OSCILOSCÓPIO DIGITAL PORTÁTIL DE BAIXO .2012-08-02 · interface with PC via USB. Keywords: ...

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  • 1

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN

    BRUNO MANUEL SHOU

    OSCILOSCPIO DIGITAL PORTTIL DE BAIXO CUSTO

    Projeto de Graduao em Engenharia

    Eltrica apresentado Universidade

    Federal do Paran, como requisito parcial

    para obteno do ttulo de Engenheiro

    Eletricista.

    Orientador: Eduardo Parente Ribeiro,

    PhD.

    Curitiba/PR

    2011

  • 2

    Cibele, minha esposa, e minha filha Emily.

    Aos meus irmos Ricardo, Reinaldo (in memoriam) e Eurico.

    Aos meus pais Adelino e Wane.

    Ao meu padrasto Ricardo (in memoriam).

    Aos meus sogros Dirceu e Dalmi.

    Por todo apoio, amor e dedicao, por quem sou e por tudo o que alcancei.

  • 3

    AGRADECIMENTOS

    A Deus, pela vida, bno e proteo.

    Aos professores Eduardo Parente Ribeiro, pelo apoio e confiana no meu

    trabalho e Ademar Luiz Pastro, por me apresentar ao fantstico mundo dos

    microcontroladores.

    Aos amigos e colegas que fiz durante a graduao, os quais de alguma

    forma contriburam para que este trabalho pudesse ser concludo.

    Aos meios de pesquisas modernos que permitiram o acesso s informaes

    de forma rpida e prestativa.

    minha famlia pela pacincia e apoio, principalmente minha filha pelo

    tempo que no pude participar de suas brincadeiras.

  • 4

    RESUMO

    A necessidade de se medir unidades eltricas uma constante na rea de

    engenharia eltrica e tambm em setores que se utilizam de transdutores para

    converso de outros tipos de energia como mecnica em eltrica. O uso de

    equipamentos destinados a esta funo um importante procedimento para analisar

    a qualidade do sinal a ser investigado. Existem vrios tipos de instrumentos

    disponveis no mercado, capazes de medir sinais eltricos para diferentes

    necessidades. Os diferenciais esto na sensibilidade, resoluo, largura de banda,

    funes matemticas embarcadas, interface homem-mquina, portabilidade,

    resistncia eltrica e mecnica, conectividade com microcomputadores, entre outros.

    Um importante equipamento de medidas eltricas o osciloscpio. Este capaz de

    medir sinais contnuos e alternados, exibindo-os em uma tela com duas dimenses.

    O grfico mostrado resultado da tenso em funo do tempo do sinal medido. O

    presente trabalho prope o desenvolvimento de um osciloscpio digital porttil de

    baixo custo destinado a alunos, tcnicos e hobistas da rea, para uma anlise rpida

    e simplificada com recursos adicionais como exibio em display grfico,

    armazenamento em carto de memria SD/MMC e interface com microcomputador

    via USB.

    Palavras-chave: Osciloscpio Digital Porttil, Display Grfico,

    Microcontrolador, ADC, carto SD/MMC, USB.

  • 5

    ABSTRACT

    The need to measure electrical units is a constant in the area of electrical

    engineering and also in sectors that use transducers for converting other types of

    energy such as mechanical to electrical. The use of equipment for this function is an

    important procedure for analyzing the signal quality to be investigated. There are

    several types of instruments available in the market, capable of measuring electrical

    signals to different needs. The differentials may be in the sensitivity, resolution,

    bandwidth, math functions on board, man-machine interface, portability, electrical

    and mechanical resistance, and connectivity with personal computers, among others.

    The oscilloscope is an important equipment for electrical measurement. It is capable

    to measure DC and AC signals, displaying them on a screen with two dimensions.

    The graph shown is a result of the voltage versus time of the measured signal. This

    paper proposes the development of a portable digital oscilloscope low-cost for

    students, technicians and hobbyists in the area for a quick and simplified analysis

    with additional features like graphic display, storage memory card SD/MMC and

    interface with PC via USB.

    Keywords: Portable Digital Oscilloscope, Graphic Display, Microcontroller,

    ADC, SD/MMC, USB.

