Dispositivos de E/S para Sistemas Embarcados

1. Dispositivos de E/S para Sistemas Embarcados Remy Eskinazi Sant´Anna GRECO – Cin - UFPE

2. Agenda da Apresentação • Introdução aos sistemas analógicos • Sensores • Atuadores • Conversão AD e DA • Dispositivos de entrada e Saída e mecanismos de tratamento • Leds e Displays • Chaves e teclados • Opto Sensor e Opto isolador • Motor contínuo e de Passo

3. Introdução aos sistemas analógicos • Sensores: São dispositivos que apresentam sensibilidade a algum tipo de grandeza física: • Pressão • Temperatura • Proximidade • Umidade • Luminosidade • ...

4. Diagrama básico de operação

5. Sensores e Atuadores • Exemplos de sensores: • Cilindro Pneumático (Ex.: Indutivo); • Sensores de distancia (Proximidade); • Lineares • Encoders • Fotosensores; • Termopares; • ...

6. Sensores Contínuos

7. Sensores Discretos

8. Sensores Lineares

9. Sensores Lineares Ópticos

10. Sensores Rotativos Ópticos (Encoders)

11. Exemplo: Sensor de Pressão indutivo

12. Exemplo: Sensor de Pressão Piezelétrico

13. Sensores Piezoresistivos (Strain Gages)

14. Atuadores • Dentro de uma malha de controle ou sistema embarcado, o elemento final de controle, que tem por objetivo reposicionar uma variável, de acordo com um sinal gerado por um controlador, é chamado de atuador, pois atua diretamente no processo, modificando as suas condições

15. Atuadores • Tipos de Atuadores • Hidraulicos; • Pneumáticos • Elétricos • Relés • Resistores; • Eletroímãs; • Lâmpadas; • Alarmes sonoros • Motores CC e de Passo

16. Atuadores usados em Robótica (Garras) Atuadores Paralelo Garra articulada Garra três dedos Garra por sucção

17. Conversores A/D e D/A • Porque Converter? • Grandezas físicas (pressão, umidade, temperatura, luz) são intrinsecamente Analógicas; • Métodos de processamento, transmissão, processamento, visualização e armazenamento são mais eficientes sob a forma digital; • Freqüentemente após o processamento ou transmissão, o sinal é necessário sob a forma analógica.

18. Teorema da Amostragem Teorema da Amostragem: Ts ½ fm

19. - + Exemplo de circuito Sample and Hold - + + VO + VS - - VC

20. Multiplexação por divisão de Tempo

21. Quantização • Sinal M(t) • Característica de E/S do quantizador • A saída do quantizador (Linha cheia)

22. Quantização Posicionamento do quantizador em relação ao range R Supondo: Sinal pico a pico = R Níveis de quantização = Q Salto (Step) S = R/Q Conclusão: Menor erro possível = S/2

23. Quantização Notação complemento 2

24. Conversores A/D e D/A • Técnicas de Conversão • Conversores D/A: • Malha resistiva ponderada • Malha resistiva R-2R (Escada) • Conversores A/D: • Flash • Contador • Aproximação sucessiva • Dupla inclinação

25. Conversor D/A de Malha Ponderada R D0 R/2 D1 Iout R/4 D2 Entrada Digital R/8 D3 . . . R/2N DN -1 Iout = Vref/R + 2Vref/R + 4Vref/R + 8Vref/R + … + 2nVref/R Iout = Vref. ( 1/RD0 + 2/RD1 + 4/RD2 +8/RD3 +… + 2n/RDn-1 )

26. Conversor D/A de Malha R-2R • Conversor Malha R-2R 2R 2R 2R R R R R Vout R R R R R D1 D2 D0 D3

27. Especificações para conversores D/A • Resolução • No de bits de um conversor => Node Tensões (Correntes) de saída • Linearidade • Incrementos numéricos iguais => Incrementos iguais na saída • Precisão • Diferença entre a tensão obtida e aquela que seria ideal • Tempo de acomodação • Intervalo compreendido entre o instante de variação de entrada e o instante em que a saída se aproxima o suficiente do seu valor final.

28. Conversores A/D e D/A • Características importantes: linearidade e precisão 111 110 101 100 011 010 001 000 0 1 2 3 6 7 5 4

29. Conversores A/D • Mais complexos que conversores D/A • Geralmente utilizam um D/A para conversão final • Principais parâmetros: Precisão e velocidade

30. Conversor A/D Flash

31. Conversor A/D de Dupla inclinação

32. Técnica de aproximação sucessiva • Algoritmo:

33. Conversor de Aproximação sucessiva • Técnica de aproximação sucessiva • Circuito:

34. Conversores AD e DA • Características importantes: • Resolução - Relacionada com o numero de bits do conversor • Precisão - Valor convertido corretamente • Linearidade - relacionada com a precisão • Monotonicidade – Incremento da tensão => Incremento na saída digital • Formato – Tipo do código fornecido

35. Conversor ADC679

36. Conversor ADC679 • Tabelas Funcionais:

37. Conversor ADC679 • Tabelas Funcionais:

38. Conversor ADC679 • Tabelas Funcionais:

39. Conversor ADC679 - Exemplo de Interfaceamento FPGA 8051 ADC 679 D7 | D0 ‘373 P07 | P00 SC CS OE EOCEN HBE EOC SYNC P27 | P20 RD WR RST

40. Leds e Displays • LED – Light Emitter Diode + -

41. a b c d e f g pd a b f g c e pd d Leds e Displays • Display de 7 segmentos

42. Displays LCD • São periféricos ativos e independentes (possuem controlador próprio) que permitem a interligação com outros sistemas através de um barramento de dados de modo a receber caracteres ou gráficos que deverão aparecer no display.

43. Displays LCD Gráficos • LCD Gráficos • Resolução por Dot Pixel: • 128 x 32; • 128 x 64; • 240 x 64; • 240 x 128; • 20 pinos/conexão

44. Displays LCD Alfanuméricos • Especificados por • Colunas • Linhas • Ajuste de contraste • Iluminação (Backlight opcional)

45. Displays LCD Alfanuméricos • Pinagem para módulos LCDs disponíveis:

46. R / W C / D . . . Displays LCD Interface Controlador Data bus . . . LCD RAM Caracteres / Pontos

47. Exemplo de interfaceamento com microcontrolador 8051 8255 D7 | D0 8051 D7 | D0 PA7 | PA0 ‘373 A0 A1 LCD P07 | P00 A15 | A2 RS R/W E PB0 PB1 PB2 P27 | P20 CS RD WR RST RD WR RST

48. Instruções utilizadas freqüentemente

49. Endereços dos caracteres na DDRAM

50. Chaves Mecânicas 1 0