o sinal recebido pelo circuito de controle, ele determina se a contagem é progressiva ou regressiva e libera a entrada do sinal de clock. A contagem se realiza até que a tensão enviada pelo conversor A/D se iguale à tensão de entrada, e a saída do comparador seja zerada. Isso fará o circuito de controle bloquear a entrada de clock, e a saída indicará um valor binário correspondente à entrada analógica.
Conversor A/D de aproximação sucessiva -Utilizado quando a velocidade de conversão é importante. -Utiliza um circuito denominado de amostra e retenção (Sample and Hold) por requer um certo tempo na conversão. Circuito de amostra e Retenção -É um amplificador com duas funções de operação distintas controladas por um sinal lógico. -Uma das funções do amplificador é a de fornecer uma amostra de tensão. Neste caso, o circuito funciona como um amplificador comum cuja tensão de saída segue a tensão de entrada. -A outra função é a de retenção, ou seja, a tensão de saída se mantém constante no valor final do período de amostra. Pode-se notar que: -O amplificador A 1 é um buffer de entrada com entrada de alta impedância; -O amplificador A 2 é um buffer com alta impedância de entrada e baixa impedância de saída; -A chave S é geralmente um circuito FET
Circuito de amostra e retenção Funcionamento -Quando a chave S é fechada, o capacitor se carrega rapidamente com a tensão de entrada -Quando S é aberta, a saída de A2 mostrará o último valor que estava no capacitor. Quando a chave se fechar novamente o capacitor se carregará com novo valor de amostra, que será retido e indicado na saída. As formas de onda é ilustrado no gráfico:
Conversor A/D de aproximação sucessiva - -É utilizado quando a velocidade de conversão é fator importante pois sua velocidade de conversão é de apenas alguns microssegundos. Pode-se destacar os seguintes blocos: -Um contador em anel formados pelos flip-flops tipo A (FF1 a FF6) que serão ativados sempre um de cada vez em nível alto; -Quatro flip-flops(ffd a FFA) que são utilizados para registrar os bits digitais que alimentam a saída e o conversor D/A; -Um conversor D/A com função de enviar sinal ao comparador;
Conversor A/D de aproximação sucessiva -Um circuito de amostra e retenção ( sample and hold ); -Um comparador que recebe a tensão de entrada analógica através do circuito de amostra e retenção e a tensão do conversor D/ª -Após a realização da comparação, o comparador fornece em sua saída: Nível o quando V 0 - > V 0 + Nível 1 quando V 0 - < V 0 + Funcionamento: -Suponha que a entrada seja alimentada de 12 V. A conversão é iniciada com um pulso strobe.quando este pulso surge, o circuito de amostra e retenção leva para a saída o valor da tensão analógica que estava na entrada e a entrada Data de FF1 fica em nível 1. -Quando surgir o primeiro pulso de clock, FF1 transferirá o nível 1 de sua entrada data para a saída e irá iniciar FFC,FFB e FFA. -A entrada do conversor terá os níveis lógicos 1000 e a saída 8V. -O comparador terá em sua entrada V 0 - > V 0 +, portanto a saída terá nível lógico 0. Isso inibirá a entrada de reset dos flip-flops FFD a FFA. -Quando surgir o segundo pulso de clock, FF2 transferirá o nível 1 de sua entrada data para sua saída e irá iniciar oo FFC. -A entrada do conversor terá agora os níveis lógicos 1100 e saída 12V. -A saída do comparador continua com nível lógico 0 pois V 0 - = V 0 + e as entradas de reset de FFD a FFA continuam inibidas. -Quando surgir o terceiro clock, FF3 transferirá o nível lógico 1 de sua entrada para a saída e irá iniciar FFB. -A entrada do conversor irá apresentar agora, os níveis lógicos 1110 e 14V.
