Convertidor Analogico Digital

CONVERTIDOR ANALGICO DIGITALCONVERTIDORCONVERTIDOR ANALANALGICO DIGITALGICO DIGITAL

SU CONEXIN Y APLICACIONESSU CONEXISU CONEXIN Y APLICACIONESN Y APLICACIONES

Microprocesadores Microprocesadores Convertidor Anlogo Digital

M.C. Carlos E. Canto Quintal

ConversiConversin Analn Analgica gica -- DigitalDigital

La conversin A/D es un proceso de cuantizacin en la cual una seal analgica es representada por su equivalente en estados binarios

La digitizacin de las seales tienen sus desventajas: La seal analgica nunca puede ser exactamente representada o

reconstruida. Siempre habr algo de error. Una seal digitizada , cuando se transmite por un canal de

comunicacin, requiere un ancho de banda mayor que la del canal original. Por ejemplo, un canal telefnico de voz anlogo requiere un ancho de banda de aproximadamente 4Khz pero su equivalente digital el canal es de 64 kbps



Tiempo de Tiempo de conversionconversion:: es el tiempo requerido para completar una conversin de la seal de entrada. Establece el lmite de la frecuencia ms alta de la seal que puede ser muestreada sin aliasing.

ResoluciResolucin :n : el nmero de bits del convertidor da la resolucin y por lo tanto la seal analga de entrada ms pequea para la cual el convertidor producir un cdigo digital. Puede ser dada en trminos de la seal de entrada de plena escala:

fMAX=1

2* tiempo de conversin

Resolucin = Seal de plena escala2 n

Frecuentemente la resolucin se da solo con el nmero de bits,n, o como un por ciento del mximo



Especificaciones de un convertidor A/DEspecificaciones de un convertidor A/D

Exactitud:Exactitud: la exactitud relaciona la seal ms pequea con la seal medida. La exactitud es dada como un por ciento y describe que tan cerca es la medicin del valor real

La seal es exacta dentro de = VRESOLUCINVSEALX100%




LinearidadLinearidad:: Es la desviacin de los cdigos de salida de la lnea recta trazada entre el cero y el valor de plena escala. La mejor que se puede conseguir es del bit menos significativo ( )

+-1/2LSB

01

10

11

00Plena escala

Voltaje de entrada

Cdigo de salida

+-1/2LSB+-1/2





Errores de los convertidores A/DErrores de los convertidores A/D

El error fundamental en una conversin es llamado error de cuantizacin. Este se debido a la resolucin del convertidor y no puede ser menor de LSB.

Hay tres fuentes de error en una conversin A/D: Ruido, Traslapamiento (Aliasing) y tiempo de apertura

+-




El RUIDO:El RUIDO: todas las seales tienen ruido, lo deseable es que el valor de pico a pico del ruido sea menor que . Esto significa que debemos escoger la resolucin del convertidor apropiadamente o reducir el ruido de la seal

+- LSB

Seal +RuidoSeal +Ruido

LSBLSB+-VRuido




TraslapamientoTraslapamiento ((AliasingAliasing):): los errores debidos al traslapamiento son difciles de cuantificar. Dependen de amplitud relativa de la seal a frecuencias abajo y arriba de la frecuencia de Nyquist. El diseo del sistema debe incluir un filtro paso bajo para atenuar las frecuencias de la seal arriba de la frecuencia de Nyquist.



V +- LSBApertura del A/DApertura del A/DApertura del A/D

Error de tiempo de Error de tiempo de apertutraapertutra:: un error significativo en un sistema digitizador es debido a la variacin de la seal durante el tiempo de apertura.

Un buen diseo deber tener un incertidumbre ,V, menor que un bit menos significativo.

