PROYECTO TERMINAL I Y I1

ANALIZADOR DIGITAL PARA SEÑALES DE MUY BAJA FRECUENCIA

.. ASESOR: PEREZ ESPEJO WDIEL

ALUMNOS: ARIAS TREJO LEOPOLDO C I )

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.- PALMA CORTES HUGO RICARDO (1)

VlDALS BALLWAS M E ISlAS (11)

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Dada la gran importancia de las señales de baja y muy baja frecuencia, es necesario contar con equipo que pueda permitir el analisis de estas señales .Este proyecto pretende realizar un sistema que pueda desplegarlas en el monitor de una Computadora del tipo PC (Personal Computer) simulando a un osciloscopio.

Las señales que se analizaran son Analbgicas y las que maneja una computadora son digital, entonces para que una computadora pueda desplegar las señales de muy baja frecuencia se hace necesario utilizar un circuito que convierta la señal analógica en información digital. El circuito que realiza esta transformación es el convertidor Analógico-Digital.

Para la realización de este sistema se utiliza una computadora del tipo PC con puerto de comunicaciones serial, y el Mini-kit 8031 con monitor residente.

La función del Mini-kit 8031 es la de manejar el convertidor analagico digital ADC 809 y adem&s se encarga de enviar los datos recogidos hacia la computadora PC por el puerto serial.

La computadora PC es la encarga de graficar l o s datos enviados por el Mini-kit 8031 emulando a un osciloscopio, Las ventajas de un sistema de este tipo sobre un osciloscopio son: la posibilidad de apreciar todos los detalles de las señales de baja y muy baja frecuencia, poder guardar la información para posteriormente analizarla, además de que el costo de un sistema de este tipo es poco si se compara con el precio de un osciloscopio digital.

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2

INDICE

1wTRoDucc1oN

.. 'OBJETIVO

MATERIAL Y EQUIPO ECESARIO

I SOFTWARE NECESARIO

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DESARROLLO FUNCIONAMIENTO DEL MINI-KIT EN EL SISTEMA FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO SUMADOR DE OFFSET EXPLICACION DE LOS PROGRAMAS UTILIZADOS

coNcLus1oNEs

RECOMENDACIOWES

BIBLIOGRAFIA

APEWICE DIAGRAMA COMPLETO DEL SISTEMA LISTADO DE LOS PROGRAMAS

2

4

4

4

5

8

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13

14

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OEIJETIVO Construir un sistema electronic0 digital que permita analizar

señales de baja y muy baja frecuencia. Las señales deben de ser gráficadas por el monitor de una computadora, simulando un osciloscopio.

MATERIAL Y EQUIPO NECESARIO:

Computadora PC que tenga el siguiente equipo instalado 1 Puerto serial Targeta de video que permita manejar gráficas

MINI-KIT 8031 que cuente con: Monitor recidente 1 Convertidor Analógico digital ADC 809 o' ADC 820 1 Cristal de 4 MHz. 1 Memoria RAM 6264 1 Memoria EPROM 2732 1 Memoria EEPROM 2764

Circuito sumador de offset 1 Amplificador Operacional TL-O82 2 Resistencias de 10k 4 Resistencias de 1K 1 Preset de 10K

Fuente regulada de alimentación de t/- 12 V, 2 Ampers Osciloscopio Generador de funciones

SOFTWARE NECESARIO

Compilador Turbo C versión 2.0 Ensamblador 8051 ORCAD VERSION 1.25

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DES ARROLLO

FUNCIONAMIENTO DEL MINI-KIT 8031 EN EL SISTEMA El Mini-kit 8031 es el encargado de activar el

convertidor analógico digital ADC 0820. El ADC 0820 es un convertidor analógico digital rápido, con un tiempo de conversión de 1.5 microsegundos (los tiempos requeridos por convertidores A/D de aproximaciones sucesivas son del orden de 100 microsegundos). Además, internamente posee la circuiteria para la toma y retención de muestras para señales con relación de cambio menor de 100 milivolts/microsegundo.

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I NT

RD

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Fig. 1.a Diagrama de tiempos del ADC0820

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Distribucion de las terminales del ADC0820

DBO

D83

K/RDY

MODE

RD

INT

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DB1 13

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8

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FIGURA 1 . b

Cuando la terminal denominada MODE (Ver figura l.b)es enviada a uno lógico el convertidor queda en el modo WR-RD, en el cual la conversión se inicia cuando la entrada E del convertidor recibe un pulso a cero. Aproximadamente 800 nanosegundos después del borde de subida de E la conversión termina (ver figura l.a),reportandose en INT la cual pasa a cero. Al leer el valor de salida del convertidor (con un pulso a cero en E) la salida INT nuevamente pasa a uno, reestableciendose la condición inicial.

