CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL

Transcripción

1 CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL SU CONEXIÓN N Y APLICACIONES Conversión n Analógica - Digital La conversión A/D es un proceso cuantización en la cual una señal analógica es representada por su equivalente en estados binarios La digitización las señales tienen sus sventajas: La señal analógica nunca pue ser exactamente representada o reconstruida. Siempre habrá algo error. Una señal digitizada, cuando se transmite por un canal comunicación, requiere un ancho banda mayor que la l canal original. Por ejemplo, un canal telefónico voz análogo requiere un ancho banda aproximadamente 4Khz pero su equivalente digital el canal es 64 kbps

2 Especificaciones un convertidor A/D Tiempo conversion: es el tiempo requerido para completar una conversión la señal entrada. Establece el límite la frecuencia más alta la señal que pue ser muestreada sin aliasing. fmax= 1 2* tiempo conversión Resolución n : el número bits l convertidor da la resolución y por lo tanto la señal analóga entrada más pequeña para la cual el convertidor producirá un código digital. Pue ser dada en términos la señal entrada plena escala: Resolución = Señal plena escala 2 n Frecuentemente la resolución se da solo con el número bits,n, o como un por ciento l máximo Especificaciones 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 scribe que tan cerca es la medición l valor real La señal es exacta ntro = VRESOLUCIÓN VSEÑAL X100%

3 Especificaciones un convertidor A/D Linearidad: Es la sviación los códigos salida la línea recta trazada entre el cero y el valor plena escala. La mejor que se pue conseguir es + - 1/2 l bit menos significativo ( + - 1/2LSB ) 11 Código salida /2LSB Voltaje entrada Plena escala Errores los convertidores A/D El error fundamental en una conversión es llamado error cuantización. Este se bido a la resolución + - l convertidor y no pue ser menor ½ LSB. Hay tres fuentes error en una conversión A/D: Ruido, Traslapamiento (Aliasing) y tiempo apertura

4 Errores los convertidores A/D El RUIDO: todas las señales tienen ruido, lo seable es que el valor pico a pico l ruido sea menor que. Esto significa que bemos escoger la resolución l convertidor apropiadamente o reducir el ruido la señal Señal Señal +Ruido +Ruido + - ½LSB VRuido + - ½ LSB Errores los convertidores A/D Traslapamiento (Aliasing): los errores bidos al traslapamiento son difíciles cuantificar. Depenn amplitud relativa la señal a frecuencias abajo y arriba la frecuencia Nyquist. El diseño l sistema be incluir un filtro paso bajo para atenuar las frecuencias la señal arriba la frecuencia Nyquist.

5 Errores los convertidores A/D Error tiempo apertutra: un error significativo en un sistema digitizador es bido a la variación la señal durante el tiempo apertura. Un buen diseño berá tener un incertidumbre, V, menor que un bit menos significativo. El tiempo apertura necesario para reducir el error a + es: - ½LSB tap = 1 2 Π fmaxmax 2 n Apertura Apertura l l A/D A/D V + - ½LSB tap Sample and Hold En muchos convertidores A/D, el tiempo apertura y el tiempo conversión es lo mismo. El A/D está observando a la señal mientras está convirtiéndola Entrada análoga Señal análoga sostenida Muestreo

6 Escogiendo un convertidor A/D El diseñador be escoger: El número n bits o resolución n y la velocidad o tiempo conversión n l convertidor. El tipo código c digital salida l convertidor. El tiempo apertura be ser calculado y tomar la cisión n incluir o no un sample- hold y un filtro antialias en el sistema. Escogiendo un convertidor A/D Hay dos formas para escoger la resolucíó íón l ADC: La primera es encontrar el rango dinámico la señal entrada y escoger el número n bits basado en éste. El rango dinámico cualquier señal es finido como: Rango Dinámico= VMAXMAX VRuidoRuido Don: VMAXV es el Valor máximo m la señal entrada VRUIDO es el valor l ruido Nos gustaría a que el ruido este ntro l sea verdad, el número n bits es: N>= log log VMAX 2 VRuidoRuido + - ½ LSB, y para que esto

7 Escogiendo un convertidor A/D La otra manera escoger el número n bits un ADC, es basada en la resolución n requerida en la señal. Aquí, VMINV MIN es la resolución n requerida, y termina el número bits N>= log 2 VMAX VMIN CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DEL Resolución n De 8 Bits Habilidad De Conexión n Directa Al Bus Del Microprocesador Tiempo De Conversión n <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

