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Aquisição de dados
entrada de microfone
Profa. Marisa Almeida Cavalcante
http://xviiisnefnovastecnologias.blogspot.com/
•coleta de dados se processa em tempos curtos permitindo que experimentos possam ser realizados em diferentes condições de contorno transformando as aulas num ambiente de investigação e pesquisa.
•Levar tecnologia disponível para a sala de aula - Física do Cotidiano no século XXI
•Tornam as aulas muito mais participativas
•Permitem estudar fenômenos na região de milisegundos.
Algumas vantagens associadas com relação a implantação de sistemas de aquisição informatizados de dados
Dificuldades de implementação
Construção de interfaces de aquisição Desenvolvimento de softwares A ausência, em geral, destes recursos nos cursos
de formação de professores. Compra de pacotes prontos alem de alto custo
operam como “caixas pretas”.
Objetivos deste módulo:
Permitir a compreensão dos processos de conversão de sinais para a lógica computacional.
Mostrar que não é preciso conhecer eletrônica para implantar sistemas de aquisição nem tão pouco programar. Ufa!!!!!!!!
Basta utilizar a entrada de microfone dos microcomputadores e softwares com versões shareware e/ou free disponíveis na web
V
ConversorAnalógico /Digital
Códigos bináriosCódigos binários
0 0 0 1 1 0 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1
0 0 0 0 1 1 1 1
1 1 1 0 0 0 1 1
Comunicação meio externo e o microcomputador
Como transformar sinais analógicos em “frases binárias”?
Chips ou Circuitos integrados
Mundo físico computadores
Tradutor
A lógica computacional utiliza apenas dois estados físicos de tensão:
5,0 volts que correspondente ao estado alto (conduz) que corresponde ao dígito 1 0 volts (na prática mV) que corresponde ao estado baixo (não conduz) que corresponde ao digito 0.Uma série de frases binárias podem ser formadas a partir destes dígitos e a base de conversão será a base 2.
Uma frase 1100, por exemplo corresponde a uma frase com 4 bits. Ou seja teremos que:
1x23+1x22+0x21+0x20
1 1 0 0
O algarismo decimal corresponde a esta frase é
8 + 4 + 0 + 0 = 12
Conversão sinal analógico para digital Sistemas de numeração binária
Base 10 : 11 corresponde à1x(101)+1x(100)
Base 2: 11 corresponde à1x(23)+0x(22)+1x(21)+1x(20)
8 2 1+ + = 11
1 0 1 1Frase binária
Conversores A/D
Vários parâmetros são importantes, dentre eles temos:
Velocidade de transmissão Número de bits na sua saída, que define a
precisão na analise do impulso de entrada. Canais de entrada Tempo de resposta Tensões de entrada Tensões de saída...etc
Número de bits
Para 03 bits por exemplo, quantas frases podemos
ter?
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
Se tivermos uma tensão total de 5 volts, para dividir nestas
frases, cada frase deve corresponder a um intervalo de
tensão.
Qual é este intervalo?
1 1 1
5 volts dividido por 8 = 0,625volts
0 0 0
0 0 1
0,625 1,25 1,875 2,5 3,125 3,75 4,375 5,0
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
0,625 1,25 1,875 2,5 3,125 3,75 4,375 5,0Frases
tensã[email protected]
numero de bits na saída
canais resolução definição desta resolução
3 8 0,125 uma parte em 8
4 16 0,0625 uma parte em 16
8 256 0,00390625 uma parte em 256
12 4096 0,000244141 uma parte em 4096
14 16384 6,10352E-05 uma parte em 16384
16 65536 1,52588E-05 uma parte em 65536
Alguns trabalhos nacionais
Montarroyos, E. e Magno, C. W. Rev Bras. Ens. Fis, 23, 1, 57 - 62 (2001).
Cavalcante, M. A. e Tavolaro, C.R.C. Física na Escola, 4, 29 - 30 (2003).
Aguiar, C.E. e Laudares, F. Rev Bras. Ens. Fis, 23, 4, 371-379 (2001).
Haag, R. Rev Bras. Ens. Fis, 23, 2, 176-183 (2001). Magno, W. C. e Montarroyos,E.
