Instituto Tecnológico superior de FelipeCarrillo Puerto.

Principios eléctricos y aplicaciones digitales

MTL. Niels Henryk Aranda Cuevas

Ingeniería en Sistemas Computacionales

Informe técnico

Unidad 3: Convertidores

Miguel Ricardo Ayala Collí

Felipe Carrillo Puerto Quintana Roo a Viernes 26 de Junio de 2015

Introducción

En esta unidad 3 de la materia principios electricos y aplicaciones digitales se ha realizado una investigacion el cual nos ayudará a reforzar los conocimientos que en las unidades anteriores ya habiamos adquirido, con dicha investigacion podemos aprender un poco más sobre esta unidad y comprender mas a fondo las anteriores. En este caso estudiamos lo que viene siendo los convertidores los cuales pueden ser analógico digital o digital analógico.

Siempre usando la tabla de verdad y los mismos pasos para construir un circuito eléctrico, bueno como ya sabemos el objetivo básico de un de un ADC es transformar una señal eléctrica análoga en un numero digital equivalente. Este último tema que son convertidores que más que nada la función que tienen es transformar pulso de información eléctrica en otra salida. Para poder llegar a al diseño de un circuito eléctrico se pasa en varias etapas y una de las principales etapas es entender correctamente la parte teórica para poder hacer las conexiones de los circuitos, así como también la parte práctica que la más importante ya que es donde se realiza el circuito funcionando de manera correcta sin causar error alguno. En términos generales esta investigación nos es de mucha ayuda ya que nos ayuda a entender y comprender mejor los conceptos y aplicarlos en los trabajos para reforzar más lo aprendido.

En esta tercera unidad se ha hecho un circuito secuencial el cual depende del estado en el que se encuentre, lo cual se determina mediante los siguientes pasos, primeramente se realiza el diagrama de estado, el cual nos va a servir para determinar cuales son los números que identificaremos en el circuito, alli se sabe de que numero saltara y cual es el que le sigue, seguidamente tenemos la tabla de exitacion continuandola con un mapa de carnaught, por ultimo se encuentra el diagrama lógico y de igual manera lo realizamos en un simulador de circuitos.

Analógico digital

Convertidor analógico digital:Los convertidores A/D son dispositivos electrónicos que establecen una relación biunívoca entre el valor de la señal en su entrada y la palabra digital obtenida en su salida. La relación se establece en la mayoría de los casos, con la ayuda de una tensión de referencia. La conversión analógica a digital tiene su fundamento teórico en el teorema de muestreo y en los conceptos de cuantificación y codificación. Un conversor o convertidor de señal analógica a digital es un dispositivo electrónico capaz de convertir una señal analógica de voltaje en una digital con un valor binario. Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.

FuncionamientoEstos conversores poseen dos señales de entrada llamadas y Vref+ y Vref- determinan el rango en el cual se convertirá una señal de entrada. El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se puede saber, siempre y cuando se conozca el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor análogo digital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestraanalógica de entre 0 y 5 voltios y su resolución será respectivamente:

ResoluciónResoluciónResoluciónResolución====valor analógico / (2^8)5 V / 2560,01953 V o 19,53 mv.LSBLo anterior quiere decir que por cada 19,53 milivoltios (mv) que aumente el nivel detensión entre las entradas nomencladas como Vref+ y Vref- que ofician de entradaal conversor, este aumentará en una unidad su salida (siempre sumando en formabinaria bit a bit). Por ejemplo:

Cómo se utiliza:Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital, veamos ahora cómo se efectúa el proceso de conversión de una tecnología a otra. Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos:

1.- Muestreo de la señal analógica.2.- Cuantización de la propia señal3.- Codificación del resultado de la cuantización, en código binario.

Muestreo de la señal analogicaRepresentación gráfica de medio ciclo positivo (+) , correspondiente a una señaleléctrica analógica de<sonido, con sus correspondientes armónicos. Como se podráobservar, los valores de variación de la<tensión o voltaje en esta sinusoide puedenvariar en una escala que va de “0” a “7” volt.6Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar unmuestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras detensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la quese realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreoy se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayorcantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digitalresultanteLas tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las siguientes:24 000 muestras por segundo (24 kHz)30 000 muestras por segundo (30 kHz)44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (Calidad de CD)48 000 muestras por segundo (48 kHz)

Digital analógico

Convertidor digital analógico:Un conversor de señal digital a analógica o conversor digital analógico, CDA o DAC (del inglés digital to analogue converter) es un dispositivo para convertir señales digitales con datos binarios en señales de corriente o de tensión analógica.

