Source: https://es.scribd.com/doc/151142542/8-2-Convertidor-Analogico-Digital
Timestamp: 2016-04-30 13:22:26+00:00

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δ(t) Señal de muestreo que controla al interruptor δ(t)
t S(t) t Sτ(t)
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
UTN REG. SANTA FE- ELECTRONICA II- ING. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. ---------------------------------------------------------------------------------------------------En la figura anterior vemos que S(t) es la señal analógica que se va a muestrear y esta compuesta por una suma de señales (armónicas) de varias frecuencias, siendo “fm” la frecuencia mayor. δ(t) es la señal que actúa sobre el interruptor electrónico y fija el muestreo de la señal S(t) con una frecuencia “fs”(periodo Ts); el tiempo de muestreo vale “τ”. A la salida del circuito de muestreo (interruptor) tenemos la señal muestreada que la denominamos Sτ(t). Esta ultima señal, en su análisis espectral, se demuestra que esta compuesta por una suma de varias señales de distintas frecuencias. Del conjunto de esas frecuencias estarán las frecuencias originales de la señal a muestrear “S(t)” mas señales que tienen frecuencias diferencias y sumas de las señales originales con “fs” (fs-fm) y (fs+fm), 2fs””, etc. (son teóricamente infinitas señales). De todas ellas, la mas próxima a fm es (fs-fm). Ahora bien, si quisiéramos reconstruir la señal original S(t) de la señal muestreada Sτ(t), podemos hacerlo empleando un filtro pasa bajo, que solamente deje pasar las frecuencias originales, hasta su valor máximo fm, y rechace todas las frecuencias superior a este valor. La función de transferencia del filtro, tendrá que ser como muestra la siguiente figura:
Sτ(t)
fs-fm
Como podemos observar en la figura, la función de transferencia del filtro, debe ser plano hasta la frecuencia fm, y luego debe caer bruscamente a cero, por encima de este valor, antes que alcance el valor fs-fm. Si hubiéramos muestreado con una frecuencia 2.fs < fm, la frecuencia de la componente de la señal muestreada de valor (fs-fm), seria menor que fm , ( (fs-fm)< fm ), lo que haría imposible separarla con el filtro anterior.
Multiplexación y demultiplexación de señales Mediante la aplicación del teorema del muestreo, se pueden transmitir varias señales en el tiempo por un mismo canal de comunicación (canal de radiofrecuencia digital, dos conductores eléctricos, fibra óptica) . Para lograrlo, es necesario muestrear varias señales sucesivamente S1 S2….Sn y las señales muestreadas Sτ1, Sτ2…..Sτn, se las envían por el canal de comunicación, intercaladas en el tiempo. A este sistema de comunicación, se le denomina “multiplexación en el tiempo”. Al otro extremo del canal, se deben separar las distintas señales muestreadas, que fueron enviadas, proceso denominado “demultiplexación”, para luego pasarlas por un filtro pasa bajo y reconstruir las señales originales. La siguiente figura, nos muestra, en forma simplificada, el proceso de la multiplexación y demultiplexación de señales eléctricas:
UTN REG. SANTA FE- ELECTRONICA II- ING. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. ----------------------------------------------------------------------------------------------------
Sτ1, Sτ2…..Sτn
Señales para ser enviadas por el canal de comunicación
Señales transmitidas por el canal de comunicación
El sistema multiplexor y demultiplexor, están representados por conmutadores rotativos sincronizados. En la práctica, son circuitos electrónicos similares a los presentados en la materia ELECTRONICA I (subsistemas digitales combinacionales). En este sistema de transmisión de señales, es imprescindible el perfecto sincronismo del “emisor de señales” y el “receptor de señales”, ubicado en los extremos del canal de comunicaciones. Cuantificación y codificación La cuantificación de una señal, consiste en convertir un intervalo de valores continuos que puede tomar la señal, en un valor discreto. De esta manera la señal cuantificada solamente tomara valores discretos o lo que es lo mismo variara a incrementos fijos. Esto significa que dentro del intervalo considerado, los valores que puede tomar la señal sin cuantificar, la señal cuantificada, solamente toma un solo valor. Esto significa, que el proceso de cuantificación, la señal cuantificada, presenta un determinado error respecto a la señal original, dado que la primera se modifica a incrementos finitos. Esto debe ser así, dado que en el procedimiento de codificación, tenemos que limitar los niveles de tensión de la señal, dada la cantidad limitada de códigos (estos códigos dependerán de la cantidad de bits que se utilice). En la práctica para cuantificar una señal, son necesarios dos procedimientos: El primero consiste en muestrear la señal continua de la manera que se explico anteriormente, obteniéndose una señal discreta en el tiempo, con variación continua de magnitud. Luego esta señal debe mantenerse un cierto tiempo, dado que la cuantificación lleva un cierto tiempo realizarla. El segundo procedimiento consiste en la cuantificación propiamente dicha seguida de la codificación. La codificación consiste en asignar un cierto código binario, con varios bits, al valor cuantificado. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli 3
5. Error de cuantificación Error
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C.ELECTRONICA II.5 -1. En gral los intervalos de tensiones de decisión son constantes ∆V = cte. Entre -3. Guarnaschelli
.5 3.5.5 1
1. Por ejemplo cuando la señal continua tiene valores de tensión comprendidos entre +1.5. +1. En otros casos ∆V varía según una ley logarítmica. el cuantificador asigna una valor fijo de tensión de +2 voltios. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.5 2.5 -1 -2 -3 -4 -5
Vi Vi: señal continua a muestrear y cuantificar Vo: señal cuantificada
t Para el caso planteado en el dibujo anterior tenemos en el cuantificador que los niveles 2.5.UTN REG.5 se asigna el valor -3 voltios y así sucesivamente con los otros valores intervalos de tensión. ---------------------------------------------------------------------------------------------------La función de transferencia de un cuantificador ideal puede ser la que representamos en la siguiente grafica: Vo Vo
2 -2.5 etc. SANTA FE. 2. 0.ING. como en el caso de la compresión de la señal. -1.5 y +2.5 y -2. son niveles de decisión.
Se deberá cumplir lo siguiente: p ≤ 2 N siendo N. podemos clasificar a los ADC en tres tipos generales: a) Conversores de transformación directa.. los niveles de cuantificación “p” y la tensión pico a pico de la señal a convertir “Vpp”. p En función de los niveles de cuantificación. para que una señal analógica pueda ser procesada por un sistema digital. con la consiguiente complejidad de los circuitos. Resumiendo. Domingo C. esta basado en el teorema del muestreo. Guarnaschelli
Sistemas empleados en la conversión analógica / digital (ADC) Los convertidores ADC son dispositivos electrónicos que establecen una relación biunívoca entre el valor de la señal a convertir y el código (palabra) digital obtenido. veremos el esquema simplificado de una serie de circuitos denominados “de captura o muestreo y mantenimiento o retención (S&H: Simple and Hol):
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. cuanto mayor sea el desnivel de los escalones de cuantificación. SANTA FE. Esta relación se obtiene en la mayoría de los casos. esta dada por: Vpp = ∆V. Su fundamento teórico. dependerá la cantidad de bits de los códigos que representan los niveles de tensión de la señal cuantificada.ING. El error de cuantificación será tanto mayor. Por el método empleado en la conversión.
Codificación de la señal cuantificada La relación entre el tamaño del escalón “∆V”.UTN REG. como lo muestra la figura anterior. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. el error de cuantificación tiene forma de diente de sierra. con el consiguiente aumento del número de bits del código digital de la magnitud codificada. como dijimos. con la ayuda de una tensión de referencia. b) Conversores con transformación (D/A) intermedia auxiliar c) Otros métodos Antes analizar diversos tipos de conversores ADC. necesitamos recurrir a un elevado número de niveles. el numero de bits del código binario. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Para el caso donde la diferencia entre niveles de decisión es constante ∆V= cte. Por lo tanto para alcanzar un error menor.ELECTRONICA II. cuantificación y codificación. la cuantificación y la codificación. es necesario que la señal analógica pase por las fases de muestreo.
durante el tiempo necesario para que se lleve a cabo la conversión A/D. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Vi Buffer +
Buffer + C
Esquema en bloque representativo
C/M Estos circuitos son los encargados de tomar una muestra (durante un intervalo de tiempo) de la tensión analógica a convertir y el posterior mantenimiento del valor obtenido. con alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida). el conmutador se abre y C mantiene la carga. En algunos convertidores el periodo de toma de muestra es constante. dado que durante la carga como la descarga del condensador. durante el tiempo “τ” . El funcionamiento del circuito anterior. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. un pulso de tensión de ancho “τ” que cierra el conmutador. Guarnaschelli 6
. depende de los niveles de tensión muestreados. La señal C/M proviene del convertidor A/D. Domingo C. Idealmente. A continuación detallaremos algunos de los convertidores A/D mas utilizados.ELECTRONICA II. el condensador sigue a la tensión de entrada. (Los buffer son AO realimentados config. En la próxima figura se puede observar este proceso:
Vo=Vc
C/M t El grafico anterior tiene carácter de ideal. Terminado este tiempo. cargando el condensador. SANTA FE.ING. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. está relacionada con su valor.UTN REG. es el siguiente: El convertidor A/D envía por la línea C/M. el valor de las capacidades parásitas y con las resistencias asociadas al circuito. que es el único que conoce cuando se ha completado la conversión de la muestra de tensión tomada. seguidor de tensión. durante ese tiempo. en otros. el valor real de la tensión.
