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Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CONVERTIDOR ÓGICO DIGITAL CONVERTIDORANAL ANALÓGICO DIGITAL SU ÓN YYAPLICACIONES SUCONEXI CONEXIÓN APLICACIONES M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Conversión Analógica - Digital • • 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 Especificaciones de un convertidor A/D • Tiempo de conversion: 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”. fMAX= 1 2* tiempo de conversión • Resolución : 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: Resolución = Señal de plena escala 2n 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 Especificaciones de un convertidor A/D Exactitud: 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 La señal es exacta dentro de = VRESOLUCIÓN VSEÑAL X100% M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Especificaciones de un convertidor A/D Linearidad: 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 ( +-1/2LSB ) 11 Código de 10 salida 01 +-1/2LSB 00 Voltaje de entrada Plena escala M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Errores de los convertidores A/D • El error fundamental en una conversión es llamado error de cuantización. Este se debido a +- del convertidor y no puede ser la resolución 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 Errores de los convertidores A/D • El RUIDO: todas las señales tienen ruido, lo deseable es + que el valor de pico a pico del ruido sea menor que - ½ LSB . Esto significa que debemos escoger la resolución del convertidor apropiadamente o reducir el ruido de la señal Señal Señal+Ruido +Ruido +- ½ LSB VRuido M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Errores de los convertidores A/D Traslapamiento (Aliasing): 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 Errores de los convertidores A/D • Error de tiempo de apertutra: 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: tAP = 1 n 2 Π fMAX 2 n Apertura Aperturadel delA/D A/D ∆V +- ½ LSB tAP M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Sample and Hold • 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 Entrada aná análoga +1 +1 +1 +1 Señ Señal aná análoga sostenida Muestreo M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Escogiendo un convertidor A/D • El diseñador debe escoger: – El número de bits o resolución y la velocidad o tiempo de conversión del convertidor. – El tipo de código digital de salida del convertidor. – El tiempo de apertura debe ser calculado y tomar la decisión de incluir o no un sample- hold y un filtro antialias en el sistema. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Escogiendo un convertidor A/D • Hay dos formas para escoger la resolucíón del ADC: – La primera es encontrar el rango dinámico de la señal de entrada y escoger el número de bits basado en éste. • El rango dinámico de cualquier señal es definido como: Rango Diná Dinámico= VMAX VRuido Donde: VMAX es el Valor má máximo de la señ señal de entrada VRUIDO es el valor del ruido Nos gustarí gustaría que el ruido este dentro del +- ½ LSB, y para que esto sea verdad, el nú número de bits es: N>= log 2 VMAX VRuido M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Escogiendo un convertidor A/D – La otra manera de escoger el número de bits de un ADC, es basada en la resolución requerida en la señal . • Aquí , VMIN es la resolución requerida , y determina el número de bits VMAX N>= log 2 VMIN M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DEL ADC0804 Resolución De 8 Bits Habilidad De Conexión Directa Al Bus Del Microprocesador Tiempo De Conversión <100µs Entrada De Voltaje Diferencial Entradas Y Salidas Compatibles Con TTL´s Generador De Reloj Dentro Del Chip Rango De Voltaje De Entrada De 0v A 5v(una Sola Fuente De +5v) No Requiere Ajuste De Cero 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 Ref Ref Convertidor ConvertidorD/A D/A MSB - + Comparador Start MSB Registro Registrode de Aproximaciones Aproximaciones Sucesivas Sucesivas SAR SAR LSB Buffer Buffer tri-state tri-state SALIDA DIGITAL LSB Clock Clock DATA READY O BUSY Un pulso en START inicia el proceso de conversió conversión y deshabilita el buffer tristate de salida. Al final del periodo de conversió tri conversión. Se activa la salida DATA READY y la salida digital queda disponible en el buffer de salida. