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Microcontroladores

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by

Fernando Júnior

on 5 January 2017

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Transcript of Microcontroladores

PWM - Pulse Width Modulation
Modulações PWM
Técnica para obter resultados analógicos com meios digitais;

Frequência se mantem fixa (onda quadrada);

Variação do tempo que o sinal fica em nível alto;

Tempo = “DUTY CYCLE”.
Função "analogWrite()"
Escreve um valor PWM em um pino digital que possui a função PWM.

O pino passa a operar com uma onda quadrada de frequência fixa (Arduino UNO - pinos 5 e 6 = 980 Hz, outros = 490 Hz)
Grandezas Analógica
• Operam como grandezas contínuas

• Podem assumir diversos valores ao longo do tempo

- Potencial elétrico
- Volume
- Pressão
- Temperatura...

Microcontroladores
- PWM
- Conversor Digital-Analógico

José Fernando
Arthur Dante

Amplitude -
Magnitude de mudança de sinal ON-OFF;

Frequência -
Número de repetições de sinal em um período de tempo;

"Duty Cycle" -
Ciclo ativo de trabalho.
Técnica utilizada por sistemas digitais para variação do valor médio de uma forma de onda periódica.
Duty Cicle
ON = 3 min
OFF = 17 min
Arduino
Exemplos de utilização do PWM
Escurecimento de um LED;

Geração de sinais de áudio;

Controle de velocidade variável para motores.
Saídas PWM - 8 bits (0 - 255);

Saída comparada com um contador de 8 bits;

Contador (-) || PWM (+) = "HIGH";

Contador (+) || PWM (-) = "LOW";

A frequência do sinal PWM é determinada pela velocidade do contador.
Grandezas Digitais
Operam com códigos digitais discretos;

Podem assumir estados ao longo do tempo;

- Estado binário
- Código binário

Por que converter?
Grandezas físicas se encontram na natureza na forma analógica
- Difícil Processamento;
- Difícil Armazenamento;

Processamento digital é mais eficiente
- Maior velocidade e precisão;

Frequentemente sinais processados na forma digital necessitam ser convertidos para a forma analógica
- CD Players;
- Telefones celulares.

Sistemas Digitais e Analógicos
Diagrama Básico para Tratamento de Sinais
Conversão Digital-Analógica
A conversão D/A é o processo em que o valor representado em código digital (como binário direto ou BCD) é convertido em tensão ou corrente proporcional ao valor digital.

Conversão D/A - Exemplo
Valor Médio da Tensão de Saída
Vout = (duty cycle/100)*Vcc
Vout
- Tensão de saída [V]
duty cycle
- Valor do ciclo ativo do PWM [%]
Vcc
- Tensão de alimentação [V]
Arduino UNO
As placas Arduino possui pinos específicos para saídas PWM e são indicados pelo caractere (~)
Arduino UNO - 6 saídas PWM
Pinos 5 e 6 - Frequência = 980 Hz || Pinos 3, 9, 10, 11 - 490 Hz
- Para manipulação desse pinos a plataforma possui uma função que auxilia na escrita de valores de
duty cycle
para esses pinos:

"analogWrite()"
Exemplo:
Obs.: Não é preciso chamar pinMode( ) para definir o pino como uma saída antes de chamar analogWrite( ).
Importante:
A função analogWrite() não tem nada a ver com os pinos analógicos ou o com a função analogRead()


The Arduino Due supports analogWrite() on pins 2 through 13, plus pins DAC0 and DAC1.
*Conversores D-A, trabalham realmente com sinais analógicos.
Sintaxe:
onde:

pino:
Corresponde ao pino que será gerado o sinal PWM;

valor:
Corresponde ao duty cycle, ou seja, o valor que o sinal permanecerá em nível alto.
analogWrite(pino, valor);
* O valor deve ser de 0 a 255 (8 bits).
Com 0 - Sempre em nível baixo;
Com 255 - Sempre em nível alto.
Bit-banging Pulse Width Modulation
É possível implementar "manualmente" PWM em qualquer pino, girando repetidamente o pino de ligar e desligar para os tempos desejados:
VANTAGEM:

- Pode ser usada em qualquer pino de saída digital;
- Total controle do ciclo de trabalho e da frequência.

DESVANTAGEM:

- Interrupções pode causar instabilidade considerável;
- Você não pode deixar a saída em execução enquanto o processador faz outra coisa.
Implementação:
Relação de entrada e saída de um DAC
Vref é usada para determinar a saída de fundo de escala ou o valor máximo que o conversor pode gerar

Exemplo: Considere um conversor de 4 bits com fundo de escala de 15V. Qual o valor analógico para 0101?

0101(2) -> 5 (10)
Vout = 1*5 = 5V

Pode ser por regra de três:

15 –– 1111
x ––– 0101
Resolução (Tamanho do Degrau)
A resolução de converso D/A é definida como a menor variação na saída analógica como resultado de mudança na entrada digital.

Resolução do degrau também conhecida com resolução é igual ao peso do LSB , visto que representa a variação de Vout , conforme a mudança do valor da entrada digital de um degrau para o próximo.

Resolução Percentual
A resolução percentual se torna menor conforme o número de bits aumenta.
Circuitos conversores D/A
Amplificador Somador;
Saída em Corrente;
Rede R2R.

Avaliar de um DAC é adequado para uma determinada aplicação.

RESOLUÇÃO:
Depende do número de bits. Um DAC de 10 bits tem uma resolução fina (menor) do que um DAC de 8 bits.
PRECISÃO:
Erro de Fundo de Escala, Erro de Linearidade. É o desvio máximo da saída do calor ideal expresso como uma percentagem do FABRÍCIO CAMPOS fundo de escala.
OFFSET:
É o erro constante somando aos valores da saída.
TEMPO DE ESTABILIZAÇÃO: É o tempo necessário para estabilizar a saída dentro de 1/2 tamanho do degrau do seu valor de FS.
MONOTONICIDADE:
Um DAC é monotônico se sua saída aumentada conforme a entrada binária é incrementada de um valor para o seguinte.

Especificações de DAC’s
Exemplos:
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