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Engenharia de Controle e Automação

Laboratório Integrado IV – LB4 Professores: Wilson Ruiz e Douglas Canone Garcia Experimento: 12 Título: Gerador de Sinais Digital – Aplicação de Memória e Conversor Digital Analógico. Data da Realização: 04/05/2018 Data Limite de Entrega: 11/05/2018

Integrantes:

– Prontuário 1667513 – Giovanna Villarrubia Rucci

– Prontuário 1660772 – Vinícius Nascimento Meneses

Grupo: 02 Turma: N5 – 1º semestre de 2018

SUMÁRIO OBJETIVOS.........................................................................................................................................3 MATERIAL UTILIZADO...................................................................................................................3 PROCEDIMENTO E RESULTADO EXPERIMENTAL....................................................................3 QUESTÕES..........................................................................................................................................9 CONCLUSÃO....................................................................................................................................10

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OBJETIVOS 

Analisar e montar um gerador de sinais aplicando um circuito de memória, um conversor digital analógico e um filtro RC utilizando o kit BIT 9.

MATERIAL UTILIZADO 

01 Bastidor;



Cabos banana-banana;



Placa MED 40 – Memória RAM 62256;



Placa MED 25 – Conversor Digital Analógico (D.A.);



Placa MED 70 – Contador Assíncrono;

PROCEDIMENTO E RESULTADO EXPERIMENTAL A primeira etapa da experiência deu-se pela montagem no bastidor utilizando a placa MED 40, conforme visto na figura 1, a fim de realizar a gravação de dados na SRAM 62256, procurandose utilizar fios de cores diferentes para entrada (preto), controle (azul) e saída (vermelho). No lado positivo da fonte, usou-se um fio vermelho e para o lado negativo um fio preto.

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Figura 1 – Primeira Montagem Com Bastidor Utilizando a Placa MED 40.

Após realizada a montagem, iniciou-se a rotina de gravação de dados conforme os passos indicados de 0 a 5, repetindo-os para cada linha da tabela de endereços (vistos na tabela 1), anotando os níveis lógicos encontrados para os dados na tabela 1. 1. CS – 1 e WR – 1; 2. OE – 1; 3. Ver tabela de endereços e inserir o endereço com as chaves em cada linha (uma por vez); 4. Ver tabela de dados e inserir o dado, utilizando as chaves de forma a ver display; 5. CS – 0 e WR – 0; 6. Retornar ao passo 0. Tabela 1 – Dados a Serem Salvos em Cada Endereço.

Tabela de Endereços 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

D2 0 0 0 0 0 0 0 0

Tabela de Dados D1 0 0 1 1 1 1 0 0

D0 0 1 0 1 1 0 1 0 4

Sem desligar a fonte, retiraram-se os fios que ligam as chaves logicas de dados D 0 a D2, permanecendo com o resto das ligações, conforme visto na figura 2.

Figura 2 – Montagem Com Bastidor Utilizando a Placa MED 40 Sem Cabos Para os Dados D0 a D3 Conectados.

Subsequentemente, iniciou-se a rotina de leitura de dados gravados, conforme os passos indicados de 0 a 3. 1. WR – 1 (ler); 2. CS – 0 e OE – 0; 3.

Com as chaves lógicas de seleção de endereços, colocou-se cada um dos endereços e conferiuse o que foi gravado;

4.

De acordo com os endereços, visualizou-se no display o dígito em decimal correspondente ao endereço. Para realizar a leitura dos dados de forma que o processo fosse automatizado, conectou-se a

placa que continha os flip-flops, a qual teve que ser deixada fora do bastidor e alimentada por cabos conectados ao mesmo, permitindo a formação de um contador de módulo 8 (contando de 0 à 7), conforme o diagrama 1. Mais especificamente, conectaram-se os fios das chaves logicas que estavam conectados aos endereços A 0, A1 e A2, respectivamente em QA, QB e QC do contador. Tal

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circuito, então, tornou-se responsável por realizar as comutações das entradas de seleção dos endereços, verificando no display se estava sendo gerada de forma correta a sequência gravada (01233210).

Diagrama 1 – Conexão do Contador de Módulo 8.

