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Barcelona, 4 junio de PDF
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Miguel Ángel Ángel Sevilla Flores
1 UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ÁREA DE ELECTRÓNICA LAB. DE COMUNICACIONES I Profesor: Vásquez Mardelinis Bachilleres: Anato Andreina C.I Núñez José C.I Ricardi Maira C.I Graziani Willians C.I Barcelona, 4 junio de 2009.
2 Índice Introducción...03 Objetivo..04 Marco Teórico...05 Materiales y Equipos Utilizados.09 Desarrollo..11 Observaciones..16 Conclusiones.17 Bibliografía.18
3 Introducción Un convertidor es un dispositivo que recibe información en determinada manera de un instrumento y transmite una señal de salida en otra forma. Además es también conocido como transductor, aunque transductor es un término general, y su uso para conversión de señales no es recomendado. Los convertidores digitales-analógicos (CDA) ofrecen una salida analógica a partir de una señal digital de entrada, éste dispositivo es no lineal. Las características básicas que definen el CDA son, su resolución, la posibilidad de conversión unipolar o bipolar, el código utilizado en la información de entrada (código binario natural o BCD), el tiempo de conversión y otras como: tensión de frecuencia, tensión de salida, tensión de alimentación, el margen de temperatura y su tecnología interna. Un convertidor análogo a digital es un circuito que tiene una línea de entrada análoga y n líneas de salida digitales. Genera el código binario que es proporcional a la entrada de voltaje análoga. Todos los ADCs requieren al menos un comparador análogo, un elemento que acepte dos entradas análogas de voltaje y produzca una salida digital. Diferentes tipos de convertidores análogo a digital han sido desarrollados a través del tiempo. Los más populares son los de rampa o escalera y el de aproximaciones sucesivas.
4 Objetivo Comprensión del funcionamiento de los convertidores AD y DA.
5 Marco Teórico Convertidor Digital/Analógico (DAC) Es un elemento que recibe información de entrada digital, en forma de una palabra de "n" bits y la transforma a señal analógica, cada una de las combinaciones binarias de entrada es convertida en niveles lógicos de tensión de salida". Básicamente, la conversión D/A es el proceso de tomar un valor representado en código digital (código binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. Este voltaje o corriente es una cantidad analógica, ya que puede tomar diferentes valores de cierto intervalo. DAC de 4bits. A es el LSB y D es el MSB. Las entradas digitales D, C, B y A se derivan generalmente del registro de salida de un sistema digital. Los 2 4 = 16 diferentes números binarios representados por estos 4 bits se enlistan en la tabla siguiente. Por cada número de entrada, el voltaje de salida del convertidor D/A es un valor distinto. De hecho, el voltaje de salida analógico Vout es igual en voltios al número binario (no es así en todos los casos). También podría tener dos veces el número binario o algún otro factor de proporcionalidad. La misma idea sería aplicable si la salida del D/A fuese la corriente Iout.
6 Aplicaciones de los DAC Las aplicaciones más significativas del DAC son: En instrumentación y control automático, son la base para implementar diferentes tipos de convertidores analógico digitales, así mismo, permiten obtener de un instrumento digital, una salida analógica para propósitos de graficación, indicación ó monitoreo, alarma, etc. El control por computadora de procesos ó en la experimentación, se requiere de una interfase que transfiera las instrucciones digitales de la computadora al lenguaje de los actuadores del proceso que normalmente es analógico. En comunicaciones, especialmente en cuanto se refiere a telemetría ó transmisión de datos, se traduce la información de los transductores de forma analógica original, a una señal digital, la cual resulta es más para la transmisión. Características básicas de los convertidores: Las características básicas que definen un convertidor digital analógico son en primer lugar, su resolución que depende del número de bits de entrada del convertidor, otra característica básica es la posibilidad de conversión unipolar ó bipolar, una tercera característica la constituye el código utilizado en la información de entrada, generalmente los convertidores digitales analógicos operan con el código binario natural ó con el decimal codificado en binario (BCD), el tiempo de conversión es otra característica que definen al convertidor necesario para una aplicación determinada, y se define como el tiempo que necesita para efectuar el máximo cambio de su tensión con un error mínimo en su resolución, otras características que definen al convertidor son; su tensión de referencia, que interna o externa, si es externa variada entre ciertos márgenes (rango), la tensión de salida se afecta por un factor, constituyéndose éste a través de un convertidor multiplicador, así mismo debe tenerse en
7 cuenta, la tensión de alimentación, el margen de temperatura y su tecnología interna. Tipos de Convertidores DAC: Realimentados, Integradores y Paralelos. a) REALIMENTADOS: Escalera, Seguimiento, Aproximaciones Sucesivas b) INTEGRADORES: Una Rampa, Doble Rampa, Tensión-Frecuencia c) PARALELO: Flash Convertidor digital analógico R/2R El convertidor D/A por red de resistencias R-2R, soluciona los problemas del convertidor D/A de resistencias ponderadas, utiliza resistencias con únicamente dos valores, "R" y "2R", la corriente que circula por las resistencias 2R, se encuentra en progresión geométrica con una razón ½ debido a que en cada punto de unión de las resistencias R-R, la impedancia del circuito es igualmente a R. Convertidores Escalera Modifican la salida de un D/A hasta que detectan la señal Vin. El tiempo necesario para realizar una conversión es muy elevado: 2N.TCLK Un convertidor analógico-digital (CAD) Es un dispositivo electrónico capaz de convertir un voltaje determinado en un valor binario, en otras palabras, este se encarga de transformar señales análogas a digitales.
