

Quando estamos trabalhando em algum projeto, seja utilizando Arduino, CLP ou qualquer outro processador, nossas entradas são sinais vindos do nosso mundo real, como os botões que apertamos, um LDR verificando o nível de luz do ambiente, um sensor de ultrassom para nosso robô evitar uma colisão ou qualquer outro tipo de sensor que nosso projeto exija. Estes sinais podem ser classificados como digitais ou analógicos dependendo de como interagem com o processador.Sinais digitais são aqueles que possuem apenas dois estados lógicos, “ligado” ou “desligado”, “um” ou “zero”, segundo a literatura que estudamos. Normalmente a saída em estado zero envia um sinal com valor muito próximo à zero volts, enquanto uma saída em estado 1 envia um sinal com o nível de tensão fixo que vai depender do sensor utilizado, podendo ser o mesmo valor da alimentação ou um valor lógico com 5V.Já os sinais analógicos podem representar infinitos valores dentro de uma faixa, por exemplo se trabalhamos com um sensor de temperatura com uma faixa de trabalho de 0⁰C até 100⁰C com saída que utiliza um sinal de 0V à 5V, esse sinal será proporcional à medida da temperatura dentro da faixa de medição do sensor, como vemos na tabela:
| Temperatura (⁰C) | Saída do sensor (V) |
| 0 | 0,0 |
| 25 | 1,25 |
| 50 | 2,5 |
| 62 | 3,1 |
| 90 | 4,5 |
| 100 | 5,0 |
Todos os processadores modernos trabalham com sinais digitais, sejam eles vindos da memória, de um endereço ou das entradas. Mas se os sinais digitais são representados por “zeros” e “uns”, como valores maiores são representados?A representação de um valor dentro do processador é feita paralelamente, ou seja, a junção de vários bits ao mesmo tempo para representar um único valor.Se temos um bit podemos representar apenas dois valores por ele, 0 ou 1. Porém se tivermos dois bits para representar um número, poderemos representar 4 valores, definindo um peso para cada bit.Vamos ver como fica essa relação com apenas um bit:
| BIT | Valor |
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
| BIT 1 | BIT 2 | Valor |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 2 |
| 1 | 1 | 3 |
Para uma saída digital mais próxima possível do valor analógico uma maior quantidade de bits se faz necessária. Um conversor de 8 bits terá o valor da sua faixa de trabalho dividido em 256 partes. Já um conversor de 12 bits terá esse valor dividido por 4096, cada variação será melhor percebida pelo circuito.
Porém maior resolução não significa uma melhora no projeto como um todo, circuitos com resolução maior também possuem um custo maior, podendo não melhorar o custo-benefício do projeto como um todo.Os amplificadores operacionais quando estão trabalhando sem a realimentação da saída, possuem a característica de comparar os sinais das entradas inversora e não-inversora, e como o ganho dessa configuração é muito alto, o nível de tensão do sinal de saída é praticamente o mesmo da alimentação, gerando um sinal de ligado ou desligado, comparável à um sinal digital.
A conversão mais simples de ser compreendida é feita diretamente do sinal analógico para digital por meio de uma comparação com amplificadores operacionais.Esse tipo de conversor é chamado também de conversor paralelo ou conversor tipo flash, pois é o conversor mais rápido existente.O sinal analógico é lido diretamente por todos os amplificadores ao mesmo tempo, como estão em modo comparador, será comparado com as diferentes tensões no divisor de tensão formado pelos resistores.Esse divisor de tensão não precisa estar ligado à tensão de alimentação, pode-se utilizar uma outra tensão para a referência do circuito de medição ligado à entrada de referência (REFERENCE), para casos em que a diferença entre a alimentação e o sinal é muito grande.Cada amplificador operacional será responsável por um sinal ao circuito de controle e não um bit, portanto para se obter uma resolução de 8bits, são necessários 255 amplificadores operacionais dentro do circuito de conversão, o que encarece a produção desse tipo de conversor e aumenta o consumo do circuito como um todo.Vamos pegar como exemplo um circuito integrado AD7822 do fabricante ANALOG DEVICES, um CI conversor A/D de 8 bits do tipo paralelo com uma taxa de amostragem de até 10MHz.
Diferente do conversor paralelo, outros conversores precisam de um processamento para realizar a conversão completa, como é o caso do conversor por aproximações sucessivas, que realiza pequenos cálculos para avaliar a amostra de tensão na entrada para então transmitir os dados para sua saída.O conversor de aproximações sucessivas, chamado em inglês pela sigla SAR ADC, tem a vantagem de ocupar pouco espaço e baixo consumo de energia, essas características, associada à um circuito em uso há bastante provado ser bastante confiável, faz dele um circuito ideal para ser utilizado dentro de outros blocos, como é o caso do Arduíno.Se analisarmos o datasheet do ATMEL 328p, que é o microcontrolador utilizado em vários modelos de Arduíno como o é o caso do “uno” e do “nano”, vemos que suas entradas quando em modo analógico, são conectadas à um conversor do tipo SAR ADC. 

Quando estudamos eletrônica, aparentemente temos dois tipos que parecem totalmente diferentes, a eletrônica analógica com resistores, capacitores e demais componentes discretos e a eletrônica digital com portas lógicas, microcontroladores e programação.Porém esses dois mundos são totalmente ligados e podem ser unidos por meio de conversores que agora sabemos como funcionam.Os conversores ADC são totalmente integrados aos microcontroladores que em um primeiro contato com um Arduíno, parecem somente mais uma linha de código que podem ser adicionadas e retiradas a qualquer momento do projeto, porém por trás dessa função temos circuitos com o funcionamento muito interessante de ser estudado.Tenha a Metodologia Eletrogate na sua Escola! Conheça nosso Programa de Robótica Educacional.
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Vejamos como é feita a conversão de sinais analógicos em sinais digitais, como são apresentados os valores e como o microcontrolador interpreta um sinal variável no tempo.
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