8 Diagrama bloques un convertidor A/D aproximaciones sucesivas típico como un circuito integrado Entrada Analógica Convertidor D/A D/A Ref Ref MSB + Comparador Start - Registro Registro Aproximaciones Aproximaciones Sucesivas Sucesivas SAR SAR MSB LSB Clock Clock Buffer Buffer tri-state tri-state LSB SALIDA DIGITAL DATA READY O BUSY Un pulso en START inicia el proceso conversión n y shabilita el buffer tri-state salida. Al final l periodo conversión. n. Se activa la salida DATA READY y la salida digital queda disponible en el buffer salida. Par utilizar un ADC con un microprocesador, éste be realizar lo siguiente: 1.-Enviar un pulso a la terminal START.Esta pue ser rivada una señal control tal como la write (WR). 2.- Esperar hasta el final la conversión. n. El final l periodo conversión n pue ser verificado ya sea checando el status (polling( polling) ) o usando interrupciones. 3.-Leer la señal digital por un puerto entrada

9 CONEXIÓN DEL CON EL MICROPROCESADOR BUSES BUSES DEL DEL SISTEMA SISTEMA µprocesador µprocesador CS RD WR INTR DB7 V+ CLK R CLK IN Vin(+) Vin(-) AGND K 150 pf Entrada Diferencial 18 DB0 Vref/2 DGND 9 10 El National Semiconductor tiene implementadas todas las señales control necesarias para conectarse a un microprocesador Inicio la conversión Una conversión n inicia activando las señales CS y WR. Y al final la conversión, n, el convertidor genera una señal INTR ( similar al DATA READY). Esta señal pue usarse para interrumpir al procesador indicándole ndole que el byte dato está listo y que ya pue ser leído.

10 Habilitación la salida y reset INTR El procesador lee el byte activando la señal RD y pue iniciar con la siguiente conversión n si fuera necesaria. Entradas analógicas l Entrada analógica Vin (+) Vin (-) + - Entrada analógica Vin (+) Vin (-) + - (a) para tectar una entrada 0 a+5 volts. (b) para tectar una entrada con un svío respecto a tierra

11 Generación la señal reloj El requiere un reloj para funcionar. El reloj pue ser externo, conectado a la terminal CLK IN o pue ser generado por un circuito RC. El rango frecuencias l reloj permisibles está entre 100KHz y 1460 KHZ. Para que el tiempo 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 l reloj se calcula con: 1 F= 1.1 RC CLK R oscilador oscilador CLK IN R CLK IN C CONEXIÓN DEL CON EL MICROPROCESADOR Z-80 Bus Bus datos datos D0-D7 WR IORQ RD Z80 IOWR IORD WR D0-D7 RD INTR 10K 150 pf LM35 LM35 INT CS 74LS138 74LS138 y0 y1 y2 88h~8Fh Con Con cualquiera cualquiera estas estas direcciones direcciones se se activa activa el el ADC ADC

12 APLICACIÓN DEL EN UN MEDIDOR DE TEMPERATURA IORD IOWR INT BUS DE DIRECCIONES BUS DE DATOS 10uF +5v VCC 17 DB0 16 DB1 15 DB2 14 DB3 13 DB4 12 DB5 11 DB6 DB7 2 3 RD 5 WR 1 INTR CS 10 GND VI+ VI- CLKR CLK VREF AGND v +Vs GND Vout 75 ohms 1 uf 10k +5V f=1/1.1rc 150pf 16K SENSOR DE TEMPERATURA LM35 PARA GRADOS CENTÍGRADOS ( 10 mv/ C) CON ENCAPSULADO TO-92 Visto abajo A2 A3 A4 A5 A6 A A B C G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y H-8FH - + 1K 2K 74LS138 Nótese que, ya que el ADC solo tiene un registro, no se requuiere ninguna línea l bus direcciones para selección registros, por lo tanto no importa con que dirección se habilite su CS. Interfase un al Z80 para sensar temperatura y splegarla en el LCD Bus Bus datos datos WR IORQ RD Z80 IOWR IORD Puerto A PPI PC5 PC7 D0-D7 LCD Temperatura : 24 C RS E R/ W WR RD INTR LM35 LM35 INT IOWR CS IORD INT 74LS138 74LS138 88h~8Fh Implementado en prácticas anteriores Con Con cualquiera cualquiera estas estas direcciones direcciones se se activa activa el el ADC ADC