8 Funcionamiento Estos conversores poseen dos señales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una señal de entrada. El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se puede saber, siempre y cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor análogo digital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de entre 0 y 5 voltios y su resolución es: Resolución = valor analógico / (2^8) Resolución = 5 V / 256 Resolución = v o 19.5mv. Resolución = LSB Lo anterior quiere decir que por cada 19.5 milivoltios que aumente el nivel de tensión entre las entradas nomencladas como "Vref+" y "Vref-" que ofician de entrada al conversor, éste aumentará en una unidad su salida (siempre sumando en forma binaria BIT a BIT). Por ejemplo: Entrada - Salida 0 V V V V (5 V-LSB)
9 Materiales Y Equipos Utilizados Para el convertidor digital analógico: 1 Osciloscopio analógico. 3 Fuentes de voltaje. 1 Multímetro digital. Circuitos integrados: 1 LM741 2 LM LS163. Resistencias: 8 (1KΩ) 1 (7KΩ) 1 (47KΩ) 1 (3KΩ) 3 (470Ω) 4 (1.2KΩ) 1 (100Ω). Condensadores:1 (100nF) 1 (10µF). Diodos emisores de luz: (5) rojos. Protoboard. Pinzas. Cables de conexión. Para el convertidor analógico digital: 3 Fuentes de voltaje. 1 Multímetro digital. Circuitos integrados:3 LM741
10 1 74LS04, 1 74LS08, 1 74LS32. Resistencias: 4 (1KΩ) 2 (220Ω). Diodos emisores de luz. Protoboard. Pinzas. Cables de conexión.
11 Desarrollo PRIMERA PARTE: Se comprobó el funcionamiento de los generadores de pulso: R1 1k 8 U1 B1 9v R2 47k Q DC TH GND VCC R CV TR A B C D C1 10uF Generador de pulso a R1 1k 8 U1 B1 9v R2 7k Q DC TH GND VCC R CV TR A B C D C1 100nF Generador de pulso b
12 Se implementó el circuito convertidor digital analógico U1(CLK) U1 D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR Q0 Q1 Q2 Q3 RCO R1 1k R2 1k R3 1k R4 1k R5 1.2k R6 1.2k R7 1.2k R8 1.2k 74LS163 R9 470 R R D1 D3 R14 3k R12 1k R13 1k D2 D4 R U A B C D Se comprobó que funcionaba correctamente y se midieron los voltajes en los cuales el convertidor realizaba la transformación de las diferentes combinaciones binarias. Combinaciones Binarias Voltaje Medido (V)
13 Esta fue la grafica arrojada por el circuito convertidor digital analógico.
14 SEGUNDA PARTE Se implemento el circuito convertidor analógico digital. Se comprobó que el circuito funcionara correctamente y se midió el voltaje donde el convertidor realiza su operación Combinaciones Voltaje(V)
15 De esta manera se analizó y se comprobó el comportamiento de cada una de las compuertas del circuito de manera que en las salidas del sistema (IC3a, IC3b) se produjeran los resultados esperados. Vi IC4 IC5 IC6 IC1a IC1b IC2a IC2b IC3a IC3b 0 Vi< Vi< Vi< Vi
16 Observaciones Al aumentar los valores de las resistencias del generador de pulso, en la salida del pulso se observa una menor frecuencia. En el circuito digital-analógico se midieron la salida en cada número binario y se veía como aumentaba el voltaje en cuanto era mayor el número binario. Para detener el conteo se tuvo que llevar a tierra el pin número 7, del CI.74LS163 para así poder medir la salida. Se observó en el convertidor analógico-digital que a medida eleva el voltaje de la fuente que representa el voltaje analógico, en la salida digital se percibieron 4 estados análogos al valor de la señal de entrada. Las prácticas se hicieron sin ningún percance.
17 Conclusiones Las resistencias y el condensador que conforma el circuito del generador de pulso determinan la frecuencia de oscilación del circuito, entre mas grande sea la resistencia o el condensador menor será su frecuencia. Un convertidor digital analógico trasforma entrada digital, en forma "n" bits y la transforma a una señal analógica, cada una de las combinaciones binarias de entrada es convertida en niveles de tensión de salida, es decir, transfiere información expresada en forma digital a una forma analógica. Cada cambio de bits se produjo al variar el nivel de voltaje en la fuente variable, siendo este el voltaje analógico de entrada no inversoras de los amplificadores a media que se eleva el voltaje ocurría un cambio estos cambios ocurrieron aproximadamente en 3v, 6v y 9v. Los datos analógicos que son voltajes se pueden convertir en digital a través de este dispositivo. Estos dispositivos son de gran utilidad en muchos campos de la tecnología por ello es su estudia de gran interés en las comunicaciones en cuanto a trasmisión y recepción de información ya que se usa el mismo principio
18 Bibliografía Hoja de datos del Amplificador Operacional C.I LM741. Hoja de datos del C.I inversor 74LS04. Hoja de datos del C.I de compuertas NOR 74LS02. Hoja de datos del C.I de compuertas AND 74LS08.
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ÍNDICE 1. Introducción a los conversores A/D y D/A....3 1.1 Introducción...3 1.2 Diferencial vs. Single ended...3 1.3 Convertidor A/D...4 1.4 Amplificador de entrada...4 1.5 Throughput...5 1.6 Burst Mode

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