Experimento 1 [Jônatas Augusto Manzolli e Mateus Pinheiro Camargo]

Olá! Neste post você poderá encontrar os vídeos/informações referentes a primeira parte do projeto proposto na disciplina EE641.

Neste primeiro vídeo estão contidas as informações detalhas a respeito da montagem e teste de um Conversor Analógico-Digital utilizando PWM.

Neste vídeo extra, mostramos os resultados obtidos a partir da simulação do circuito comparador no PSpice.

Lista de componentes e instrumentos usados no experimento:

· Kit Raspberry Pi 2 Model B;

· Amplificador Operacional: LM324, encapsulamento DIP;

· Resistores: 2 x 180 ohms, 1 x 560 ohms, 1 x 220 ohms, e diversos conforme projeto;

· 1 Soquete de 14 pinos, terminal curto;

· 2 Diodos zener– 1N4727;

· 1 LED vermelho;

· 1 push-button para conectar na placa;

· 1 placa (PCB) para desenvolvimento;

· 1 conector barra de pinos curtos;

· Osciloscópio;

· Gerador de sinal;

· 2 Multímetros;

· Fios e estanho.

Informações e observações adicionais referentes ao experimento:

(1) O circuito de geração de PWM utilizado no experimento consiste de um amplificador operacional utilizado em modo comparador e alimentado em +5V. Um comparador é um circuito no qual a saída do amplificador operacional é verdadeira ou falsa, dependendo se a tensão aplicada no pino positivo de entrada do op-amp (pino 5 do LM 324) for maior que a tensão aplicada no pino negativo (pino 5 do LM 324) de entrada (verdadeiro) ou vice-versa (falso), sendo que a entrada inversora (negativa) está alimentando com uma onda triangular que varia de 0 até 5 V. O sinal DC da entrada positiva é comparado com o pulso triangular da entrada negativa. Quando a onda do Vref é superior à voltagem DC de Va produz uma saída baixa. Quando a onda é mais inferior ao valor da voltagem DC produz uma saída alta.

(2) Para desenhar as formas de onda do PWM utilizamos a lógica explicada anteriormente onde o nível alto na saída do comparador ocorre quando o sinal DC de Va é maior que o sinal do Vref (onda triangular).

(3) O valor do duty cycle tem um efeito na tensão de saída do AmpOP. Desse modo, alguns circuitos utilizam-se do PWM para regulação da tensão de saída com base do duty cycle já que a função media gerada e função do tempo que a onda fica em nível alto (tH), por exemplo, um circuito com tensão de referencia com pico de 12 V e DC de 50% possui um tensão de saída de 0.5*12 = 6 V.

(4) Para a ligação do placa com o circuito PWM com o Raspberry PI, foi utilizado a pinagem do Raspberry contida no link abaixo. O modelo do nosso Raspberry Pi é o B+ V1.2.

http://www.raspberry-projects.com/pi/pi-hardware/raspberry-pi-model-b-plus/model-b-plus-io-pins

Configuramos e utilizamos o BCM_GPIO 18 relativo ao PIN 1 que se encontra no pino 12 da placa e o GND que se encontra no pino 6.

(5) O saturamento no nosso circuito ocorreu porque utilizamos um Diodo Zener diferente do recomendado para o experimento, isso porque era o único disponível. O Diodo Zener recomendado é o 1N4728 que possui Vz de 3,3 V (valor limite da entrada GPIO do Raspberry PI), porém o que tínhamos disponível era o 1N4727 que possui Vz menor que 3,3, limitando desse modo nossa tensão com 4 V ao invés de 5V como calculado teoricamente para o resistor de 180 Ohm.

Informações e observações adicionais referentes a criação do circuito com o push-button:

Para a criação do circuito com push-button utilizamos dois GPIO’s do Raspeberry PI o BCM 17 e o 18 relativos ao PIN 0 e 1. Um foi utilizado para leitura do botão (PIN 1) e o outro para escrita no LED(PIN 0). O funcionamento de um push-button é basicamente ligá-lo de uma maneira que quando ele não estiver pressionado tenhamos 0 ou tensão na saída e caso ele seja pressionado, a saída muda para tensão ou 0 V, dependendo se ele está configurado para pull-down ou para pull-up. 

No nosso caso, utilizamos a lógica de pull-down, ou seja, com o botão aberto o valor de saída é 0 e quando pressionamos o botão o valor da saída vai para o valor da tensão de Vcc. Então ligamos uma tensão Vcc de 5 V em serie com um push-button e ligamos o botão em série com o GPIO_BCM 18 do Raspberry PI. Porém, precisamos garantir que o valor no GPIO quando o botão estiver aberto será zero e para que a tensão não fique flutuando devemos colocar um resistor (220 Ω) aterrado em paralelo com o botão, como na figura do vídeo onde tratamos desse assunto. 

Para proteção do Raspberry PI, colocamos um circuito regulador de tensão para que seja enviado no máximo 3,3 V para o GPIO (limitação do hardware), o circuito implementado foi o mesmo demonstrado no vídeo para o gerador de PWM. 

Porém, existe a possibilidade de não precisar fazer a ligação do resistor aterrado em paralelo com o botão, isso porque o Raspberry PI possui resistores internos que podem ser utilizados para essa funcionalidade e esse resistores são configurados através da função PullUpDnControl (), ou seja, como mostrador no código que implementamos no vídeo configuramos o GPIO para ser um pull-down, ou seja, o valor 0 estará presente quando o botão não estiver pressionado. Por fim, testamos as duas opções pull-down externo e pull-down pelo RasPI e ambos funcionaram, como demonstrado no vídeo.