módulo 5 - CTA Eletrônica
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ATENÇÃO: O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila de MÓDULO 5 que por sua vez, faz parte do CURSO DE TELECOMUNICAÇÕES (MÓDULO 5 ao 7). A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar. Você poderá adquirir o arquivo digital da apostila completa (16 aulas), ou ainda na forma impressa que será enviada por por correio. Entre na nova loja virtual CTA Eletrônica e veja como: www.lojacta.com.br Além de ter a apostila e estuda-la, torne-se aluno e assim poderá tirar dúvidas de cada uma das questões dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila, receber as respostas por e-mail, fazer parte do ranking de módulos e após a conclusão do módulo com prova final, participar do ranking geral e poder ser chamado por empresas do ramo de eletroeletrônica. Saiba mais como se tornar um aluno acessando nossa página de cursos: www.ctaeletronica.com.br/web/curso.asp APOSTILA AULA 13 MÓDULO - 5 MICROPROCESSADOR - I²C - STEREO E PSEUDO O Microprocessador - pinos principais e desarmes A comunicação I²C - O integrado TDA3861 As conexões do micro com os demais integrados O circuito de som estéreo com equalização e pseudo A fonte chaveada do televisor e aspectos básicos MICROPROCESSADOR O microprocessador, popularmente chamado de processador, é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador. Todos os computadores e equipamentos eletrônicos baseiam-se nele para executar suas funções; sendo assim, podemos dizer que o processador é o cérebro do computador por realizar todas estas funções, é tornar o computador “inteligente”. Um microprocessador incorpora as funções de uma unidade central de computador (CPU) em um único circuito integrado, ou no máximo alguns circuitos integrados. É um dispositivo multifuncional programável que aceita dados digitais como entrada, processa de acordo com as instruções armazenadas em sua memória, e fornece resultados como saída. Microprocessadores operam com números e símbolos representados no sistema binário. Na figura 1, podemos ver a arquitetura interna de um microprocessador dedicado para processamento de imagens de ressonância magnética, a fotografia foi aumentada 600 vezes, sob luz ultravioleta para se enxergar os detalhes. figura 1 Já na figura 2, vemos a vista inferior de um Athlon XP 1800+ núcleo Palomino, um microprocessador moderno. O microprocessador moderno é um circuito integrado formado por uma camada chamada de mesa epitaxial de silício, trabalhada de modo a formar um cristal de extrema pureza, laminada até uma espessura mínima com grande precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e dopada pela ELETRÔNICA exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas gasosas de impurezas. Este processo é repetido tantas vezes quanto necessário à formação da microarquitetura do componente. figura 2 Responsável pela execução das instruções num sistema, o microprocessador, escolhido entre os disponíveis no mercado, determina, em certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. O sistema operativo é construído sobre este conjunto. O próprio microprocessador subdivide-se em várias unidades, trabalhando em altas frequências. A ULA(Unidade Lógica Aritmética), unidade responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos e os registradores são parte integrante do microprocessador na família x86, por exemplo. Embora seja a essência do computador, o microprocessador diferente do microcontrolador, está longe de ser um computador completo. Para que possa interagir com o utilizador precisa de: memória, dispositivos de entrada/saída, um clock, controladores e conversores de sinais, entre outros. Cada um desses circuitos de apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o funcionamento do computador. FUNCIONAMENTO BÁSICO O microprocessador que pode ser visto na figura 3, é do