Projeto de Amplificador de Pequenos Sinais com UART e RS232

Projeto eletrônico 1 Título Desenvolvimento de um amplificador de pequenos sinais 2 Objetivo Projetar um amplificador a partir de uma dada fonte de sinais e uma carga 3 Introdução UART Universal Assincronouns ReceiverTransmitter é uma das técnicas de comunicação digital serial mais utilizada UART é usada em várias aplicações como receptores GPS módulos Bluetooth sistemas de comunicação sem fio aplicações baseadas em RFID etc Sua finalidade básica é possibilitar a transmissão e a recepção de dados originalmente disponíveis na forma paralela conforme mostra a Figura 1 Figura 1 Esquema simplificado de comunicação UART Sendo uma comunicação serial assíncrona precisase formar um bloco de informação contento não só os dados propriamente ditos mais também bits indicativos de início e fim do bloco de tal forma que o receptor possa identificar o início e fim de cada bloco sem a ajuda de um sinal de temporizaçãosincronismo central clock Além disso podese adicionar bits para realizar a verificação de paridade para detecção de erros na transmissão A Figura 2 mostra um bloco de informação típico UART Figura 2 Bloco de dados frame UART Um equipamento UART usa na saída um nível de tensão de 5V para representar bit 1 e um nível de tensão de 0V para representar o bit 0 como mostrado na Figura 3 Figura 3 Representação dos bits por um equipamento UART Para se conectar a dispositivos externos essas tensões de saída são normalmente convertidas em níveis de sinalização adequados usando um transceptor visando aumentar o alcance e eficiência da transmissão Um padrão de sinalização popular utilizado para tal é o é o RS232 Um transceptor RS232 segue a seguinte convenção para representar os bits 1 e 0 para representar um bit 0 o transceptor gera um nível de tensão entre 3V e 25V enquanto que para representar um bit 1 o mesmo gera um nível de tensão entre 3V e 25V Isso é ilustrado na Figura 4 Figura 4 Representação dos bits sinalização via protocolo RS232 4 Descrição dos blocos funcionais do circuito e suas especificações O sistema eletrônico a ser projetado é ilustrado na forma de diagrama de blocos na Figura 5 O circuito tem a finalidade de fornecer um sinal de acordo com o protocolo RS232 a uma carga a partir de uma fonte que gera dados UART Figura 3 As especificações dos blocos funcionais são descritas a seguir Figura 5 Diagrama de blocos do circuito eletrônico requerido Fonte de alimentação Gera sinais digitais UART a estilo do que é mostrado na Figura 3 Frequência de operação 8 MHz Tempo de subidadescida dos pulsos digitais 5 ns Resistência interna 100 Ω Amplificador estilo fonte de tensão controlado por tensão FTCT Elemento ativo TBJMOSFET discreto modelo a ser usado à escolha do projetista apresentado os critérios para a sua escolha A configuração do mesmo a ser usada ie emissor comum base comum ou coletor comum e similares no caso de MOSFET é de escolha do estudante mediante os requisitos do projeto Esquema de polarização a ser definido pelo projetista Valor da alimentação CC a ser definido pelo projetista No entanto ele deve ter um valor coerente como o nível de varredura desejado na saída Ganho de tensão efetivo fornecido à carga deve ser tal que a carga perceba uma tensão entre 23 e 25V se for bit 0 e entre 23 e 25V se for bit 1 O projetista poderá utilizar múltiplos estágios se achar necessário para atingir o nível de amplificação requerido eou qualquer outro ajuste necessário As especificações do amplificador devem ser tais que o efeito carregamento na cadeia de amplificação deve ser desprezível valor de nível de carregamento deve ser claramente especificado no projeto mesmo em condições de pior caso Particularmente na saída a variação percentual no sinal vo com e sem carga não pode passar de 5 Carga Equipamento UART que receberá o sinal RS232 Resistência de entrada varia entre 300 Ω e 600 Ω 5 Diretrizes para o desenvolvimento do projeto a Projeto do amplificador i Projete manualmente papel e caneta o amplificador para o ganho e especificações de entrada e de saída requeridos assumindo o pior caso seguindo as especificações 1 Devese apresentar as etapas do projeto da forma mais explícita possível passando pelos níveis de abstração indicados em aulas sistema bloco modelo equivalente circuito Consulte os slides 14 a 23 do arquivo teoriadeamplificadorespptx Um projeto de circuito pronto vindo do nada sem cálculos e definiçõescritérios de porquê se usar tal topologia arranjo tipo e modelo de transistor e tudo mais não terá qualquer validade para a avaliação mesmo funcionando adequadamente A justificativa para isso é simples o que será avaliado não é sua capacidade de achar um circuito pronto na Internet para resolver seu problema mas sim sua capacidade e desenvoltura como projetista eletrônico Desenvolva o seu projeto em software de simulação veja item 6 do circuito final desenvolvido na etapa de projeto e faça os devidos testes antes da aferição dos dados de interesse Apresente os resultados comparando cálculos teóricos das especificações do amplificador vs resultado obtido via simulador 6 Software de simulação Usar o software LTSpice para a realização do projeto Além de gratuito ele atende às necessidades do projeto facilitando a sua execução 7 O que deve ser apresentado PDF contendo os cálculos do projeto não é necessário textos introdutórios ou similares como num relatório No entanto devese ter o mínimo de organização e os cálculos devem estar numa ordem coerente como a resolução de uma prova feita por um aluno organizado O pdf deve ter uma capa contendo o nome e número de matrícula dos membros da equipe Vídeo com a apresentação do projeto deverá ser feito um vídeo de no máximo 20 minutos onde mostrase os aspectos principais do projeto o circuito final no simulador simulação resultados alcançados e análise É imprescindível ter uma comparação dos resultados fornecidos pelo software e aqueles calculados manualmente para todos os pontos apresentados na seção 4 O vídeo deve estar armazenado na pasta da equipe em nossa sala virtual de preferência Se não for possível deixeo disponível em alguma plataforma de fácil acesso como Google drive ou Youtube sendo enviado ao professor somente o link para acessar o mesmo Não é necessário que todos os integrantes da equipe falem no vídeo A equipe definirá arbitrariamente quem e quantos serão Arquivo executável da simulação do LTspice Todos os arquivos requisitados ou links deverão ser submetidos em área própria dentro da sala de aula virtual referente ao seu grupo até a data limite de entrega Submissões por email whatsapp ou similar em data anterior e principalmente posterior a data limite serão sumariamente desconsiderados 8 O que será avaliado O projeto de uma forma geral seu encadeamento e a abordagem para se chegar no objetivo final As considerações adotadas ao longo do projeto foram definidas à esmo sem um critério formal As escolhas de circuitos e componentes partiram de premissas teóricas sólidas e bem fundamentadas Se o resultado final não se aproxima do que foi projetado buscouse apresentar os porquês disso Quais as possíveis soluções para isso Qualidade do vídeo não só em termos áudiovisuais mas principalmente da condução e concepção do mesmo no intuito de deixar a exposição do conteúdo clara didática agradável e o resultado final do seu projeto ser bem especificado 9 Palavras finais Tome este projeto não como uma avaliação mas como um desafio aos seus conhecimentos e criatividade Utilizeo para consolidar conhecimentos e como uma ponte para novos É fazendo que se aprende verdadeiramente Então não tenha medo do desafio confie no seu potencial leve a sua criatividade ao limite mantenha o foco dê o seu melhor e principalmente se divirta fazendo Desejo a todos bom trabalho afinal boa sorte é para os fracos