CONVERTIDOS ANALOGICO DIGITAL (ADC)

 OBJETIVO:

Con el desarrollo de esta practica se pretende conocer la forma en la que se pueden realizar conversiones analogicas-digitales utilizando el circuito integrado ADC0809. Ademas de comprobar la utilidad en todos los procesos de automatizacion, en donde la mayoria trabaja con variables fisicas cuyo comportamiento varia de manera analogica, es decir variante en el tiempo.

 INTRODUCCION:

  En el control automatico resulta conveniente efectuar las funciones de regulacion de sistemas mediante tecnicas digitales, sin embargo en la gran mayoria de los procesos la señal disponible es analogica, ya que son muchos los transductores que poseen una salida electrica de tipo analogica, correspondiente a la magnitud de la variable de medicion como pueden ser las señales de audio, video, los puentes de medicion, las celdas extensiometricas, los termopares, etc.

Estas caracteristicas nos obligan a tener que efectuar una conversion analogicadigital (ADC), por otro lado puede ser necesario actuar analogicamente sobre un controlador o elemento de control final, o efectuar una representacion analogica sobre un registrador, una pantalla, etc. lo que nos obliga a realizar la conversion inversa, esto es, digital analogica (DAC), es necesario pues disponer de estos elementos capaces de efectuar esta conversion en uno u otro sentido, con unas caracteristicas de velocidad adecuadas a cad caso.

Con la practica del ADC se conocera algo muy basico de lo que es la instrumentacion digital, aqui, el primer paso es construir e diseño de un circuito que use como dispositivo analogico digital el integrado ADC0809, el cual nos permitira relacionar las mediciones analogicas con las salidas digitales codificadas en binario natural, para realizar esto, el ADC0809 utilizaq el metodo de aproximaciones suscesivas, si se desea utilizar un microprocesador o microcontrolador con un ADC se necesita implementar como principio, el circuito de esta practica la salida del ADC se acopla directamente a un puerto de entrada del sistema minimo, ademas se debe de cumplir la tabla de calibracion que relacione la entrada analogica con la salida digital. 

TEORIA BASICA DE LOS ADC'S.

Un convertidor analogico-digital toma un voltaje de antrada analogico y despues de cierto tiempo produce un codigo con salida digital que representa a la entrada analogica con una precision y resolucion determinada. 

TIPOS DE ADC'S

Dado que el numero de bits que se obienen de un convertidor es finito, el codigo de salida debera ser siempre debera ser siempre el correspondiente al valor mas cercano que puede representarse mediante los bits, la conversion digital efectua una cuantificacion en la entrada analogica, acotandola entre dos niveles consecutivos cuya distancia es precisamente el grado de resolucion obtenido. Existen diversos tipos de convertidores en igual forma utilizados para efectuar la conversion, en unos casos se efectua la conversion directa, por comparacion contra una tension de referencia, en otros casos se efectua una transformacion a una variable intermedia, como puede ser el tiempo, tambien puede efectuarse la conversion AD efectuando una conversion inversa DA, usando al mismo tiempo una estructura de retroalimentacion, si se usa lazo cerrado reciben entonces el nombre de servoconvertidores, segun sea el metodo utilizado se obtienen distintas

caracteristicas de precision, rapidez de conversion y costo. 

 

El proceso de conversion AD es generalmente mas completo y largo que el proceso inverso DA, se han creado y utilizado muchos metodos de convesion AD como son: 

1.- Escalera2.- Rampa Digital Simple3.- Doble Rampa4.- Rampa Digital Bipolar5.- Rafaga6.- Conversion Serie Paralelo7.- Aproximaciones suscecivas

 

Se discute unicamente el metodo de aproxiamciones sucesivas ya que el el que usa el ADC 0809, el metodo AD de aproximaciones sucesivas es uno de los tipos mas ampliamente utilizados ya que tiene circuitos mas complejos que el AD de rampa digital, cuenta con un tiempo de conversion mas corto.

Los convertidores de aproximaciones sucesivas contienen un valor fijo en su tiempo de conversion que no depende del valor de la entrada analogica, la disposicion basica es semejante a la de ADC de rampa digital, sin embargo, el convertidor de aproximaciones sucesivas no utiliza ningun contador para dar la entrada en el bloque del convertidor DAC, pero en cambio usa un registro con logica de control que modifica el contenido del registro bit a bit hasta que los datos del registro son el equivalente digital de la entrada analogica.  

El tiempo de convesion de los convertidores de aproximaciones sucesivas de "n" bits requieren "n" ciclos de reloj para ralizar su conversion sin importar la magnitud del voltaje que esta presente en su entrada, esto se debe a que los circuitos de control tienen que ensayar un 1 logico en cada posicion del bit para ver si se necesita o no, es por esto que los convertidores de aproximaciones sucesivas tienen tiempos de conversion muy rapidos, su uso en aplicaciones de sistems con adquisicion de datos permitiran que se adquieran mas valores de datos en un intervalo de tiempo dado. Esto puede ser muy importante cuando los datos analogicos cambian su valor rapidamente. 

METODO DE APROXIMACIONES SUCESIVAS.

