Dispositivos de E/S para Sistemas Embarcados
Remy Eskinazi Sant´AnnaGRECO – Cin - UFPE
Agenda da Apresentação
Introdução aos sistemas analógicos Sensores Atuadores Conversão AD e DA
Dispositivos de entrada e Saída e mecanismos de tratamento
Leds e Displays Chaves e teclados Opto Sensor e Opto isolador Motor contínuo e de Passo
Introdução aos sistemas analógicos
Sensores: São dispositivos que apresentam sensibilidade a algum tipo de grandeza física:
Pressão Temperatura Proximidade Umidade Luminosidade ...
Diagrama básico de operação
Sensores e Atuadores
Exemplos de sensores: Cilindro Pneumático (Ex.: Indutivo); Sensores de distancia (Proximidade); Lineares Encoders Fotosensores; Termopares; ...
Sensores Contínuos
Sensores Discretos
Sensores Lineares
Sensores Lineares Ópticos
Sensores Rotativos Ópticos (Encoders)
Exemplo: Sensor de Pressão indutivo
Exemplo: Sensor de Pressão Piezelétrico
Sensores Piezoresistivos (Strain Gages)
Atuadores
Dentro de uma malha de controle ou sistema embarcado, o elemento final de controle, que tem por objetivo reposicionar uma variável, de acordo com um sinal gerado por um controlador, é chamado de atuador, pois atua diretamente no processo, modificando as suas condições
Atuadores
Tipos de Atuadores Hidraulicos; Pneumáticos Elétricos
Relés Resistores; Eletroímãs; Lâmpadas; Alarmes sonoros Motores CC e de Passo
Atuadores usados em Robótica (Garras)
Atuadores Paralelo
Garra três dedos
Garra articulada
Garra por sucção
Conversores A/D e D/A
Porque Converter?
Grandezas físicas (pressão, umidade, temperatura, luz) são intrinsecamente Analógicas;
Métodos de processamento, transmissão, processamento, visualização e armazenamento são mais eficientes sob a forma digital;
Freqüentemente após o processamento ou transmissão, o sinal é necessário sob a forma analógica.
Teorema da Amostragem
Teorema da Amostragem: Ts ½ fm
Exemplo de circuito Sample and Hold
+
-
VC
-
VS
+ VO
+
-
+
-
Multiplexação por divisão de Tempo
Quantização
a) Sinal M(t)
b) Característica de E/S do quantizador
c) A saída do quantizador (Linha cheia)
Quantização
Supondo:
Sinal pico a pico = R
Níveis de quantização = Q
Salto (Step) S = R/Q
Conclusão: Menor erro possível = S/2
Posicionamento do quantizador em relação ao range R
Quantização
Notação complemento 2
Conversores A/D e D/A
Técnicas de Conversão
Conversores D/A: Malha resistiva ponderada Malha resistiva R-2R (Escada)
Conversores A/D: Flash Contador Aproximação sucessiva Dupla inclinação
Conversor D/A de Malha Ponderada
R
R/2
R/4
R/8
..
.R/2N
D0
D1
D2
D3
DN -1
Entrada Digital
Iout
Iout = Vref/R + 2Vref/R + 4Vref/R + 8Vref/R + … + 2nVref/R
Iout = Vref. ( 1/RD0 + 2/RD1 + 4/RD2 +8/RD3 +… + 2n/RDn-1 )
Conversor D/A de Malha R-2R
Conversor Malha R-2R
R R R R R
D0 D1 D2 D3
2R 2R 2RVout
R R R R
Especificações para conversores D/A
Resolução No de bits de um conversor => No de Tensões (Correntes) de
saída Linearidade
Incrementos numéricos iguais => Incrementos iguais na saída Precisão
Diferença entre a tensão obtida e aquela que seria ideal Tempo de acomodação
Intervalo compreendido entre o instante de variação de entrada e o instante em que a saída se aproxima o suficiente do seu valor final.
