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Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CCOONNVVEERRTTIIDDOORR AANNAALLÓÓGGIICCOO DDIIGGIITTAALL CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL SSUU CCOONNEEXXIIÓÓNN YY AAPPLLIICCAACCIIOONNEESS SU CONEXIÓN Y APLICACIONES M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CCoonnvveerrssiióónn AAnnaallóóggiiccaa --DDiiggiittaall • La conversión A/D es un proceso de cuantización en la cual una señal analógica es representada por su equivalente en estados binarios • La digitización de las señales tienen sus desventajas: – La señal analógica nunca puede ser exactamente representada o reconstruida. Siempre habrá algo de error. – Una señal digitizada , cuando se transmite por un canal de comunicación, requiere un ancho de banda mayor que la del canal original. Por ejemplo, un canal telefónico de voz análogo requiere un ancho de banda de aproximadamente 4Khz pero su equivalente digital el canal es de 64 kbps M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EEssppeecciiffiiccaacciioonneess ddee uunn ccoonnvveerrttiiddoorr AA//DD •• TTiieemmppoo ddee ccoonnvveerrssiioonn::es el tiempo requerido para completar una conversión de la señal de entrada. Establece el límite de la frecuencia más alta de la señal que puede ser muestreada sin “aliasing”. 1 f MAX= 2* tiempo de conversión •• RReessoolluucciióónn ::el número de bits del convertidor da la resolución y por lo tanto la señal analóga de entrada más pequeña para la cual el convertidor producirá un código digital. Puede ser dada en términos de la señal de entrada de plena escala: Señal de plena escala Resolución = n 2 Frecuentemente la resolución se da solo con el número de bits,n, o como un por ciento del máximo M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EEssppeecciiffiiccaacciioonneess ddee uunn ccoonnvveerrttiiddoorr AA//DD EExxaaccttiittuudd:: la exactitud relaciona la señal más pequeña con la señal medida. La exactitud es dada como un por ciento y describe que tan cerca es la medición del valor real V RESOLUCIÓN La señal es exacta dentro de = X100% V SEÑAL M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EEEEssssppppeeeecccciiiiffffiiiiccccaaaacccciiiioooonnnneeeessss ddddeeee uuuunnnn ccccoooonnnnvvvveeeerrrrttttiiiiddddoooorrrr AAAA////DDDD LLiinneeaarriiddaadd:: Es la desviación de los códigos de salida de la línea recta trazada entre el cero y el valor de plena escala. La mejor que se puede conseguir es +- 1 / 2 del bit menos significativo ( + - 1 / 2 L S B ) 11 Código de 10 salida 01 +-1/2LSB 00 Voltaje de Plena escala entrada M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EErrrroorreess ddee llooss ccoonnvveerrttiiddoorreess AA//DD • El error fundamental en una conversión es llamado error de cuantización. Este se debido a + la resolución del convertidor y no puede ser - menor de ½ LSB. • Hay tres fuentes de error en una conversión A/D: – Ruido, – Traslapamiento (Aliasing) – y tiempo de apertura M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EErrrroorreess ddee llooss ccoonnvveerrttiiddoorreess AA//DD •• EEll RRUUIIDDOO:: todas las señales tienen ruido, lo deseable es + ½ LSB que el valor de pico a pico del ruido sea menor que - . Esto significa que debemos escoger la resolución del convertidor apropiadamente o reducir el ruido de la señal Señal +Ruido Señal +Ruido VRuido +- ½½LLSSBB M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EErrrroorreess ddee llooss ccoonnvveerrttiiddoorreess AA//DD TTrraassllaappaammiieennttoo ((AAlliiaassiinngg)):: los errores debidos al “traslapamiento” son difíciles de cuantificar. Dependen de amplitud relativa de la señal a frecuencias abajo y arriba de la frecuencia de Nyquist. El diseño del sistema debe incluir un filtro paso bajo para atenuar las frecuencias de la señal arriba de la frecuencia de Nyquist. