O Site do Hardware Livre - OSHW

Técnicas de Interfaceamento (ART1830)

A utilização dos computadores PC no controle de dispositivos externos exige a presença de circuitos especiais. Ao contrário do que muitos possam pensar, estes circuitos não consistem simplesmente em chaves que sejam acionadas diretamente pelos sinais do PC. Os sinais disponíveis num PC para controle externo apresentam certas peculiaridades que nem sempre se adaptam ao que desejamos controlar, e por isso precisam de condicionamentos. Que tipos de condicionamentos e como isso é feito, é o que veremos neste artigo.

Na saída paralela do PC temos 8 sinais digitais que podem ser utilizados para controlar dispositivos externos de maneira eficiente.

No entanto, os sinais que são gerados pelo PC são digitais de certas características que precisam ser levadas em conta no projeto de uma interface, de acordo com aquilo que desejamos controlar.

O tipo de interface, a complexidade de seu circuito, vai depender justamente do que queremos que o dispositivo controlado faça, e para isso existem muitas possibilidades.

 

A INTERFACE BÁSICA

O principal cuidado que se tem ao projetar uma interface é com a segurança, evitando-se que haja interação entre os circuitos controlados e o circuito do PC.

A melhor maneira de se fazer isso e adotada na maioria dos projetos de interfaces, é a que faz uso de acopladores ópticos.

Neste caso, conforme mostra a figura 1, temos um LED emissor de infravermelho que pode ser acionado diretamente pelos níveis lógicos disponíveis nas saídas do PC.

 

 

   Figura 1 – Interface básica com acoplador óptico
Figura 1 – Interface básica com acoplador óptico

 

 

O sinal digital elétrico se torna então um sinal digital luminoso que se propaga até um foto-sensor, que tanto pode ser um foto-diodo, foto-transistor como até mesmo um foto-disparador do tipo diac ou triac.

Desta forma, o sensor é isolado totalmente do emissor, já que estes acopladores ópticos possuem tensões de isolamento que variam entre 1 500

e 7 500 V tipicamente.

O sinal obtido depois pode então ser trabalhado pelo circuito de controle à vontade, sem problemas de tensão, obtendo-se então os controles típicos de que vamos falar agora.

 

OS SINAIS

Um problema que deve ser levado em conta ao se projetar uma interface é justamente em relação às características do sinal que vamos obter nas saídas do PC.

O que sabemos é que, mediante um programa apropriado, podemos colocar um nível lógico 0 ou 1 em qualquer das saídas paralelas (8) e mantê-lo por um determinado tempo.

Assim, temos de levar em conta que:

a) Numa primeira possibilidade, apenas um pulso de curta duração é colocado na saída desejada (ou nas saídas desejadas) para realizar o comando externo.

b) Numa segunda possibilidade, temos a manutenção do nível lógico desejado nas saídas pelo tempo determinado pelo programa.

 

Na figura 2 temos uma representação do que ocorre.

 

 

Figura 2 – Interfaces de curta duração monoestáveis
Figura 2 – Interfaces de curta duração monoestáveis

 

 

No segundo caso, temos uma aplicação mais simples para o controle, pois podemos embutir no programa os tempos de acionamento dos diversos dispositivos; mas temos uma limitação: enquanto a saída estiver no nível alto,

o programa deverá estar rodando e, portanto, “ocupado” com esta função.

Isso pode significar uma certa limitação para seu desempenho.

No primeiro caso, a curta duração do pulso ou dos pulsos de comando é interessante porque ela desocupa imediatamente o acesso as portas, liberando o programa; mas tem uma desvantagem: ela só indica o que a interface deve fazer.

A interface, neste caso, deve ser "inteligente" o suficiente para determinar o tempo de acionamento de um dispositivo.

Em outras palavras, a saída do PC apenas habilita uma função.

Considerando essas duas modalidades de acionamento, podemos analisar as diversas possibilidades de projeto de interface que o leitor pode realizar.

 

INTERFACE DIRETA

Este é o tipo mais comum de interface, pela sua simplicidade e facilidade de uso.

O programa tem embutido tudo o que os comandos devem fazer, inclusive os tempos de acionamento de cada uma das saídas.

O que temos então, normalmente, é um conjunto de drives formados por acopladores ópticos que excitam transistores e em suas saídas relés, veja diagrama típico na figura 3.

 

 

   Figura 3 – Circuito de uma interface com relé
Figura 3 – Circuito de uma interface com relé

 

 

A placa comum tem então 8 conjuntos de relés que podem controlar até 8 dispositivos externos, cuja corrente máxima vai depender exclusivamente da capacidade dos contatos dos relés usados.