Conversores A/D e D/A
Características importantes: linearidade e precisão
000
001
010
011
100
101
110
111
0 1 2 3 4 5 6 7
Conversores A/D
Mais complexos que conversores D/A Geralmente utilizam um D/A para conversão
final Principais parâmetros: Precisão e
velocidade
Conversor A/D Flash
Conversor A/D de Dupla inclinação
Técnica de aproximação sucessiva Algoritmo:
Conversor de Aproximação sucessiva
Técnica de aproximação sucessiva
•Circuito:
Conversores AD e DA
Características importantes:
Resolução - Relacionada com o numero de bits do conversor
Precisão - Valor convertido corretamente Linearidade - relacionada com a precisão Monotonicidade – Incremento da tensão =>
Incremento na saída digital Formato – Tipo do código fornecido
Conversor ADC679
Conversor ADC679
Tabelas Funcionais:
Conversor ADC679
Tabelas Funcionais:
Conversor ADC679
Tabelas Funcionais:
Conversor ADC679 - Exemplo de Interfaceamento
RD
WR
RST
P07|
P00
P27|
P20
8051FPGA
ADC 679
‘373
D7
|
D0
SCCSOEEOCENHBEEOCSYNC
Leds e Displays
LED – Light Emitter Diode
+-
Leds e Displays
Display de 7 segmentos
a b c d e f g pda
b
c
d
e
fg
pd
Displays LCD
São periféricos ativos e independentes (possuem controlador próprio) que permitem a interligação com outros sistemas através de um barramento de dados de modo a receber caracteres ou gráficos que deverão aparecer no display.
Displays LCD Gráficos
LCD Gráficos Resolução por Dot Pixel:
128 x 32; 128 x 64; 240 x 64; 240 x 128;
20 pinos/conexão
Displays LCD Alfanuméricos
Especificados por Colunas Linhas
Ajuste de contraste Iluminação (Backlight opcional)
Displays LCD Alfanuméricos
Pinagem para módulos LCDs disponíveis:
Displays LCD
.
.
.
Data bus
R / W
InterfaceControlador
LCD
C / D
RAM Caracteres / Pontos
. . .
Exemplo de interfaceamento com microcontrolador 8051
RD
WR
RST
A0A1
CS
D7|
D0
RD
WR
RST
P07|
P00
P27|
P20
PA7
|
PA0
80518255
LCD
‘373
A15
|
A2
RS R/W E
D7
|
D0
PB0PB1PB2
Instruções utilizadas freqüentemente
Endereços dos caracteres na DDRAM
Chaves Mecânicas
1
0
Circuito Anti bounce 1
Circuito Anti bounce 2
Teclado Mecânico
F
E
D
C
B
A
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0P1.0
P1.3
P1.4
P1.7
Algoritmo: Tecla = Peso + Deslocamento
P1.4 = 0 => Peso 0P1.5 = 0 => Peso 4P1.6 = 0 => Peso 8P1.7 = 0 => Peso 12
P1.0 = 0 => deslocamento 0P1.1 = 0 => deslocamento 1P1.2 = 0 => deslocamento 2P1.3 = 0 => deslocamento 3
Teclado Mecânico: Algoritmo de codificação
INICIO
P1.4 0
Peso = 0
Subrotina Tecla
Tecla?
(A FF?)
Shift Bit Esq P1
Peso = Peso+4
Peso = 16?
RET
Subrotina Tecla
P1.0 = 0 ? Tecla = Peso + 0
P1.1= 0 ? Tecla = Peso + 1
P1.2 = 0 ? Tecla = Peso + 2
P1.3 = 0 ? Tecla = Peso + 3
RET
1
1
1
Tecla?
N
S
S
S
S
S
N
N
N
N
N
S
S
N
Motor de Passo
Motor de Passo: Acionamento com passo completo
•Gasta menos energia •Gira mais rápido •É mais simples •Possui menos torque •Possui menos precisão
Motor de Passo: Acionamento com passo completo
•Gasta o triplo de energia •Gira mais devagar •É mais complexo •Possui 1.4 vezes mais torque •Possui o dobro da precisão
Motores CC
Motores CC
Referencias Sensores:
http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/unidade/uni3_aut4.htm Atuadores:
http://www.dee.bauru.unesp.br/~marcelo/robotica/Robot6.htm
Conversores AD e DA: Taub & Schling, Eletrônica Digital, McGraw Hill
Motores de Passo http://users.hotlink.com.br/rmenezes/informa/mpasso/mpasso.htm http://www.mrshp.hpg.ig.com.br/rob/passo_steps.htm
Displays LCD http://www.hotlink.com.br/users/res
Top Related