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores EErrrroorreess ddee llooss ccoonnvveerrttiiddoorreess AA//DD :: •• EErrrroorr ddee ttiieemmppoo ddee aappeerrttuuttrraa un error significativo en un sistema digitizador es debido a la variación de la señal durante el tiempo de apertura. • Un buen diseño deberá tener un incertidumbre ,∆V, menor que un bit menos significativo. • El tiempo de apertura necesario para reducir el error a + ½ LSB es: - 11 ttAAPP== nn 22 ΠΠ ffMMAAXX22 AAppeerrttuurraa ddeell AA//DD Apertura del A/D ∆V +½ LSB - tAP M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores SSaammppllee aanndd HHoolldd • En muchos convertidores A/D, el tiempo de apertura y el tiempo de conversión es lo mismo. El A/D está “observando” a la señal mientras está convirtiéndola SSeeññaall aannáállooggaa EEnnttrraaddaa +1 +1 +1 +1 ssoosstteenniiddaa aannáállooggaa MMuueessttrreeoo M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Escogiendo un convertidor A/D •• EEll ddiisseeññaaddoorr ddeebbee eessccooggeerr:: –– EEll nnúúmmeerroo ddee bbiittss oo rreessoolluucciióónn yy llaa vveelloocciiddaadd oo ttiieemmppoo ddee ccoonnvveerrssiióónn ddeell ccoonnvveerrttiiddoorr.. –– EEll ttiippoo ddee ccóóddiiggoo ddiiggiittaall ddee ssaalliiddaa ddeell ccoonnvveerrttiiddoorr.. –– EEll ttiieemmppoo ddee aappeerrttuurraa ddeebbee sseerr ccaallccuullaaddoo yy ttoommaarr llaa ddeecciissiióónn ddee iinncclluuiirr oo nnoo uunn ssaammppllee-- hhoolldd yy uunn ffiillttrroo aannttiiaalliiaass eenn eell ssiisstteemmaa.. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Escogiendo un convertidor A/D •• HHaayy ddooss ffoorrmmaass ppaarraa eessccooggeerr llaa rreessoolluuccííóónn ddeell AADDCC:: –– LLaa pprriimmeerraa eess eennccoonnttrraarr eell rraannggoo ddiinnáámmiiccoo ddee llaa sseeññaall ddee eennttrraaddaa yy eessccooggeerr eell nnúúmmeerroo ddee bbiittss bbaassaaddoo eenn ééssttee.. •• EEll rraannggoo ddiinnáámmiiccoo ddee ccuuaallqquuiieerr sseeññaall eess ddeeffiinniiddoo ccoommoo:: VVMMAAXX RRaannggoo DDiinnáámmiiccoo== VVRRuuiiddoo DDoonnddee:: VVMMAAXX eess eell VVaalloorr mmááxxiimmoo ddee llaa sseeññaall ddee eennttrraaddaa VVRRUUIIDDOO eess eell vvaalloorr ddeell rruuiiddoo NNooss gguussttaarrííaa qquuee eell rruuiiddoo eessttee ddeennttrroo ddeell + ½½LLSSBB,, yy ppaarraa qquuee eessttoo - sseeaa vveerrddaadd,, eell nnúúmmeerroo ddee bbiittss eess:: VV MMAAXX NN>>== lloogg 22 VV RRuuiiddoo M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Escogiendo un convertidor A/D –– LLaa oottrraa mmaanneerraa ddee eessccooggeerr eell nnúúmmeerroo ddee bbiittss ddee uunn AADDCC,, eess bbaassaaddaa eenn llaa rreessoolluucciióónn rreeqquueerriiddaa eenn llaa sseeññaall .. •• AAqquuíí ,, VV eess llaa rreessoolluucciióónn rreeqquueerriiddaa ,, yy ddeetteerrmmiinnaa eell MMIINN nnúúmmeerroo ddee bbiittss VV MMAAXX NN>>== lloogg 22 VV MMIINN M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DEL ADC0804 (cid:137)(cid:137) RReessoolluucciióónn DDee 88 BBiittss (cid:137)(cid:137) HHaabbiilliiddaadd DDee CCoonneexxiióónn DDiirreeccttaa AAll BBuuss DDeell MMiiccrroopprroocceessaaddoorr (cid:137)(cid:137) TTiieemmppoo DDee CCoonnvveerrssiióónn <<110000µµss (cid:137)(cid:137) EEnnttrraaddaa DDee VVoollttaajjee DDiiffeerreenncciiaall (cid:137)(cid:137) EEnnttrraaddaass YY SSaalliiddaass CCoommppaattiibblleess CCoonn TTTTLL´´ss (cid:137)(cid:137) GGeenneerraaddoorr DDee RReelloojj