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Conversores D/A e A/D e
Multiplexadores em
Instrumentação
slide
Conversores D/A
Digital para Analógico
Entrada
Digital
X
Valor de
Referência
VR
Valor de
Saída
Analógico V0 D/A
slide
Normalmente, o D/A possui um latch em sua entrada
• Conversor com resistores ponderados
• Conversor com malha R-2R (multiplicativo)
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Estrutura básica com resistores
slide
Conversor com resistores ponderados
Conversor com resistores ponderados
Amplificador Inversor
Escolhendo
convenientemente os
valores dos resistores
R3 = R
R2 = 2R
R1 = 4R
R0 = 8R
Dígito menos significativo (LSB)
Dígito mais significativo (MSB)
Chaves Analógicas:
“on” – chave conectada a Vref (“1”)
“off” – chave conectada ao terra (‘0”)
f
fV
DDDD
R
RV Re
01230 ).
8421(
Di somente podem
assumir os valores
“0” e “1”
f
fV
DDDD
R
RV Re
01230 ).
8421(
Exemplo:
Entrada digital = 1 0 0 1
D3 D2 D1 D0
Assumindo:
Vref = 5V
Rf = 1K
R = 1K
VV
V
K
KV
625,5
5).8
11(
5).8
1
4
0
2
0
1
1(
1
1
0
0
0
Este circuito pode ser facilmente estendido para qualquer
número de bits
Equação de saída para
conversor de n bits
fN
NNNfV
DDDD
R
RV Re
0210 ).
2.....
421(
Fazendo Rf = ½ R
fN
NNN VDDDD
V Re1
0210 ).
2.....
842(
fN
NNN VDDDD
V Re1
0210 ).
2.....
842(
Valor Mínimo = 0
Quando todos os bits forem “0”
Valor Máximo, quando todos os
bits forem “1”
fNVV Re10 ).
2
1......
8
1
4
1
2
1(max
Soma dos n termos de uma
progressão geométrica de razão
½ e termo inicial 1/2
fN
NNN VDDDD
V Re0321
0 ).2
.....842
(
Valor Máximo, quando todos os
bits forem “1”
fNVV Re0 ).
2
1......
8
1
4
1
2
1(max
Exemplo: Conversor D/A de 3 bits
D2 D1 D0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
Saída
Analógica
Entrada
Digital
001 000
fVRe8
1
fVDDD
V Re012
0 ).842
(
D2 D1 D0
0 0 1
f
f
VV
VV
Re0
Re0
8
1
).8
1
4
0
2
0(
Usando Vref
negativo
Saída
Analógica
Entrada
Digital
001 000
fVRe8
1
D2 D1 D0
0 1 0
f
f
VV
VV
Re0
Re0
4
1
).8
0
4
1
2
0(
Usando Vref
negativo
fVRe4
1
Saída
Analógica
Entrada
Digital
001 000
fVRe8
1
D2 D1 D0
0 1 1
f
f
VV
VV
Re0
Re0
8
3
).8
1
4
1
2
0(
Usando Vref
negativo
fVRe4
1
010 011
fVRe8
3
Saída
Analógica
Entrada
Digital
001 000
fVRe8
1
D2 D1 D0
1 0 0
f
f
VV
VV
Re0
Re0
2
1
).8
0
4
0
2
1(
fVRe4
1
010 011
fVRe8
3
100
fVRe2
1
Saída
Analógica
Entrada
Digital 001 000
fVRe8
1
D2 D1 D0
1 1 1
f
f
VV
VV
Re0
Re0
8
7
).8
1
4
1
2
1(
fVRe4
1
010 011
fVRe8
3
100
fVRe2
1
101 110 011
fVRe8
7
fVRe4
3
fVRe8
5
A resolução de um conversor A/D é dada pela faixa
dinâmica do sinal analógico (faixa de valores
analógicos) e a quantidade de números existentes para
a sua representação.
