Instituto Tecnolgico de Cerro Azul, Ver. INSTITUTO TECNOLGICO DE CERRO AZUL

CARRERA: ING. EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

4TO SEMESTRE

MATERIA: PRINCIPIOS ELECTRICOS Y APLICACIONES DIGITALES

ALUMNO:LIMA RAMIREZ EMANUEL

PROFESOR:ZAMORA GARZA SALVADOR

Instituto Tecnolgico de Cerro Azul, Ver.

IntroduccinEl desarrollo de los microprocesadores y procesadores digitales de seal (DSP), ha permitido realizar tareas que durante aos fueron hechas por sistemas electrnicos analgicos. Por otro lado, como que el mundo real es anlogo, una forma de enlazar las variables analgicas con los procesos digitales es a travs de los sistemas llamados conversores de analgico - digital (ADC- Analogue to Digital Converter) y conversores digital - analgico (DAC- Digital to Analogue Converter).

El objetivo bsico de un ADC es transformar una seal elctrica anloga en un nmero digital equivalente. De la misma forma, un DAC transforma un nmero digital en una seal elctrica anloga.Esta funcin exige que los pasos intermedios se realicen de forma ptima para no perder informacin. Segn el tipo de componente y su aplicacin existen distintos parmetros que lo caracterizan, stos pueden ser: la velocidad de conversin, la resolucin, los rangos de entrada, etc. Por ejemplo, una mayor cantidad de bit, implica mayor precisin, pero tambin mayor complejidad. Un incremento en un solo bit permite disponer del doble de precisin (mayor resolucin), pero hace ms difcil el diseo del circuito, adems, la conversin podra volverse ms lenta.

Dentro de las de aplicaciones de estos sistemas est el manejo de seales de vdeo, audio, los discos compactos, instrumentacin y control industrial.

3.1 Analgico / Digital La salida de los sensores, que permiten al equipo electrnico interaccionar con el entorno, es normalmente una seal analgica, continua en el tiempo. En consecuencia, esta informacin debe convertirse a binaria (cada dato analgico decimal codificado a una palabra formada por unos y ceros) con el fin de adaptarla a los circuitos procesadores y de presentacin. Un convertidor analgico-digital (CAD) es un circuito electrnico integrado cuya salida es la palabra digital resultado de convertir la seal analgica de entrada. La conversin a digital se realiza en dos fases: cuantificacin y codificacin. Durante la primera se muestrea la entrada y a cada valor analgico obtenido se asigna un valor o estado, que depende del nmero de bits del CAD. El valor cuantificado se codifica en binario en una palabra digital, cuyo nmero de bits depende de las lneas de salida del CAD. Estos dos procesos determinan el diseo del circuito integrado. En la prctica, el proceso de conversin est sujeto a numerosas limitaciones resultado de los procesos de fabricacin. Las ms relevantes son el tiempo de conversin y la finitud del nmero de estados de salida. La conversin involucra un tiempo y, en consecuencia, supone una incertidumbre que limita la velocidad mxima de la entrada. Los valores discretos del proceso de cuantificacin llevan consigo un error y una limitacin de resolucin del circuito. La eleccin del CAD en un diseo electrnico depender de la adaptacin de sus rasgos a los requerimientos de la aplicacin.A nivel de elemento de circuito, el A/D se caracteriza por una entrada analgica, una salida digital y varias seales de control y alimentacin.

Las seales de control ms importantes y caractersticas son: SC (Start Conversion) y EOC (End Of Conversion). La primera es una entrada que requiere el circuito para que comience la conversin que durar un tiempo que a veces es conocido de antemano y otras veces no. La seal EOC es la que indica al circuito o microprocesador donde estn entrando las seales digitales, cundo ha terminado la conversin. Es por tanto una seal de salida. El elemento de salida del A/D es un latch o registro donde se almacena el dato. Este permanecer almacenado o cambiar controlado por unas entradas de Enable y Chip Select del latch.3.1.1 TiposLos convertidores A/D ms usuales son los siguientes tipos: De aproximaciones sucesivas: Es el empleado ms comnmente, apto para aplicaciones que no necesitan grandes resoluciones ni velocidades. Debido a su bajo coste se suele integrar en la mayora de microcontroladores permitiendo una solucin de bajo coste en un nico chip para numerosas aplicaciones de control. El conversor realiza una bsqueda dicotmica del valor presente en la entrada. Su principal carencia es el elevado tiempo de conversin necesario.