Antes de prosseguir para a próxima etapa, verificaram-se algumas vezes se o circuito estava funcionando como previsto para que fosse possível prosseguir, pois, caso contrário, seria necessário desligar o bastidor e reiniciar todo o processo. Em seguida, conectou-se a placa do conversor digital analógico (DAC), a qual teve que ser deixada fora do bastidor, mas alimentada de forma trivial, conforme visto na figura 3. Utilizaram-se apenas três bits do DAC, conectando a saída de dados da memória da seguinte forma: D0 em D5 (DAC); D1 em D6 (DAC) e D2 em D7 (DAC). As outras entradas do DAC deveriam ser aterradas, ou seja, de D0 a D4 conectadas no GND do bastidor.

Figura 3 – Montagem da Placa do Conversor Digital Analógico (DAC).

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Subsequentemente, com o osciloscópio conectado em Vo, mediu-se e anotou-se o sinal de saída, conforme visto na tabela 2. Além disso, procurou-se trabalhar com o sinal ocupando 80 % da tela do osciloscópio. A forma de onda cotada e sincronizada pode ser vista na figura 4. Tabela 2 – Resultados Medidos para o Circuito do Conversor Digital Analógico (DAC).

Escala de Tensão

Escala de Tempo

Amplitude

Frequência

0,5V/DIV

2ms/DIV

1,8Vpp

125 Hz

Figura 4 – Forma de Onda Obtida na Saída, Cotada e Sincronizada em Vo.

Finalizando a montagem do gerador de sinais, conectou-se um potenciômetro e um capacitor, que estavam disponíveis no próprio bastidor, para que fosse possível construir um circuito de filtro passa baixa (FPB), conforme visto na figura 5. Em seguida, calculou-se a frequência de corte do filtro, conforme visto na Equação 1, considerando-se os casos em que o potenciômetro estivesse em seu valor máximo (R=10kΩ) e com o seu possível valor mínimo (R=10Ω, considerando-se uma pequena tolerância).

Figura 5 – Montagem da Placa do Circuito do Filtro Passa Baixo (FPB).

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Equação1 : f c =

1 2. π . R . C

Para R=10 k Ω → f c = Para R=10 Ω → f c =

1 =¿ 159,15 Hz; 2. π .10 k .100 n

1 =159 kHz 2. π .10.100 n

Com o osciloscópio, mediu-se e anotou-se o sinal de saída do filtro, medindo a amplitude e a frequência do sinal que melhor se apresentou na saída do filtro, procurando trabalhar com o sinal ocupando 80 % da tela. Os resultados estão anotados na tabela 3 e é possível ver a forma de onda cotada e sincronizada na figura 6. Tabela 3 – Resultados Medidos para o Circuito do Filtro Passa Baixo (FPB).

Escala de Tensão

Escala de Tempo

Amplitude

Frequência

0,5V/DIV

2ms/DIV

1,5Vpp

125 Hz

Figura 6 –Forma de Onda Obtida no Filtro Passa Baixo (FPB).

QUESTÕES 1. Variando a frequência do clock do contador, qual o efeito no sinal de saída? R: Quando a frequência de Clock é maior que 1kHz, a forma de onda tem o seu sinal atenuado. Este fato ocorre, pois, como o filtro utilizado é passa baixa, para altas frequências, a reatância do capacitor diminui e a tensão sobre seus terminais (Vos) também diminui (Lei de Ohm).

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Contudo, ao se aumentar a frequência, a forma de onda torna-se mais nítida, uma vez que se é ultrapassado o tempo de carga e descarga do capacitor, ou seja, o próximo sinal digital da memória a ser transformado em sinal analógico aparece antes que o capacitor tenha se carregado ou descarregado completamente com o sinal anterior, fazendo com que os degraus fossem representados de forma mais precisa. 2. Qual a finalidade do Filtro? R: O filtro serve para transformar os degraus de tensão, vistos no gráfico da figura 4, em uma forma de onda senoidal, a qual é definida pela forma exponencial de carga e descarga do capacitor. A cada degrau, o capacitor carrega ou descarrega com a tensão do mesmo, sendo o seu máximo valor de carga dado pelos degraus de pico. 3. Qual a maior frequência que se pode injetar no Clock? Justificar R: A máxima frequência que pode ser utilizada como sinal de Clock, considerando-se uma situação inicial onde a forma de onda é totalmente nítida no osciloscópio (sem haver uma grande queda de tensão sobre o potenciômetro, ou seja, com sua resistência a menor possível), é de aproximadamente 100kHz, pois, a partir dessa frequência, o capacitor possui baixa reatância, não retendo nenhuma tensão, logo, não possuindo forma de onda em sua saída.