12Resolução
nbits
fsV
Exemplo Saída
Analógica
Entrada
Digital 001 000
fVRe8
1
fVRe4
1
010 011
fVRe8
3
100
fVRe2
1
101 110 011
fVRe8
7
fVRe4
3
fVRe8
5
712
12Resolução
3
fsfs
nbits
fs
VV
V
7 níveis
Conversor D/A com MC1408 Motorola
Conversor com resistores ponderados – Desvantagens
- A faixa de valores necessários para os resistores de entrada
torna-se muito grande à medida que o número de bits aumenta
- Torna-se difícil e caro obter resistores de precisão nestes valores
Uso da rede R-2R
Solução
Usando conceitos de
eletricidade básica
f
fVAAAA
R
RV Re01230 ).
16
1
8
1
4
1
2
1(
3
Para n bits
f
fVAAAA
R
RV Re01230 ).
16
1
8
1
4
1
2
1(
3
fNNNN
fVAAAA
R
RV Re03210 ).
2
1.....
8
1
4
1
2
1(
3
Fazendo Rf=3R
fNNNN VAAAAV Re03210 ).2
1.....
8
1
4
1
2
1(
Saída
Analógica
Entrada
Digital 001 000
fVRe8
1
fVRe4
1
010 011
fVRe8
3
100
fVRe2
1
101 110 011
fVRe8
7
fVRe4
3
fVRe8
5
A2 A1 A0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
fVAAAV Re0120 ).8
1
4
1
2
1(
slide
Conversores A/D
Analógico para Digital
Saída
Digital
X
Valor de
Referência
VR
Valor de
Entrada
Analógico V0 A/D
Conversor A/D tipo contador de rampa
Entrada
Analógica
Contador Progressivo
Lógica de Controle
+
-
Comparador
Clock Reset
Clock
Start
Conversor D/A
A0 A1
An
Saída
Digital
Contador
Progressivo
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
Enquanto a tensão de saída do
conversor D/A for menor que a
tensão de entrada, o contador é
incrementado pelos pulsos de clock
No instante em que a tensão de
saída do conversor D/A ficar maior
que a tensão de entrada, a
contagem para e a saída digital é o
valor digitalizado da entrada
Vantagem:
Simplicidade
Desvantagem:
É lento
Alternativa
Uso de um contador
progressivo/regressivo
Conversor A/D tipo contador de rampa contínuo
Entrada
Analógica
Contador Progressivo
Lógica de Controle
+
-
Comparador
Up/Down
Clock
Conversor D/A
A0 A1
An
Saída
Digital
Contador
Progressivo/Regressivo
Funcionamento:
Não há necessidade de start: o
contador inicia a contagem partindo
de um valor anterior
Se a entrada analógica for maior
que o valor de saída do conversor
D/A, a contagem é progressiva,
caso contrário será regressiva
Conversão mais rápida que o
anterior
Conversor A/D por aproximação sucessiva
Entrada
Analógica
Contador Progressivo
+
-
Comparador
Clock
Conversor D/A
A0 A1
An
Saída
Digital
Registrador de
Armazenamento
Registrador de
Deslocamento
Lógica de
Controle
Start
Funcionamento:
A conversão tem início com um
pulso de Start
O bit mais significativo da saída é
setado (MSB = 1)
Se a saída digital é menor que a
entrada analógica, o MSB
permanece em “1” e o bit seguinte é
setado
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
Conversor A/D por aproximação sucessiva
Velocidades de conversão de até 100ns/bit
Conversor A/D por Integração (sem uso de Conversor D/A)
A0 AN-1
An
Entrada
Analógica
Contador Progressivo
Comparador
Clock
Saída
Digital
Lógica de Controle
Contador
Chave
Analógica
+
- +
- Integrador
Reset
-Vref
Conversor A/D Paralelo
Mutiplexadores e
Demultiplexadores
Multiplexador de 2 canais
Multiplexador de 4 canais
Demultiplexador de 2 canais
Demultiplexador de 4 canais
74150 – Multiplexador de 16 linhas de entrada
slide
Descodificador BCD – 7 segmentos.
Circuito integrado 7447