En el metodo de conversion AD por "Conversion Inversa", utiliza un convertidor DA y tiene la ventaja de su simplicidad, pero se obtiene el inconveniente del retardo de tiempo de conversion que se precisa para ralizar el contaje de los "n" bits, la adicion de un comparador adicional, para acelerar el contaje cuando e error es mayor que un cierto nivel, nos permite reducir apreciablemente el tiempo de conversion del orden de 2n al de orden 2n/2+1 ; tiempo que aun es posible de acotar si se efectuan "n" comparaciones sucesivas entre la tension de entrada Vx y la

tension Vh generada durante la conversion, para esto se substituye el contador de "convertidor inverso" por una unidad logica de comparacion que determina la secuencia de conversion del diagrama de converision de un convertidor ADC de aproximaciones sucesivas.

La primera comparacion se debera efectuar entre la tension de entrada Vx y la tension Vh=Vmax/2, correspondiente a la palabra 1000, se Vh es mayor o igual a Vx, se determina que el bit de mayor peso debe ser uno, pero si Vh<Vx, se debe memorizar un cero en el registro de salida, en el siguiente impulso de reloj se efectua una segunda comparacion de Vh correspondiente a la palabra 1100, si la comparacion anterior habia dado positiva, o se compara contra 0100 en caso contrario, la salida del comparador determina el valor que debe memorizarse con un bit de peso Vmax/4, configurandose de esta forma, la palabra de salida digital una vez efectuadas las "n" comparacones sucesivas. El registro de aproximaciones sucesivas esta constituido basicamente por un contador y un decodificador, que efectua el direccionamiento de los "n" biestables del registro. 

El ciclo se inicia mediante un impulso de inicio de conversion, que pone a cero el contador al mismo tiempo que se desbloquea el oscilador, durante cada fase, mientras que el reloj esta en nivel alto, el biestable direcionado es puesto en estado " 1 " y al bajar a cero la señal de reloj, queda memorizado el estado del comparador, al quedar abierta la entrada R del biestable correspondiente, de esta forma, al sucederse los " n " impulos de reloj se producen las sucesivas aproximacioanes de la palabra de salida.

Los convertidores de aproximaciones sucesivas tienes la presicion del convertidos DAC que contienen y poseen un tiempo de conversion que puede llegar a se del orden de 0.1 µsg, estos bajo tiempos de conversion y su relativamente bajo costo, hacen que sean los convertidores de 8, 10 y 12 bits mas utilizados, incluso en la mayoria de los sitemas de adquisicion de datos en que se requiere de exploracion de todas las entradas con un reducido tiempo de ciclo. La señal de entrada proviene de un instrumento transmisor, este Tx produce una corriente que se encuentra en el rango de isntrumentacion estandar de 4 mA a 20 mA, esta corriente se convierte facilmente a una señal de tension en la entrada del " Convertidor ADC " por medio del circuito convertidor de corriente a voltaje, esta tension en proporcional a la señal del Tx se envia directamente al microcircuito ADC0803 El codigo resultante en la salida del Convertidor ADC se introduce a un sitema con micropocesador a traves del puerto de entrada. 

 DIAGRAMA DEL CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL

 

 

 

 

TABLA DE CALIBRACION DEL ADC0809

Porcentaje  Entrada  Binario  Hexadecimal  0  .25  0001 0011 13H  5  .30  0001 1111 1FH 

10  .35  0010 0100 24H  15  .40  0010 1010 2AH  20  .45  0010 1110 2EH  25  .50  0011 0011 33H  30  .55  0011 1000 38H  35  .60  0011 1101 3DH  40  .65  0100 0010 42H  45  .70  0100 0111 47H  50  .75  0100 1100 4AH  55  .80  0101 0001 51H         

60  .85  0101 0110 56H  65  .90  0101 1011 5BH  70  .95  0110 0000 60H  75  1.00  0110 0101 65H  80  1.05  0110 1010 6AH  85  1.10  0110 1111 6FH  90  1.15  0111 0100 74H  95  1.20  0111 1001 79H 

Span  1.25  0111 1110 7EH 

 

  CALIBRACION DEL ADC 0809

Se coloca una señal de 2.55 VDC exactamente en la entrada Vx, realizando la medicion con el multimetro digital. Despues de hacer esto se revisa que todas las salidas digitales se encuentren en un nivel alto es decir todas en 1's logicos, esto es 255 10 o 1111 1111 en codigo binario natural o lo que es lo mismo FFH en el codigo hexadecimal.

Si no se logra obtener el codigo FFH se acciona lentamente el potenciometro del divisor de voltaje que ajusta el voltaje de referencia en el pin numero 14 del circuito integrado hasta lograr el rango deseado, que es 1111 1111, enseguida se prueba con otros valores de voltaje de entrada y debera aparecer su correspondiente valor binario en los leds indicadores. 

CONCLUSIONES:

  Como hemos visto, la conversión analógica digital es el proceso por el cual una magnitud analógica se convierte al formato digital. La conversión A/D es necesaria cuando se debe expresar en forma digital una serie de magnitudes medidas, para procesarlas en una computadora, presentarlas en un display o almacenarlas.