Conversor Analógico Digital

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1 Introducción: Magnitud analógica: Conjunto de valores continuos en un rango determinado. Variables de naturaleza analógica: Corriente, Presión, Temperatura, Velocidad, etc... Procesamiento: Necesidad de convertidores Analógicos / Digitales. Requerimientos: Magnitudes eléctricas a la entrada de los conversores A/D. La precisión en la conversión, es directamente proporcional al número de bits utilizado para representar la magnitud analógica. Magnitudes no eléctricas. Termopar, sensor, fotocélula, etc... Temperatura Presión Luz Peso Humedad... Transducer Voltage level scale and shifter A/D Converter Computer Sistemas Electrónicos 1

2 Técnicas de Conversión Analógica/Digital : Convertidor A/D con contador: Necesidad de señal de borrado. Conversión lenta: tiempo de muestreo grande. Borrado V a Reloj V d Contador binario... D/A MSB LSB Salida Digital Voltios V d V a Entrada Analógica Sistemas Electrónicos 2

3 Técnicas de Conversión Analógica/Digital : Convertidor A/D de arrastre: Necesidad de un contador reversible. No hay necesidad de señal de borrado para conversión continua. Tiempo de conversión pequeño para pequeños cambios de la tensión de entrada. Reloj Contador reversible... MSB Salida Digital LSB V d D/A V a Entrada Analógica Sistemas Electrónicos 3

4 Técnicas de Conversión Analógica/Digital : Convertidor A/D de arrastre: V Vin Vout clk up/down Sistemas Electrónicos 4

5 Técnicas de Conversión Analógica/Digital : Convertidor A/D comparador en paralelo: Es el convertidor más rápido. Comparadores: W = 0 si V < V W = 1 si V > V Tiempo de conversión muy pequeño. Inconveniente: 2 N1 comparadores. Codificador de prioridad complejo. Vin Vref R R R R R R R COMPARADORES W 7 W 6 W 5 W 4 W 3 W 2 W 1 D E C O D E R MSB LSB R W 0 Sistemas Electrónicos 5

6 Técnicas de Conversión Analógica/Digital: Aprox. Sucesivas.!!! Figura 1 del Graph File!!! Sistemas Electrónicos 6

7 Técnicas de Conversión Analógica/Digital: Aproximaciones sucesivas: Necesidad de un registro de un programador. Conversión en N periodos de reloj en un sistema de N bits. Tiempo de conversión pequeño. SA Register... MSB Salida Digital V d D/A LSB V a Entrada Analógica Sistemas Electrónicos 7

8 Técnicas de Conversión Analógica/Digital: Aproximaciones sucesivas: V Vout Vin clk SA Sistemas Electrónicos 8

9 Conversor A/D en el 68HC11: Introducción: 8 entradas analógicas multiplexadas. Conversor por aproximaciones sucesivas: Requiere el uso de una señal de reloj. Frecuencia > 750KHz. Circuitería de Sample and Hold, para minimizar errores. Tensiones de referencia a través de las señales V RL y V RH : V HR V DD 0.1V V LR V SS El conversor A/D debe estar habilitado antes de usarse. Sistemas Electrónicos 9

10 Conversor A/D en el 68HC11: Características: Multiplexor para 16 señales analógicas. 8 entradas del puerto E, 4 señales internas, 4 canales reservados. La conversión comienza un ciclo de E después de la programación. Existen dos modos de operación diferentes: SingleChannel : Selección de un solo canal. Nonscan mode : Se muestrea 4 veces el canal y se almacenan los valores en los 4 registros de resultados, ADR1ADR4. Scan : La conversión se realiza de forma continuada, guardándose la quinta conversión en ADR1, y así sucesivamente. MultipleChannel : Selección de un grupo de 4 canales. Nonscan mode : Se muestrean los canales seleccionados y se almacenan los valores en los 4 registros de resultados, ADR1ADR4. Scan : La conversión se realiza de forma continuada sobre los canales seleccionados, almacenado los resultados sobre los registros ADR. Sistemas Electrónicos 10

11 Diagrama de bloques: Multiplexor. Switches analógicos. Conversor DC/DC. Conversor analógico. Control digital. Registros de resultados: ADR1 : $1031 ADR2 : $1032 ADR3 : $1033 ADR4 : $1034 Sistemas Electrónicos 11

12 Conversor Analógico: Necesidad de una señal de sincronismo: Señal E ó bien señal osciladora interna. Conversión digital: Realizada a través de 8 comparaciones sucesivas. Fin de conversión: Se indica con un flag al finalizar la conversión de los 4 canales (ó 4 conversiones del mismo canal), aprox. 64μs. Sistemas Electrónicos 12