televisor philco chassi CPH-05. Apesar de ser de um chassi específico, possui características semelhantes aos utilizados em diversos televisores. A alimentação principal está baseada no pino 27, onde temos a entrada da tensão de +5V. Esta tensão é proveniente da fonte chaveada de entrada, onde através dos enrolamentos dos pinos 7 e 8 é gerada uma tensão TELEVISÃO ANALÓGICA E SISTEMAS UTILIZANDO TUBOS DE IMAGEM - OSCILOSCÓPIOS 211 APOSTILA DC de aproximadamente 20 volts. Esta tensão vai ao transistor Q903 que através de um zener ligado em sua base estabilizará a tensão de +5V para a polarização do processador. O comando para que o aparelho fique ou não em STAND-BY, virá do pino 45 do IC101 que permitirá ou não que a alimentação seja enviada ao circuito horizontal e outras áreas. Com o pino 45 em nível baixo, o televisor deverá funcionar normalmente, pois o transistor Q901 cortará e haverá a polarização do transistor Q904, que apagará o LED indicador de STAND-BY. Além disto, haverá ao mesmo tempo a polarização do transistor Q905 que saturará, levando tensão ao circuito oscilador horizontal. O funcionamento do IC101 estará baseado em um oscilador principal cuja precisão está baseada no cristal presente nos pinos 24 e 25. O circuito de reset das funções de uma forma geral ocorre no pino 30. Quando o televisor é ligado e a tensão de cinco volts começa a subir, o transistor Q101 manterse-á cortado, mantendo a tensão do pino 30 em zero volt. Quando a tensão de alimentação estiver muito próximo a 5 volts, ocorrerá a polarização do transistor Q101 que elevará e manterá o pino 30 em 5 volts, liberando o funcionamento do IC101. COMANDOS ESPECIAIS O chassi CPH-05 mais sofisticado (21 polegadas), possui além do SAP, a possibilidade automática de trabalhar em NTSC e PAL (figura 3), baseado no comando que entra em seu pino 34 (identificação), sendo acionado um multivibrador cuja frequência é de 1 Hz aproximadamente. As saídas deste multivibrador estarão ligadas aos pinos 46 e 47, que se apresentarão MÓDULO - 5 fases invertidas, ou seja, quando o pino 46 estiver em nível alto o pino 47 vai estar em nível baixo, comutando o cristal NTSC ou PAL. Assim, os cristais de croma sofrem a comutação até que o sinal reproduzido fique correto baseado no funcionamento do killer, informação esta que é mandada ao microprocessador via pino 34, mantendo o último estado do multivibrador. A criação de caracteres que incidirão na tela estarão baseados inicialmente em um oscilador que está posicionado nos pinos 28 e 29 deste mesmo CI. A sincronização das informações geradas com o processo de varredura da imagem (horizontal e verticalmente), estarão baseadas nos pulsos verticais e horizontais que entrarão pelos pinos 1 e 2. Assim, os caracteres que deverão sair pelos pinos 52, 51 e 50 (R, G e B respectivamente), dependerão também da saída do pulso de BLANKING que será responsável pela comutação do sinal normal da emissora ou estes caracteres. Este sistema de mostrar caracteres na tela da TV é chamado de OSD (On Screen Display), que significa escrita na tela; este sistema além da escrita na tela, serve também para monitorar as funções de controle (volume, canal, etc.), e também em alguns aparelhos para gerar a tela azul, na falta de sinal de vídeo. Detalhes do OSD: Uma exibição na tela (abreviado OSD) é uma imagem sobreposta a uma imagem de tela, usado geralmente por modernos aparelhos de televisão, videocassetes e aparelhos de DVD para exibir informações como volume, canal e tempo. No passado, a maioria dos ajustes em aparelhos de TV foram realizadas por meio de controles analógicos, como figura 3 212 4 TELEVISÃO ANALÓGICA E SISTEMAS UTILIZANDO TUBOS DE IMAGEM - OSCILOSCÓPIOS ELETRÔNICA APOSTILA potenciômetros e chaves. Este ainda são usados em TVs portáteis monocromáticos modernos. Depois que os controles remotos foram inventados, os ajustes digitais tornaram-se