Se utilizan profundamente en los reproductores de discos compactos, en los reproductores de sonido y de cintas de video digitales, y en los equipos de procesamiento de señales digitales de sonido y vídeo.La mayoría de los DAC utilizan alguna forma de red doméstica. Los datos digitales se aplican a los reostatos en grupos de bits. Las resistencias varían en proporciones definidas y el flujo de corriente de cada uno está directamente relacionado con el valor binario del bit recibido.

Un conversor digital-analógico (CDA) es un dispositivo que convierte señales digitales con datos binarios en señales de corriente o de tensión analógica. Un CDA se basa en el siguiente diagrama:

El registro acepta una entrada digital, sólo durante la duración de la señal convert. Después de la adquisición, el registro mantiene constante el número digital hasta que se reciba otro comando. Las salidas del registro controlan interruptores que permiten el paso de 0[V] o el valor de la fuente de voltaje de referencia. Los interruptores dan acceso a una red sumadora resistiva que convierten cada bit en su valor en corriente y a continuación la suma obteniendo una corriente total. El valor total alimenta a un amplificador operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de la salida. Cada resistor de la rama está ajustado según el bit que tenga a la entrada como se muestra en el siguiente esquema:

Luego, la tensión de salida de un conversor de n bits, está dada por: Donde cada un representa la información binaria”0” o”1”.

Ejemplo:Se tiene un convertidor digital - analógico de 8 bits y el rango de voltaje de salida de 0 a 5 voltios.Con n = 8, hay una resolución de 2N = 256 o lo que es o mismo: El voltaje de salida puede tener 256 valores distintos (contando el "0")También: resolución = VoFS / [ 2n - 1] = 5 / 28-1 = 5 / 255 = 19.6 mV / variación en el bit menos significativo. Con n = 4 bits, se consiguen 2n = 16 posibles combinaciones de entradas digitales

La salida analógica correspondiente a cada una de las 16 combinaciones dependerá del voltaje de referencia que estemos usando, que a su vez dependerá del voltaje máximo que es posible tener a la salida analógica.Si el voltaje máximo es 10 Voltios, entonces el Vref. (Voltaje de referencia) será 10 / 16 = 0.625 Voltios.Si el voltaje máximo es 7 voltios, Vref = 7 / 16 = 0.4375 Voltios. Se puede ver estos voltajes de referencia serán diferentes (menores) si se utiliza un DAC de 8 o más bits. Con el de 8

bits se tienen 256 combinaciones en vez de 16. Esto significa que el voltaje máximo posible se divide en más partes, lográndose una mayor exactitud.

Conclusión

Para dar por terminado se tiene que ya se conoce la importancia de los distintos usos que se le pueden dar a los convertidores, va a depender del diseño del circuito a realizar, y hay que conocer a fondo su funcionalidad para no tener problemas al momento de realizar un circuito.De igual manera es necesario saber la funcionalidad de esta parte ya que se tiene mucha relación con la carrera que estamos llevando ya en parte tiene relacion con los circuitos eléctricos de una computadora porque de hecho su diseño es la de in circuito lo que hemos estado estudiando hasta ahora esto nos ayudara a entender cómo funciona todo el diseño y así posiblemente poder realizar unas correcciones dependiendo el problema que existe. Conocer en gran parte la funcionalidad de todo lo aprendido hasta ahora nos es de mucha ayuda como futuros profesionales que como había mencionado con anterioridad está muy relacionada a la carrera y así poder resolver problemáticas de la vida real que se nos presente.En esta materia de principios electricos y aplicaciones digitales, aprendimos varias cosas, cobre todo los distintos componentes para realizar ditintos tipos de circuitos, tales como vimos en las dos primeras unidades los circuitos básicos que debemos conocer y de igual manera la realizacion de una fuente de voltaje de 5 volts, fue de gran experiencia ya que aprendimos la metodología para poder realizarlos y de igual manera su funcionalidad y en que áreas los podemos utilizar.