Este convertidor consta de N comparadores a los cuales se le introducen dos señales simultaneas.ELECTRONICA II.=+10 V Vi S&H 7V C7 I7 C6 I6 C5 I5 A1 4V C4 I4 C3 I3 C2 I2 C1 I1 A0 Salida digital (MSB) A2 VA Codificador de prioridad VA: entrada analógica muestreada
Resolución = 1 Volt
Entrada Muestreo Analógica Retención Cuantificación Codificación Salida digital
VA 0-1V 1-2V 2-3V 3-4V 4-5V 5-6V 6-7V >7V
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
El convertidor paralelo o también llamado “instantáneo”. una es la señal analógica ya muestreada y la otra una tensión de referencia distinta para cada comparador y que se obtiene de una misma tensión de __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.UTN REG. es ADC de mayor velocidad disponible. ---------------------------------------------------------------------------------------------------CONVERTIDOR A/D CON COMPARADOR EN PARALELO Vref. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Domingo C. SANTA FE. Guarnaschelli 7
es del orden de los nanosegundos. CONVERTIDOR A/D CON RAMPA EN ESCALERA C/M Vi S&H Vo AO
RELOJ Y LOGICA DE CONTROL
+ Entrada analógica
LATH Y AMPLIFICADO RES DE SALIDA
VA/D
Salida digital codificada
Vo VA/D
Vo2 Salida del convertidor A/D
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. tenemos al MC10319 de Motorota de 8 bits en el que se utiliza circuitos ECL de alta velocidad. mediante una red de resistencias conectadas en serie. Ejemplos de estos convertidores. a diferencia de otros convertidores. Por ejemplo si vamos a codificar con palabras de 8 bits (1 byte) necesitaríamos una cantidad de comparadores dado por: N = 2n – 1 = 28 – 1 = 255 Para este caso necesitaremos también 256 resistencias para generar las tensiones de referencias de los comparadores. SANTA FE. Sus entradas y salidas están adaptadas para ser compatible con TTL. El AD9010 de Analog Devices es un convertidor paralelo de 10 bits con un tiempo de conversión menor a 15 ns. que transforma la información a un código binario procesable.UTN REG. Dado que la comparación es simultanea en todos los comparadores.ING.). Domingo C. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.ELECTRONICA II. El inconveniente principal de este convertidor es su precio dada la gran cantidad de comparadores necesarios cuando se quiere disminuir la resolución o escalón a codificar. De esta manera se producen N comparaciones (7 en el dibujo) simultaneas entre la tensión de entrad y las obtenidas desde la referencia. Guarnaschelli
. Las salidas de los comparadores se aplican a un codificador. El tiempo de conversión completo. que son secuenciales. ---------------------------------------------------------------------------------------------------referencia (Vref. Su tiempo de conversión es menor de 20 ns.
728 + VT = 3.escala = Vi. A su vez. que puede contar el contador x periodo de los pulsos reloj = (2N -1). consistente en basculas de retención (LATH) y amplificadores adaptadores. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. la salida de voltaje del DAC interno debe valer: VA/D =3. el valor de cada escalón vale: 10. para que se produzca el cambio en la salida del comparador. Como Vf. con una frecuencia reloj de 1MHZ. Cuando ambas tensiones se igualan (y la supera en una cantidad VT) la salida del comparador cambia de valor (de o pasa a 1). escala siendo Tc el tiempo total para fondo de escala Tc = nº máx. tiene la forma de una escalera y resulta proporcional a la cantidad de pulsos contados.La tensión de cambio del comparador vale VT = 0. SANTA FE. escala = Vi.ING.7281 V o un valor superior. El tiempo de conversión para una determinada tensión de entrada Vi. comparador. contador digital binario. y circuito de salida.728 Voltios. la podemos determinar de la siguiente forma: t/ Tc = Vi / Vf. (2N -1). el contador comienza a funcionar contando los impulsos procedentes del reloj. en función del nivel de señal muestreada. T Despejando el tiempo t.23 V/ 1023 esc. escala N= nº de bits del contador y del código convertido. tendremos: t = Vi. Luego nuevamente se reinicia el proceso y así sucesivamente. Problema Un ADC en escalera tiene una tensión de fondo de escala de 10. Este convertidor presenta dos inconvenientes importantes que son la baja velocidad y el tiempo de conversión es variable.23 voltios. la tensión de salida del DAC. conversor D/A.23 volt y su contador binario tiene una salida de 10 bits.UTN REG. V f. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. circuito de captura y mantenimiento (S&H).728 V b) El tiempo de conversión c) La resolución del convertidor A/D Solución: a) Como el contador tiene 10 bits puede contar hasta 210 – 1 =1023 pulsos que se convertirán a la salida del DAC en 1023 escalones. (2N -1) / f .1mV. T) / V f. Esta ultima tensión. detiene la cuenta del contador y el ultimo valor digital contado se presenta en la salida completándose la conversión. Guarnaschelli 9
. El funcionamiento de este convertidor.ELECTRONICA II.Tc / Vf. ---------------------------------------------------------------------------------------------------A este convertidor también se le llama “A/D de rampa digital” o “A/D contador”. Domingo C. Es el circuito mas sencillos de los convertidores A/D y consta básicamente de los elementos observados en la figura anterior: Reloj y circuito de control. es convertida por el DAC en una tensión eléctrica (VA/D) a medida que se va realizando la cuenta. es el siguiente: Cuando el circuito S & H ha muestreado la señal analógica (ordenado por la señal C/M proveniente del circuito de control).Determinar: a) El código binario equivalente de salida para una tensión de entrada Vo = 3. La salida binaria del contador. es comparada con la tensión muestreada Vo en el comparador. escala= 10. = 10 mV Esto quiere decir que la salida del DAC interno se incrementa cada 10 mV Como la tensión de entrada es de 3.
podemos decir que la salida digital es la misma entre 3. Para mejorarlo. dado que cuando el contador cuente 373.73 V de la tensión de entrada analógica Vo.23 V) = 373. Cuando se llegue a contar esta cantidad. Por lo tanto este seria el límite inferior de Vo que nos daría el valor digital equivalente a la cuenta 373. SANTA FE.72 V.1024)/( 1MHZ.81= 373 escalones. se le denomina error de cuantificación o cuantización.16 µseg. el tiempo de conversión total vale: t = 1µseg. c) La resolución de este convertidor corresponde al DAC interno o sea al tamaño del escalón que vale 10 mV. Para ello consideraremos los errores en el convertidor de rampa en escalera. Guarnaschelli 10
. podía tener prácticamente una diferencia de 10 mV. También podríamos haber determinado el tiempo con la formula propuesta: t= Vi.72 V y 3. 373 = 373 µseg.73 V –VT. Domingo C.73 V. a la resolución del DAC interno Resolución y exactitud del convertidor A/D Resulta interesante comprender los errores asociados cuando se llevan a cabo mediciones con instrumentos digitales. V f.728 V. En el problema anterior vimos como para una misma salida digital. (2N -1) / (f . corresponde en magnitud. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. el comparador cambia de estado y detiene la cuenta. determinar el intervalo aproximado de la tensión eléctrica analógica. la tensión analógica correspondiente. la tensión convertida por el DAC vale VA/D = 3.73 V –VT Como VT es un valor pequeño. Y como debe contar hasta 373 decimales. que producirá el mismo resultado digital para: 01011101012≡37310 Solución: Cuando el contador cuente el penúltimo pulso. entonces necesito una cantidad de escalones dado por 3. deberíamos disminuir la resolución (escalón). Resumiendo: los valores considerados de Vo con el mismo código digital son : 3. permitiendo contar un pulso mas o sea 373. Problema Para el ADC del problema anterior. el comparador cambia el valor de su salida y detiene la cuenta binaria. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Para este valor.ING. presentando en la salida. 10. Como es superior a Vo. Como vemos la diferencia.72 V –VT.7281 V/ 10 mV= 372. Uno de esos errores se debe a la resolución del DAC interno que hace que la tensión a su salida se incremente en escalones hasta que su valor supere a la tensión Vo. el correspondiente valor digital que le corresponde al decimal 373 37310≡ 01011101012. 37210 . escala) =(3.UTN REG. A esta diferencia. Ahora bien si la tensión muestreada Vo tiene un valor menor a por lo menos Vo< 3. . pero siempre existirá una diferencia entre la cantidad real y el valor digital asignado. la salida del DAC interno lo convierte a una tensión VA/D = 3.ELECTRONICA II. el comparador todavía no cambia su salida. El otro extremo resulta cuando Vo< 3. con la asignación __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. b) Como la entrada de pulsos al contador se realiza con una frecuencia de 1 MHZ o sea con un periodo T = 1 / f = 1/ 10 MHZ = 1µseg.72 V –VT > Vo < 3.