Flash: este conversor destaca por su elevada velocidad de funcionamiento. Est formado por una cadena de divisores de tensin y comparadores, realizando la conversin de manera inmediata en una nica operacin. Su principal desventaja es el elevado costo.

Sigma-delta: Tienen una velocidad mxima de conversin baja pero a cambio poseen una relacin seal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

Otros tipos de conversores igualmente utilizados son: rampa, doble-rampa, etc.3.1.2 Ejemplos y aplicacionesEl funcionamiento de un A/D es muy simple: se inicia la conversin cuando la seal SC pasa a 1. El A/D comienza la conversin y avisa cundo termina mediante una bajada a 0 del EOC. Generalmente esta seal EOC est directamente conectada a una seal de interrupcin del microprocesador lo que permite desatenderla. Si no es as, habr que utilizar una tcnica para la lectura continua de la lnea EOC que permita detectar el momento de la bajada. La forma ms sencilla de conectar el A/D al circuito que va a recoger los datos es cuando ste es un microcomputador que consta de puertos de entrada/salida.

Una de las lneas de un puerto es configurado como salida y sirve para la seal SC. Otra es configurada como entrada y recibe la seal EOC. Las lneas de salida de los datos son conectadas a otro puerto. Pero dependiendo del nmero de salidas que tenga el A/D, as tendr que ser el puerto de entrada. Puede ocurrir que tenga 8 salidas y entonces entrarn en un puerto de 8 lneas del microcomputador. Pero si por ejemplo tiene 12 lneas habr varias formas en que se podr hacer la conexin que no est normalizada y depende por tanto del fabricante. 3.2 Digital / AnalgicoEn el mundo real las seales analgicas varan constantemente, pueden variar lentamente como la temperatura o muy rpidamente como una seal de audio. Lo que sucede con las seales analgicas es que son muy difciles de manipular, guardar y despus recuperar con exactitud.Si esta informacin analgica se convierte a informacin digital, se podra manipular sin problema. La informacin manipulada puede volver a tomar su valor analgico si se desea con un DAC (convertidor Digital a Analgico). Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensin, que tiene una tensin de referencia estable y fija como entrada. Hay que definir que tan exacta ser la conversin entre la seal analgica y la digital, para lo cual se define la resolucin que tendr.En la siguiente figura se representa un convertidor Digital - Analgico de 4 bits. cada entrada digital puede ser slo un 0 o un 1. D0 es el bit menos significativo (LSB) y D3 es el ms significativo (MSB).

El voltaje de salida analgica tendr uno de 16 posibles valores dados por una de las 16 combinaciones de la entrada digital. Los procesos de conversin de seales digitales a analgicas (D/A) y viceversa (A/D) son esenciales en interfaces de equipos electrnicos para medida y control basados en microprocesadores. La siguiente figura muestra un equipo en lnea en el que se aprecia la situacin de los convertidores.

Esta cadena capta las seales de inters (en su mayora analgicas) por mediacin de los sensores. Un multiplexor analgico conduce sus seales hacia los bloques de acondicionamiento y filtrado. Posteriormente se realiza el filtro paso-baja del ruido de frecuencias superiores a las de inters, y despus se produce el proceso de conversin a digital. A partir de la seal binaria, el microprocesador enva datos, seales de control y salidas (todos en forma binaria). stas ltimas suelen convertirse en analgicas si as lo requiere la aplicacin. Un multiplexor analgico de salida permite disponer de ellas segn las seales de control aplicadas.En primer lugar hay que decir que en la arquitectura interna de algunos A/D es necesario un D/A. Pero adems el convertidor D/A tiene por s slo una utilidad importante en los sistemas de telefona digital o cuando se quieren procesar seales mediante un procesado digital para manipularlas de alguna forma: por ejemplo cambiar el tono de una seal de voz. El sistema completo (menos los filtros) ser el siguiente:

