Microcomputadores e muitos outros equipamentos de medidas eletrônicas empregam tecnologias totalmente digitais. No entanto, muitas grandezas físicas que devem ser trabalhadas pelos microcomputadores ou medidas pelos equipamentos digitais são analógicas. Para a conversão de informações de uma forma para outra, entram em ação os conversores analógicos/digitais (A/D) que ocupam hoje posição de destaque na instrumentação eletrônica. Neste artigo falamos um pouco destes elementos, baseados em documentação da Texas Instruments, e damos informações sobre alguns tipos comerciais.
Obs. O artigo é de 1988. Se bem que o princípio de funcionamento seja o mesmo, temos hoje uma linha muito melhor de conversores que podem ser usados nas aplicações práticas. O leitor deve consultar os fabricantes para desenvolver projetos já que os exemplos dados utilizam componentes da época.
Grandezas físicas como temperaturas, pressões, iluminação, salinidade variam de modo contínuo numa faixa de valores. Estas grandezas são analógicas ou análogas no sentido de que entre quaisquer valores sucessivos que tomarmos existe sempre infinitos valores intermediários possíveis.
A faixa de variação destas grandezas, como ilustra o gráfico da figura 1, representa um “continuum" dado por uma linha sem interrupções.
Os equipamentos digitais e os microcomputadores, entretanto, não operam com este tipo de grandeza. As representações numéricas são feitas por porções discretas, "bits" que variam em pequenos saltos.
Existe então uma ”definição mínima" de valores entre os quais não há representação possível.
Os valores entre dois extremos variam segundo pequenos saltos, ou porções discretas, cujo valor determina a definição do equipamento.
Mesmo havendo esta diferença, podemos perfeitamente transformar um tipo de grandeza em outra para efeitos de trabalho.
Se dispusermos de um equipamento digital com definição mínima, podemos utilizá-lo na medida de grandezas físicas contínuas (analógicas) fazendo a sua conversão, como sugere a figura 2.
O tamanho do salto mínimo nos dará a precisão do equipamento e nos permite realizar uma série de trabalhos de extrema importância com as grandezas medidas.
De fato, com a possibilidade de transformar uma grandeza física num valor numérico, em forma digital, podemos apresentá-lo em displays, podemos armazená-lo em memórias e muito mais importante que isso, podemos utilizá-los diretamente num microcomputador como parte de um processo de cálculo.
Na forma digital ainda, a transmissão dos dados pode ser feita à distância por fio, rádio ou fibra óptica, praticamente sem o perigo de alterações que Ievam a resultados errados.
Se transformarmos Uma temperatura em uma tensão (analógica para analógica) e transmitirmos esta tensão por um fio até um indicador, a resistência do fio, alterando-se com as condições ambientes (a própria temperatura!) pode levar a aumentos de resistência que influem na indicação.
Por outro lado, na forma digital (conversão analógico/digital a informação chega na forma de sim-ou-não que não são alterados por variações de resistências ou outras características do meio condutor da informação.
Enfim, levando em conta as possibilidades que a conversão de grandezas na forma analógica para digital oferece, os dispositivos que fazem isso vêm ocupando um lugar de destaque na eletrônica.
Os conversores analógicos/digitais disponíveis na atualidade procuram reunir as características que são exigidas para as mais diversas aplicações como:
- simplicidade, de modo a tornar o componente de fácil utilização;
- baixo custo, de modo a permitir seu acesso a todos que precisem da conversão A/D;
- velocidade, para os casos em que se necessitem tomadas de medidas em taxas elevadas;
- linearidade, para os casos em que se exige maior precisão possível para as medidas realizadas;
- impedância de entrada elevada, de modo a não influir (carregar) no circuito analógico do transdutor.
A Texas Instruments possui uma vasta linha de conversores A/D, alguns dotados até de complexos sistemas de processamento do sinal, para aplicações que exigem estes recursos.
TL500/501
O TL501 é um conversor A/D cuja linearidade é de 0,015% tipicamente e o TL500 tem uma linearidade muito maior, de 0,001%. Para o TL500 a definição é de 4 1/2 dígitos e para o TL501 de 3 1/2 dígitos.
A resistência de entrada é de 109 ohms, havendo tanto zero automático como polaridade selecionada automaticamente. (figura 3)
Os conversores A/D TL500 e TL501 são projetados para serem usados com os controladores lógicos TL502 e TL503, de modo a facilitar a implantação de sistemas lógicos digitais de grande precisão.
Estes conversores podem tanto ser usados como controladores lógicos discretos como por meio de software num microcomputador, ou microprocessador.
Os conversores TL500 e TL501 contêm um conjunto de chaves analógicas, amplificadores operacionais, referências de tensão e comparadores necessários à formação de um conversão analógico-digital.
Os sinais aplicados à entrada podem tanto vir com polaridade única como de forma diferencial, para uma rejeição de ruído maior. A saída do circuito é compatível tanto com TTL como CMOS.
Na figura 4 temos o diagrama de blocos equivalente a estes conversores.
TL502 - Processador digital
Este integrado é projetado para operar como Controle lógico para os conversores TL500 e TL501, possuindo saída compatível com a maioria dos indicadores de 7 segmentos disponíveis no mercado.
Os drivers para os segmentos possuem capacidade de corrente de 100 mA. (figura 5).
O integrado possui um oscilador interno que pode ser controlado a partir de qualquer fonte TTL ou então funcionar livremente com a simples ligação de um capacitor de 470 pF.
Na figura 6 temos diagrama interno em blocos deste componente.
TL503 - Processador digital
Este integrado é semelhante ao anterior, exceto pelo fato que fornece uma saída codificada BCD compatível com displays de 7 segmentos de anodo comum com decodificadores.
A definição é de 4 1/2 dígitos com corrente de excitação de 20mA.
Na figura 7 temos a sua pinagem.
Na figura 8 o diagrama interno na forma de blocos funcionais.
TL505 - Conversor analógico/digital
Este conversor possui uma definição de 3 dígitos com 0,1% e zeramento automático. A operação é feita a partir de fonte simples, e a entrada é de elevadíssima impedância graças ao emprego de transistores MOS.
É projetado para operar com os microprocessadores da linha TMS1000 e apresenta um consumo de potência de apenas 40 mW. (figura 9)
Na figura 10 temos o circuito equivalente interno na forma de blocos funcionais.
A taxa de conversão, determinada por capacitores externos, está entre 20 por segundo e 0,05 por segundo.
