![Z } o ] u ] } ] } v · 2019. 7. 24. · Z µ o v Z P µ o } v o Ç u } ] u } v ] v Z µ . } v v À } v } ( Z v P o](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/5fc4ef70392872412509a94c/z-o-u-v-2019-7-24-z-o-v-z-p-o-v-o-u-u-v-v-z.jpg)
EA075 Conversão A/D e D/A - dca.fee.unicamp.brlboccato/Cap.4.1-ConversaoAD.pdf · 3. 1010 10 V < V...
18
EA075 Conversão A/D e D/A Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Prof. Levy Boccato 1
-
Upload
hoangkhanh -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
Transcript of EA075 Conversão A/D e D/A - dca.fee.unicamp.brlboccato/Cap.4.1-ConversaoAD.pdf · 3. 1010 10 V < V...
EA075 Conversão A/D e D/A
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Prof. Levy Boccato
1
2
Introdução Sinal digital: possui um valor especificado como
uma de duas possibilidades, como 0 ou 1, BAIXO ou ALTO, que correspondem a níveis de tensão dentro de intervalos específicos (e.g., 0-0.8 V e 2 a 5 V na família TTL).
Sinal analógico: pode assumir qualquer valor em um intervalo contínuo; seu valor exato é importante (e.g., representa uma grandeza, como temperatura, diferente).
Como utilizar sistemas digitais para monitorar e/ou controlar um processo físico?
3
Introdução
Variável física
Para controlar a variável física
Sistema digital
Entradas digitais
Saídas digitais
Sinal elétrico analógico
Saída analógica
Transdutor Atuador
Conversores analógico-digital (ADC) e digital-analógico (DAC) são usados para permitir o contato de um sistema digital com o ambiente analógico.
4
Processo que toma um valor representado em código binário (digital) e o converte em uma tensão ou corrente proporcional.
Em geral,
Saída analógica = K × entrada digital
K é um fator de proporcionalidade constante para um certo DAC conectado a uma tensão fixa de referência.
Conversão digital-analógico
5
Conversão digital-analógico
Entradas digitais
VOUT
Saída analógica
Conversor digital-analógico
(DAC)
• K = 1 V e VOUT = (1 V) × entrada digital.
6
Cada entrada digital contribui com um valor diferente para a tensão analógica.
O bit menos significativo contribui com (20) × K volts.
O segundo bit menos significativo contribui com (21) × K volts.
O bit mais significativo contribui com (2N-1) × K volts, onde N é o número de bits que representa o valor digital.
Exemplo: 0110 – (22 + 21) × K = 6V
Conversão digital-analógico
: . : .
7
A rigor, o sinal de saída não é analógico – afinal, ele pode assumir somente 2N níveis de tensão.
Conversão digital-analógico
DAC
Resolução = 1 V
Contador de 4 bits
Fundo de escala (entrada = 1111)
Resolução = tamanho do passo = 1 V Tempo
Contagem retorna a 0000
8
Resolução: menor mudança que pode ocorrer na saída analógica como resultado de uma mudança na entrada digital (tamanho do passo).
Com N bits, é possível representar 2N níveis de tensão. Existem, portanto, 2N – 1 passos para sair do valor mais baixo (zero, por exemplo) e atingir o fundo de escala.
Logo, K = Vref / (2N – 1).
Aumentar N diminui a resolução, tornando possível representar mais valores de tensão.
Conversão digital-analógico
9
Implementações:
Conversão digital-analógico
Entradas digitais (0 V ou 5 V)
Fundo de
escala
Código binário
• Amplificador operacional opera como um somador. • Cada tensão de entrada é multiplicada por um peso dado pela razão entre o resistor Rf e o resistor de entrada.
VOUT = - (VD + 1/2 VC + 1/4 VB + 1/8 VA)
10
Implementações: R / 2R ladder: usa resistores com valores próximos (R e 2R ohms),
independentemente de quantos bits existem na representação.
Conversão digital-analógico
VOUT = - (Vref / 16) × B
11
Processo que toma um valor de tensão analógico e obtém um código binário para representá-lo.
Conversão analógico-digital
Comparador
Resultado digital
DAC
Registrador
Entrada analógica
Unidade de controle
Comando de partida
Fim da conversão
12
Operação básica:
O comando de partida inicia a conversão;
Em uma taxa determinada pelo clock, a unidade de controle continuamente modifica o número binário armazenado no registrador;
O DAC converte esta representação binária em um valor de tensão “analógico” VAX.
Enquanto VAX < VA, a saída do comparador fica no nível ALTO. Quando VAX excede VA (por uma quantidade maior ou igual a VT – tensão de threshold), a saída vai para BAIXO e interrompe o processo de adaptação do conteúdo do registrador.
Neste ponto, VAX é uma aproximação de VA e o código binário armazenado no registrador é o seu equivalente digital.
A unidade de controle ativa o sinal EOC, indicando o fim da conversão.
Conversão analógico-digital
13
ADC do tipo rampa digital:
Um contador é usado no lugar do registrador. Seu conteúdo é incrementado a cada ciclo de relógio enquanto o valor VAX for menor que VA.