El A/D y D/A pueden venir juntos en un slo circuito que se le llama CODEC e igualmente, si la ROM es pequea puede venir en el DSP. Otra aplicacin de un D/A es en generacin de seales. En esta aplicacin se trata de obtener una seal de salida que siga un patrn determinado. El esquema de un generador de seal con un D/A es el siguiente:

En cada posicin de la ROM est guardado de forma digital un pedazo de la seal 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 generndose la seal. Esta puede ser de cualquier tipo (seno, de voz, etc). En el caso de la generacin de seal de voz se le llama sintetizador de voz programada. Otras aplicaciones de los D/A son las tarjetas grficas 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 sta el tiempo necesario para que la conversin se lleve a cabo con normalidad. Sin embargo, no siempre es sta 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 alimentacin de referencia, etc., en esos casos habr que colocrselo externamente.ESPECIFICACIONES DACSe dispone de una amplia variedad de DAC como circuitos integrados o bien como paquetes encapsulados autocontenidos. Uno debe estar familiarizado con las especificaciones ms importantes de los fabricantes a fin de evaluar un DAC en una determinada aplicacin. Resolucin Como se mencion antes, la resolucin porcentual de un DAC depende nicamente del nmero de bits. Por esta razn, los fabricantes por lo general especifican una resolucin de DAC como el nmero de bits. Un DAC de 10 bits tiene una resolucin ms sensible (mayor exactitud) que uno de 8 bits. Precisin Los fabricantes de DAC tienen varias maneras de especificar la precisin o exactitud. Las dos ms comunes se las llama Error de Escala Completa y Error de Linealidad, que normalmente se expresan como un porcentaje de la salida de escala completa del convertidor (%FS). El error de escala completa es la mxima desviacin de la salida del DAC de su valor estimado (terico).

E1 error de linealidad es la desviacin mxima en el tamao de etapa del terico. Algunos de los DAC ms costosos tienen errores de escala completa y de linealidad en el intervalo 0.01% - 0.1%. Tiempo de respuesta La velocidad de operacin de un DAC se especifica como tiempo de respuesta, que es el tiempo que se requiere para que la salida pase de cero a escala completa cuando la entrada binaria cambia de todos los ceros a todos los unos. Voltaje de balance En teora, la salida de un DAC ser cero voltios cuando la entrada binaria es todos los ceros. En la prctica, habr un voltaje de salida pequeo producido por el error de desbalance del amplificador del DAC. Este desplazamiento es comnmente 0.05% FS. Casi todos los DAC con voltaje tendrn una capacidad de ajuste de balance externo que permite eliminar el error de desbalance.

3.2.1 Aplicaciones Los DAC se utilizan siempre que la salida de un circuito digital tiene que ofrecer un voltaje o corriente analgico para impulsar o activar un dispositivo analgico. Algunas de las aplicaciones ms comunes se describen a continuaciones. Control: la salida digital de una computadora puede convertirse en una seal de control analgica para ajustar la velocidad de un motor, la temperatura de un horno o bien para controlar casi cualquier variable fsica. Anlisis automtico: las computadoras pueden ser programadas para generar las seales analgicas (a travs de un DAC) que se necesitan para analizar circuitos analgicos. La respuesta de salida analgica del circuito de prueba normalmente se convertir en valor digital por un ADC y se alimentar a la computadora para ser almacenada, exhibida y algunas veces analizada. Control de amplitud digital: un DAC multiplicativo se puede utilizar para ajustar digitalmente la amplitud de una seal analgica. Recordemos que un DAC multiplicativo produce una salida que es el producto de un voltaje de referencia y la entrada binaria. Si el voltaje de referencia es una seal que vara con el tiempo, la salida del DAC seguir esta seal, pero con una amplitud determinada por el cdigo de entrada binario. Una aplicacin normal de esto es el control de volumen digital, donde la salida de un circuito o computadora digital puede ajustar la amplitud de una seal de audio. Convertidores A/D: varios tipos de convertidores A/D utilizan DACs que son parte de sus circuitos.