Conversor A/D de aproximação sucessiva -A saída do comparador passará para o nível lógico 1 pois V 0 - < V 0 + e possibilitará o reset dos flip-flops FFD a FFA. -Quando surgir o quarto pulso de clock, FF4 irá transferir para sua saída o nível lógico 1 e irá iniciar FFA e também reinicializar FFB. -A entrada do conversor D/A terá agora os níveis lógicos 1101 e a saída, 13V. -A saída do comparador irá continuar com nível lógico 1 pois V 0 - < V 0 + e os pinos de reset dos flip-flops FFD a FFA continuam habilitados. -Quando surgir o quinto pulso de clock, FF5 irá transferir para a sua saída o nível lógico 1 da entrada 2 e irá reinicializar o FFA. -A entrada do conversor D/A terá então os níveis lógicos 1100 e a saida será de 12V. -O comparador volta, então, a ter o nível lógico 0 em sua saída e inibe os pinos de reset dos flip-flops. -Quando surgir o sexto pulso de clock, FF6 transportará para sua saída o nível lógico de sua entrada e habilitará as portas E. Estas transportarão os níveis lógicos de entrada do conversor para a saída digital, que é o valor correspondente à entrada analógica. -A saída Q6 de FF6 também habilita novamente o circuito de amostra e retenção cuja função é reter o novo valor de tensão. -Quando surgir o sétimo pulso clock, o ciclo se repete e o novo valor binário correspondente à tensão analógica será transportado para a saída digital quando FF6 for iniciado novamente.
Conversor A/D integrador por dupla inclinação -É largamente utilizado em instrumentos de medição onde a velocidade de conversão não é um fator importante. Funcionamento: -Ao se aplicar uma tensão na entrada analógica o circuito integrador começa a fornecer uma tensão (-V 0 ) em rampa negativa para a entrada inversora do integrador.
Conversor A/D integrador por dupla inclinação -Assim que a entrada inversora recebe alguns milivolts de tensão, o limiar do comparador é ultrapassado (V 0 < 0). Então a saída do comparador vai para o nível 1 e a unidade de controle libera os pulsos de clock para o contador. -Quando o bit mais significativo do contador atingir nível 1, termina o tempo t 1 e a chave analógica é acionada ligando V Ref ao integrador em Lugar de V E. -A tensão de referência é de sinal oposto e de maior amplitude que a tensão de entrada. Assim, a saída do integrador passa a integrar no sentido positivo. O gráfico abaixo mostra a forma de onda na saída do integrador. t - t 1 é o tempo do primeiro período de conversão (t 1 = 2/f); - t 2 é o tempo do segundo período de conversão; t 2 = V V E 2 Re f. f -V máx é a saída do integrador no final do primeiro período de conversão V máx = VE.t 1 Rc
Conversor A/D integrador por dupla inclinação - V ref é a tensão de referência - valor negativo > V E ; - V E é a tensão de entrada ; - N é o número de bits de saída digital; - f é a freqüência de clock do contador. -A constante de tempo RC de carga não influi no valor binário porque o tempo de integração depende da freqüência de clock.isso faz t 1 ficar constante. - Referências Bibliográficas: Eletrônica Digital Herbert Taub, Donald Schilling. Editora McGraw-Hill Sistemas Digitais, Princípios e Aplicações Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer. Editora Prendice Hall, 8ªEdição Preparação para o Trabalho, Formação Básica, Eletrônica Digital 2, SENAI -SP
Roteiro de Prática Conversor A/D A - Objetivo -Verificar a variação de tensão DC com um conversor Digital /Analógico ADC0804. B- Prática 1-Utilizar o circuito conversor A/D de 8 bits ADC0804 conforme mostra a figura 1 e variar a tensão utilizando o potenciômetro na entrada, medindo seus valores de acordo com o a tensão dado em binário pelos LEDs D0 a D7. Anotar estes valores na Tabela 1. Figura 1 Conversor ADC0804 de 8 bits Tabela 1 Valor de Tensão DC de acordo com seus valores em Binário 2- Montar o Gráfico VDC x Dec 3- Conclusões