-

-

-

E l convertidor es activado al dar un WR (WRITE) en la dirección 7000H, y la información es recuperada al enviar un RD (READ) a la misma dirección. Cuando se realiza esto se hace que la entrada valga cero lógico.

6 , ..

No se requiere conectar la linea de aviso de fin de

conversi6n (INT) ya que el convertidor es más rápido que el MINI-KIT 8031.

-

La otra funci6n importante que realiza es la de enviar el resultado de la conversi6n a la computadora PC, esto se logra mediante el empleo del puerto 3 del microprocesador 8031 que es un puerto dedicado especialmente para la transmisi6n de datos de manera serial.

Antes de comunicar el MINI-kit 8031 con la PC, se deben de realizar las siguientes actividades.

1.- Se deben de cumplir con las recomendaciones de interconección entre equipos de datos dadas por la norma RS 232, La cual especifica que los voltajes de interface deben de encontrarse entre -20 a +20 volts. Para cumplir con la recomendaci6n anterior se conectan los circuitos de interfaz 1488 y 1489 a las entradas y salidas del puerto 3 del microporcesador 8031 (ver diagrama del sistema).

2.- Realizar una conexión compatible con el BIOS (BASIC INPUT OUTPUT SYSTEM) de la PC.

El c6digo que esta en la ROM, que realiza las funciones de la interrupción 14 efectua las operaciones y comprobaciones siguientes: Para la recepción de un caracter

---pone a 1 l6gico DTR (pat. 20) ("estoy aqui") ---comprueba si DSR (pat.6) vale 1 lógico ( A esta a

la espera el destinatario?). Si no, da la señal de time-out.

---espera la recepción de un caracter; lo toma si el caracter esta en el registro de recepci6n de

datos.

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2 3 7 4 P C

RS232 PtO 5 7

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3 Mini kit 8031

Para satisfacer las comprobaciones del BIOS, conectar ambas computadoras como se muestra en el diagrama siguiente (figura 2):

figura 2

Donde el pin 3 es Transmit Data el pin 2 es Recive Data el pin 7 y 5 (en el Mini-kit 8031) son tierra el pin 4 es Request To Send el pin 5 es Clear To Send el pin 6 es Data Set Ready el pin 20 es Data Terminal Ready

Todas ellas descritas por la recomendación RS 232. La velocidad a la que el Mini-kit 8031 envia la informaci6n es de 1200 bits/seg.

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO SUMADOR DE OFFSET Dado que el convertidor analógico digital ADC 0820 no

puede convertir seffales negativas, es necesario sumarle un voltaje de offset, el valor pico máximo de cualquier señal no debe de superar l o s 5 Volts y tampoco debe de ser menor de O volts, para calcular el valor de offset entonces se toma el promedio de estos valores que es ( 5 - 0 ) / 2 = 2.5 Volts; esto implica que el valor pico a pico de la señal que se aplica no debe de exceder de 5 volts.

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El circuito utilizado es simplemente un sumador inversor unido en cascada a un amplificador inversor de ganancia uno.

EXPLICACION DE LOS PROGRAMAS UTILIZADOS Antes de mostrar el programa de control del Mini-kit

8031. Es necesario explicar como se programa el puerto 3 para que funcione como interfaz de comunicaci6n en serie.

El microprocesador 8031 cuenta con varios modos de transmici6n, para nuestro caso utilizamos el modo de transmici6n 1, el cual consiste en recibir 10 bits atravez del pin RXD (Recepción) o enviar 10 bits por el pin TXD (Transmición), los diez pines se descomponen en 1 bit de arranque (activado por O Mgico), 8 bits de datos y el bit de alto (activado por 1 l6gico). En este modo la velocidad de transmici6n es variable.

Este modo se selecciona manipulando los bits 6 y 7 del registro SCON (SERIAL PORT CONTROL REGISTER).

Se debe de programar el timer 1 para que sea el reloj que marque la velocidad de transmici6n, en este caso se programa como contador de 8 bits con recarga. Cuando ocurre un desborde se carga en el registro del timer 1 el valor almacenado en el registro TH1. El registro TH1 guarda el dato que programa la velocidad de transmición del equipo y su valor se calcula con la siguiente formula:

2 * 4 Mhz TH1 = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

384 * Velc. Trans

ver figura 3

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PROGRAMAR PUERTO

DE SALIDA PARA

COMUNICARSE CON LA PC

CONTROLAR EL FLUJO DE INFOR- MAC1 ON ENTRE LA

f igura 3

El programa que u t i l i z a l a PC e s simplemente un programa que (Ver f igura 4 1 :

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I Lee los datos enviados por

el Mini-kit 8031, del puerto de comunicacion

Manipula l o s datos para rcconstruir la señal en en el monitor.