El tiempo de apertura necesario para reducir el error a es:


tAPtAP ==11

2 2 ffMAXMAX 22nn

tAP

+- LSB



SampleSample andand HoldHold En muchos convertidores A/D, el tiempo de apertura y el

tiempo de conversin es lo mismo. El A/D est observandoa la seal mientras est convirtindola

+1+1+1+1Entrada Entrada ananlogaloga

Muestreo Muestreo

SeSeal al ananloga loga sostenida sostenida



Escogiendo un convertidor A/D

El diseEl diseador debe escoger:ador debe escoger: El nEl nmero de bits o resolucimero de bits o resolucin y la velocidad o n y la velocidad o

tiempo de conversitiempo de conversin del convertidor. n del convertidor. El tipo de cEl tipo de cdigo digital de salida del convertidor.digo digital de salida del convertidor. El tiempo de apertura debe ser calculado y tomar la El tiempo de apertura debe ser calculado y tomar la

decisidecisin de incluir o no un n de incluir o no un samplesample-- holdhold y un filtro y un filtro antialiasantialias en el sistema.en el sistema.




Hay dos formas para escoger la Hay dos formas para escoger la resolucresolucnn del ADC:del ADC: La primera es encontrar el rango dinLa primera es encontrar el rango dinmico de la semico de la seal de al de

entrada y escoger el nentrada y escoger el nmero de bits basado en mero de bits basado en steste..

El rango dinEl rango dinmico de cualquier semico de cualquier seal es definido como:al es definido como:VVMAXMAXVVRuidoRuido

Rango DinRango Dinmico=mico=

Donde: VDonde: VMAXMAX es el Valor mes el Valor mximo de la seximo de la seal de entrada al de entrada VVRUIDORUIDO es el valor del ruidoes el valor del ruido

Nos gustarNos gustara que el ruido este dentro del a que el ruido este dentro del LSB, y para que esto LSB, y para que esto sea verdad, el nsea verdad, el nmero de bits es:mero de bits es:

+-

N>= N>= loglog 22 VVMAXMAXVVRuidoRuido




La otra manera de escoger el nLa otra manera de escoger el nmero de bits de un ADC, es mero de bits de un ADC, es basada en la resolucibasada en la resolucin requerida en la sen requerida en la seal .al .

AquAqu , V, VMINMIN es la resolucies la resolucin requerida , y determina el n requerida , y determina el nnmero de bits mero de bits

N>= N>= loglog 22 VVMAXMAXVVMINMIN



CARACTERSTICAS MS IMPORTANTES DEL ADC0804

ResoluciResolucin De 8 Bitsn De 8 Bits Habilidad De ConexiHabilidad De Conexin Directa Al Bus Del n Directa Al Bus Del

MicroprocesadorMicroprocesador Tiempo De ConversiTiempo De Conversin

Diagrama de bloques de un convertidor A/D de aproximaciones sucesivas tpico como un circuito integrado

SALIDA DIGITAL

LSB

DATA READY O BUSY

+ -

Un pulso en START inicia el proceso de conversiUn pulso en START inicia el proceso de conversin y deshabilita el buffer n y deshabilita el buffer tritri--state de salida. Al final del periodo de conversistate de salida. Al final del periodo de conversin. Se activa la salida n. Se activa la salida DATA READY y la salida digital queda disponible en el buffer de DATA READY y la salida digital queda disponible en el buffer de salida. salida.

Registro de Aproximaciones

SucesivasSAR

Registro de Aproximaciones

SucesivasSAR

Convertidor D/AConvertidor D/A

ClockClock

RefRef

MSB

Comparador

Entrada Analgica MSB

LSB

Start

Buffertri-stateBuffer

tri-state



Par utilizar un ADC con un microprocesador, Par utilizar un ADC con un microprocesador, ste debe realizar lo ste debe realizar lo siguiente:siguiente:

1.1.--Enviar un pulso a la terminal Enviar un pulso a la terminal START.EstaSTART.Esta puede ser puede ser derivada de una sederivada de una seal de control tal como la al de control tal como la writewrite (WR).(WR).

2.2.-- Esperar hasta el final de la conversiEsperar hasta el final de la conversin. El final del periodo n. El final del periodo de converside conversin puede ser verificado ya sea n puede ser verificado ya sea checandochecando el el status (status (pollingpolling) o usando interrupciones.) o usando interrupciones.