  • 6

    LISTA DE FIGURAS

    FIGURA 1 - DIFERENA ENTRE OSCILOSCPIO ANALGICO E DIGITAL .......... 3

    FIGURA 2 - TIPOS DE SINAIS ................................................................................... 4

    FIGURA 3 - SINAL COM ALIASING ........................................................................... 5

    FIGURA 4 - PRINCIPAIS TIPOS DE INTERPOLAO GRFICA ............................. 6

    FIGURA 5 - PINAGEM DO PIC18F4550 PARA O SOQUETE TQFP ......................... 8

    FIGURA 6 - CLOCK/CICLO DE INSTRUO ............................................................ 9

    FIGURA 7 - FUNO DE TRANSFERENCIA A/D ................................................... 11

    FIGURA 8 - CCULO DO TEMPO MNIMO DE AQUISIO DO ADC .................... 13

    FIGURA 9 - TEMPO DE CONVERSO DO ADC ..................................................... 14

    FIGURA 10 - DIAGRAMA DE BLOCOS DO GLCD .................................................. 15

    FIGURA 11 - REPRESENTAO DAS CARACTERSTICAS DO GLCD................. 16

    FIGURA 12 - CONECTORES: PADRO-A, PADRO-B, MINI-B E MICRO-B ......... 18

    FIGURA 13 - VRIOS DISPOSITIVOS SLAVES NO BARRAMENTO SPI ............... 21

    FIGURA 14 - CONEXO SPI MASTER/SLAVE ........................................................ 22

    FIGURA 15 - FORMAS DE ONDAS DOS MODOS SPI (MODO MASTER) ............. 23

    FIGURA 16 - SD, MINI SD E MICRO SD .................................................................. 24

    FIGURA 17 - COMPATIBILIDADE ELTRICA ENTRE SD E MMC .......................... 25

    FIGURA 18 - ARQUITETURA DO CARTO SD ....................................................... 25

    FIGURA 19 - COMANDO E RESPOSTA DO SD NO MODO SPI ............................. 28

    FIGURA 20 - FORMATO DE RESPOSTA R1 E R3 .................................................. 28

    FIGURA 21 - FORMATO DO PACOTE DE DADOS ................................................. 29

    FIGURA 22 - DIAGRAMA EM BLOCOS DO PROJETO PROPOSTO ...................... 31

    FIGURA 23 - BATERIA ALCALINA 9 V - 6LR61 ....................................................... 35

    FIGURA 24 - PCI - LADO DA SOLDA ....................................................................... 36

    FIGURA 25 - PCI - LADO DOS COMPONENTES .................................................... 37

    FIGURA 26 - CIRCUITO MONTADO ........................................................................ 37

    FIGURA 27 - PROTTIPO MONTADO .................................................................... 37

    FIGURA 28 - FLUXOGRAMA DO FIRMWARE ......................................................... 39

    FIGURA 29 - FLUXOGRAMA DA CONVERSO A/D ............................................... 40

    FIGURA 30 - FLUXOGRAMA DO PROCESSAMENTO DO SINAL .......................... 40

    FIGURA 31 - FLUXOGRAMA DO CLCULO DA FREQUNCIA ............................. 41

    FIGURA 32 - FLUXOGRAMA DO MODO USB ......................................................... 41

    FIGURA 33 - RESULTADO DA COMPILAO ........................................................ 41

    FIGURA 34 - UTILIZAO DE RECURSOS POR BIBLIOTECAS ........................... 43

    FIGURA 35 - SIMULAO DO OSCILOSCPIO DIGITAL PORTTIL ................... 44

    FIGURA 36 DEBUGGER PARA USB E SPI .......................................................... 45

    FIGURA 37 - MENU DE OPES DO OSCILOSCPIO DESENVOLVIDO ............ 46

    FIGURA 38 - USO DO SEGUNDO CANAL E DE AMBOS SIMULTANEAMENTE ... 46

    FIGURA 39 - RECURSO TRIGGER PARA BORDA DE DESCIDA .......................... 47

    FIGURA 40 - TESTE DO RECURSO TIME/DIV DE 50 MS, 5 MS E 0,5 MS ............ 47

    FIGURA 41 - MODO DC ........................................................................................... 48

  • 7

    FIGURA 42 SINAL COM AMPLITUDE DE 12 V PICO A PICO .............................. 48

    FIGURA 43 - FREQUNCIA MXIMA DE AMOSTRAGEM ..................................... 49

    FIGURA 44 - TEMPO/DIV 50 MS - SINAIS DE 4 HZ A 40 HZ .................................. 49

    FIGURA 45 - TEMPO/DIV 5 MS - SINAIS DE 40 HZ A 400 HZ ................................ 49

    FIGURA 46 - TEMPO/DIV 0,5 MS - SINAIS DE 400 HZ A 4 KHZ ............................. 50

    FIGURA 47 - MODO USB ......................................................................................... 50

    FIGURA 48 - ENVIANDO OS DADOS DO CARTO SD/MMC ATRAVS DO USB 51

  • 8

    LISTA DE QUADROS

    QUADRO 1 - COMPARATIVO ENTRE MICROCONTROLADORES ......................... 7

    QUADRO 2 - RELAO ENTRE TAD E FOSC ........................................................ 13

    QUADRO 3 - INTRUES DE CONTROLE DO NT7108 ........................................ 16

    QUADRO 4 - REGISTRADORES DO CARTO SD ................................................. 26

    QUADRO 5 - COMANDOS COMPATVEIS DO CARTO SD NO MODO SPI ......... 27

    QUADRO 6 - FORMATO DO COMANDO NO MODO SPI ....................................... 27

    QUADRO 7 - RELAO DE CONSUMO POR RECUROS DO MCU ....................... 33

    QUADRO 8 - RELAO DE CONSUMO PARA GLCD E LM7805, .......................... 34

    QUADRO 9 - LISTA DE COMPONENTES................................................................ 36

    QUADRO 10 - BIBLIOTECAS UTILIZADAS ............................................................. 42

  • 9

    LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

    ADC - Analog to Digital Converter

    ANSI -