Figura 4

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El sistema desarrollado funciona correctamente para señales que su frecuencia máxima sea menor o igual a 20 Hz, si la señal a analisar cumple con lo anterior, se puede desplegar en el monitor de la computadora sin ningun problema, y se puede analizar fácilmente.

Para señales de este tipo el sistema desarrollado presenta una gran ventaja con respecto al osciloscopio normal, al permitir observar las señales de manera continua, mientras que en un osciloscopio las señales de este tipo solo son visualizadas como un punto que se desplaza por la pantalla, dificultandose con esto realizar un analisis preciso de la forma y magnitud de las señales.

la velocidad a la que el Mini-kit 8031 envia la información hacia la computadora PC es de 1200 bits por segundo, para determinar esta velocidad como la mejor, fue necesario experimentar con velocidades de transmición mayores. A 9600 y 4800 bits por segundo la información que se obtenia era totalmente erronea, a 2400 el error en los datos disminuia a un cincuenta porciento. A 1200 bits por segundo el error al recuperar la informaci¿n desaparecia completamente.

La frecuencia maxima de muestreo se calcula de la siguiente manera :

Conforme al teorema de muestreo, la relaci6n de muestreo debe de ser almenos dos veces la frecuencia máxima con la que este trabajando, esto implica que solo se podran analizar señales cuya frecuencia este por debajo de los 50 Hz. Tomando encuenta los

retardos internos del Mini-kit 8031, la frecuencia de la señal a analizar se reduce a 20 Hz.

12

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RECO)UIENDACIONES

Para poder realizar el analisis de señales de frecuencias mayores, recomendamos hacer alguna de las siguientes dos opciones:

1.-) Construir el sistema encargado de controlar el convertidor A/D. utilizando los microprocesadores de la serie 68XXX y 68XX ( 6 8 0 0 0 , 68008 , ... ) de motorola. Los

cvales estan diñados para ser utilizados en aplicaciones donde se requiere una alta velocidad de ejecución.

2 . - ) Eliminar la comunicacibn serial. Para lograr esto es necesario diseñar el sistema, de

manera que sea la computadora PC la que controle al convertidor A/D, en vez del Mini-kit 8031, El sistema se desarrollara de manera que la transmición de datos entre la PC y el ADC se realice en paralelo, para lograr esto se utilizaria una de las ranuras de expanción de la computadora PC.

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D T P I T A t 3 D A I T A . UlULlVb7l\Ml 1M.

TURBO C THE COMPLETE REFERENCE AUTOR: SCHILDT EDITORIAL MC GRAW HILL

USING ASSEMBLY LENGUAJE AUTOR: WYATT EDITORIAL QUE

LINEAR CIRCUITS DATA ADQUISITION AND CONVERSION EDITORIAL TEXAS INSTRUMENT

MICROPROCESADORES 8080 E INTERFACE AUTOR: M. EN C. OCTAVIO F. GARCIA NARCIA

MICROPROCESADORES TEORIA Y PRACTICA AUTOR: HUGO G. GARCIA GUERRA EDITORIAL LIMUSA

TURBO C PARA IBM-PC Y COMPATIBLES AUTOR: G. LEBLANC EDITORIAL: G.G.

HANDBOOK OF SOFTWARE AND HARDWARE INTERFACING FOR IBM PC'S. AUTOR: JEFFREY P. RQYER EDITORIAL: PRENTICE HALL.

COMUNICACIONES Y REDES DE PROCESAMIENTO DE DATOS AUTOR: NESTOR GONZALEZ SAINZ DITORIAL: MC. GRAW HILL

DATA COMUNICATIONS AND DISTRIBUITED NETWORKS AUTOR: VYLESS D. BLACK EDITORIAL PRENTICE HALL.

14

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APENDICE

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AVOCET CYCTEHS BO51 CROSS-ACSEHBLER - VERSION 1.1OH

SOURCE F ILE NAHE: SERIALZf.ASII

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;fftff++ffff PROVECTO TERHINAL I 1 ;fftftffffff

; f f t f f f f f f+f ASESOR: PEREC ESPEJO VUDIEL ;f++f+ff+tt+

;frfff+ffff+ ALUBNOS: ARIAS TREJO LEOPOLDO ;ff+++++fi+f PALM CORTE2 HU60 RICARDO ; t i f f f i f f + t f VIDALS B K L I M C WOE ISAIAS ; f+ f frr++i i i ; f f f f f f++ff+ ; f f f f t f f f+rr