3.3.--Leer la seLeer la seal digital por un puerto de entradaal digital por un puerto de entrada



CONEXIN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR

Entrada Diferencial

PROCESADORPROCESADOR

CS

RD

WR

INTR

DB7

DB0

1

2

3

11

5

18 DGND

AGND

Vref/2

Vin(+)

Vin(-)

CLK IN

CLK R

V+

10K

150 pF

10

9

8

7

6

4

19

20BUSES DEL SISTEMABUSES DEL SISTEMA

El ADC0804 de El ADC0804 de NationalNational Semiconductor tiene implementadas todas las Semiconductor tiene implementadas todas las seseales de control necesarias para conectarse a un microprocesadorales de control necesarias para conectarse a un microprocesador



Inicio de la conversin

Una conversiUna conversin inicia activando las sen inicia activando las seales CS y WR. Y al final de la conversiales CS y WR. Y al final de la conversin, el n, el convertidor genera una seconvertidor genera una seal INTR ( similar al DATA READY). Esta seal INTR ( similar al DATA READY). Esta seal puede usarse al puede usarse para interrumpir al procesador indicpara interrumpir al procesador indicndole que el byte de dato estndole que el byte de dato est listo y que ya puede listo y que ya puede ser leser ledo. do.



Habilitacin de la salida y reset de INTR

El procesador lee el byte activando la seEl procesador lee el byte activando la seal RD y puede iniciar con la siguiente al RD y puede iniciar con la siguiente conversiconversin si fuera necesaria.n si fuera necesaria.



ADC0804ADC0804

Entradas analgicas del ADC0804

(b) para detectar una entrada con un desvo respecto a tierra

+

-

Vin (+)

Vin (-)

Entrada analgica

(a) para detectar una entrada de 0 a+5 volts.

ADC0804ADC0804

+

-

Vin (+)

Vin (-)

Entrada analgica



Generacin de la seal de relojEl ADC0804 requiere un reloj para funcionar. El reloj puede ser externo, conectado a la terminal CLK IN o puede ser generado por un circuito RC.El rango de frecuencias del reloj permisibles est entre 100KHz y 1460 KHZ. Para que el tiempo de conversin sea menor es conveniente usar la frecuencia ms alta posibleSi el reloj se genera con un circuito RC, se utilizan las terminales CLK IN y CLK R conectadas con un circuito RC, como se muestra en la figura. La frecuencia del reloj se calcula con:

F= 11.1 RC CLK R

CLK IN

C

R

ADC0804ADC0804ADC0804ADC0804

CLK INosciladoroscilador



ADC0804 ADC0804

D0-D7

Bus de datosBus de datos

LM35 LM35

74LS13874LS138

CS

RD

WR

Z80

IORQ

WR

RD

IOWR

IORD

88h~8Fh

Con cualquiera de estas direcciones se activa el

ADC


ADC

INTR

INT

y0y1y2

D0-D7

10K

150 pF



CONEXIN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR Z-80

-+5V

IOWR

A7

ADC0804

1817161514131211

1

235

8

6

7

19

4

9

20

10

DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7

CS

RDWRINTR

AGND

VI+

VI-

CLKR

CLK

VREF

VCC

GND

SENSOR DE TEMPERATURALM35 PARA GRADOS CENTGRADOS ( 10 mV/C) CONENCAPSULADO TO-92

INT

APLICACIN DEL ADC0804 EN UN MEDIDOR DETEMPERATURA

+Vs

+5v

10k

74LS138

123

645

15141312111097

ABC

G1G2AG2B

Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

GND

BUS DE DIRECCIONES

Vout

+5v

88H-8FH

75 ohms

1K

BUS DE DATOS

Ntese que, ya que el ADC solo tiene un registro,no se requuiere ninguna lnea del bus dedirecciones para seleccin de registros, por lo tantono importa con que direccin se habilite su CS.

10uF

Visto deabajo

A2

16K

1 uF

f=1/1.1RC

A3A4

+

150pf

2K

IORD

A5A6



Interfase de un ADC0804 al Z80 para sensar temperatura y desplegarla en el LCD

ADC0804 ADC0804

Temperatura : 24 CPuerto A

PC5

PC7

RS E R/ W

D0-D7

Bus de datosBus de datos

LM35 LM35

74LS13874LS138

Implementado en prcticas anteriores

CS

RDWR

Z80

IORQ

WR

RD

IOWR

IORD

IOWR

IORD

88h~8Fh


ADC


ADC

LCD

INT

INTR

INT

PPI



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