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Mais características no Readme, inclusão dos dadasheets dos circuitos...

Mais características no Readme, inclusão dos dadasheets dos circuitos integrados. Esboço inicial do guia de design da placa.

TODO:

* Incluir projeto KiCAD
* Imagens do esquemático e PCB no README
* Exemplos de código
* Ensaios/testes de desempenho
 * Cada saída (A0 e A1)
* Listagem completa dos componentes
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Shield de Instrumentação
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Este é o projeto do Shield Amplificador de Instrumentação desenhado para aquisição de dados de sinais de baixa intensidade com um Arduino, inclusive de dados AC com sinais negativos.
Este é o projeto do Shield Amplificador de Instrumentação desenhado para aquisição de dados de sinais de baixa intensidade com um Arduino em um sistema de alto desempenho e baixo custo. Permite a amplificação de sinais negativos, que através de um bit de sinal e um retificador ideal, duplica a resolução da conversão analógica digital.
As entradas do amplificador, além do terra e as alimentações +5V e -5V estão dispostas de forma a facilitar a criação de circuitos condicionadores de sinais para aplicações específicas.
Site oficial do projeto em http://cta.if.ufrgs.br/projects/shield-instrumentacao
Repositório:
Equipe/Autores
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Mauro Fin
Rafael Pezzi
Elton De Brum
Bruno Nabinger
Germano Postal
Autores
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Características
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* Fonte dupla - para amplificação e leitura de sinais negativos.
* Duas saídas unipolares:
* Unipolar positiva (A0)
* Retificada e bit de sinal (A1)
* Referência analógica estável (Aref)
* Acesso aos demais pinos do Arduino (permite a elaboração de shields especializados)
* Código Aberto
* Disponível sob os termos da Licença de Hardware Aberto do CERN
* Amplificador de instrumentação com duas entradas de alta impedância;
* forte rejeição de modo comum;
* ganho ajustável através de um resistor;
* duplica a resolução da conversão analógica digital do microcontrolador Atmega328 pela adição de bit de sinal;
* fonte dupla - para amplificação e leitura de sinais negativos.
* duas saídas unipolares:
* unipolar positiva (A0);
* retificada (A1) e bit de sinal (pino 2 digital);
* referência analógica estável (Aref);
* baixo custo;
* componentes de fácil aquisição;
* acesso aos demais pinos do Arduino (permite a elaboração de shields especializados);
* código Aberto, projeto esquemático e placa em KiCAD;
* disponível sob os termos da Licença de Hardware Aberto do CERN.
Próximos passos
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* Incluir projeto KiCAD
* Imagens do esquemático e PCB neste README
* Exemplos de código
* Ensaios/testes de desempenho
* Cada saída (A0 e A1)
* Listagem completa dos componentes
Documentação
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Visitar site do projeto em http://cta.if.ufrgs.br/projects/shield-instrumentacao
### Desenvolvimento
Ver [Hardware](doc/hardware)
Esquemático e leioute das placas em [Hardware](doc/hardware). Ver também as [orientações de design](/doc/hardware/guias_design.md) da placa.
#### Lista de componentes
* 1 un TL341 - Regulador de tensão
* 4 un LM358 (dip 8 pinos) - Amplificador operacional duplo
* 1 un ICL7660 -
* Resistores e capacitores
#### Caracterização
......@@ -36,6 +71,7 @@ Ver [ensaios de caracterização](doc/ensaios).
### Uso
Ver [Exemplos de código](exemplos)
* Inserir aqui exemplo de aquisição simples utilizada nos ensaios
Licença
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......@@ -46,4 +82,6 @@ Esta documentação descreve hardware aberto e está licenciada sob termos da li
Você pode redistribuir e modificar esta documentação sob os termos da CERN OHL v.1.2. (http://ohwr.org/cernohl). Esta documentação é distribuída SEM QUALQUER GARANTIA EXPRESSA OU IMPLÍCITA, INCLUINDO COMERCIAIS, QUALIDADE SATISFATÓRIA OU ADEQUAÇÃO PARA UM PROPÓSITO OU USO PARTICULAR. Vejas a licença CERN OHL v.1.2 para condições aplicáveis.
Para o texto completo da licença acesse [CERN Open Hardeware License v1.2](doc/CERN_OHL_v1.2.txt).
