Doutores da Eletrônica 2016

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quarta-feira, 23 de novembro de 2016

Conversor D/A por aproximações sucessivas

Olá, pessoal!

Este é o último vídeo da série de 3 vídeos que iremos ensiná-los como implementar um gerador de sinais de EletroCardioGrama (EDG), o qual é utilizado para medir a variação dos potenciais elétricos gerados pelo coração.
No primeiro vídeo ensinamos a montar um conversor digital-analógico de 4 bits com escada R/2R. O conversor transforma um sinal digital, que é discreto no tempo e em amplitude, em um sinal analógico. O RaspberryPi faz o controle do chaveamento da escada R/2R, determinando, assim, qual será a tensão de saída analógica. Este controle via RaspberryPi é crucial para que seja possível a implementação de um gerador de funções (neste caso, senoidais e triangulares), que é exatamente o que ensinamos neste vídeo.
No segundo vídeo ensinamos a ampliar o conversor digital analógico para 8 bits de resolução, no qual os bits são carregados de forma serial e não paralela, e a excursionar a saída entre -3 e 3 volts. Como o registrador de deslocamento compila vários registradores em sua estrutura, a informação é deslocada pelo circuito conforme o mesmo é ativado. O RaspberryPi envia serialmente os 8 bits de dados que irão determinar o valor de saída através do controle das 8 chaves do conversor analógico-digital de 8 bits com escada R/2R.  Finalmente, foi mostrado como executar o código a fim de que o circuito mostre na saída um sinal de EletroCardioGrama a partir de sinais digitais fornecidos previamente.
Já no terceiro e último vídeo desta série iremos ensinar a construir um conversor analógico digital por aproximações sucessivas e um gravador de sinais. O funcionamento do circuito será da seguinte maneira: um sinal analógico será dado como entrada para nosso circuito e ele converte esse sinal analógico para um sinal digital através de aproximações sucessivas. Em seguida, o sinal digital obtido será salvo na memória do raspberry. Quando o usuário quiser, esses dados poderão ser impressos na tela de um osciloscópio, utilizando o conversor digital analógico de 8 bits.
Para este circuito a especificação é que o sinal analógico a ser convertido deve variar de 0 a 3V, além das palavras digitais possuírem 8 bits. Assim, comparativamente a segunda parte desta série, a nossa escada R/2R não foi modificada, visto que já é um conversor de 8 bits e a excursão foi modificada, já que antes havia um offset de modo a fazer o sinal variar de -3 a 3V.
A principal ideia do conversor A/D de aproximações sucessivas é de que o circuito irá tentar aproximar o máximo possível o número digital criado com o analógico fornecido, comparando-os constantemente. Assim, foi utilizado outro amplificador operacional do LM324 como comparador. Para maiores informações sobre como o comparador funciona assista ao primeiro vídeo da primeira série de vídeos. Na sua entrada não inversora colocamos o sinal analógico que queremos aproximar e na entrada inversora colocamos o sinal de saída do conversor digital-analógico da escada R/2R. Assim, o comparador irá responder se a aproximação feita pela palavra digital é maior ou menor que a tensão analógica. A resposta do comparador, que analisa se a palavra digital é maior ou menor que a tensão analógica, é analisada pelo Raspberry Pi. Desta forma, para evitar danos no RaspberryPi, a alimentação do CI LM324 foi modificada para uma fonte assimétrica de 0 e 5 V e após a saída do opamp comparador foi utilizado um resistor de 180 ohms e um diodo zener ligado ao terra para limitar a tensão que chega no RaspberryPi.
O teste consiste em adicionar uma forma de onda contínua na entrada analógica do nosso circuito através do gerador de sinais e, através do conversor A/D, converter as tensões para palavras digitais, que serão armazenadas na memória do raspberry pi. Após um número pré-estabelecido de palavras salvas, o usuário pode escolher converter essas palavras novamente para tensões analógicas, disponibilizando a tensão convertida no osciloscópio conectado.
Observação final: Após os testes e o aproximador já funcionando foi observado que ainda restavam alguns ruídos. Para melhorar ainda mais o nosso circuito, foi introduzido de um filtro passa baixas para filtrar algumas descontinuidades e mudanças abruptas causadas pela presença de componentes de alta frequência nos nossos sinais armazenados.

Para implementar o seu próprio conversor analógico digital por aproximações sucessivas e um gravador de sinais, assista ao vídeo abaixo:


Para ter acesso ao código utilizado neste experimento acesse o link a seguir:
https://github.com/victoriaceleri/ConversorD-A


Obrigada pela atenção :)
Grupo 1:
Bárbara Rosado    RA: 145393
Victória Celeri       RA: 148161


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