Desenvolvimento de um computador de propósito geral analógico-digital - Fernandes, Felipe Oliveira (2022)
Processos computacionais, principalmente simulações e resoluções de equações, são indispensáveis para o desenvolvimento da tecnologia na era moderna, sendo estes utilizados desde em processos como o controle de caldeiras até em robôs de exploração espacial. Entretanto, a crescente evolução tecnológica demanda de computadores menores, mais rápidos e com menor consumo de energia. Devido a este fato, surgiram inúmeras técnicas que objetivam melhorar o desempenho da computação em geral. Dentre elas, a computação analógica-digital apresenta potencial para realizar o processamento de grandes dados com grande velocidade e com pequeno consumo de energia. O presente trabalho visa desenvolver uma topologia de computador analógico-digital de propósito geral com controle e interface digital e o processamento sendo realizado de forma analógica, operando na faixa de 1 a 10000 Hz. Foram investigados os efeitos da variação de parâmetros de configuração, a comutação de estados, a inserção de condições iniciais e a robustez do sistema implementado. Levantou-se na literatura as topologias mais utilizadas para a realização das principais funções de um computador analógico. Com isso, foi desenvolvido um circuito que realizasse cada uma das funções principais. Os circuitos foram simulados utilizando o software Multisim® versão 14.1 e testados em função de diferentes parâmetros, tais como a de frequência de funcionamento (1 a 10000 Hz), a comutação entre os processos analógicos, a variação do sinal de entrada e a qualidade do sinal de saída. Para isso, os circuitos foram simulados no modo iterativo para a fim de estudar o comportamento das comutações dos estados e transitório do sistema analisados no domínio da frequência para elaborar-se o diagrama de Bode. Para finalizar, foi realizada a análise de operação em corrente contínua, visando interpretar o comportamento em regime permanente do sistema. Com os dados levantados foi realizada a elaboração das topologias para a implementação física do computador. Para a integração dos dispositivos e a emulação do funcionamento do dispositivo, utilizou-se o processo de Co-simulação entre os softwares Labview® e Multsim®. Para a modelagem matemática do sistema usou-se o software Matlab®. O sistema analógico-digital apresentou erro menor do que 5% quando comparado à modelagem e apresentou flexibilidade de emulação de equações diferenciais.