comuns. Eles precisavam de um monitor externo, que feito a partir de LED´s, LCD´s ou VFD (valvulados). Quando os eletrônicos tornaram-se mais avançados, tornou-se claro que a adição de alguns dispositivos extras como OSD, era mais barato que a adição de um segundo dispositivo de exibição. Telas de TV também tinham se tornado maiores, podendo mostrar muito mais informações do que as pequenas telas. Assim, os dispositivos OSD, tornaram-se capazes de exibir informações gráficas sobrepostas sobre a imagem, que é feito através da sincronização da leitura da memória de vídeo OSD com o sinal de TV. Este tipo de exibição na tela começou na década de 1980 nos televisores. Por meados dos anos 1990, estas exposições se tornaram amplamente disponível nos VCR´s (Video Cassete Recorder). Isso se tornou possível para reduzir o tamanho (e o custo) do VFDs usado em videocassetes. A Akai tem creditado para si, a introdução de OSD em videocassetes na década de 1980, incluindo a introdução de programação em tela. Todos os leitores de DVD também usam a tela do monitor para exibir as informações de comandos ou auxílio. Mais recentemente (a partir de 2005), com o declínio dos CRT (Catode Ray Tube), os aparelhos de televisão baseados em LCD / plasma / LED´s tem utilizado amplamente os dispositivos OSD. Os modernos monitores de televisão LCD, geralmente incorporam apenas dois ou três circuitos integrados. Exemplos de circuitos integrados para executar OSD dedicados são MAX7456 e STV5730. Ambos operam com NTSC ou PAL, misturando com um sinal existente ou auto-gerador. Ambos têm capacidades ligeiramente diferentes. Isto pode ser feito também pelo PIC superimposer video. Computadores: Alguns programas de computador também usam OSD´s, especialmente para programas de apoio para os chamados "teclados enhanced", que muitas vezes tinham teclas adicionais de mídia para ações como pular através de faixas de música e ajuste de volume. Seu uso fora deste campo é ainda pouco comum. Esta exibição são usadas em filmadoras, e pode exibir diversas informações tanto no visor e no aparelho de TV, quanto na camcorder (câmera que grava) que está conectada. A complexidade dos gráficos oferecidos por tais exposições aumentou muito ao longo dos anos, a partir de simples imagens monocromáticas à intrincadas interfaces gráficas de usuário. Crítica: Vários problemas existem em relação à exibição de tela. Um deles é o diagnóstico no caso da exibição na tela esteja danificado. Sem mostra de imagem externa, é quase impossível (sem abrir a televisão) para determinar a origem do erro. Acessórios de televisão que dependem fortemente de OSD´s, como os DVD players, também são muito difíceis de configurar sem o uso de uma televisão. Em VCRs mais antigos, por exemplo, foi possível criar timers gravação sem ligar a TV, um VCR moderno exige que o usuário ligue sua TV para fazer isso. As desvantagens de usar OSDs não superam sua ELETRÔNICA MÓDULO - 5 principal vantagem de custo eficiente, o que levou à sua utilização generalizada. O uso do OSD pode proporcionar benefícios significativos em termos de quantidade de informação que pode ser mostradas, sem recorrer a mostra específicas (por exemplo: matriz de pontos LCD ou monitores de computador), considerando a quantidade destes novos TV´s em todas casas. TENSÕES DE CONTROLE As chaves mecânicas que se encontram no painel de controle se ligam ao micro em 5 pinos específicos. As tensões de controle para brilho, contraste, cor, nitidez, tint (21”) e volume sairão respectivamente dos pinos 3, 4, 5, 6, 7, 8 (fig. 3), em forma de PWM, que é uma forma de onda de largura variável. Logo em seguida, estas ondas quadradas são filtradas indo ao integrado amplificador de luminância, crominância e som. As informações do receptor de controle remoto, entrarão em forma de pulsos PCM (códigos), pelo pino 16 do integrado IC101. SELETOR DE CANAIS Este chassi trabalha com