4. Qual a finalidade do potenciômetro no filtro? R: O potenciômetro serve para ajustar a constante de tempo de carga e descarga do capacitor, fazendo com que ele gere uma forma de onda com maior ou menor definição, com a ressalva de que, quanto maior for seu valor, mais o sinal será atenuado para uma mesma frequência, ou seja, mais tensão ficara retida sobre os seus terminais. 5. Como poderia ser melhorado este gerador de sinais. R: Para melhorar este gerador, poderiam ser adicionados mais bits tanto aos endereços quanto aos dados da memória, pois assim seriam gerados mais degraus e, com isso, a carga e descarga do capacitor seriam mais suaves e constantes.

CONCLUSÃO

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O objetivo deste experimento foi analisar e montar um gerador de sinais aplicando um circuito de memória, um conversor digital analógico e um filtro RC utilizando o kit BIT 9. Com relação à memória estática SRAM 62256, evidenciou-se que esta é uma memória de simples operação, dado o seu controle de gravação e leitura de dados realizado, no caso, por apenas três portas de seleção. Contudo, para se selecionar e gravar mais dados, poderiam ser adicionadas mais chaves de seleção conectando as portas não selecionadas. Neste caso, então, poderiam ser escolhidos 256 endereços de memória, e poderiam ser salvos 256 dados em casa um. Quanto a gravação das informações em seu interior, evidenciou-se que, para cada endereço escolhido, era possível guardar um valor dentro do mesmo, valor este que, após salvo de acordo com os devidos comandos das entradas de controle, permanecia dentro de seu respectivo espaço até que fosse iniciado novo ciclo de gravação. Pode-se fazer uma analogia dessa sua característica com uma cômoda. Nesta cômoda (memória SRAM) existem diferentes gavetas (endereços de memória), as quais possuem suas respectivas posições e, dentro destas, existe uma quantidade definida de coisas (dados digitais), as quais só podem ser alteradas (retiradas ou colocadas em outras gavetas/endereços) quando se abre novamente a gaveta (quando inicia-se um novo ciclo de gravação), sendo fácil esta abertura para aferição dos objetos em seu interior muito simples (definição da opção de leitura e amostragem dos dados nos displays). Contudo, o único problema para esta memória é que, quando desernegizado o circuito, todos os dados salvos em seu interior se perdem, sendo necessária nova gravação para que se estabeleça o estado em que esta se encontrava antes do desligamento. Com relação ao contador assíncrono, utilizando-se de flip-flops JK configurados na forma de flip-flops tipo T, identificou-se que a sua função era apenas realizar o chaveamento das entradas de seleção para que os dados obtidos nas mesmas fossem lançados para o conversor analógico digital. Esta função não foi realizada manualmente, uma vez que era necessária precisão no tempo de troca dos endereços e uma certa velocidade (frequência de acionamento) elevada. Assim, todos estes requisitos eram atendidos pelo contador, alterando-se apenas a frequência do sinal de clock, gerado pelo próprio bastidor. Analisando-se agora o conversor digital analógico R-2R, identificou-se que a sua função é atribuir um dado valor de tensão para cada um dos bits pertencentes a um dado. Esta atribuição se dá por meio da sua lógica construtiva, vista na figura 3, onde cada bit é aplicado a uma sequência diferente de resistores e, dadas as quedas de tensão sobre as resistências equivalentes dos terminais em que cada bit foi aplicado, têm-se suas contribuições de tensão que serão somadas e colocadas na entrada do amplificador operacional. Por exemplo, para o dado 000, a tensão aplicada será de 0 volts. Para o bit 001, a tensão aplicada será, segundo a teoria, 1/12 de Vcc. Para o bit 101, a tensão aplicada será de 1/12 de Vcc + 1/3 de Vcc, e assim por diante. 10

Por fim, identificou-se que a função do filtro passa baixa é transformar os degraus de tensão, gerados pelo conversor digital/analógico, em uma forma de onda, aproximadamente, senoidal, a qual é definida pela forma exponencial de carga e descarga do capacitor. A cada degrau, o capacitor carrega ou descarrega com a tensão do mesmo, sendo o seu máximo valor de carga dado pelos degraus de pico, sendo o máximo para o número 3 (011) e mínimo para o número 0 (000). Em suma, identificou-se que, a partir de valores de tensão armazenados na forma de bits, é possível transformar estes em sinais analógicos, atribuindo-se um novo valor para cada um e retificando os mesmos, para então se obter uma forma de onda na saída, definida pelas informações que esses dados carregam.

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