---------------------------------------------------------------------------------------------------del mismo valor digital. del código digital binario de la salida del ADC que estamos tratando. La salida del ADC seria 100000002 ≡ 12810 . el error total posible puede estar en un valor máximo dado por: 10 mV + 2.1 % F. Guarnaschelli 11
. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. 2. Ahora bien si por la imperfecciones del circuito. haciendo que el comparador cambie de estado y detenga la cuenta. Ahora debemos tratar el error debido a las imperfecciones de los elementos del circuito que el fabricante lo especifica como 0. Por ejemplo una exactitud de 0.55 = 0. pasando la cuenta a 128. la cuenta del contador se detendría en el valor 127 que correspondería a una tensión VA/D = 1. Domingo C. Este error se le asigna aun ADC como +1LSB.ING.1% . 2.1% F. están dentro del mismo orden de magnitud.28 – 1268 = 12 mV. Este resulta: 0. mayor que Vo. Con este valor VA/D = 1. El error porcentual que presenta respecto a su valor de plena escala es de 0. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. de las tensiones de referencia . De esta forma.UTN REG. En gral. etc.28 V y allí quedaría como valor final convertido. como el comparador. produciendo con este valor una salida digital 11111111. Problema Un convertidor analógico-digital de 8 dígitos binarios de salida.01% de su tensión mas alta.001 . tiene una tensión de entrada a plena escala de 2. de los conmutadores de corriente. el error de cuantificación y la exactitud. respecto a su valor real (Vo) en una cantidad de 10 mV.55 mV.55 mV = 12.01% FS (fondo de escala). las resistencias de presición del DAC interno. Determinar la cantidad máxima que puede diferir la salida VA/D. de acuerdo al problema anterior que incluso si el DAC interno no presenta imprecisiones. Esta diferencia. Si el DAC interno fuera perfecto.ELECTRONICA II. cambia en escalones de 10 mV. o sea al factor de ponderación que corresponde al bit menos significativo. resultaría menor que Vo y el contador seguiría contando un pulso mas. la tensión VA/D difiere en -2 mV. Una especificación de estos errores. supongamos que la entrada analógica es de 1.S.S.55 mV Esto significa que VA/D puede estar errado en 2.27.268 V.55 mV de su valor real. se dan en relación a la tensión de fondo de escala. respecto a la señal de entrada Vo Solución: Como primer paso debemos determinar el escalón del DAC interno. De allí que una fuente de error es la resolución del DAC interno. Este vale: Escalón: 2.55 V. que controla al comparador. indica que la salida puede tener un error del 0.55 = 2. Debemos recordar que VA/D representa el valor convertido a analógico. es el error de cuantificación que no lo podemos inherente al DAC interno donde su valor de salida. SANTA FE. con lo que el error debido a las imperfecciones del circuito y de cuantificación quedaría: VA/D – Vo = 1. Existen algunos convertidores donde el error de cuantificación lo establecen en ± 1/2 LSB Otro error que aparece en los ADC esta relacionado esta relacionado con la “exactitud” que depende de la presición de los componentes del circuito.55 V / ( 28 – 1) = 10 mV Esto significa. la salida VA/D podría estar desviada. Por ejemplo.
/ f .UTN REG. CONVERTIDOR A/D DE APROXIMACIONES SUCESIVAS Entrada Analógica Vi
RELOJ Y CIRCUITO DE CONTROL
REGISTRO DE APROXIMACIONES SUCESIVAS
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. ≈ 2N-1 ciclos reloj. que se incrementa al doble por cada bit que agregamos al contador. Disminuimos la resolución del DAC interno.( 2N -1). / 2 =1023/2 = 511.5 µseg. altas). los hace ventajosos. / f = ( 210 -1) / 1MHZ = 1023 µseg. Esta cuenta. Guarnaschelli
. es fundamentalmente el tiempo de conversión. de modo que VA/D pasa al ultimo escalón para activar el contador y detenerse. el tiempo de conversión se determinaba mediante: t= Vo. suministran como tiempo de conversión. Por ello. Algunos fabricantes.ELECTRONICA II. este convertidor no se utiliza en aplicaciones donde se deban convertir señales analógicas que cambian con alta velocidad (frecuencias. Para nuestro ejemplo vale: t promedio = t máx. La desventaja principal del método de rampa en escalera. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Tiempo de conversión Como ya lo habíamos analizado. representa el tiempo que tarda el contador en llegar a una cuenta determinada. para volver a contar. para el caso del convertidor en escalera. Este valor vale para F = 1 MHZ y 10 bits: t máx = (2N -1).Sin embargo para aplicaciones de baja velocidad dada la relativa sencillez del circuito.escala De otra forma. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.ING. V f. El tiempo de conversión máximo será entonces cuando Vo este por debajo del limite de escala. la finaliza el comparador cuando VA/D > Vo. el valor promedio aritmético. SANTA FE. Domingo C. a costa de aumentar al doble el tiempo de conversión.
La próxima figura. Terminada la secuencia. mediante el DAC interno es transformada a una tensión analógica “VA/D “que es comparada con la señal analógica de entrada. pero agrega un 1 en el bit inmediatamente inferior. quedando el resto a cero. valor que corresponde a la mitad de la máxima excursión de la tensión de entrada. con la diferencia apreciable que se sustituyo el contador digital binario por un circuito denominado de “registro de aproximaciones sucesivas”. Domingo C. cuando se le da la orden de inicio. quedando el resto inalterado. resulta Vo > VA/D. sustituyendo el 1 del bit mas significativo por un cero y colocando un 1 en el bit de peso inmediatamente inferior. para un determinado valor de tensión analógica a convertir. nuevamente es convertido a señal analógica y comparada nuevamente con la señal Vo. SANTA FE. desde el punto de vista de su diagrama en bloques. el nuevo valor de salida será 01000000002. 2
Bit 4 (MSB) Bit 3 Bit 2 Bit1 Bit 0 (LSB)
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. el valor digital final corresponde al valor convertido de la señal analógica muestreada y cuantificada. a convertir. escala
VA/D Vo
Vf. el comparador cambia de estado. El proceso se repite “n” veces (“n”. es bastante similar al convertidor en escalera. hasta alcanzar el bit de menor peso (LSB). Este último valor. Este valor digital.esc. o sea por ejemplo para una salida digital de 10 bits. Este registro. comienza colocando a 1 el bit mas significativo (MSB).ING. el comparador bascula dando lugar a una señal que hace que el registro cambie su contenido. Vf. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Guarnaschelli
. es el numero de bits del código digital de salida). ---------------------------------------------------------------------------------------------------Este convertidor ADC. Si la señal “VA/D “ es mayor que Vo. aparece el 10000000002. Si en esta comparación.ELECTRONICA II. haciendo que el registro no modifique el 1 del bit de mayor peso. muestra la modificación de los bits del registro de 5 bits.UTN REG. dejando el resto en cero.
resulta: tc = N x 1 ciclo reloj La constancia de éste valor. Problema El registro de aproximación sucesiva de un convertidor tiene 8 bits con una resolución de 20 mV. uno de rampa en escalera ascendente y otro de aproximaciones sucesivas. se desperdicia. Guarnaschelli 14
. cualquiera sea el valor de la tensión analógica a convertir. el convertidor de aproximación sucesiva es prácticamente 100 veces más rápido que el de escalera.17/20 = 108. entonces le corresponde el valor final a 2.(ADC aproximación sucesiva)
Como vemos para la tensión de fondo de escala. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. que ocurre cuando VA/D supera a Vo. el ADC de rampa ascendente es relativamente lento porque el contador se reestablece a cero al inicio de cada nueva conversión. Domingo C.16 voltios Para 109 escalones corresponde VA/D= 109 x 20 mV = 2. la cantidad de escalones posibles para la tensión a convertir resulta: 2.esc max = (2N – 1) x 1/f = 1023 x 2 µseg. Por lo tanto la salida del convertidor corresponderá al valor equivalente digital del decimal 108 10810≡ 011011002. = 2046 µseg. Problema Determinar los tiempos de conversión de dos ADC de 10 bits.5 escalones Para 108 escalones corresponde VA/D= 108 x 20 mV = 2. ADC DE RAMPA EN ESCALERA ASCENDENTE Y DESCENDENTE Como hemos analizado. La escalera de tensiones a la salida del DAC interno. independiente del valor de Vo. que están alimentados con una frecuencia reloj de 500 KHZ Solución: tc.s = N x 1/f = 10 x 2 µseg = 20 µseg.18 voltios Como la aproximación queda en un valor menor.17 Voltios Solución: Por la resolución. estaba por arriba de Vo. donde el voltaje equivalente. de modo que el tiempo de conversión total para N bits. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Una característica del método de aproximaciones sucesivas es que el valor final convertido VA/D resulta por debajo de la señal analógica Vo.ING.UTN REG. Determinar la salida digital para una tensión analógica de entrada de 2. resulta interesante cuando los datos analógicos están cambiando a una frecuencia relativamente rápida. (ADC rampa en escalera) tc a. SANTA FE.16 V < 2.17 V. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. entonces el tiempo de conversión es fijo El procesamiento de cada bit toma un ciclo reloj. comienza en cero y su nivel se incrementa hasta el punto de conmutación del comparador. Tiempo de conversión del A/D de aproximaciones sucesivas Como el proceso de aproximación se repite en la misma cantidad de pasos. a diferencia del método de rampa.ELECTRONICA II. El tiempo que le toma a la escalera restablecerse a cero e incrementarse nuevamente al nuevo valor.
en función del valor a convertir. cuando VA/D > Vo. SANTA FE. Para un nuevo valor a convertir. según sea el nuevo valor de Vo respecto a VA/D.ING. Se usan frecuentemente en voltímetros digitales. incrementándole o decrementándose. se reduce. el tiempo de conversión en este convertidor. ---------------------------------------------------------------------------------------------------En el ADC de rampa en escalera ascendente y descendente. Existen dos tipos a saber: el de rampa única y el de doble rampa. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. De esta manera la salida del DAC (VA/D) se modifica hasta que se produce “el cruce con Vo donde detiene la cuenta. Guarnaschelli
. Como la salida del DAC interno sigue a la entrada Vo.ELECTRONICA II. Domingo C. pero en los que es importante conseguir buena linealidad. a menudo se le denomina “ADC de seguimiento” CONVERTIDORES A/D CON INTEGRADOR Estos convertidores son más sencillos que los anteriores ya que no utilizan DAC interno. Se emplean en aquellos casos en que no se requieren gran velocidad. Este contador cuenta hacia arriba cuando el comparador indique VA/D < Vo y cuenta hacia abajo. se usa un contador ascendente-descendente para disminuir el tiempo desperdiciado. De esta manera. Convertidor A/D de rampa única
Conmutador electrónico Generador rampa Vref.UTN REG. R AO + C VA AO + Comparador Cx
VS Salida digital
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. ahora el contador no se reestablece a cero sino que parte de su ultima cuenta. respecto al de escalera ascendente. pero seguirá siendo variable.