O termo rampa digital vem da forma de onda que se observa em VAX.
Conversão analógico-digital
Partida
Tempo
Fim da conversão
14
ADC do tipo rampa digital: Erro de quantização: diferença entre a quantidade analógica
verdadeira (VA) e quantidade equivalente à sequência binária armazenada (VAX). Exemplo: VAX está, no máximo, a 10 mV de VA se a resolução do DAC
(ADC) for 10 mV.
Tempo de conversão: o máximo tempo ocorre quando VA é um pouco menor que a tensão de fundo de escala, de maneira que VAX deve chegar ao último estágio da rampa digital. Considerando N bits na conversão, tc(max) = 2N – 1 ciclos de relógio.
Desvantagem: O tempo de conversão essencialmente dobra para
cada bit que é adicionado ao contador – só é possível melhorar a resolução com o custo de um tc maior.
Vantagem: simplicidade do circuito.
Conversão analógico-digital
15
ADC com aproximações sucessivas:
Conversão analógico-digital
Entrada analógica
Lógica de controle
Registrador
O circuito é mais complexo, porém o tempo de conversão é bastante inferior e independe (ou seja, é aproximadamente o mesmo) do valor da entrada analógica VA.
16
ADC com aproximações sucessivas: O processo começa colocando o bit mais significativo do
registrador no valor 1 e testando se VAX > VA.
Se for maior, o bit testado tem seu valor restaurado para 0. Senão, mantemos este bit em 1.
Este procedimento se repete para cada um dos N bits do registrador de maneira sucessiva, até que todos tenham sido avaliados.
Exemplo: N = 4 bits, resolução de 1 V e VA = 10,4 V.
1. 1000 8 V < VA – mantém o bit = 1 e prossegue para o próximo.
2. 1100 12 V > VA – zera o segundo bit e prossegue para o próximo.
3. 1010 10 V < VA – mantém o bit = 1 e prossegue para o próximo.
4. 1011 11 V > VA – zera o bit e encerra.
FINAL: 1010 = 10 V ≈ 10,4 V
Conversão analógico-digital
17
ADC com aproximações sucessivas:
Este método termina com uma sequência binária cuja tensão VAX
correspondente é sempre menor que a tensão analógica VA.
Vantagem: o tempo de conversão varia linearmente com o número de bits usados para representar a grandeza analógica.
tc = N ciclos de relógio
Conversão analógico-digital
18
Generalização
Conversão analógico-digital
VMAX
VMIN
0
000...0 d = 0
111...1 d = 2N - 1
VA d
Resolução: (VMAX – VMIN) / (2N – 1)
12
N
MINMAX
MINA d
VV
VV
![2017Regulamento ConcursoNacionalervas aromáticas 2 · } v µ } E ] } v o v Z ] } U } v µ } E ] } v o v Z ] } U v } W µ v } µ](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/5c34391409d3f212298bc41d/2017regulamento-concursonacionalervas-aromaticas-2-v-e-v-o-v-z.jpg)
![Chaminade CARTAS 3 - Ágora Marianista...} Ç u µ Ç } v v } U u ] µ ] } Z ] i } U µ ^ ] v rZ u Ç À Ì u } µ ] À } V À u ] v } v P µ } o ( µ v ] } v u ] v } µ v µ v o o](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/5fae9148f4bfd635d90cabb2/chaminade-cartas-3-gora-marianista-u-v-v-u-u-z-.jpg)
![PRESENTACIîN INSTITUCIONAL...>W} ro( Ì ] v v } o }v u Ç} íñy } µ (µ }vo ( Ì Ç µ oo µ v} }v oµÇ }v ov]À o ]u ]}X v ou } o} } } ]v oµ ] vU µ v o }v }v ] ]( v U }o v Çi](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/5e71f16f1578275091135dd2/presentacin-institucional-w-ro-oe-v-v-o-v-u-y-.jpg)
![K ] v } W : } µ } Y µ u t } v K ] v } } µ } v P v Z ] ] À ...](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/619d7a29e5ffc10c8d7e3aa7/k-v-w-y-u-t-v-k-v-v-p-v-z-.jpg)
![] Z µ v ] v } Á ] v X , À ] v P v } ] Á Z ] X [ d Z Ç ] Z ...](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/62ae5717f98c27368d396f9d/-z-v-v-v-x-v-p-v-z-x-d-z-.jpg)
![v } u t ^ } ] ] o ] µ } / v ] ] o ] v } u µ v ... · / v } u t ^ } ] ] o ] µ } / v ] ] o ] v } u µ v ] } ys// } v P ...](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/5be4fe6309d3f22b448b5d46/v-u-t-o-v-o-v-u-v-v-u-t-o-.jpg)
![í D ] o ^ ] v > ] ] } v · ð P v u ] } ] } ] ] v } µ } ] À u } v Z ] u v } ] D^> À](https://static.fdocumentos.tips/doc/165x107/5f09e7dd7e708231d429114f/-d-o-v-v-p-v-u-v-u-v-z-u-v-.jpg)