INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE FELIPE CARRILLO PUERTO

Ingeniería En Sistemas Computacionales

Principios Eléctricos y sus Aplicaciones Digitales (PEAD)

Unidad 3: Investigación

Investigación 3U

Profesor:

Niels Henryk Aranda CuevasIntegrantes:

Angel Felipe Suaste TuzCarla Balam MéndezLuis Antonio Chan ChucMiriam Candelaria Poot PechBella Areli Pérez Gómez.Irving Saúl Che Canul

AULA: J-4 GRUPO: B

3.1 ANALÓGICO DIGITAL A/D (ADC)

1.Es un dispositivo electrónico que convierte una entrada analógica. Su codificación puede ser binario o complemento de dos binarios. Puede ser expresado en bits; la resolución puede también ser definida eléctricamente y expresarse en volts.

2. La conversión analógica-digital (CAD) o digitalización consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas.

Bibliografía: FRIES, Bruce y FRIES, Marty. Audio digital práctico. Ed. Anaya Multimedia. 2005

Tipos de convertidores Analógico / Digitales

1. Convertidor Analógico/Digital Flash o Paralelo

Es donde la tensión analógica sobrepasa a la tensión de referencia de un comparador y se genera un nivel Alto(a).

ADC de aproximaciones sucesivas

Es el que sigue en menor tiempo de conversión al convertidor con método Flash.

ADC de contador de rampa en escalera.

En este se emplea un DAC y un contador binario para generar el valor digital correspondiente a una entrada analógica.

ADC de rastreo o seguimiento

Se utiliza un contador ascendente / descendente. El contador no se pone a cero después de cada muestreo sino que sigue a la entrada analógica.

ADC de pendiente simple

El convertidor de pendiente simple no requiere un DAC. Se utiliza un generador de rampa lineal para generar una tensión de referencia de pendiente constante.

ADC de doble pendiente

Su funcionamiento es similar al de pendiente simple, excepto en que se utiliza una rampa de pendiente variable y otra de pendiente fija. Se utiliza un generador de rampa (integrador), A1, para generar las características de pendiente doble.

2.Los convertidores A/D se pueden clasificar básicamente en los siguientes tipos:

CONVERTIDORES REALIMENTADOS

ESCALERAConsta de un D/A en el que la entrada es un contador. La entrada RST al contador es la de inicio de cuenta. El amplificador es un circuito comparador. Su funcionamiento no es el de un amplificador lineal, sino que está fabricado para comparar V+ con V- como lo hace un amplificador operacional, llevando al amplificador a saturación positiva o negativa. Tiene con él dos diferencias: en primer lugar es más rápido y además trabaja en niveles compatibles con TTL. Es decir su forma de trabajo es:

Si V+>V- sat. positiva y Vo=5V Si V+<V- sat. negativa y Vo=0V

SEGUIMIENTOEn este circuito, la puerta se sustituye por el efecto de un contador ascendente descendente.

APROXIMACIONES SUCESIVAS

En este circuito, se sustituye el contador por un registro de aproximaciones sucesivas (RAS). La idea de este circuito es lograr llegar al valor final, sin tener que recorrer todos los anteriores. Para ello, se pretende conocer en cada ciclo de reloj el valor de un bit. En primer lugar el valor del bit más significativo Dn-1, después el Dn-2 y así sucesivamente.

La principal ventaja que presenta este dispositivo frente a otros es que se necesita un ciclo de reloj por cada bit. Por ello, para 12 bits sólo son necesarios 12 ciclos de reloj. La base de este A/D es un R.A.S. que esté

diseñado a partir de un registro de

desplazamiento cuyo funcionamiento sea el siguiente:

CONVERTIDORES DE INTEGRACIÓNDe simple rampa

Se hace la conversión en un sólo paso. Disponemos de un integrador y la tensión VIN debe ser positiva (unipolar). Cuando SC=1, entonces: 1. Se cierra el interruptor cortocircuitando el condensador C, de manera que se descarga a través de la RON del interruptor. 2. Se resetea el contador colocándolo a cero. 3. La unidad de control permite que la señal de reloj llegue al contador. Para ello coloca a 1 la tercera entrada de la puerta AND. Tras estos pasos el integrador comienza en cero y como VIN es positivo, la salida del amplificador estará en saturación positiva. Con ello, a la salida del comparador tendremos un 1 lógico, lo cual permitirá que la señal de reloj CLK alcance al

contador. A medida que se carga el condensador aumenta el valor de salida del integrador VI. Esto continua igual hasta que en un momento determinado VIN es mayor o igual que VI lo que hace que el comparador se sature negativamente, y por tanto, VC = 0.