El tiempo T se obtiene a partir de la condición de que Vo (tensión analógica muestreada es igual a la VA (tensión rampa) o sea t = T.R VA = Vo = Vref. que pasan por una puerta Y. para permitir que los pulsos lleguen al contador. En la puesta en marcha el integrador y el contador son puestos a cero por el circuito de control.) dt = Vref. Tp = N/ f __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. la salida del comparador. Para este caso.ING. el comparador bascula colocando un cero lógico en la puerta AND. Las formas de ondas de las distintas señales que intervienen.UTN REG. T / C.ELECTRONICA II. deberá estar en uno lógico (1). El valor contado hasta este momento. vA(t) =– 1/C. En el comparador se realiza la comparación entre la señal de entrada (señal muestreada) y la rampa generada en el integrador. deteniendo el paso de pulsos hacia el contador. SANTA FE. Domingo C. un comparador.T/CR despejando el tiempo T T =Vo. un generador de impulsos y los circuitos de salida.R ∫0T (-Vref. Guarnaschelli 16
. Simultáneamente el contador comienza a contar los pulsos provenientes del reloj. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. tiene un integrador. se muestran en el siguiente dibujo: TS Vo VA
Ts representa el tiempo entre dos conversiones consecutivas. A partir de este momento. el integrador genera una rampa con una pendiente determinada por los valores de C y R. corresponde con la salida digital del valor de la tensión de entrada muestreada. Cuando el nivel de la rampa supera a la señal de entrada. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Como muestra el dibujo. CR/ Vref El tiempo T lo reemplazamos por la cantidad de pulsos contados x periodo del pulso o sea T = N .
. la cantidad de pulsos contados es una medida de la tensión analógica de entrada. con lo que el error puede aumentar. Domingo C. f/ Vref).UTN REG.ELECTRONICA II. Convertidor A/D de doble rampa Conmutador electronico C1 C C2 AO +
Generador rampa VA AO + Comparador a masa
-Vref. Por lo tanto el valor digital lo obtenemos a la salida del contador binario. Otro inconveniente es la baja velocidad. En la formula anterior vemos que los pulsos contados es función de los valores de C y R. ---------------------------------------------------------------------------------------------------De allí despejamos el número de pulsos contados y tendremos: N = (C. Vi S&H Vo
Salida digital VA T1 TA1 TA2 t
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Vo Como podemos observar. valores que se modifican con la temperatura. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.R. SANTA FE.ING.
como se observa en el grafico.VA1. pero la conversión lenta no resulta un problema para su aplicación en voltímetros y multímetros. como dijimos. no depende de C. termina la cuenta. por lo que no se lo emplea para adquisición de datos o señales de audio. es el empleado en alcanzar el nivel cero.). El tiempo de integración de esta rampa. Treloj Durante este periodo el contador cuenta N pulsos. R y f ). Con este método se eliminan las derivas por C. depende de la tensión alcanzada cuando se genero la rampa negativa. Como podemos ver el número de pulsos contados para el nivel de tensión muestreado y convertido. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. la tensión alcanzada por la primera rampa para t = T1 vale: VA1= . A continuación se cambia de posición el conmutador C2 y se pasa a integrar una tensión negativa de referencia (-Vref. por lo que podemos reemplazar a este periodo por la cantidad de pulsos contados multiplicado por el periodo del reloj: ( TA1 –T1 ) = N. n1. detectado por el comparador. / C. en el transcurso de la segunda rampa. Como ventaja. R y frecuencia reloj.R Durante este tiempo el reloj habrá oscilado”n1” veces de manera que T1 = n1.VA1 (.VA2 corresponde para otro nivel de tensión de entrada). teniéndose una salida digital. Vref. respecto a la variabilidad de C.R = . resuelve los problemas del de rampa única. que comienza desde -VA. En efecto.UTN REG. SANTA FE. por lo que VA1 también la podemos expresar como: VA1 = -( TA1 –T1 ) . ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Al pasar la rampa por el nivel cero.). dando lugar a una rampa positiva.ELECTRONICA II. el contador cuenta los pulsos provenientes del reloj.Vo (muestreada).Vo (muestreada). Evidentemente. El funcionamiento comienza integrando la señal muestreada de entrada durante un tiempo T1 fijo para cualquier nivel de tensión. T1 / C. es su bajo costo y con un grado mayor de complejidad. el tiempo TA1.R Despejamos ahora el periodo de la rampa positiva tendremos: ( TA1 –T1 ) = Vo(muestreada)/Vref . Guarnaschelli 18
. Esto da lugar a una rampa negativa hasta alcanzar el nivel de tensión . ---------------------------------------------------------------------------------------------------Este convertidor se ha diseñado para resolver los inconvenientes del de rampa única (variabilidad de C. hasta que la tensión se haga cero. Domingo C. Durante este tiempo.ING. R y la frecuencia. T reloj Por otra parte.R y la frecuencia. el contador cuenta durante el periodo ∆T= TA1-T1 y para -VA2 cuenta durante ∆T= TA2-T1 . este convertidor presenta tiempos de conversión largos ( 10 a 100 mseg. proporcional al nivel de tensión de entrada. Por ejemplo para el nivel de tensión de entrada que proporciona . T reloj finalmente determinamos el número de pulsos contados N. Vo (muestreada) / Vref. T1 / C. resultando: N = n1.
UTN REG. por medio de sus circuitos internos y programa correspondiente. tiene el inconveniente que resulta difícil alcanzar un grado de presición alto.tecnología de fabricación CMOS 2). utiliza la técnica de conversión de “aproximaciones sucesivas” produciendo códigos o __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. En nuestro caso tomaremos el chip de Nacional Semiconductor. Como vemos el incremento de frecuencia es proporcional al incremento de la tensión de entrada. el valor digital equivalente al decimal 454 representativo de la señal analógica. denominado también VCO. En lugar de este. y con 2. Por ejemplo si tenemos ahora una tensión de 4.Adaptación a microprocesadores 9). SANTA FE.73 voltios. a través de conductores.5 V) 4). ---------------------------------------------------------------------------------------------------CONVERTIDOR A / D DE VOLTAJE A FRECUENCIA Este convertidor es más simple que los vistos anteriormente porque no necesita un DAC interno. a las computadoras.54 voltios a la salida del VCO tendremos 45. DESCRIPCION TECNICA DEL CONVERTIDOR ADC0808 A continuación. Una de las aplicaciones principales para este tipo de convertidor es en los entornos industriales ruidosos donde se deben transmitir señales analógicas de pequeña magnitud. el voltaje de entrada del VCO es la señal analógica. que es presentado en varios encapsulados de CI monolítico. compatible con TTL. Esta última modifica la frecuencia de salida del VCO. la frecuencia de salida pasa a 15 KHZ.1 %.Salidas triestado memorizadas.Tiempo de conversión típico 100 µs.54 voltios. El ruido eléctrico puede afectar de manera adversa las señales analógicas si se transmiten directamente. Para el caso del convertidor A / D. 6). hacia las computadoras de control. Guarnaschelli 19
. dado que es dificultoso diseñar un VCO con exactitud del 0. Una solución. Esta frecuencia alimenta a un contador que cuenta durante un intervalo de tiempo fijo. la frecuencia es 27. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. en este caso para una tensión de 4. el contador contara hasta 454. provenientes de los transductores. que produce una frecuencia de salida proporcional a su voltaje de entrada. tenemos a la salida del contador. contara los pulsos digitales durante un tiempo fijo y convertirá este conteo en el equivalente valor digital de la señal analógica. El conteo final resulta proporcional al valor del voltaje analógico. Como vemos.3 KHZ.Alimentación única normal Vcc = +5 Volt (máx. La computadora.5 volt. Si bien este método de conversión es simple.4 KHZ y si esta frecuencia la hacemos pasar por un contador que cuente durante 10 mseg.Conversor del tipo de aproximaciones sucesivas 3). utiliza un “oscilador lineal controlado por voltaje”. el cual presenta algunas de estas características: 1).Resolución 8 bits 10)-Errores de linealidad y desajuste total < ±1/2 LSB (digito menos significativo) Este convertidor A/D. 6. 7).ING.ELECTRONICA II. Si le aplicamos 1.Bajo consumo (15 mW) 5). es alimentar un VCO con la señal analógica y transmitir la variación de esta frecuencia que prácticamente no se vera afectada. Para tomar como ejemplo e interpretar su funcionamiento.Multiplexor analógico de 8 canales de entrada. 8). Domingo C. supongamos que el VCO genera una frecuencia de 10 KHZ cuando se le aplica una tensión de 1 volt. daremos una descripción sintética de un convertidor A/D presentado por varios fabricantes.