Rev Bras. Ens. Fis, 24, 4, 497- 499 (2002) Cavalcante, M. A.; Silva E.; Prado, R. e Haag,
R. Rev Bras. Ens. Fis 24, 2, 150-157 (2002). Dionisio, G. Magno,W. Rev. Bras.Ens.Fis, 29, 2, 287-293 (2007) Cavalcante,M. Bonizzia,A., Gomes, L.C.P.
Rev. Bras.Ens.Fis, 30, 2, 2501 (2008) Cavalcante,M. Bonizzia,A., Gomes, L.C.P
Rev. Bras.Ens.Fis, 31, 4, 4501 (2009)
Placa de som
http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/index.html
(Musical Instrument Data Interface).
Exemplo de placa de som off-board.
Rosa MIC
Azul lin Line-In
Verde Line-Out
Preto Speakers
Laranja
SPDIF(conexão com DVD
e outros) e Subwoofer
DSP (Digital Signal Processor)
Placa de som onboard – integradas a placa mãe
Conexão para joystick e saídas microfone e caixas de som
DSP (Digital Signal Processor)
Neste módulo 2 Utilizamos a entrada de microfone
Freqüência típica da entrada e saída de áudio das placas de som usuais varia entre 20 Hz e 20 kHz. Há placas que podem chegar a 44,1 kHz. Resoluções temporais 0,05 s à 23s
Taxa de amostragem com placas de som
Sinal analógico de entrada
Sinais de saída com taxas de amostragem diferentes
Software de análise sonoraVersão freeware
Audacity: para baixar clique aqui
Software que transforma a entrada de mic do PC em um osciloscópio
Para baixar este software clique aqui
Determinação da aceleração de queda de corposDeterminação da aceleração de queda de corpos
Lanterna ou ponteira laser
Fototransistor
desbloqueio
Bloqueio
tempo
2.Determinação da freqüência da rede elétrica
período correspondente a 8,33 ms em media – freqüência correspondente 120 Hz
Software utilizado Cool Edit- substituído pelo AudacityExemplo de tela
Sensor 1 antesSensor 2 depois
Sensor 1 depois
T1A(s) Q(Kgm/s) σQ T2B(s) QB(Kgm/s) σQ T1A(s) QA(Kgm/s) σQ QT(Kgm/s) σQ E %
0,03 0,16916 0,002 0,049 0,18261 0,002 0,28 0,01812 0,0002 0,16449 0,002 2,84
0,018 0,28194 0,003 0,027 0,33140 0,003 0,144 0,03524 0,0004 0,29616 0,003 4,80
0,021 0,24166 0,002 0,032 0,27962 0,003 0,169 0,03003 0,0003 0,24959 0,003 3,18
0,02 0,25375 0,003 0,031 0,28864 0,003 0,167 0,03039 0,0003 0,25825 0,003 1,75
0,022 0,23068 0,002 0,036 0,24855 0,002 0,21 0,02417 0,0002 0,22439 0,002 2,80
0,021 0,24166 0,002 0,033 0,27115 0,003 0,18 0,02819 0,0003 0,24295 0,003 0,53
0,017 0,29852 0,003 0,026 0,34415 0,003 0,132 0,03845 0,0004 0,30570 0,003 2,35
0,02 0,25375 0,003 0,031 0,28864 0,003 0,154 0,03295 0,0003 0,25569 0,003 0,76
0,019 0,26710 0,003 0,03 0,29826 0,003 0,155 0,03274 0,0003 0,26552 0,003 0,59
0,015 0,33833 0,003 0,023 0,38904 0,004 0,113 0,04491 0,0004 0,34413 0,004 1,69
Antes da Colisão Depois da Colisão
Tabela Típica Obtida
Experimentos selecionados
• Blog:Espectros Sonoros Plano de aula:
http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/roteiro-8-tubos-sonoros-determinacao-da.html
• Blog:Transmissão de informação sem fio Plano de aula:
http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/roteiro-4-transmissao-de-sinais-sem-fio.html
• Blog:Determinação da frequencia da rede elétricaPlano de aula: http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/roteiro-7-
determinacao-da-frequecia-da.html
• Blog:Queda livre com fotosensor Plano de aula: http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/roteiro-5-queda-livre-
com-plaa-de-som.html
• Blog:Ondas em cordas Plano de aula: http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/roteiro-6-cordas-
vibrantes-com-placa-de.html
• Blog:Queda de um imã em bobinas Plano de aula: http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/roteiro-3-queda-de-
um-ima-atraves-da.html