sintonia em VST (Sintonia Sintetizada por Tensão), sendo que o microprocessador arquiva dados que serão posteriormente transformados em tensão de sintonia e chaveamento para gerar a sintonia de determinado canal. No chassi CPH-05, temos modelos em que o seletor trabalhará com a entrada de tensão de sintonia e tensões de chaveamento com comandos externos. Nos modelos um poucos mais sofisticados, utilizam-se seletores que trabalham com códigos de entrada e internamente com a interpretação destes códigos, de onde serão geradas as tensões de sintonia e chaveamento de banda; estes seletores são chamados de SELETORES DIGITAIS. Os seletores chamados “digitais”, são na realidade seletores comuns, que trabalham de maneira idêntica a todos os seletores, com tensão de sintonia e chaveamento de banda, mas a comunicação entre o seletor e o microcontrolador ou microprocessador, é feita por 2 vias digitais de pulsos (SDA e SCK), este sinal digital será decodificado internamente no seletor, gerando as tensões de controle (sintonia, banda, etc.). Sendo assim, os seletores “digitais” possuem um circuito extra a mais (interno) que será de decodificação digital. Este seletor terá na maioria das vezes, 3 tensões de alimentação: 9 ou 12 volts para alimentação geral do seletor; 33 volts para gerar a tensão de sintonia e 5V para alimentar o decodificador digital. Os pinos de entrada de controle serão (na maioria dos casos) : SDA (entrada de dados digitais do micro); SCK (sinal de Clock para decodificar os dados digitais); AFT (tensão proveniente do CI de processamento geral para ajuste fino de sintonia). O circuito mostrado no nosso exemplo (figura 3) é do seletor FS, que trabalha por interpretação de códigos dentro do próprio seletor. Assim, dependendo do modelo, o pino 44 do IC101, poderá levar os dados (seletor FS) ou fazer chaveamento de banda baixa de VHF (seletor convencional). O pino 43 levará o Clock (FS) ou fará o chaveamento de canais altos (convencional) e finalmente o pino 42 levará o nível de habilitação (FS), ou fará o chaveamento de UHF (convencional). A tensão de TELEVISÃO ANALÓGICA E SISTEMAS UTILIZANDO TUBOS DE IMAGEM - OSCILOSCÓPIOS 213 APOSTILA MÓDULO - 5 sintonia para o seletor convencional que deverá variar de 0 a 30 volts, será gerada pelo pino 14 do IC101. A memorização de canais estará a cargo do IC102, que receberá dados lN/OUT pelos pinos 3 e 4 e o Clock pelo pino 2. Cabe ao IC102 memorizar todos os níveis de tensão para controle de brilho, volume, etc.; este integrado e do tipo EEPROM e mesmo sem alimentação, continua com a memorização dos dados. INFORMAÇÕES SOBRE O I²C I²C ("i-squared cee" ou "i-two cee"; Inter-Integrated Circuit - logo marca na fig.4) genericamente referido como "fio-two interface") é um multi-mestre de barramento série single-ended (malha de sinal única), inventado pela Philips, na década de 1980, é usado para anexar periféricos de baixa figura 4 velocidade a uma comando proveniente de uma placa-mãe ou de um microprocessador principal. Também é usado em telefones celulares ou outros dispositivos eletrônicos. Desde meados dos anos 1990, vários concorrentes como Siemens AG (mais tarde Infineon Technologies AG), NEC, Texas Instruments, STMicroelectronics (exSGS-Thomson), Motorola (mais tarde Freescale), Intersil, etc, inseriram esta linha de comunicação, que são totalmente compatíveis com a NXP (nome atual da antiga divisão de semicondutores da Philips). A partir de 10 de outubro de 2006, não são necessários pagamentos de royalties (taxas de licenciamento) para implementar o protocolo I²C. No entanto, as taxas ainda são necessários para obter endereços slave I²C, figura 5 atribuídos à NXP. SMBus , definida pela Intel em 1995, é um subconjunto do I²C, que define os protocolos com maior rigor. Um dos propósitos do SMBus é promover a robustez e interoperabilidade. Assim, modernos sistemas I²C incorpora políticas e