DOBLE RAMPALos convertidores de este tipo son lentos: unas 30-40 conversiones por segundo, es decir de 30-40 mseg lo cual permite que el oscilador se muy sencillo del tipo RC. Este convertidor es útil ya que además de tener una dependencia baja de la salida con la entrada, permite conseguir alta resolución (24 bits o algo más). Sin embargo esta alta resolución puede presentar problemas de deriva u offset que se resuelva mediante una tercera rampa (7109). Su idea básica es medir la deriva en la primera fase poniendo la entrada a cero y añadiendo esta deriva mediante un sumador en el resto del circuito. Se añade, por tanto, un tiempo previo al primero que es un ajuste de cero del A/D. Por otra parte, si VA<0 se necesitará que VREF sea positiva. El 7109 permite ambos signos en la entrada mediante un selector del signo de la tensión de referencia dependiendo del de la entrada.

Tensión-FrecuenciaEn este tipo de convertidor se realiza una conversión de la señal analógica de entrada a frecuencia, midiéndose después el valor de la misma (antes la convertíamos en tiempo). Este circuito, por tanto, tendrá dos partes bien distintas: la primera convierte la señal a frecuencia y la segunda mide esa frecuencia.

La primera parte del circuito será:

La segunda parte de este convertidor será un frecuencímetro. Básicamente consiste en contar el número de pulsos que llegan a partir de un patrón de tiempo. Por tanto el convertidor completo será:

Convertidor paralelo

Se trata de un convertidor excepcionalmente rápido pero muy complejo desde el punto de vista del circuito. Su estructura tiene dos partes. En el primer nivel aparecen un conjunto de comparadores en donde, si el codificador tiene a la salida n niveles, necesitamos 2^n comparadores a la entrada (para 8 bits se necesitan 256 comparadores). Las tensiones de referencia son todos múltiplos de la tensión del LSB. Por ejemplo, si tenemos 8 bits, con una tensión de 10 V, el LSB será:

El funcionamiento de este comparador es simple: todos aquellos comparadores en los que VIN sea mayor que su tensión de referencia estará en saturación positiva mientras que los demás no. El segundo nivel es un codificador que convierte las 2^n entradas en n salidas. Ahora conseguimos que la conversión sea instantánea. Sus principales aplicaciones son en vídeo.

Bibliografía: J.I.Escudero, M.Parada, F.Simón

Aplicaciones de Analógico Digital

Se aplican en:

Mediciones industriales, mediciones con termocuplas, Resistencia Dependiente de la Temperatura, audio, diagnóstico por imágenes por ultrasonido, comunicaciones, etc.

3.2 DIGITAL-ANALÓGICO (DAC)

1. Un conversor digital-analógico es un dispositivo que convierte un código digital en una señal analógica.

2. Se llaman así a los sistemas que convierten señales digitales a señales analógicas, esto es una palabra digital a una tensión o corriente continua

Tipos de Digital Analógico

Convertidor Con Ponderación Binaria (DAC Simple)

Este tipo de convertidor es simple y trabajan en paralelo, pero su principal desventaja es el gran número de resistencias de distinto valor que se necesitan.

DAC R-2R

Aplicaciones más significativas de D/A son:

1. aplicacion

1.      En instrumentación digital, para propósitos de graficación.

2.      En control por computadoras para procesos febriles y de experimentación.

3.      En comunicaciones especialmente en lo que se refiere a telemetría.

4.      En controles de velocidad y de posición.

2. En primer lugar hay que decir que en la arquitectura interna de algunos A/D es necesario un D/A. Pero además el convertidor D/A tiene por sí sólo una utilidad importante en los sistemas de telefonía digital o cuando se quieren procesar señales mediante un procesado digital para manipularlas de alguna forma: por ejemplo cambiar el tono de una señal de voz. El sistema completo (menos los filtros) será el siguiente:

El A/D y D/A pueden venir juntos en un sólo circuito que se le llama CODEC e igualmente, si la ROM es pequeña puede venir en el DSP.Otra aplicación de un D/A es en generación de señales. En esta aplicación se trata de obtener una señal de salida que siga un patrón determinado. El esquema de un generador de señal con un D/A es el siguiente:

En cada posición de la ROM está guardado de forma digital un "pedazo" de la señal de forma que con el contador se va a cada una de las posiciones de la memoria que son lanzados al D/A de forma secuencial generándose la señal. Esta puede ser de cualquier tipo (seno, de voz, etc.). En el caso de la generación de señal de voz se le llama sintetizador de voz programada.Otras aplicaciones de los D/A son las tarjetas gráficas de los ordenadores y como elemento de control en aplicaciones de tipo industrial, para elementos de control continuo.La estructura general que presenta un convertidor D/A es la siguiente:

En donde el LATCH es necesario para que el valor digital de la entrada permanezca en ésta el tiempo necesario para que la conversión se lleve a cabo con normalidad. Sin embargo, no siempre es ésta la estructura necesaria. En algunas ocasiones los convertidores no poseen el LATCH, o por el contrario no tienen el amplificador de salida, o la red de resistencias no Tiene fuente de alimentación de referencia, etc., en esos casos habrá que colocárseloExternamente. Nos centramos ahora en el estudio de la red de resistencias. Sabemos que el convertidor nos va a facilitar una salida que será proporcional al dato digital de entrada y a la tensión deReferencia V0 = DxV refDonde Dx es el valor digital normalizado a la unidad, y por tanto está comprendido en [0,1).Si tenemos 8 bits para Dx, el valor mínimo será 1/28 = 1/256 y Dx será siempre un múltiplo deEste valor mínimo. Por tanto, los valores posibles son:0, 1/256, 2/256, 3/256,....., 255/256. Que se puede expresar en la forma:

3. D x= k.1/2nPor tanto, Dx tomará los valores comprendidos en [0, (2n-1)/2n].Por otro lado la tensión de referencia Vref debe cumplir dos condiciones: debe ser precisa (su valor se debe conocer con mucha precisión) y debe ser estable frente al tiempo y frente a la temperatura.

Bibliografia: asser, stuart m. alli ali, microcomputer theory and servicing, maxwell macmillan, 1993, new york, usa.

Conclusiones

Luis Antonio Chan Chuc.- En esta tema de convertidores, comprendí que hay muchas formas o tipos de conversión, estas pueden ser de analógico

digital (que convierten la entrada analógico) o de digital analógico (que convierte el código digital a una señal analógica); en si los conversores tienen como función de transformar una señal analógica a su equivalencia digital y vice versa, gracias a estos componentes hoy en día se puede contar con mejores sistemas de conversión. Algunos ejemplos de conversores son: ADC flash, ADC de contador de rampa en escalera, ADC de pendiente simple, DAC Simple, DAC 2-R2, entre otros, depende del tipo de conversión que se necesite el tipo de convertidor que se utilizara.

Bella Pérez.- Existen diversas formas de conversión de los analógicos digital y los digital analógicos las cuales llevan a la aplicación diversas fórmulas las cuales son de utilidad para la conversión; son tres tipos de analogía digital (realimentado, integradores y paralelo) la cuales tienen diversas utilidades, en algunos llevan una sucesión de pasos para la resolución del contador, otros utilizan para la comprobación llevando a los amplificadores a saturación positiva o negativa.

Angel Felipe Suaste Tuz.- Realmente para esta unidad como todo fue teórico no puedo hablar mucho de ello, sin embargo lo que si me queda claro que las conversiones ya sea de Digital a Analógico o viceversa tienen muchas aplicaciones en el mundo actual, como en la industria, en la medicina y en el área de computadoras en fin.

Para terminar, un convertido A/D convierte señal analógica a digital y un D/A convierte la señal digital a analógica.

Carla Balam Méndez.- La aplicación de los convertidores es bastante amplio, realmente hablar y explicar cómo funcionan cada uno de los tipos de convertidores que existen, no sería posible dado que se necesita una práctica para que todos esos conceptos quedan lo suficientemente claros.

Lo que si tengo claro es que un convertidor A/D convierte la señal analógica en digital y un D/A convierte señal digital en analógica.

Irving Saúl Che Canul. - Este tema tiene mucha relación con los convertidores, conocimos los diferentes tipos de convertidores, los convertidores analógico-digitales convierten una señal analógica en una forma digital o gráfica, la digital-analógica revierte este proceso o lo realiza de forma inversa convirtiendo, ejemplos de convertidores mencionados como, DAC Simple, DAC 2-R2, ADC flash, la diversidad de convertidores es amplia y dependiendo de nuestras necesidades podemos elegir el más óptimo para utilizar.

Las señales con la cuales funcionan son pulsos eléctricos los cuales son transformadas en señales en las cuales puedan ser interpretadas.