CAD e CDA

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Conversor Digital / Analógico

Conversor Analógico / Digital

Voltímetro de 1 Dígito

Conversor Digital / Analógico

No mundo moderno, os equipamentos electrónicos são frequentemente utilizados em ramos de actividades tão diferentes como a comunicação, o transporte, o entretenimento, etc., daí que o Conversor Analógico Digital, CAD (ADC), e o Conversor Digital Analógico, CDA, sejam componentes importantes nos equipamentos electrónicos. Uma vez que a maior parte dos sinais do mundo real são analógicos, estes dois interfaces conversores são necessários para permitir que os equipamentos electrónicos digitais sejam capazes de processar os sinais analógicos. Por exemplo, no processamento do som, Figura 1, o CAD converte o sinal analógico, obtido através de um equipamento de entrada de áudio, como o microfone, num sinal digital que pode ser processado por um computador. O CDA, por sua vez, converte o sinal digital processado, novamente num sinal analógico, que pode ser reproduzido por um equipamento de saída de áudio, como o alto-falante.

Figura 1: Processamento do sinal áudio

O conversor CDA pode ser construído utilizando um Amplificador Somador e colocando na sua entrada um conjunto de resistências R, 2R, 4R e 8R, Figura 2. Os valores das resistências são escalonados para representar os pesos dos diferentes bits de entrada.

Figura 2: Um Amplificador Somador trabalhando como um conversor CAD simples

A resistência de valor mais baixo R corresponde à entrada binária de maior peso, Bit 3, Bit Mais Significativo, BMS (MSB) [23 = 8]. Sendo que 2R, 4R e 8R correspondem, respectivamente, aos pesos binários do Bit 2 (22 = 4), Bit 1 (21 = 2), e Bit 0 (LSB) [20 = 1]. A relação entre as entradas digitais (Bit 0 a Bit 3) e a saída analógica VOUT é dada por:

na qual Vref é a Tensão de Referência do circuito. Assumindo que o valor de Vref é de 5 V, as Tensões Analógicas de Saída correspondentes aos Códigos Digitais de Entrada são mostradas na Tabela 1.

Tabela 1: Correspondência entre os Códigos Digitais de Entrada e as Tensões Analógicas de Saída quando Vref = 5 V

Conversor Analógico / Digital

Em electrónica, o Conversor Analógico / Digital CAD (ADC) é um dispositivo que serve para converter um sinal analógico (corrente, tensão etc.,) num código digital, normalmente binário. No mundo real, a maior parte dos sinais sentidos e processados pelos humanos são sinais analógicos. A conversão Analogico-Digital é um meio pelo qual o sinal analógico é convertido em sinal digital, que pode ser processado pelo computador para fins diversos, Figura 3.

Figura 3: Processamento do Sinal Áudio

Existem vários tipos de CAD para aplicações diferentes e o mais barato, entre eles, é o CAD de Aproximação Sucessiva. A Figura 4 mostra a curva de transferência de um CAD de 4 bit. Num CAD de Aproximação Sucessiva, séries de código digital, cada um correspondente a um nível analógico fixo, são geradas por um contador interno, para comparar com o sinal analógico sujeito a conversão. O processo pára quando o nível analógico se torna maior que o sinal analógico. O código digital correspondente a este nível analógico é a representação desejada do sinal analógico.

Figura 4: Curva de Transferência Ideal do CAD(ADC) de 4 bit

O desempenho dos conversores CAD e CDA depende da Resolução e da Velocidade.

A Resolução de um conversor é expressa pelo número de Bits. Para um CAD, a Resolução define o número de intervalos ou níveis, que podem ser divididos para uma escala de entrada análoga. Um CAD de n bit CAD tem uma resolução de 1 / 2n. Por exemplo, a Resolução de um CAD de 16 bit é 1 / 65536, uma vez que 216 = 65536. Se a escala de medição da tensão for 10 V, a escala da entrada pode ser resolvida numa precisão de 10 V / 65536 = 0,153 do mV.

A Velocidade de um conversor é expressa pela sua Frequência de Amostragem, que é o número de vezes que o conversor mostra o sinal análogo, e a sua unidade é o Hertz (Hz). No processamento do sinal áudio, as Frequências de Amostragem mais comuns são de 44 kHz, 22 kHz e 11 kHz. Usar uma Frequência de Amostragem de 44 kHz significa que o conversor mostra o sinal áudio analógico e converte esta amostra analógica em formato digital 44000 vezes por segundo. Quanto maior a Frequência de Amostragem, mais baixa é a distorção e melhor é a qualidade do som.

ADCs são usados virtualmente em todo lado. Sempre que um sinal analógico tem que ser transportado, ele é processado e armazenado em forma digital. São sempre usados em conjunto com os transdutores diferentes para converter o sentido físico ou medida, tais como a temperatura, a pressão, a humidade, a velocidade, a vibração, o som, a imagem etc., em sinal digital. De seguida, o sinal é processado pelo microprocessador.

Voltímetro de 1 Dígito

Um Voltímetro é um instrumento de medição que mede a Tensão entre dois pontos num circuito eléctrico.

Esta Demonstração é uma aplicação simples do CAD para medir o valor da entrada analógica. A Figura 4 é o seu diagrama de blocos, que consiste em um CAD, um Gerador de Relógio, um Contador Binário de 4 bit, um Descodificador entre o DCB (BCD) e os 7 Segmentos e um Mostrador DEL (LED) de 7 Segmentos.

Figura 1: Diagrama de Blocos do Voltímetro de 1 Dígito

O curso da operação é o seguinte:

  1. Inicialmente, a Tensão da Referência de DAC é menor do que a Entrada Analógica, consequentemente o Comparador produz um sinal que activa o Gerador de Relógio.
  2. O Contador Binário recebe o Sinal do Relógio e o Código Binário aumenta de (0000)2 para (1111)2.
  3. O DAC converte este Código Binário de 4 bit numa nova Tensão de Referência.
  4. Esta Tensão de Referência é comparada à Entrada Analógica. Se for menor que a Entrada Analógica, o ciclo acima mencionado continua. Se for maior do que a Entrada Analógica, o Comparador mudará a sua saída e incapacitará o Gerador de Relógio. O Contador Binário pára de aumentar, e a conversão entre a Entrada Analógica e um Código Binário é feita.
  5. Este Código Binário resultante faz com que o CAD produza uma tensão analógica que esteja tão perto quando possível da entrada analógica, sem exceder este valor.
  6. Este Código Binário é alimentado ao Descodificador entre o DCB (BCD) e os 7 Segmentos que conduz a um Mostrador DEL (LED) de 7 Segmentos para mostrar o valor decimal de 1 dígito.

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