sesión 10: conversión análoga a digital. 2009/1 circuitos digitales iii 2010/1 circuitos...

Sistemas Digitales IISesión 10: Conversión Análoga a Digital

2009/1Circuitos Digitales III 2010/1Circuitos Digitales III 2010/1Circuitos Digitales IIICircuitos Digitales III 2010/1Sistemas Digitales II Universidad Santo Tomás

Antes de ComenzarAntes de Comenzar

Conociendo la CPU y sus Periféricos…

IRQIRQ

TIMERTIMER

SIMSIME/SE/S

SCISCI

1000111011110000000100011010110000011100

CPUCPU MEMORIAMEMORIA

ADCADC


Agenda para la claseAgenda para la clase

11Conversores A/D Diversos conceptos sobre conversores Análogo a Digital

22Módulo ADC Convertir una señal análoga en un conjunto de valores digitales en un MCU

33Manipulación del conversor Características a tener en cuenta para usar el módulo ADC

44Ejemplo A/D Haciendo uso del conversor A/D para procesar una señal análoga


A continuación…A continuación…

Ejemplo de uso del conversor A/D

Manipulación del conversor ADC de los PICs

Módulo ADC de los PIC 16F88x

Conceptos sobre conversores A/DConceptos sobre conversores A/D


DigitalGenerar.Transmitir.Procesar.Almacenar.

Señal Digital

AnálogoGenerar.Transmitir.Procesar.Almacenar.

Señal Análoga

Sistema Electrónico

Conceptos sobre A/DConceptos sobre A/D

La magnitud se representa mediante variables

continuas.

La magnitud se representa mediante variables

continuas.

Magnitud física limitada a tomar

determinados valores discretos.

Magnitud física limitada a tomar

determinados valores discretos.

¿Qué es una señal? Señal

Cantidad Física. Varía con el tiempo. Lleva información.

Procesamiento de una señal Transformar la señal para lograr uno o varios fines. Ejemplo: En Audio…

Los sistemas de cómputo trabajan con señales digitales, no análogas…


AceleraciónAceleración

ImágenesImágenes

TemperaturaTemperatura

FuerzaFuerza

LuminosidadLuminosidad

OtrosOtros

SensoresMundoDigital Conversión

Dominio tDominio t

Sample and HoldSample and Hold

Dominio nDominio n

A/D FlashA/D Flash

A/D SecuencialA/D Secuencial

A/D Aprox. Suces.A/D Aprox. Suces.




Sensores Sirven para Virtualizar una Cantidad Física. Su función:

SENSOR

PesoVelocidadAceleraciónLluviaImágenesTemperaturaVoltaje/Corriente

Voltaje

Corriente

Conjunto de valores continuo.



Muestreo y Retención Pasar de tiempo continuo a tiempo discreto. Se muestrea a determinada frecuencia f. Se toma el voltaje de entrada y se mantiene hasta la

próxima muestra. Colección de valores finita.

Amplitud

Tiempo

Clk

Ve Vx



Conversor A/D

CONVERSORA/D

n Bits

CONVERSORA/D

n Bits

Entrada Análoga

Voltajes Referencia H y L

Señal de Reloj

… Salida Digital



Conversor A/D Muestreo, Referencia, cuantización (Nro. Bits)

Amplitud

Tiempo

VREF_HIGH

VREF_LOW

Muestreando…Cuantizando…

Se emplean 8 valores para

cuantización, es decir, 3 bits.

Se emplean 8 valores para

cuantización, es decir, 3 bits.



Tipos de Conversores A/D Conversor A/D Flash.

• Muy veloz pero requiere de mucho Hardware, costoso.

Conversor Secuencial.• Fácil de implementar, pero muy lento en el peor de los casos.

Conversor por aproximaciones sucesivas.• Fácil de implementar, siempre requiere el mismo número de

ciclos para cada muestra. Mejor que el anterior.


