UTILIZAÇÃO DA PORTA DE JOGOS PARA AQUISIÇÃO DE DADOS

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Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Física

Curso de Licenciatura

Projeto de Instrumentação em Ensino de Física

UTILIZAÇÃO DA PORTA DE JOGOS PARA AQUISIÇÃO DE DADOS

Francisco Antonio Lopes Laudares

Orientador

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… ser professor de ciências implica fazer o possível para comunicar e argumentar com base em

situações práticas…

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• É ótimo para medidas que envolvem tempos

muito pequenos ou muito grandes

• Manipula dados em grande quantidade • Analisa dados rapidamente

• Permite testar hipóteses e modelos com

facilidade

Por que introduzir o computador no

laboratório didático?

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• Kits de aquisição de dados pré fabricados

(Pasco, Vernier, …)

• Programas de aquisição difíceis de compreender

e modificar

Como o computador tem sido utilizado

no laboratório didático:

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Aquisição de dados via porta de jogos

Computadores inexistentes hoje :

• Apple • MSX • ...

Linguagens pouco adaptadas hoje para o ensino médio:

• Basic (virou Visual Basic) • Pascal (virou Delphi)

• Assembly

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Nossa proposta:

• Computador IBM-PC \ Windows

• Programação em Logo

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Por que Logo?

• É uma linguagem simples, de aprendizagem rápida, desenvolvida para uso didático.

• Ensinada na escola média.

• Pode ser obtida via Internet gratuitamente, inclusive em português (NIED-Unicamp).

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A porta de jogos

• Interface para dois joysticks (1 e 2), geralmente

encontrada na placa de som via um soquete de 15 pinos.

• Os pinos dão acesso a dois botões (A e B) e a dois

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O joystick

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Pinos da interface de jogos

Pino Função 1 +5 Volts 2 Botão A1 3 Potenciômetro X1 4 Terra 5 Terra 6 Potenciômetro Y1 7 Botão B1 Pino Função 8 * 9 +5 Volts 10 Botão A2 11 Potenciômetro X2 12 * 13 Potenciômetro Y2 14 Botão B2 15 *

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Como a porta de jogos trabalha

• Fornece 8 bits para leitura de dados no

endereço 513

• 4 bits informam o estado dos botões

• 4 bits são usados na medida da resistência dos

potenciômetros

BIT 7 6 5 4 3 2 1 0

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Bit Significado

7 Botão B2 (pino 14), 0=fechado, 1=aberto (default) 6 Botão A2 (pino 10), 0=fechado, 1=aberto (default) 5 Botão B1 (pino 7), 0=fechado, 1=aberto (default) 4 Botão A1 (pino 2), 0=fechado, 1=aberto (default)

3 Potenciômetro Y2 (pino 13), 1=cronometrando, 0=inerte 2 Potenciômetro X2 (pino 11), 1=cronometrando, 0=inerte 1 Potenciômetro Y1 (pino 6), 1=cronometrando, 0=inerte 0 Potenciômetro X1 (pino 3), 1=cronometrando, 0=inerte

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Lendo a porta de jogos

• Em MSWLogo: _{inportb 513} • Em Slogo: _{portaentradab 513} > mostre portaentradab 513 Por exemplo, se resultar em > 240

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Medindo resistências com a

porta de jogos

• No MSWLogo: _{ingameport M} • No Slogo: _{portajoystick M} M: 1 2 4 8 Resistência: X1 Y1 X2 Y2

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Medida de tempo

• No MSWLogo: _timemilli • No Slogo: _tempomili

• Resolução temporal sob Windows95: ~ 13 ms • Resolução temporal sob Windows98: ~ 5 ms

Fornecem a quanto tempo o Windows foi iniciado.

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Programa de aquisição

(leitura do botão A1)

to aquisicao :tmax make "t 0 make "t0 timemilli while [:t < :tmax] ~ [ make "t timemilli-:t0

make "A1 (bitand 16 inportb 513)/16 (print :t :A1)

] end

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Aquisição de dados

0 2000 4000 6000 8000 10000 tempo (ms) 0 2000 4000 6000 núme ro de pontos -1 0 1 2 estado do botão

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6100 6120 6140 6160 6180 6200 tempo (ms) 3680 3700 3720 3740 númer o de pont os -1 0 1 2 est ado do bot ão

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Conectando sensores à porta de jogos

• Termistores • Fotoresistores • Fotodiodos • Fototransistores Temperatura Luz

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Duas aplicações

• Período e amplitude do pêndulo

• Turbidez da água

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V_max ~ 1 / ∆t

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Resultados

0 50 100 150 200 250 Tempo (s) 0.1 1 10 velocidade máxima ( rad/s) 0 50 100 150 200 250 Tempo (s) 1.28 1.30 1.32 1.34 1.36 Pe ríodo (s)

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período

× amplitude

0 1 2 3 4

velocidade máxima (rad/s)

1.28 1.30 1.32 1.34 1.36 Pe ríodo (s)

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Outras possibilidades ...

• Trilho de ar, queda livre, etc...

• Tempo de colisão e coeficiente de restituição • Cordas vibrantes

• Condução térmica • Difusão em líquidos

• Evolução temporal de reações químicas • Difração

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Resumo

• Pode ser montado sem fazer modificações no computador. • Utiliza como sensores componentes eletrônicos simples,

baratos e fáceis de encontrar.

• É bastante rápido, alcançando resoluções temporais da

ordem de milisegundos.

• Os programas de aquisição e análise de dados são todos

escritos em Logo.

• Pode ser usado no ensino médio, com controle completo por

parte de professores e alunos.

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Choques

V₁ V₂

tempo sinal

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Cordas vibrantes

tempo sinal