regras de SMBus, as vezes combinando tanto I²C com SMBus, com o mínimo de reconfiguração. Desenho A figura 5, mostra uma amostra com um mestre (um microcontrolador), interligados aos escravos (uma ADC, um DAC, e um microcontrolador). É importantíssimo destacar os resistores pull-up. I²C usa apenas duas linhas bidirecionais, sendo uma linha de dados serial (SDA) e clock serial (SCL), linhas estas mantidas em nível alto por dois resistores. Tensões típicas utilizadas são +5V ou 3,3V, embora sistemas com outras tensões são permitidas. O desenho I²C de referência tem espaço de endereço de 7-bit ou 10-bit (dependendo do dispositivo utilizado). São comuns velocidades de barramento de 100 kbit/s, sendo o modo padrão e 10 kbit/s (modo de baixa velocidade); mas, frequências de clock mais baixas também são permitidos. Revisões recentes de I²C pode hospedar mais nós (mais slaves ou escravos) e rodar em velocidades mais rápidas (400kbit/s modo rápido, 1Mbit/s, mais rápido modo ou + Fm, e 3,4 Mbit/s Modo de Alta Velocidade ). Essas velocidades são mais amplamente utilizado em sistemas embarcados do que em PCs. Há também outras características, tais como de 16 bits de endereçamento. Note que as taxas de bit apresentados são para o funcionamento do CLOCK entre mestre e escravo. O número máximo de nós é limitado pelo espaço de endereço, e também pelo barramento total de capacitância de 400pF, o que restringe a comunicação prática para distâncias de alguns metros. Referência de desenho O desenho de referência, como mencionado acima, é um barramento com um clock (SCL) e dados (SDA) com 7 bits de endereçamento. O barramento tem dois papéis para nós: o Master (senhor) e o Slave (escravo): Nó mestre - nó que emite os dados e endereços escravos. Nó escravo - nó que recebe a linha de clock geral. O barramento é multi-master, o que significa um número qualquer de nós mestre pode estar presente. Além disso, as funções de mestre e escravo pode ser alterado entre as mensagens (depois de um STOP é enviado). Existem quatro modos possíveis de operação para um dispositivo de dados de barramento, embora a maioria dos dispositivos usar apenas uma única função e seus dois modos: mestre transmitir - nó mestre envia dados para um escravo. mestre receber - nó mestre recebe dados de um escravo. transmitir escravo - nó escravo envia dados para o mestre. escravo recebe - nó escravo recebe dados do mestre O mestre inicialmente em modo de transmissão, enviando um bit de início, seguido pelo endereço de 7 bits que define o escravo que deseja se comunicar, que é finalmente seguido por um único bit que representa se deseja escrever (0) ou ler ( 1) do escravo. Se o escravo existe no barramento, então ele irá responder com um ACK bit (ative nível low (baixo) indicando que reconheceu) para esse endereço. O mestre então continua em qualquer modo a transmitir ou figura 6 214 4 TELEVISÃO ANALÓGICA E SISTEMAS UTILIZANDO TUBOS DE IMAGEM - OSCILOSCÓPIOS ELETRÔNICA APOSTILA receber (de acordo com o bit de leitura/gravação que enviou), e o escravo continua em seu modo complementar (receber ou transmitir, respectivamente). O endereço e os bytes de dados começam pelos bits mais significativos. O start bit é indicado por uma transição de alto a baixo de SDA e SCL voltando a alto, o bit de parada é indicada por uma transição de baixa a alta do SDA com SCL mantido em nível alto. Se o mestre quiser escrever para o escravo, envia um byte para ele, e o escravo envia um bit ACK. (Nesta situação, o mestre estará em modo de transmissão e o escravo no modo de recepção). Se o integrado principal (mestre) pretender ler o escravo, então receberá um byte do escravo, logo após o mestre ter enviado um bit ACK depois de cada byte. (Nesta situação, o mestre está em modo de recepção e o escravo no modo de transmissão). O mestre então termina a transmissão com um bit de parada, podendo ainda enviar outro bit