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Par utilizar un ADC con un microprocesador, éste debe realizar lo siguiente: 1.-Enviar un pulso a la terminal START.Esta puede ser derivada de una señal de control tal como la “write” (WR). 2.- Esperar hasta el final de la conversión. El final del periodo de conversión puede ser verificado ya sea checando el status (polling) o usando interrupciones. 3.-Leer la señal digital por un puerto de entrada M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CONEXIÓN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR BUSES BUSES DEL DELSISTEMA SISTEMA 1 2 3 5 µPROCESADOR µPROCESADOR 11 20 CS RD WR V+ CLK R CLK IN INTR Vin(+) DB7 Vin(-) AGND Vref/2 DB0 18 DGND 150 pF 19 4 10K 6 7 Entrada Diferencial 8 9 10 El ADC0804 de National Semiconductor tiene implementadas todas las señ señales de control necesarias para conectarse a un microprocesador M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Inicio de la conversión Una conversió conversión inicia activando las señ señales CS y WR. Y al final de la conversió conversión, el convertidor genera una señ señal INTR ( similar al DATA READY). Esta señ señal puede usarse para interrumpir al procesador indicá indicándole que el byte de dato está está listo y que ya puede ser leí leído. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Habilitación de la salida y reset de INTR El procesador lee el byte activando la señ señal RD y puede iniciar con la siguiente conversió conversión si fuera necesaria. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Entradas analógicas del ADC0804 Entrada analógica Vin (+) Vin (-) + ADC0804 (a) para detectar una entrada de 0 a+5 volts. Entrada analógica Vin (+) Vin (-) + - ADC0804 (b) para detectar una entrada con un desvío respecto a tierra M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Generación de la señal de reloj El 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 está entre 100KHz y 1460 KHZ. Para que el tiempo de conversión sea menor es conveniente usar la frecuencia más alta posible Si 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= 1 1.1 RC CLK R R oscilador oscilador CLK IN CLK IN ADC0804 C ADC0804 M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores CONEXIÓN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR Z-80 Bus Busde dedatos datos D0-D7 WR WR IORQ 150 pF D0-D7 IOWR IORD 10K RD ADC0804 ADC0804 RD Z80 LM35 LM35 INTR CS INT y0 y1 74LS138 74LS138 y2 88h~8Fh Con Concualquiera cualquierade deestas estas direcciones se activa direcciones se activaelel ADC ADC M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores APLICACIÓN DEL ADC0804 EN UN MEDIDOR DE TEMPERATURA SENSOR DE TEMPERATURA LM35 PARA GRADOS CENTÍGRADOS ( 10 mV/°C) CON ENCAPSULADO TO-92 +5v +5v +Vs GND 10uF Vout BUS DE DATOS 20 18 17 16 15 14 13 12 11 IORD IOWR 2 3 5 1 INT 10 BUS DE DIRECCIONES VCC DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 VI+ VICLKR CLK RD WR INTR CS VREF AGND 75 ohms 7 19 1 uF 4 10k f=1/1.1RC 9 1 2 3 A5 A6 A7 6 4 5 A B C G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 15 14 13 12 11 10 9 7 +5V 150pf 8 16K GND - ADC0804 A2 A3 A4 Visto de abajo 6 + 88H-8FH 1K 2K 74LS138 Nótese que, ya que el ADC solo tiene un registro, no se requuiere ninguna línea del bus de direcciones para selección de registros, por lo tanto no importa con que dirección se habilite su CS. M.C. Carlos E. Canto Quintal Convertidor Análogo Digital Microprocesadores Microprocesadores Interfase de un ADC0804 al Z80 para sensar temperatura y desplegarla en el LCD Bus Busde dedatos datos WR IORQ LCD D0-D7 IOWR Puerto A IORD RD PPI PC5 Z80 Temperatura : 24 °C RS E WR RD ADC0804 ADC0804 R/ W INTR PC7 LM35 LM35 CS INT IOWR IORD INT 88h~8Fh 74LS138 74LS138 Implementado en prácticas anteriores Con Concualquiera cualquierade deestas estas direcciones se activa direcciones se activaelel ADC ADC M.C. Carlos E. Canto Quintal