; f t+f f f f f t t t V ; f f+f f f f f t t f ; f f f i t i f + f + + ;fffff f f t f f+ ;f+ff+t~ttfff+tf+ff+ff+ffffffff f f*++i+fffffft+f~tffffftf f f f f t f f f f f t f f f f f f f f f f f ; f f t f f f+ff+fffftfff f f f f f f f f f f f f f f f f f~ffffffff+rfff+fftfftf+ffttffft f f+fffffftf

; ; DECPLEGA EBU 03D8H;

PRffiRbHA CONTROLADML DEL ADC 820

DE LA COBUNICACION EN SERIE

;DIRECCION DE LA RUTINA PARA DESPELGAR UN RENCAJE

OR6 5600H HOV DPTR,#SEND LCALL DESPLEGA HOV DPTR,#7000H HOV I E , W CLR CCON.7 SETE ccON.6 SET8 CCDN.5 CLR SCON.4 CLR SCON.1 HOV THOD,#22H ORL 87H,#80H

CETB TCON.6

NOP

HOY CBUF.A

nov THI,#OEFH

CICLO: HOVX CDPTR,A

CICLOI: ROVX A,eDPTR

;SE IWRIRE EN EL DISPLAY SEND ;SE SELECCIONA EL ADC DE nmnA VELOCIDAD ;SE DECABILITAN INTERRUPCIONES ;SE SELECCIONA PARA TRANSBITIR EL ROD0 I ; I BIT DE ARRANQUE 8 BITS DE DATOS I BIT DE PARADA ;sn2:1 ;SE DESABILITA LA RECEPCION

;TIHER I DE 8 BITS CON AUTO CARM

;EL BAUD RATE-I200 CON XTAL DE 4MZ ;SE ACTIVA EL T I E R 1 Collo GEN. DE BAUD RATE ;SE ACTIVA EL CANAL 1 DEL ADC ;RETbRDO PARA FINALIZAR LA CONVERCION ;SE LEE EL RESULTADO DE LA CONVERCION :SE E W l A EL DATO

;SE LIHPIA LA MNDERA DE TRANSBICIDN

;CN00=1

HOVX CDPTR,A ;SE INICIA EL RUECTREO PARA EL SIGUIENTE DATO EOT: JNB SCDN.1,EOT ;RETARDO PARA ENVIAR EL DATO

562A C299 CLR SCON.l ;SE L I n P I I i LA BANDERA DE TRANSHICION I 562C 80F5 S I P CICLO1 ;SE IN IC IA OTRO CICLO

562E FFFF1206 SEND: DB OFFH,OFFH,lZH,06H 5632 2821FFFF OB 28H, 21H, OFFH, OFFH 0000 END

PAGE 1

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'' void borderívoid); ,,. . m a i n 0

í int datosi3201, iap,pos-x-O,pos-y;

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clrscr0; printf('\n Velocidades de recepcion posibles:\n'); print f í ' \n A -------) 9600 Baud'); printfí'\n B -------) 4800 Baud'); printfí'\n C -------) 2400 Baud'); printf í'\n O -------) 1200 Baud');

printfí'\n F -------) 300 Baud'); printfí'h 6 -------) 150 Baud'); print f í ' \n H -------> 110 Baud'); printfí'\n\nTecle la valocidad a utilizar');

uhileí!veloc) (

printf('\n E -------) 600 bud');

veloc=O;

veloc=getchO; if íveloc('A' :I veloc)'H') veloc4;

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switch (veloti I t se elige el valor que controlara el puerto serial i l í

case 'A ' : veloc-227;break; case 'B': veloc-195;breal; case IC': veloc=l63;break; case 'O': veloc-13l;break; case 'E': veloc=99;break; .. case IF': veloc=67;break; case '6': veloc=35;break; case ' H I : veloc-3;breat;

1

driver = CGA; node = CGACO; ap=dat 05; initgraph(&driver,~iode,"); It se programa el iodo de praficos 11 clearvieuport0; It 5e liipia la pantalla del ionitor t I

.. , border O;

... I bioscoi(O,veloc,O); I+ Se prograia CUM a Veloc Bauds, 8 data bits, No paridad *I I t 1 bit de parada t/

do (

while í ! inicio)

while (1) inicio=bioscoií2, veloc,O);

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putpixel(pos_x,datos[pos_xl,0); I* se borra el pixel anterior *I datos~pos~~l=p0s~y~lOO-iniciotO.01%078431t18;I* 5e calcula el nuevo punto */ putpixel(pos_x,pos-y,IS); It re grafica el dato *I pos-x=++pos-x X 310; inicia=biosc~i~2,veloc~O~;li se lee otro dato del purrto serial *I

I t 5e alcanzo el fin de pantalla iI ~. , .

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If Dibuja un iarco alrededor de la pantalla para perspectiva r! void b o r d e r 0 (

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