DDeennttrroo DDeell CChhiipp (cid:137)(cid:137) RRaannggoo DDee VVoollttaajjee DDee EEnnttrraaddaa DDee 00vv AA 55vv((uunnaa SSoollaa FFuueennttee DDee ++55vv)) (cid:137)(cid:137) NNoo RReeqquuiieerree AAjjuussttee DDee CCeerroo M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Diagrama de bloques de un convertidor A/D de aproximaciones sucesivas típico como un circuito integrado Entrada Analógica CCoonnvveertritdidoor rD D/A/A RReeff MSB + - MSB BBuufffeferr SALIDA tri-state DIGITAL tri-state LSB Comparador Registro de Registro de AApproroxximimaaccioionneess LSB Sucesivas Sucesivas Clock Start SAR Clock SAR DATA READY O BUSY UUnn ppuullssoo eenn SSTTAARRTT iinniicciiaa eell pprroocceessoo ddee ccoonnvveerrssiióónn yy ddeesshhaabbiilliittaa eell bbuuffffeerr ttrrii--ssttaattee ddee ssaalliiddaa.. AAll ffiinnaall ddeell ppeerriiooddoo ddee ccoonnvveerrssiióónn.. SSee aaccttiivvaa llaa ssaalliiddaa DDAATTAA RREEAADDYY yy llaa ssaalliiddaa ddiiggiittaall qquueeddaa ddiissppoonniibbllee eenn eell bbuuffffeerr ddee ssaalliiddaa.. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores PPaarr uuttiilliizzaarr uunn AADDCC ccoonn uunn mmiiccrroopprroocceessaaddoorr,, ééssttee ddeebbee rreeaalliizzaarr lloo ssiigguuiieennttee:: 11..--EEnnvviiaarr uunn ppuullssoo aa llaa tteerrmmiinnaall SSTTAARRTT..EEssttaa ppuueeddee sseerr ddeerriivvaaddaa ddee uunnaa sseeññaall ddee ccoonnttrrooll ttaall ccoommoo llaa ““wwrriittee”” ((WWRR)).. 22..-- EEssppeerraarr hhaassttaa eell ffiinnaall ddee llaa ccoonnvveerrssiióónn.. EEll ffiinnaall ddeell ppeerriiooddoo ddee ccoonnvveerrssiióónn ppuueeddee sseerr vveerriiffiiccaaddoo yyaa sseeaa cchheeccaannddoo eell ssttaattuuss ((ppoolllliinngg)) oo uussaannddoo iinntteerrrruuppcciioonneess.. 33..--LLeeeerr llaa sseeññaall ddiiggiittaall ppoorr uunn ppuueerrttoo ddee eennttrraaddaa M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CONEXIÓN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR BUSES DEL SISTEMA BUSES DEL SISTEMA 20 1 CS V+ 150 pF 19 CLK R 2 RD 10K 4 3 WR CLK IN 6 5 Vin(+) INTR Entrada Diferencial 7 11 µPROCESADOR DB7 Vin(-) µPROCESADOR 8 AGND 9 Vref/2 DB0 10 DGND 18 EEll AADDCC00880044 ddee NNaattiioonnaallSSeemmiiccoonndduuccttoorr ttiieennee iimmpplleemmeennttaaddaass ttooddaass llaass sseeññaalleess ddee ccoonnttrrooll nneecceessaarriiaass ppaarraa ccoonneeccttaarrssee aa uunn mmiiccrroopprroocceessaaddoorr M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Inicio de la conversión UUnnaa ccoonnvveerrssiióónn iinniicciiaa aaccttiivvaannddoo llaass sseeññaalleess CCSS yy WWRR.. YY aall ffiinnaall ddee llaa ccoonnvveerrssiióónn,, eell ccoonnvveerrttiiddoorr ggeenneerraa uunnaa sseeññaall IINNTTRR (( ssiimmiillaarr aall DDAATTAA RREEAADDYY)).. EEssttaa sseeññaall ppuueeddee uussaarrssee ppaarraa iinntteerrrruummppiirr aall pprroocceessaaddoorr iinnddiiccáánnddoollee qquuee eell bbyyttee ddee ddaattoo eessttáálliissttoo yy qquuee yyaa ppuueeddee sseerr lleeííddoo.. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Habilitación de la salida y reset de INTR EEll pprroocceessaaddoorr lleeee eell bbyyttee aaccttiivvaannddoo llaa sseeññaall RRDD yy ppuueeddee iinniicciiaarr ccoonn llaa ssiigguuiieennttee ccoonnvveerrssiióónn ssii ffuueerraa nneecceessaarriiaa.. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Entradas analógicas del ADC0804 Vin (+) Vin (+) Entrada + Entrada + analógica analógica - - Vin (-) Vin (-) AADDCC00880044 AADDCC00880044 (a) para detectar una entrada de 0 a+5 volts. (b) para detectar una entrada con un desvío respecto a tierra M.C. Carlos E. Canto Quintal
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