ING. Veamos primero su diagrama en bloques: IN0(26) IN1(27) IN2(28) 8 entradas analogicas IN3(1) IN4(2) IN5(3) IN6(4) IN7(5) Señal analógica seleccionada Multiplexor de 8 canales analogicos Decodificador de direcciones (Básculas) (25)ADD A (24)ADD B (23)ADD C (22)ALE Activación de la báscula de direcciones START(6) (inicio) CLOCK(10) (reloj) Líneas de direccionamiento
Conversor A/D (7)EOC (Fin de la conversión)
Control y tiempos
Registro de aproximaciones sucesivas (SAR) Comparador Báscula / amplificadores de salida
MSB (21)2-1 (20)2-2 (19)2-3 (18)2-4 (8)2-5 (15)2-6 (14)2-7 (17)2-8 LSB Salida de 8 bits compatible TTL
Cadena de conmutadores Conversor D/A 256 resistores (9)OUPUT ENABLE (Control triestado) (16)Vref(-)
(11)Vcc (13)GND (12)Vref(+)
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Guarnaschelli
. Domingo C.UTN REG. SANTA FE. ---------------------------------------------------------------------------------------------------palabras binarias de 8 bit equivalentes a la magnitud de la entrada analógica.ELECTRONICA II. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.
2 MHZ. SANTA FE. Dispone también de un comparador estabilizado (chopper) y un registro de aproximaciones sucesivas. es necesario aplicarle un reloj externo que puede establecer la frecuencia de trabajo entre 100 KHZ y 1. El DAC interno consta de 256 resistencias conectadas a una cadena de conmutadores analógicos. Introducen desde el exterior los voltajes de referencia para el convertidor. Vref (+) y Vref (-). Desde el Terminal Vref (-).ING. B y C. corresponde a la mostrada en la siguiente tabla: Canal seleccionado Entrada 0 “ 1 “ 2 “ 3 “ 4 “ 5 “ 6 “ 7 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Por el terminal (22) ALE.UTN REG. El multiplexor analógico traslada la señal analógica del canal elegido a una de las entradas del comparador. como indica la figura: Control desde el registro de aprox. pasando por una cadena de 256 resistencias en serie. B y C del decodificador de direcciones. La selección. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Los números. Para el funcionamiento y sincronización del convertidor. Guarnaschelli
. en los terminales del diagrama de bloques. Los terminales (12) y (16). la tensión de referencia se deriva hasta la Vref (+). Domingo C. corresponden a los pines del circuito integrado. los cuales determinan el margen de la tensión analógica de entrada a convertir. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Mediante una combinación de líneas de entradas A. Dispone de 8 entradas analógicas posibles y de una lógica de control compatible con cualquier microprocesador. se recibe un flanco ascendente que memoriza la información presente en las líneas A. se selecciona uno de los 8 canales analógicos.ELECTRONICA II. Un multiplexor analógico de 8 canales puede acceder directamente a cualquiera de los 8 entradas analógicas. sucesivas
A la entrada del comparador
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.
La salida de los contadores también alimenta a tres registros del tipo paralelo que guardan transitoriamente la última información obtenida en la conversión. se puede poner en estado flotante las salidas del conversor. esta información no se transfiere a los elementos visualizadores. normalmente de 7 segmentos. 15. La siguiente figura. nos va a dar un valor máximo de la tensión de salida Vo. de 9. hasta que se complete la nueva conversión. en digital de la tensión analógica a convertir. nos muestra el diagrama en bloques de las partes más importantes del voltímetro digital: __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. El Terminal (7) EOC proporciona un nivel alto cuando se ha completado el proceso de conversión. el cual se decodifica y se presenta la información a través de visualizadores. Estos registros son basculas (LATH) del tipo D. 18. sino que mantienen la cuenta anterior en su salida. Domingo C. mientras se realiza la nueva lectura. donde la información se transfiere a la salida después que se le aplica un pulso reloj. Esta salida digital queda almacenada en una bascula (LATH) triestado. comenzando la conversión al llegar al siguiente flanco descendente. se interrumpe la conversión y se inicia una nueva. Mediante el Terminal (9) OUPUT ENABLE (control triestado) en nivel bajo. el SAR cambia de contenido y selecciona un nuevo conmutador. En este caso. la nueva información que tienen en sus entradas. transfiriendo a estas ultimas. Cuando la ultima cuenta finaliza. los registros actualizan su salida.ELECTRONICA II. dando por finalizado el proceso. ---------------------------------------------------------------------------------------------------El registro de aproximaciones sucesivas (SAR) de 8 bits. Al final de la cuenta (999).ING. SANTA FE. De esta manera mientras los contadores están contando. compatible con TTL. 20 y 21 se obtienen una salida digital binaria equivalente a la tensión analógica seleccionada. 19. Analizaremos el principio de funcionamiento de un voltímetro digital que utiliza como conversor una rampa digital. APLICACIONES DE LOS CONVERTIDORES A / D VOLTIMETRO DIGITAL Los voltímetros digitales convierten los voltajes analógicos a su representación en código BCD (decimal codificado en binario). que tiene una resolución de 10 mV.(valor máximo también de la tensión analógica a medir). El SAR es puesto a cero cuando se introduce por el Terminal (6) START. produciendo la tensión que conforma una de las entradas del comparador. En caso de no ser iguales dichas tensiones. selecciona secuencialmente a cada uno de los conmutadores analógicos asociados a cada resistencia. para luego pasar a cero y volver a contar.99 voltios. se activa este Terminal. Si durante un proceso de trabajo. De esta manera en los elementos visualizadores. el cual compara con la tensión analógica a convertir. 17. indica que la salida digital del convertidor es valida. Por los terminales 8. El flanco positivo de este Terminal. Para ello realizaremos un esquema en bloques de un DVM (medidor de voltaje digital) de tres dígitos. A su vez la salida de los registros actúa como entrada de decodificadores BCD /excitadores de 7 segmentos que excitan finalmente los elementos visualizadores. un flanco ascendente. Guarnaschelli 22
. mantienen el valor numérico anterior. el contenido del SAR es el equivalente. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Cuando se consigue que las dos entradas sean iguales. el contador esta compuesto por tres contadores de décadas que cuentan hasta 999. 14. EOC pasa a nivel bajo dos ciclos de reloj después de que se produzca un flanco ascendente en la señal START.UTN REG. La salida de los contadores es convertida a analógica por el ADC interno.
ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Domingo C.1 mV Comparador Vc +
Q2 A las entradas de borrado de los registros (CLEAR) MV1 `Q2
Q1 MV1 `Q1
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.ELECTRONICA II.S=9.99 V Vo Entrada analogica Vi VT=0. Guarnaschelli
. SANTA FE. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Visualizadores 7 segmentos unidades decenas centenas Modificación del punto decimal Por cambio escala Decodificador BCD/ 7 segmentos Registro 4 bits (Basculas o lath) Decodificador BCD/ 7 segmentos Registro 4 bits (Basculas o lath) Decodificador BCD/ 7 segmentos Registro 4 bits (Basculas o lath)
Contador BCD (Centenas) CL
Contador BCD (Decenas) CL
Contador BCD (Unidades) CL
Entrada reloj
Convertidor de BCD a analogico F.UTN REG.ING.
ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. un pulso temporizado de 1 µseg. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. permitiendo que pasen por la compuerta AND los pulsos reloj hacia el contador. A partir de un numero de cuenta. el flanco de bajada de la tensión Vc. iniciando un nuevo ciclo de conversión. Vi1 Vi2 Vo Vo t Vc Fin de la conversión Conteo final transferido a salida registros Puesta a cero contadores para inicio nueva conversión
Por ejemplo si la tensión analógica vale Vi = 6. el comparador entonces pasa a alto. deberá superar a 6. y con esto. .UTN REG. SANTA FE. inhabilitando la compuerta AND. habilitando nuevamente la compuerta AND y permitiendo que los pulsos reloj sean contados nuevamente.372 + VT = 6. a su salida. Para esta ultima situación “Vo” cae a cero haciendo que Vo < Vi. haciendo cambiar o no. A medida que este se incrementa. Por otra parte. Como el DAC varia su tensión cada 10 mV. y por otro lado activa al MV2. Este pulso activa los registros (basculas) que transfieren el ultimo valor de la cuenta del contador.3721 V. la salida del comparador pasa a “bajo” (0). también a razón de 10 mV por pulso contado. La siguiente figura muestra las formas de ondas de las diferentes señales que intervienen en la conversión del DVM. la información queda retenida en los registros. la presentación decimal en los visualizadores. provoca el disparo del multivibrador monoestable nº1 que genera en su salida.ING. permanece en “alto” (1). Guarnaschelli 24
. la señal a la salida del DAC interno “Vo” se incrementa. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Analizando el diagrama de bloques. la tensión de salida del DAC interno o sea Vo. que genera otro pulso que restablece los contadores a cero. con lo que se termina la conversión. resulta Vo > Vi.ELECTRONICA II.3721 V para que la salida del comparador (Vc) pase al valor bajo. deteniendo la cuenta. cuando Vo < Vi la salida del comparador Vc. Cuando cae el pulso del MV1. Domingo C. para esta situación.