Na figura 4 temos uma placa deste tipo que pode ser encaixada diretamente nos slots internos da placa mãe, para maior facilidade de uso.

 

 

   Figura 4 – Placa de interface para instalação interna
Figura 4 – Placa de interface para instalação interna

 

 

Outra possibilidade é a conexão da placa na porta paralela, através de conector e cabo apropriados.

Variações deste tipo de controle incluem foto-diacs que acionam diretamente TRIACs para o controle de cargas de circuitos de corrente alternada, conforme mostra a figura 5.

 

   Figura 5 – Opto-diac no controle de cargas AC
Figura 5 – Opto-diac no controle de cargas AC

 

 

Veja, então, que as saídas serão acionadas apenas durante os intervalos de tempo em que os níveis lógicos aplicados forem altos.

Isso deve ser previsto na elaboração do programa de controle.

 

MONOESTÁVEL

Este é um tipo de placa de controle que pode ser elaborada para aplicações específicas e até mesmo ter esta função incluída em placas diretas.

Em outras palavras, podemos ter uma placa com um certo número de saídas diretas e um certo número de saídas deste tipo, usadas de acordo com as necessidades.

A ideia básica é produzir o acionamento da saída por um pulso de curta duração.

No entanto, a saída será acionada por um tempo fixo ajustado num trimpot, como mostra a figura 6.

 

 

Figura 6 – Saída acionada por tempo fixo
Figura 6 – Saída acionada por tempo fixo

 

 

Isso significa que, o programa poderá ser mais eficiente com a produção de apenas um pulso, ficando por conta da carga determinar o tempo de acionamento do dispositivo externo que esse pulso comanda.

Na figura 7 temos um circuito simples típico para esta finalidade, que faz uso de um circuito integrado 555 e de um relé comum, lembrando que, em lugar do relé, podem ser utilizados outros tipos de drives, como os que usam FETs de potência para pequenos motores, solenóides e outros tipos de carga.

 

 

   Figura 7 – Interface monoestável com relé
Figura 7 – Interface monoestável com relé

 

 

O pulso de curta duração produzido pela saída de acionamento dispara o monoestável por um tempo que pode ser ajustado entre fração de segundo até mais de meia hora no trimpot.

Assim, mesmo depois que o pulso de controle desaparece, o dispositivo se mantém acionado alimentando a carga desejada.

Para controles de longos períodos, caso em que se pode, por exemplo, utilizar constante de tempo da ordem até de horas, o computador pode até ser desligado depois dos comandos (precauções para que neste processo não sejam enviados pulsos aleatórios de controle devem ser tomadas no projeto).

Lembramos que na obtenção de tempos longos podemos usar circuitos que não sejam monoestáveis, mas contadores disparados.

Um exemplo disso seria um circuito com o 4040 que pode gerar intervalos de tempo de vários dias e, associado com outros em diversas etapas, pode gerar intervalos até de meses ou anos.

 

BIESTÁVEL

Da mesma forma que, podemos enviar um pulso para disparar um dispositivo por certo tempo podemos ter um controle biestável com a configuração típica mostrada na figura 8, que faz uso de um flip-flop.

 

 

Fig. 8 - Uma interface biestável com relé (um canal).
Fig. 8 - Uma interface biestável com relé (um canal).

 

 

Neste caso, um pulso aplicado ao circuito comuta o flip-flop que, então, aciona o relé (ou outro tipo de carga) conforme a aplicação.

Para desativar o mesmo circuito, um novo pulso deve ser enviado.

Assim, associando este circuito a uma tecla de comando do computador (virtual ou mesmo do teclado), podemos ligar e desligar um dispositivo conectado a esta porta com toques alternados.

A figura 9 mostra o que ocorre neste caso.

 

Fig. 9 - A carga pode ser ligada e desligada pelas teclas virtuais.
Fig. 9 - A carga pode ser ligada e desligada pelas teclas virtuais.

 

 

Da mesma forma como podemos ter uma placa com funções apenas deste tipo, nada impede de que num projeto, dependendo de sua finalidade, associemos os três tipos de funções.

Esta placa pode ser até chamada de "inteligente", dentro de certos limites, pois ela determina por conta própria alguns tipos de acionamento, recebendo apenas os pulsos de habilitação.

 

SEQUENCIAL

Outra possibilidade interessante de projeto de placa de Interface é a mostrada em sua configuração básica para uma saída, na figura 10.