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Para o texto completo da licença acesse [CERN Open Hardeware License v1.2](doc/CERN_OHL_v1.2.txt).
* As folhas de dados técnicos (datasheets) dos circuitos intregrados deste circuito foram includos nesta documentação para conveniência, não estando disponíveis sob os termos da licença indicada acima. Para condições de reuso consulte os detentores dos direitos originais.
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Estas folhas de dados técnicos (datasheets) são fornecidos por conveniência, não estando disponíveis sob os termos da licença do restante deste projeto. Para reuso, consulte o fabricante. Foram obtidos em Maio de 2015 dos caminhos indicados abaixo.
* LM358P - http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm358.pdf
* TL431ACLP - http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl432.pdf
* 7660CPAZ - http://www.farnell.com/datasheets/89088.pdf
Referências e orientações utilizadas para o design da placa
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Referência para o uso do Kicad o tutorial:
MARQUET, Renie S. Mini Tutorial Kicad. Disponível em: http://www.reniemarquet.com/kicad/minitut_kicad.pdf. Último acesso: 5 mai. 2015.
A disposição dos componentes na placa tem de levar em conta a presença dos conectores do Arduino das versões Uno e Duemilanove. Para tanto colocamos o footprint do Arduino no centro da área do projeto. Em seguida, colocamos no local dos conectores outros conectores com os mesmo número de pinos. Também desenhamos uma área preenchida de camada top no local da entrada USB e do conector da bateria externa, com a finalidade de não haver trilhas passando nessas áreas. A placa deveria ser constituída para o lado contrário, afim de evitar problemas elétricos (curto-circuito) e mecânicos (placa não encaixando perfeitamente).
Após isso, o Arduino pode ser retirado.
Fig. 1- Dimensões de referência e conectores da Arduino
Para espalhar os componentes a ferramenta Mover e Colocar Global> Mover Todos os Módulos (Global Spread and Place>Spread out All Footprints), disponível clicando-se com o botão direito na área de trabalho, pode ser utilizada.
Após os componentes serem espalhados, tendo em vista a ideia de uma placa de dimensões não excessivamente grandes para o shield, foi proposta a colocação dos amplificadores operacionais e do regulador de tensão ICL7670 na área interna aos pinos do Arduino.
Para facilitar a criação das trilhas, foram organizados em módulos os amplificadores operacionais:
Fig. 2-Destaque de um dos amp. op.
*Os resistores de realimentação , tanto negativa como positiva, foram colocados imediatamente ao lado dos pinos a que estão ligados. Foram colocados na forma vertical, como indica o footprint Resistors_ThroughHole: Resistor_Vertical_RM5mm (para os de um pino de circuito integrado de distância) e Pin_Header_Straight_1x02 (para pinos adjacentes) , com finalidade de reduzir o tamanho das trilha e consequentemente da placa.
* Os capacitores de desacoplamento devem ser colocados o mais perto possível dos pinos de alimentação do respectivo amp. op., como na Fig. 3.
Fig. 3- Capacitores de desacoplamento e resistores de realimentação próximos
* Como o circuito trabalha com sinais analógicos, o GND deve ser bastante espesso, sendo recomendado o seu aterramento (no entanto, não é interessante o preenchimento de regiões em que não há conexão a outros pontos), evitando ruído elétrico. O motivo do engrossamento das trilhas se dá não pela corrente exigida pelo circuito, mas sim porque o amp. op. pode exigir variações bruscas de corrente e a trilha fina apresenta uma impedância significativa nesses instantes. O capacitor de desacoplamento próximo a alimentação do amp. op. visa suprir essa demanda rápida de corrente.
Outros aspectos relevantes para o layout são componentes como capacitores polarizados próximos com polos na mesma orientação, bem como diodos e CIs com mesma orientação, quando possível, para facilitar no processo de soldagem.
Regras gerais de projetos de PCB são utilizadas, como trilhas a 45º, preenchimento de zonas próximas.
Cabe citar as regras de design para facilitar a fabricação na Fresadora PCB João-de-Barro
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