START se pretende manter o controle do barramento com mais de uma transferência (uma "mensagem combinada"). MÓDULO - 5 mais rápidos e latências aumentam quando se fala de endereços de outro dispositivo. Capacitância do barramento também coloca um limite sobre a velocidade de transferência, especialmente quando as fontes atuais não são usados para diminuir o tempo de subida do sinal. Devido a estes limites (gestão de endereços, configuração de barramento, as falhas em potencial, velocidade), os barramentos I²C têm até uma dúzia de dispositivos interligados. Caso o aluno tenha interesse em projetos utilizando o I²C, e ter mais informações, acesse o link (em inglês): http://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C Mensagem protocolos: I²C define três tipos básicos de mensagens, sendo que cada um que começa com um START e termina com um STOP: Única mensagem, onde um mestre grava dados em um escravo; Única mensagem, onde um mestre lê dados de um escravo; Mensagens combinadas, onde um mestre realiza pelo menos duas leituras e/ou grava em um ou mais escravos. Em uma mensagem combinada, cada leitura ou escrita deve começar com um START e o endereço do escravo. Limitações: a atribuição de endereços para o acesso aos escravos é uma deficiência do I²C. Sete bits é muito pouco para prevenir colisões de endereços entre os muitos milhares de dispositivos disponíveis, e os fabricantes raramente dedicam pinos suficientes para configurar o endereço do escravo usado em uma determinada placa. Utilização de apenas três pinos no integrado escravo é o típico, dando apenas oito opções de endereço para eles. Enquanto alguns dispositivos podem definir vários bits de endereço por pino, por exemplo, usando um canal de reposição ADC interna para sentir uma das oito faixas definidas por um divisor de tensão externo, geralmente cada pino controla um bit de endereço. I²C suporta uma gama limitada de velocidades. Hosts (equipamentos ligados ao barramento de comunicação) que apoiam velocidades multi-megabit são raros. Apoio para a Fm + velocidade de um megabit é mais comum, uma vez que seus componentes eletrônicos e suas variantes são mais simples quando usados em velocidades mais baixas. Muitos dispositivos não suportam a velocidade 400 kbit/s (em parte porque SMBus ainda não suporta isso). Nós ou comunicações I²C implementados em software (em vez de hardware dedicado) não pode trabalhar nem em velocidades de 100 kbit/s. Assim toda a gama definida na especificação raramente é utilizável. Todos os dispositivos devem, pelo menos, suportar a mais alta velocidade usada ou esporadicamente detectar seu endereço de dispositivo. Dispositivos são permitidos para esticar ciclos de clock para atender às suas necessidades específicas, o que pode deixar largura de banda necessária por dispositivos ELETRÔNICA TELEVISÃO ANALÓGICA E SISTEMAS UTILIZANDO TUBOS DE IMAGEM - OSCILOSCÓPIOS 215 216 4 TELEVISÃO ANALÓGICA E SISTEMAS UTILIZANDO TUBOS DE IMAGEM - OSCILOSCÓPIOS COR 26 MATRIZ G-Y 25 CONTROLE ½H SECAN 28 24 B PAL ON NTSC 23 PAL ON G R-Y 30 L.R CCC 29 MATRIZ RGB R G B +V CONT. TINT 27 TINT IC 502 22 31 R BLK 21 33 34 PAL R 20 G 19 PROCES. LUMINÂNCIA DEM. B-Y OSC. 3,58MHz 90° NTSC DEM. R-Y SEP. BURST BRILHO Y DET. FASE 32 17 AMPL. 7,8kHz K DIV. F.F 36 38 16 15 FORMADOR SAND CASLTE FORM. P.W.M 37 14 39 40 13 C.A.G 12 SEP. SINC. 41 REALIM. VERT. B.P.F 3,58MHz CAF 1H AJUSTE FASE H B CONT. DE SW VIDEO CONT. BRILHO VÍDEO EXT NITIDEZ IN EXT. 18 35 +B PULSOS TSH CRISTAL AO 4,43 TRANSISTOR DRIVER H 10 TRAP 4,5MHz 11 +B 44 +B (8V) 9 DETETOR AFT OSCIL. VERT. VERT. DRIVER 43 TDA3861 IC501 42 AO MICRO (AFT) AO INT.DE SAÍDA VERT. RAMPA VERT. 8 46 7 AMPL. FI DEM. VÍDEO 45 SAW 4,5MHz 6 47 - DET C.A.G + 48 5 4 DIV. 49 CAG RETARDO DEM. 4,5MHz V. CAG SELETOR SINAL DO SELETOR 52 2 90° 1 SINAL MTS PRÉ DE GANHO CONTROLADO 51 45,75MHz 3 50 ÁUDIO OUT APOSTILA MÓDULO - 5 figura 7 ELETRÔNICA