Vref


Conversor A/D Flash (Distinguir 4 Valores)

+-

R

R

Vana

+-

R

+-

R

CodificadorPrioridad

CodificadorPrioridad

Salida2 Bits

1/4Vref

2/4Vref

3/4Vref

Si 0 Vana 1/4Vref → Salida = ???Si 1/4Vref Vana 2/4Vref → Salida = ???Si 2/4Vref Vana 3/4Vref → Salida = ???Si 3/4Vref Vana Vref → Salida = ???Principal Desventaja???

0V

1.25V

2.5V

3.75V

5V

0.75V

0.75V

0.75V

0V

0V

0V

‘0’

‘0’

2.1V

2.1V

2.1V

5V

0V

0V

‘0’

‘1’

3.3V

3.3V

3.3V

5V

5V

0V

‘1’

‘0’

4.6V

4.6V

4.6V

5V

5V

5V

‘1’

‘1’



Conversor A/D Secuencial

Control Digital

Control Digital

Amplificador

ComparadorComparador

Acond. SeñalEntradaAnáloga

D/AD/A…

Voltaje Análogo Generado

0000 V1 = 0V

Vana

Vin

SalidaDigital

Salida = Salida Digital siVana >= Vin

0001 V2 = 0.3125V

0010 V3 = 0.625V

0011 V4 = 0.9375V

1111 V16 = 5V

Desventaja???



Conversor A/D Aprox. Sucesivas

Control Digital

Control Digital

Amplificador

ComparadorComparador

Acond. SeñalEntradaAnáloga

D/AD/A…

Voltaje Análogo Generado

1000 V1 = 2.5V

Vana

Vin

SalidaDigital

Comparación 1: bit(3) = ‘1’Si Vana < Vin, bit(3) se deja en 1

Si Vana >= Vin, bit(3) se pone en 0

X100 V2 = xV



XX10 V3 = xV



XXX1 V4 = xV





Conversor A/D Aprox. Sucesivas

0/Vmin

15/Vmax

0/Vmin

15/Vmax

Salida = XXXX Salida = XXXXSalida = 1000 Salida = 1000Salida = 1100 Salida = 0100Salida = 1110 Salida = 0010Salida = 1101 Salida = 0011Salida = 1101 Salida = 0011






Conceptos sobre conversores A/D



14 Canales14 Canales

ConversiónConversión

8/10 Bits8/10 Bits

RelojReloj

Polling o INTsPolling o INTs Ap. SucesivasAp. Sucesivas

A/D16F88x

Conversor ADCConversor ADC


MUX

CANAL 1

CANAL 2

CANAL 3

CANAL n

…CANAL 4

CHANNELSELECT

Conversor8/10 Bits

Conversor8/10 Bits

CLOCKGEN

Registros A/DADRES

Interrupción

GO/DONE

Petición de INT,

Conversión Completa

Petición de INT,

Conversión Completa

El muestreo solo se hace por un

canal al tiempo…

El muestreo solo se hace por un

canal al tiempo…

La muestra se escribe en el

registro ADRES…

La muestra se escribe en el

registro ADRES…




Registros para manipular el A/D Definición de pines de entrada y señales aplicadas:

• TRISA - PORTA - TRISE – PORTE

Manejo de interrupciones• INTCON – PIE1- PIR1

Control del conversor A/D:• ADCON0 - ADCON1- ADRESH - ADRESL.

10011101ADC8-bits

ADC8-bits

X X X X X X X XADRES 1 0 0 1 1 1 0 1

10011101111001110111ADC10-bits

ADC10-bits

X X X X X X X XADRESH 1 0 0 1 1 1 0 1X X X X X X X XADRESL 1 1 X X X X X XX X X X X X 1 00 1 1 1 0 1 1 1



Pines para el ADC En el 16F887:

El registro ADCON0:• Los bits de selección de canal CHS[3:0] del registro

de estado y control ADCON sirven para seleccionar el canal de entrada.