donde estamos midiendo hasta el valor 9. Veamos el circuito básico para convertir corriente en tensión: Rr + Vio = -Rr. Mediciones de tensión. para tener una lectura correcta en los visualizadores.372 V en su entrada positiva (+) con lo cual el contador llegaría a una cuenta de 638 al final de la conversión.Rx. Para nuestro caso. El contador (formado por tres décadas contadoras parara su cuenta en el numero 638. lo podemos realizar colocando un atenuador por un factor de 10 de manera tal que el comparador reciba una tensión de 6. se hace pasar la corriente desconocida a través de una resistencia fija de referencia para producir un voltaje.UTN REG. convierte la resistencia desconocida en una tensión eléctrica que luego es convertida a digital.72 V. para su visualización.21 escalones que en la practica corresponden a 638 escalones. se hace pasar por la resistencia a medir. se deberá indicar con un indicador luminoso. A los efectos de que esta resistencia no modifique prácticamente el circuito de medición.I
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. se la hace pasar por un amplificador operacional realimentado de tal forma que la fuente de corriente desconocida vea en la entrada del multímetro un cortocircuito virtual.3721/10 mV = 637. el punto decimal. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. valor binario que se guardara en los registros de cuatro bits que a su vez. ---------------------------------------------------------------------------------------------------entonces se tendrán que generar 6. En este caso. a la derecha del visualizador que corresponde a las centenas (contador) Cambio de escala del DVM Para poder utilizar el voltímetro digital sobre varios intervalos de tensiones de entrada. se usa un amplificador o atenuador adecuado colocado entre la entrada Vi y el comparador. es necesario correr el punto decimal a la derecha del que corresponde a las decenas. Ii v≈ 0 V
Para medir resistencia. Domingo C. una corriente fija de referencia (fuente de corriente constante). Rx I=cte Vo=-. Esta corriente conocida. Guarnaschelli
. valor correspondiente en BCD al 0110 0011 1000. SANTA FE.ING. resistencia y corriente El DVM se puede convertir en un multímetro (DMM). Por ejemplo si tenemos que medir con el voltímetro analizado una tensión analógica de 63. se decodificara a 7 segmentos.ELECTRONICA II. Por ejemplo para medir corrientes.99 voltios.
es recurrir a los denominados “rectificadores de presición de onda completa”. En este caso. La tensión de salida de AO2 vale: Vo= . Una solución. Como R1=R2=R (AO1 actúa como inversor realimentado). Esto sucede así aun con una muy pequeña amplitud de la tensión de entrada.7 volt). un circuito de bajo costo MAV puede utilizarse como sustituto de un circuito de calculo de verdadero valor eficaz que es mucho mas caro. el diodo D2 esta polarizado en directo y D1 en inverso. Domingo C.Vi + (R5/R3). ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. debido a los errores provocados por las caídas de tensión en los diodos (especialmente para mediciones de pequeñas señales). el AO2 actúa como “sumador inversor” con señales que ingresan por R3 y R4 que valen “+Vi” y “-Vi” respectivamente. Por R1 circula una corriente I1=Vi/R1 y lo hace también por R2.( (R5/R4).R5/R4. la tensión vale “-Vi”. La tensión a la salida de AO2 vale: Vo= . dada la gran ganancia de amplificador operacional. la tensión del punto “A” vale cero volt por estar D2 bloqueado. SANTA FE. Guarnaschelli 26
.(0)) = . dado que aparece una tensión positiva a la salida de AO1 (+0. Tenemos varios circuitos denominados “convertidores de ca a cc” o también llamados “circuito de valor medio absoluto” (MAV). es aproximadamente igual a su valor medio cuadrática (MAV) o valor eficaz. previo a la conversión A/D. Mediciones de voltajes de CA Los voltajes de CA se pueden medir en este DVM.(-Vi) + (R5/R3).(-Vi)) = +Vi (salida para Vi positivo) Cuando Vi es negativa. triangular o cuadrada. sea senoidal. cuando la tensión de entrada “Vi” es positiva. Por lo tanto. medición de corrientes y resistencias. ---------------------------------------------------------------------------------------------------En ambos casos.(Vi + 2. En estos casos la conversión de CA a CC no resulta conveniente realizarla con rectificadores no controlados. el diodo D2 no conduce y el diodo D1 conduce. se puede colocar un amplificador o atenuador para obtener distintas escalas de medición. Veamos a continuación un circuito MAV realizado con amplificadores operacionales:
En este circuito.UTN REG. Por otra parte.(-Vi) = +Vi (salida para Vi negativo) __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.( (R5/R4).ELECTRONICA II.(-Vi)) = .ING. previa su conversión a un voltaje de CC. El MAV de una onda de voltaje. entonces en el punto”A”.
en ambos casos.ELECTRONICA II. con suficiente velocidad para que no sea perceptible el parpadeo. Domingo C. haciendo que Vo sea el valor promedio rectificado de Vi. Sin el capacitor “C”. para obtener la indicación numérica deseada. hace costoso y compleja. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. muestra el diagrama en bloques de un sistema de excitación de indicadores numéricos de cátodo común. se basa en utilizar un único convertidor BCD/7 segmentos para el mando simultaneo de todos los segmentos de las distintas décadas del contador. con un solo decodificador BCD/7 segmentos. SANTA FE. es suficiente para eliminar el parpadeo. como seria el caso de utilizar los rectificadores con diodos. Vi
Vo sin capacitor Vo con capacitor
Si le añadimos un capacitor de alto valor y de bajas fugas (10 µF de tantalio). ---------------------------------------------------------------------------------------------------Como vemos. se utilizan circuitos que convierten el valor rms de una señal alterna pura u otra. En este caso la entrada de información del convertidor BCD/7 segmentos debe irse conmutando sincrónicamente con la excitación de cada digito. Una forma de reducir el número de hilos de conexión tanto en las técnicas de sistemas realizados con circuitos de mediana integración como en los de alta integración. el circuito actúa como integrador. Guarnaschelli 27
. El multiplexado para el encendido de los paneles numéricos. Con una frecuencia de encendido de 1 KHZ. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. a un valor de CC (el circuito es mas complejo).UTN REG. El siguiente esquema. tenemos a la salida de AO2 la señal de entrada rectificada en onda completa. Vi positiva o negativa. con exactitud y sin perdida de señal. consiste en utilizar la múltiplex acción para la alimentación de los indicadores numéricos. donde se observa un decodificador BCD/7 segmentos para cada indicador numérico. Para DVM de presición.ING. Por ejemplo el circuito integrado AD536A de Analog Devices. la tensión de salida resulta siempre positiva. pero excitando únicamente un solo digito durante un corto intervalo de tiempo. y produciendo una rotación en el encendido de las sucesivas décadas. la cantidad de hilos de conexión. realiza la conversión de rms a corriente directa verdadera. cuando debe realizarse. Nota sobre la excitación de los indicadores numéricos de 7 segmentos En el diagrama en bloques presentado para el voltímetro digital.
Decodificador de 1 a N líneas (Selec. con tres salidas. Consta de un oscilador que fija la frecuencia del encendido secuencial de los indicadores. SANTA FE.ELECTRONICA II. por medio del decodificador de 1 a N líneas. Para el caso de nuestro voltímetro digital de tres dígitos. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.ING. Guarnaschelli 28
. solo necesitaríamos un contador de tres bits. y al mismo tiempo constituye la dirección de la selección de los datos correspondiente al digito iluminado. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Oscilador D1 Entrada de datos D2 DN
Decodificador BCD/7Seg. Domingo C. utilizando para esto ultimo un multiplexor paralelo de cuatro bits. un decodificador de tres líneas y un multiplexor paralelo de cuatro bits de entrada. Un contador cargado por dicho oscilador permite el direccionamiento de la década iluminada en cada instante. Como ejemplo de una aplicación de excitación con indicadores numéricos a 7 segmentos con multiplexado.UTN REG. display) N 2 1
El esquema anterior muestra el esquema en bloques de un sistema de multiplexado para indicadores numéricos Con LED de cátodo común.
cuando esté a nivel alto. consta de un contador de cuatro dígitos. Asimismo. La multiplexación se hace por medio de un oscilador interno. Las salidas externas A(7). el numero almacenado en el contador pasa al registro.La próxima figura. C. La entrada de selección de digito (6). son las encargadas de seleccionar a cada visualizadores. B(8). Inicio Vcc (18) R(13) Arrastre 74C927 Reloj (12) ÷ 10 ÷6 ÷ 10 ÷ 10 CO(14) Selección `DS(6) LATCH
LATCH 4 BIT
LATCH 4 BIT LATCH 4 BIT
Decodificador BCD / 7 Seg. Para el control del registro de almacenamiento interno. y exitador
(15) a (16) b (17) c (1) d (2) e (3) f
A A (7) B (8) C (10) D (11) Masa(9)
Este integrado. d(1).ING. Guarnaschelli 29
. y un circuito interno para multiplexar los cuatro visualizadores. se mostrará el número en el contador. ---------------------------------------------------------------------------------------------------vamos a mostrar el diagrama lógico y de bloques simplificado de un CI de alta densidad de integración como el MM74C923 de la firma Nacional. un registro de almacenamiento interno. mientras el resto de las básculas permanece con alta impedancia de salida (control triestado). La excitación de los segmentos (LED o LCD) se realiza a través de las salidas externas a(15). de tal forma que este avanza con cada flanco negativo en dicha entrada. genera cuatro salidas internas y cuatro externas A. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. El multiplexor. b(16).UTN REG. Domingo C. Las internas se utilizan para realizar el multiplexado sobre las salidas de las básculas hacia el decodificador BCB/7 seg.ELECTRONICA II. El circuito dispone de una entrada reloj (12) para el contador. e(2). y D. C(10) y D(11). El grupo de cuatro básculas seleccionadas se conecta a las cuatro salidas comunes. dispone de una entrada de validación (5) que cuando se produce una transición de nivel bajo a alto. SANTA FE. consta de una entrada de iniciación (13) que cuando se pone a nivel alto. cuando este a nivel bajo. en sincronismo con el correspondiente dato BCD convertido a 7 seg. se seleccionará el número que se halla en el registro de almacenamiento. B. c(17). formado por cuatro basculas por década del contador. siete salidas por transistores NPN que proporcionan hasta 80 mA para cada segmento de los visualizadores. f(3) y g(4). el contador pasa a cero y la salida de acarreo (14) pasa a nivel bajo. muestra el conexionado básico de los terminales de excitación de los visualizadores: __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.