 

 

Fig. 10 - Uma interface de acionamento sequencial.
Fig. 10 - Uma interface de acionamento sequencial.

 

 

O que temos neste caso é um comando sequencial que aproveita uma das saídas do PC.

Com um contador Johnson, o que fazemos é levar uma de suas saídas ao nível alto em função do número de pulsos que enviamos à sua entrada.

Assim, a cada pulso de entrada, uma saída vai ao nível alto, passando

a anterior ao nível baixo.

Associando este circuito a um botão virtual, por exemplo, e a cada saída do contador um resistor (formando uma rede R/2R, por exemplo), podemos fazer um graduador simples por toque.

A cada toque do botão de comando, a tensão na saída do circuito sobe de um degrau, conforme mostra a figura 11.

 

 

   Figura 11 – Formas de onda nas saídas num controle sequencial
Figura 11 – Formas de onda nas saídas num controle sequencial

 

 

Podemos até combinar nesta saída uma matriz de diodos de tal forma que podemos decodificar os pulsos enviados de modo a acionar saídas combinadas, conforme mostra a figura 12.

 

 

Figura 12 – Utilizando uma matriz de controle
Figura 12 – Utilizando uma matriz de controle

 

 

Observe que a grande vantagem deste circuito é que ele funciona praticamente como um "demultiplexador" em que podemos controlar diversas saídas externas, expandindo as capacidades de interfaceamento da porta paralela, usando apenas um canal.

 

INTELIGENTES

O passo final na elaboração de uma interface consiste na utilização de circuitos inteligentes que possam trabalhar com a informação digital, obtida passando-a por algum tipo de decodificador ou circuito processador que execute a função exigida.

Na figura 13 mostramos o que ocorre neste caso, com um diagrama de blocos básico.

 

 

   Figura 13 – Usando um microcontrolador
Figura 13 – Usando um microcontrolador

 

 

Quando falamos de uma interface direta, por exemplo, uma de suas limitações está no fato de que temos apenas 8 saídas disponíveis.

Trabalhando com os sinais na sua totalidade, a informação digital de 8 saídas pode assumir 256 valores.

Isso significa que trabalhando com a informação simultânea das 8 saídas, temos muito maior possibilidade de controle.

Por exemplo, numa saída digital que seja convertida em analógica, com uma interface D/A como mostra a figura 14 podemos ter 256 níveis de tensões diferentes a partir de um comando enviado pelo PC.

 

 

Figura 14 – Usando um conversor D/A
Figura 14 – Usando um conversor D/A

 

 

Voltando à nossa interface inteligente, temos uma grande quantidade de possibilidades para o que ela pode fazer.

No caso mais simples, podemos usar um decodificador que transforme a informação digital instantânea disponível nas 8 saídas do PC em um comando ou um conjunto de comandos programados.

No caso mais complexo, este sinal pode ser usado como entrada para um segundo processador que contenha um programa próprio, que defina o que o circuito vai fazer, ou seja, sobre o conjunto de saídas que devem ser ativadas e de que modo isso ocorre.

 

CONCLUSÃO

Os circuitos podem variar muito e, principalmente, no caso das Interfaces inteligentes, que podem usar desde simples decodificadores com matrizes de diodos até microprocessadores com programas próprios.

A abordagem dos circuitos específicos é muito mais interessante de ser feita em artigos específicos.

Para o leitor é importante levar em conta a modalidade de acionamento a ser usada numa aplicação, a fim de que o melhor desempenho ou o desempenho correto seja obtido.

Neste artigo demos algumas idéias do que pode ser feito e apenas levamos em conta os sinais de saída.

É importante lembrar que em muitos casos o sentido dos sinais pode ser invertido e a placa pode ser usada também para a aquisição de dados.

Destas placas falaremos oportunamente, já que a conjunção das duas é que leva à possibilidade de se interar um computador com o mundo exterior da forma mais perfeita possível.

 

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Novidades de Outubro (OP196)

Ainda repercutindo nosso mês de aniversários, completamos o mês com a participação da IoT Latin America 2019 onde atendemos nossos amigos no estande da Mouser Electronics. Como sempre, tivemos a satisfação de encontrar amigos, colaboradores e clientes, trocando ideias sobre negócios e o futuro da tecnologia.

 

Leia mais...

Errar
Errar é humano. (Errare humanum est)
De um conceito de Sêneca (557 397 a.C). - Ver mais frases


Instituto Newton C Braga
Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site

Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)