I/O PIN ANÁLOGO

RA0 19 AN0

RA1 20 AN1

RA2 21 AN2

RA3 22 AN3

RA5 24 AN4

RB0 8 AN12

RB1 9 AN10

RB2 10 AN8

RB3 11 AN9

RB4 14 AN11

RB5 15 AN13

RE0 25 AN5

RE1 26 AN6

RE2 27 AN7



Conversión de Voltaje Externamente se tienen los pines VREF- y VREF+. El valor digital equivale a:

• Valor análogo = VREF+, ADRES = $FF/$3FF• Valor análogo = VREF-, ADRES = $00/$000• Valor análogo entre VREFL y VREFH

– Valor digital entre $00/$000 y $FF/$3FF (Conversión lineal)

VREFH = VDD y VREFL = VSS



Resolución de Conversión: La resolución vendrá dada por la siguiente ecuación:

En el caso de que la Vref+ = VDD y Vref-=VSS entonces la resolución es:

1024Resolución

refref

ref

VVV

1024

050Resolución

mV8,4Resolución


Manipulación Módulo A/DManipulación Módulo A/D

Para realizar la conversión, se recomienda seguir los siguientes pasos:

1. Configurar el módulo A/D: Configuración de pines analógicos y de referencia Selección de reloj para la conversión A/D Selección de la entrada A/D Habilitar módulo A/D (interrupción)

2. Habilitar captura del canal Se puede habilitar sólo el inicio de la captura


Manipulación Módulo A/DManipulación Módulo A/D

3. Esperar el tiempo de adquisición.

4. Esperar a que termine la conversión. Puede ser de dos formas: Esperando un tiempo de espera. Esperando a la interrupción.

5. Para la siguiente conversión se salta a los puntos 1, 2 ó 3 en función de lo que se necesite


Módulo A/D e n CMódulo A/D e n C

Para trabajar con las interrupciones del A/D, se la siguiente directiva:

#INT_AD Esta indica que la función que esté a continuación

será la subrutina de atención de interrupción del módulo A/D.

Para habilitar la interrupción se emplea:

enable_interrups (INT_AD);



En el compilador C las funciones para manejar el convertidor AD son las siguientes: Configuración de entradas

setup_adc_ports (valor);

Valor: definición de las entradas analógicas.

Valor Descripción

ALL_ANALOG Todos los Puertos son Análogos

sANx Análogo x

NO_ANALOGS Todos los Puertos son Análogos



En el compilador C las funciones para manejar el convertidor AD son las siguientes:

Configuración de reloj ADC

setup_adc (modo); Modo: para la configuración del módulo conversor

A/D correspondientes a los bits 7:6 del ADCON0.

Modo Descripción

ADC_OFF Reloj Desactivado

ADC_CLOCK_INTERNAL Reloj Interno del ADC

ADC_CLOCK_DIV_2 Reloj Fosc/2





En el compilador C las funciones para manejar el convertidor AD son las siguientes: Selección del canal

set_adc_channel (canal);

Canal: selección del canal analógico

Canal Descripción

canal Selección del canal (0-13)



Habilitar captura y Adquisición del dato :

valor = read_adc(funcionamiento); Lectura del resultado donde valor es un entero de 8/16 bits

según la directiva #device adc = bits

Admite tres modos de funcionamiento:

bits Descripción

8 8 bits

10 10 bits

Funcionamiento Descripción

ADC_START_AND_READ(Si está vacío -> Por defecto).Permite iniciar y leer el Convertidor.

ADC_START_ONLY Sólo inicia la conversión.

ADC_READ_ONLY Sólo lee los registros de la conversión


EjemploEjemplo

Lectura de voltajes analógicos que ingresan por los canales AN0 y AN1 (sin interrupciones).


EjemploEjemplo

Lectura de voltajes analógicos que ingresan por los canales AN0 y AN1 (con interrupciones). La selección del canal de lectura se da a través de la interrupción externa (RB0).

Sistemas Digitales IIFin de la sesión 10

sesión 10: conversión análoga a digital. 2009/1 circuitos digitales iii 2010/1 circuitos...

Documents