dependiendo de la aplicación. Guarnaschelli 30
.ELECTRONICA II. esta formado por tres décadas y una éxada. la microcomputadora interna guarda __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Esta placa. Respecto al contador. tiene todos los componentes necesarios para realizar la conversión A/D. podemos decir que el avance que ha tenido la microelectrónica. ha permitido disponer prácticamente en un solo chips. en estos últimos años. se denomina “adquisición de datos” y la electrónica que lo realiza. es en los temporizadores para visualizar los tiempos transcurridos. tomando muestras de la señal analógica (muestreo) a intervalos de tiempo menores a la máxima frecuencia contenida en esta señal (teorema del muestreo de Nyquist). todos los bloques funcionales de un voltímetro digital (convertidor A/D mas excitador display) a precios muy accesibles. El control de esta placa se realiza a través de la computadora mediante un programa específico. se denomina en la jerga de la computación. ---------------------------------------------------------------------------------------------------a R b c 74C927 d e f g A B C D
Como característica notable de este circuito podemos decir que la tensión de alimentación puede ser de 3 a 6 volt (TTL) y el margen de ruido es de 1 volt. permitiéndonos contar décimas de segundo. tomado como ejemplo de la multiplexación de las salidas. como así también de los amplificadores o atenuadores para adaptación de la señal de entrada a las distintas resoluciones. Este proceso. Una aplicación de este integrado. “placa de adquisición de datos”. La computadora puede hacer varios procesos con los datos adquiridos. video o un osciloscopio digital. ADQUISICION DE DATOS CON LOS CONVERTIDORES A / D Como lo hemos dicho al principio del tema de los convertidores D/A y ADC. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.ING. SANTA FE. Para finalizar el tema respecto al voltímetro digital.UTN REG. existen muchas aplicaciones donde los datos analógicos se deben “digitalizar” para transferirlos a la memoria de una computadora. segundos y minutos. si utilizamos un reloj externo de 10 HZ. Por ejemplo en una aplicación de almacenamiento de una grabación digital de audio. Domingo C. de forma tal que el segundo digito más significativo divide por seis. La adquisición de datos se realiza como ya lo hemos mencionado. mediante el cual la computadora adquiere estos datos analógicos digitalizados.
ELECTRONICA II. para posteriormente determinar que salidas de control debe generar. Domingo C. tiempo después transferirlos a un DAC y reproducirlo nuevamente como señal analógica. Veamos el diagrama simplificado de este procedimiento: Vi(analogica) Reloj Inicio ADC de rampa digital 8 bits
____ FDC
Datos 8 bits
Vo (tensión a la salida del DAC interno del ADC Vi (señal analógica) Vi
Vo Inicio ____ FDC
t to t1 t2 00001000 00000101 dato1 dato2 t3 00000011 dato3 t4 00000011 dato4
Datos que se van cargando en la memoria de la computadora La figura anterior muestra como la microcomputadora. la computadora examina los datos o realiza un determinado algoritmo de control. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. mediante un programa especial para ese fin.UTN REG. En una aplicación de control de procesos.ING. se conecta con el ADC tipo rampa digital. SANTA FE. La computadora genera los pulsos de __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. ---------------------------------------------------------------------------------------------------los datos en una memoria para luego. para adquirir los datos digitales de la representación de la tensión analógica Vi. Guarnaschelli 31
ING. SANTA FE. La salida del DAC presentara una señal escalonada. es monitoreada por la computadora. se completa la conversión pasando la señal ‘FDC a un valor bajo. Guarnaschelli 32
. para determinar el momento que finaliza la conversión. Domingo C. lo guarda en su memoria. El valor del contador interno del ADC se transfiere a la salida (bus de datos) y la computadora mediante una instrucción del programa. En el dibujo se observa la señal Vi (línea continua). Señal analógica a digitalizar y guardar en memoria de la computadora
Reproducción señal digitalizada Reproducción señal digitalizada y filtrada
Como ejemplo practico y real de la conexión entre un convertidor A/D y el microprocesador de una computadora. que comienza a incrementarse cuando se da la orden de inicio. Por __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. la tensión en escalera Vo del DAC interno. mediante otro “programa especial” transfiere los datos guardados a un DAC en el mismo orden con que fueron tomados y con el mismo intervalo de tiempo. ---------------------------------------------------------------------------------------------------“inicio” para iniciar una nueva conversión A/D. Este circuito integrado. haciéndola pasar por un filtro RC pasabajo se puede obtener la forma de onda original. La señal negada FDC ( fin de conversión). presentaremos al CI ADC084. Este CI ha sido diseñado para que pueda ser interconectado fácilmente a un bus de datos de un microprocesador.UTN REG. por lo que la salida de datos digitales es triestado de 8 bits. la computadora. Si posteriormente quisiéramos reconstruir la señal digitalizada. Nuevamente genera otra señal de “inicio”. para posteriormente transferir el resultado digital. a la memoria de la computadora. para repetir el procedimiento comentado. Cuando Vo iguala y supera a Vi.ELECTRONICA II. es un CI CMOS de 20 terminales y realiza la conversión analógica a digital usando el método de aproximaciones sucesivas. comercializado por varios fabricantes. generada por el convertidor. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.
a los terminales externos CLKout(19). la entrada analógica real. los nombres de algunas de las entradas y salidas. Guarnaschelli
.6 mV.C) Siendo R y C componentes conectados en serie.UTN REG. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. el CI tiene un oscilador interno que produce una frecuencia dada por la expresión: f = 1 / (1. tiene dos entradas analógicas. Durante la operación normal. El voltaje analógico de entrada es convertido a una salida digital de 8 bits de tipo triestado.1. SANTA FE. esta se aplica a VENT(+) y VENT(-) se conecta a la “tierra analógica” GNDanalogica(8). Para el funcionamiento del registro de aproximaciones sucesivas.ING. CLKIN(4) y GNDdigital(10). se basan en funciones que son comunes a sistemas soportados con microprocesadores. VENT(+)(6) y VENT(-)(7). conectado al Terminal CLKIN(10). También es posible usar un reloj externo.R. que permiten tener “entradas diferenciales”.ELECTRONICA II. De esta forma. el convertidor utiliza Vcc= +5 V como voltaje de referencia y la entrada analógica puede variar de 0 a 5 V a limite de escala.VENT(-) Cuando realizamos conversiones con una sola tensión. Con 8 bits. resulta de la diferencia en los voltajes aplicados a estos terminales: VENT = VENT(+) . Veamos primero el CI con los nombres y ubicación de los terminales: Vcc(+5V) (20) VENT(+) VENT(-) Vref/2 CLK(out) CLK(int) ___ CS __ RD __ WR (6) (7) (11) D7 (12) D6 (13) D5 (14) D4 CAS ADC0804 8-bits (15) D3 (16) D2 (17) D1 (1) (2) (3) (10) GND(digital) (18) D0 ____ (5)INTR Salidas digitales
GND(analogica) (8) (9) (19) (4)
Similar al ADC 0808 ya estudiado. la resolución resulta: Resolución absoluta = 5 V / 255 = 19. Domingo C. ---------------------------------------------------------------------------------------------------esta razón.
El Terminal (10) es la tierra digital que usan todos los dispositivos digitales del sistema (tienen diferentes símbolos). Con ‘CS en ALTO (1). Guarnaschelli
.5 0—3 11. los terminales de salida digital (D7…. El Terminal Vref/2 es una entrada opcional que puede utilizarse para reducir el voltaje interno de referencia y por lo tanto cambiar el intervalo analógico de entrada que el convertidor puede manejar. Presenta además conexiones a tierra separadas para los voltajes digitales y analógicos. Conectando un voltaje externo.ING.5 17. El Terminal (8) es la tierra analógica que esta conectado al punto de referencia común del circuito analógico el cual se esta generando el voltaje analógico. SANTA FE. utiliza un pulso de WRITE (similar a escribir en una memoria) para iniciar la conversión. la referencia interna cambia al doble de este valor y entonces el intervalo analógico de entrada cambia de igual forma.6 2. Con ‘CS=’RD= 0. Tiene esta denominación.UTN REG. El Terminal ‘INTR pasa a ALTO (1) cuando se inicia la conversión y retornara a BAJO (0) para señalar el fin de la conversión. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. en BAJO (0) se utiliza para dar inicio a una nueva conversión.8
Veamos a continuación el conexionado principal de una “placa de adquisición de datos” respecto a las conexiones del conversor ADC y el microprocesador:
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.ELECTRONICA II. Cuando esta entrada no esta conectada permanece en Vcc/2 ya que Vcc se esta usando como voltaje de referencia. hacerlo asegura que el ruido de la tierra digital no cause conmutación prematura del comparador analógico interno del ADC. La tierra digital es inherentemente “ruidosa” debido a los cambios rápidos de corriente que ocurren cuando los dispositivos digitales cambian de estado.7 1. aprox.0 0—4 15. El Terminal ‘WR (escribir). Domingo C. Aunque no es necesario usar una tierra analógica separada.25 0—4.6 2. (WRITE) dado que en una aplicación común del microcomputador. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Para R = 10 KΩ y C = 150 pF resulta f = 606 KHZ: con este valor de frecuencia. Luego el microcomputador puede “leer”(buscar) este valor de dato digital convertido en el bus de datos del sistema. el tiempo de conversión es de 100µseg. Tiene esta denominación. El Terminal ‘CS (selección del chips) debe estar en su estado activo BAJO (0) para que las entradas ‘RD y ‘WR tengan efecto.