13 Registro de Control y Estado ADCTL ( $1030 ): CCF: CCF: Flag Flag de de fin fin de de conversión. conversión. Puesto Puesto a 1 cuando cuando se se han han actualizado actualizado los los cuatro cuatro registros registros ADR1ADR4. ADR1ADR4. Se Se borra borra al al escribir escribir sobre sobre ADCTL. ADCTL. Nota: Nota: El El método método polling polling resulta resulta mucho mucho más más rápido rápido que que el el uso uso de de interrupciones. interrupciones. SCAN: SCAN: Control Control en en el el modo modo de de scan: scan: 0: 0: Única Única conversión conversión del del canal canal seleccionado. seleccionado. 1: 1: El El canal canal seleccionado seleccionado es es convertido convertido constantemente. constantemente. MULT: MULT: Control Control de de Modo Modo Múltiple Múltiple Canal: Canal: 0: 0: El El canal canal seleccionado seleccionado es es convertido convertido 4 4 veces veces y y almacenados almacenados sus sus valores valores en en ADR1ADR4. ADR1ADR4. 1: 1: Permite Permite realizar realizar la la conversión conversión de de un un grupo grupo de de 4 4 canales canales a a la la vez vez (AN0 (AN0 AN3 AN3 ó ó AN4 AN4 AN7), AN7), y y resultados resultados en en ADR1 ADR1 ADR4. ADR4. CDCA: CDCA: Selección Selección del del canal. canal. Nota: Nota: Cuando Cuando MULT MULT está estáa 1, 1, CA CA y y CB CB no no son son considerados. considerados. Sistemas Electrónicos 13

14 Registro de Control y Estado ADCTL ( $1030 ): Sistemas Electrónicos 14

15 Registro OPTION ( $1039 ): ADPU: A nivel alto, habilita el conversor Analógico / Digital. Nota: Tras activar el conversor se debe esperar 100μs para estabilizar los circuitos comparadores. CSEL: Selecciona la fuente de reloj para el conversor: 0: Se utiliza la señal E. 1: Se utiliza el oscilador interno. Sistemas Electrónicos 15

16 Timer Programa ejemplo del conversor A/D: * Programa que visualiza en la pantalla * del PC los valores de los registros * de salida ADR1ADR4. OPTION ($1039) ADPU CSEL IRQE DLY CME 0 CR1 CR0 ADCTL ($1030) CCF 0 SCAN MULT CD CC CB CA ORG $100 LDS #$1FF ; Pila al final de la RAM. LDX #$1000 ; Registro base. BSET OPTION,X $80 ; Activamos circuito DC/DC. LDAA #$00 STAA ADCTL,X ; Canal = 1; SCAN = 0; MULT = 0 PP BRCLR ADCTL,X $80 * ; Espera fin de la conversión. LDAA ADR1,X ; Carga valor de la 1ª conversión. BSR VER LDAA ADR2,X ; Carga valor de la 2ª conversión. BRS VER LDAA ADR3,X ; Carga valor de la 3ª conversión. BRS VER LDAA ADR4,X ; Carga valor de la 4ª conversión. BRS VER BSR ATRAS JMP PP **** Fin del programa principal **** Sistemas Electrónicos 16

17 Timer Programa ejemplo del conversor A/D: * Rutinas VER y ATRÁS. * Estas rutinas utilizan las siguientes rutinas del programa monitor: * OUTLHL: Esta rutina saca por el puerto serie el nibble izquierdo del acumulador A. * OUTRHL: Esta rutina saca por el puerto serie el nibble derecho del acumulador A. * OUTA: Esta rutina saca por el puerto serie el contenido del acumulador. VER PSHA ; Guarda valor del acumulador A en la pila. JSR OUTLHL ; Saca el nibble izquierdo. Modifica elacumulador A. PULA ; Recupera acumulador A. JSR OUTRHL ; Saca nibble derecho. LDAA # JSR OUTA ; Saca el carácter espacio en blanco. RTS ATRAS LDAB #$10 ; Contador número de espacios atrás. OTRA LDAA #$08 ; Código espacio atrás. PSHB ; Guardo contador en la pila. JSR OUTA ; Envío contenido del acumulador A. Modifica registro B. PULB DECB ; Decrementa contador. BNE OTRA RTS ; Regreso al programa principal. END Sistemas Electrónicos 17

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