Vref/2 Intervalo analógico de voltaje (V) Resolución (mV) abierto 0—5 19.D0) presentaran los niveles lógicos resultado de la ultima conversión A/D. porque normalmente se conecta a la entrada de INTERRUPCION del microprocesador para llamar la atención de este último e indicarle que los datos convertidos están listos para su lectura. las salidas digitales están en el estado de alta impedancia (Hi-Z) y no se puede llevar a cabo ninguna conversión. El Terminal ‘RD (leer) se utiliza para habilitar los búferes de salida digitales.
__ CS __ WR __ RD ____ INTR Línea de datos Hi-Z Inicio conversión 100 µseg. Guarnaschelli
.5 V Entrada analogica Bus de datos 0.5 V 10 KΩ VENT(+) Vcc 0.5 – 3.)
D7 Vcc D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ____ INTR ___ RD ___ WR GND Logica de decodificacion de direcc.ING. SANTA FE.) Vi R 10 KΩ Vref/2 CLK(out) CLK(int) ___ CS __ RD __ WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ____ INTR Fuente de alimentación +Vcc(5 V)
GND(digit. ---------------------------------------------------------------------------------------------------+Vref + 10 KΩ 1. Domingo C. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital.UTN REG. Fin Conversión Datos validos
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.5 V VENT(-) GND(analog.
Bus direcc .
estableciendo a 0. la señal de entrada varía en un intervalo de 0. La resolución será en este caso de 11.0 V. ---------------------------------------------------------------------------------------------------La microcomputadora. generada por el ADC.
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. mediante una instrucción al efecto es guardado en la memoria del sistema. La resolución de cada bit es función de la tensión de referencia que se utilice. Los datos recibidos en el bus de datos. entonces para obtener un desplazamiento de este valor. generando las señales ‘CS y ‘WR. Con el propósito de usar por completo la resolución de 8 bits.5 volt. Domingo C. aires acondicionados etc. Asimismo. muestran su actividad durante el proceso de adquisición de datos. en dos de ellos se obtiene el valor convertido y los otros dos se utilizan para programar las entradas. mediante un programa dedicado. En la aplicación presentada para este convertidor.5 volt de tierra. pero el proceso de conversión no se inicia hasta que ‘RW pase a alto. La técnica usada para la conversión en estos microcontroladores es la de aproximaciones sucesivas.5 volt le corresponderá el valor binario 00000000 (00Hex) y al valor 3. como así también establecer trayectorias de baja resistencia. De esta manera al valor real de la tensión analógica de 0. Luego adquiere los datos de salida del ADC generando las señales ‘CS y ‘RD. El intervalo de 3. las líneas de datos de salida del ADC están en estado de alta impedancia hasta que la computadora activa ‘CS y ‘RD. después de detectar una salida baja en ‘INTR. En este caso. Las líneas de datos retornan al estado de alta impedancia cuando ‘CS o bien ‘RD retornan al estado alto. Las formas de ondas de las señales que intervienen. Resolución = [Vref(+) – Vref (-) ] /1024. pasando a ejecutar un subprograma que genera las señales indicadas ‘CS y ‘RD. denominados microcontroladores (microcomputadora en un solo chips prácticamente). (hornos microondas. Esta señal baja provoca una interrupción al programa principal. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. De allí la importancia de separar los caminos de las tierras analógicas de las digitales en la placa soporte. Como la señal se desplaza en 0. SANTA FE.5 V en Vref/2 que establece en 3 volt el intervalo analógico a convertir. En este caso vemos que ‘INTR pasa a alto cuando ‘CS y ‘WR son bajos. En ese punto se habilitan los búferes de salida de datos conectándose eléctricamente al bus de datos del microprocesador.5 a 3. controla cuando debe tener lugar una conversión. Guarnaschelli
. Microcontroladores con conversores A/D Algunos de dispositivos electrónicos de alta densidad de integración.UTN REG. esta relacionado al “ruido” generado por el sistema digital. para luego ser procesado.8 mV.5 volt el 11111111(FF Hex). solamente requiere la manipulación de cuatro registros (mediante instrucciones del programa afín). Para confeccionar el programa de aplicación del conversor A/D. se le aplica un voltaje similar en la entrada VENT(-) . de la misma manera. Un aspecto importante para destacar. el A/D se debe acoplar a las especificaciones de las señales analógicas de entrada.ING. respecto a las trayectorias de las fuentes de alimentación que deben separarse y emplear muchos capacitores de desacoplamiento (típico 0. y control del A/D.01 µF) muy cerca de cada conexión de la fuente y tierra.ELECTRONICA II. Por ejemplo el microcontrolador PIC 16F87X poseen un conversor A/D de 10 bits de salida (resolución) con 5 canales de entrada analógica.0 V se establece colocando una tensión de 1. que se utilizan para realizar controles incorporados al propio sistema. el rango límite de escala es de 3. indicando fin de conversión.5 como valor de referencia de 0. disponen de módulos convertidores A/D.).
Domingo C. Guarnaschelli 37
.ELECTRONICA II. bufer
Disparo interno Señal externa de disparo Control base de tiempo Reloj de muestreo
Circuitos de control con microprocesadores
Amplificador horizontal DAC Contador base de tiempo
Contador de direcciones
DAC Amplificador vertical Bloque para visualización de datos
Almacenamiento datos digitalizados
Los osciloscopios digitales presentan muchas ventajas. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. ---------------------------------------------------------------------------------------------------OSCILOSCOPIO DE ALMACENAMIENTO DIGITAL A continuación. respecto a los convencionales que miden en tiempo real y respecto a aquellos que memorizan la imagen de la forma de onda como cargas electrizas en pantallas recubiertas de fósforo (CSO) __________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing.ING. SANTA FE. Vext
.UTN REG. desarrollaremos los conceptos fundamentales en que están basados los osciloscopios de almacenamiento digital.
Amplif. como ejemplo final de las aplicaciones de los convertidores A/D y D/A. abreviadamente denominados DSO.
Los datos de la memoria producen la deflexión vertical del cañón de electrones. en un CSO. mediante la actualización continua del “contador de direcciones” de la memoria. Cuando la memoria esta llena. Los datos digitalizados se almacenan en la memoria. la forma de onda y pueden cambiar sus escalas verticales y horizontales. de modo que a cada escalón horizontal del cañón de electrones se acompaña un nuevo valor de datos de la memoria al DAC vertical Los contadores se reciclan de manera continua. Guarnaschelli
. La operación de control y sincronización. se almacenan en una memoria semiconductora (con Flip Flop). La frecuencia de muestreo se determina mediante “el reloj de muestreo” proveniente de los controles de base de tiempo hacia los circuitos de control. en tanto que el “contador de base de tiempo” (que cuenta la cantidad de muestras tomadas durante el tiempo de adquisición) proporciona la deflexión horizontal en forma de una señal de barrido escalonada (diente de sierra escalonado). La operación de visualización de una señal memorizada termina cuando el operador oprime un botón del panel frontal del equipo que da la orden para iniciar un nuevo ciclo de adquisición de datos. que dispone de un microprocesador que ejecuta un programa de control almacenado en una memoria ROM (de solo lectura). La figura anterior.UTN REG. La señal captada por un micrófono (señal analógica) se digitaliza en un DAC. de manera que los puntos de datos almacenados se vuelven a graficar en forma repetitiva en la pantalla. nos muestra el diagrama en bloques simplificado de un DSO. el sistema detiene la adquisición de nuevos datos y cambia al modo de operación de visualización. Este almacenamiento continua hasta que el bloque de “control recibe una señal de “disparo externo o interno“de la forma de onda de entrada. se usan dos DACs para proporcionar los voltajes de deflexión horizontal y vertical para el CRT. SANTA FE. disco óptico o memoria semiconductora. la realiza el bloque identificado como “circuitos de control. ---------------------------------------------------------------------------------------------------Los DSO pueden almacenar las formas de ondas durante un tiempo indefinido.
__________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. escribiendo sobre el dato anterior y así sucesivamente. se encarga de las “direcciones de almacenamiento” de tal forma que los datos sucesivos convertidos a digital de la señal de entrada. ELECTRICA 8-2 Convertidores de señales analógicas a digital. Los DSO pueden. pero el numero de datos por lo general es tan grande (1000 o mayor) que da la sensación visual de una forma de onda uniforme y continua. para adaptarse a la medición. dispone de los circuitos de “muestreo. También es posible almacenar varias formas de ondas para luego imprimirlas en una impresora estándar. retención y ADC”.ELECTRONICA II. para luego reproducirlo en un parlante (señal analógica). El subsistema que corresponde a la adquisición de datos. El bloque de control sincroniza la operación de visualización incrementando el “contador de direcciones” de la memoria y el “contador de base de tiempo” simultáneamente.ING. Esta secuencia de operaciones del DSO se aplica por ejemplo en el audio digital. El bloque de control. cuya misión es la de muestrear y digitalizar la señal de entrada. en algunos modelos colocar en cualquier parte de la pantalla CRT. en donde todos o partes de los datos de la memoria se visualizan de manera repetitiva en el tubo de rayos catódicos. el siguiente punto de datos del ADC se almacena en la primera localización de la memoria. previo paso por un DAC. Esto se realiza. Para la visualización. Cuando este se produce. se almacena en cinta o disco magnético. Domingo C. sean guardados en direcciones en direcciones de memoria sucesivas. La visualización de la pantalla consta de puntos discretos que representan los diversos puntos de datos. la imagen se degrada paulatinamente con el tiempo. dado que los datos digitalizados de las señales eléctricas que se quieren observar y medir.
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