Traslapamiento (Aliasing)

Convertidor Análogo Digital
CONVERTIDOR ANALÓGICO ANAL ANALÓGICO GICO DIGITAL
Convertidor Análogo Digital
SU CONEXIÓN CONEXI CONEXIÓN N Y APLICACIONES
Conversión Conversi n Analógica
Anal gica - Digital
Microprocesadores
Microprocesadores
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Microprocesadores
Microprocesadores
• La conversión A/D es un proceso de cuantización en la cual una
señal analógica es representada por su equivalente en estados
binarios
• La digitización de las señales tienen sus desventajas:
– La señal analógica nunca puede ser exactamente representada o
reconstruida. Siempre habrá algo de error.
– Una señal digitizada , cuando se transmite por un canal de
comunicación, requiere un ancho de banda mayor que la del canal
original. Por ejemplo, un canal telefónico de voz análogo requiere un
ancho de banda de aproximadamente 4Khz pero su equivalente digital
el canal es de 64 kbps

Convertidor Análogo Digital
Especificaciones de un convertidor A/D
• Tiempo de conversion: conversion es el tiempo requerido para completar una
conversión de la señal de entrada. Establece el límite de la frecuencia más
alta de la señal que puede ser muestreada sin “aliasing”.
fMAX=
1
2* tiempo de conversión
• Resolución Resoluci n : el número de bits del convertidor da la resolución y por lo
tanto la señal analóga de entrada más pequeña para la cual el convertidor
producirá un código digital. Puede ser dada en términos de la señal de
entrada de plena escala:
Resolución =
Señal de plena escala
2 n
Microprocesadores
Microprocesadores
Frecuentemente la resolución se da solo con el número de bits,n, o como un
por ciento del máximo
Convertidor Análogo Digital
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Especificaciones de 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 describe que tan
cerca es la medición del valor real
La señal es exacta dentro de = VRESOLUCIÓN
VSEÑAL
X100%
Microprocesadores
Microprocesadores

Convertidor Análogo Digital
Especificaciones Especificaciones de de un un convertidor convertidor A/D
A/D
Linearidad: Linearidad Es la desviación de los códigos de salida de la línea recta
trazada entre el cero y el valor de plena escala. La mejor que se puede
conseguir es + -1/2 del bit menos significativo ( + -1/2LSB )
Código de
salida
Convertidor Análogo Digital
11
10
01
00
+ -1/2LSB
Voltaje de
entrada
Plena escala
Errores de los convertidores A/D
Microprocesadores
Microprocesadores
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Microprocesadores
Microprocesadores
• El error fundamental en una conversión es
llamado error de cuantización. Este se debido a
la resolución +
- del convertidor y no puede ser
menor de ½ LSB.
• Hay tres fuentes de error en una conversión
A/D:
– Ruido,
– Traslapamiento (Aliasing)
– y tiempo de apertura

Convertidor Análogo Digital
Errores de los convertidores A/D
• El RUIDO: todas las señales tienen ruido, lo deseable es
que el valor de pico a pico del ruido sea menor que
. Esto significa que debemos escoger la resolución del
convertidor apropiadamente o reducir el ruido de la señal
VRuido
Convertidor Análogo Digital
Señal Señal +Ruido +Ruido
Errores de los convertidores A/D
Microprocesadores
Microprocesadores
+ -
+ - ½LSB
½ LSB
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Microprocesadores
Microprocesadores
Traslapamiento (Aliasing Aliasing): ): los errores debidos al
“traslapamiento” son difíciles de cuantificar. Dependen de
amplitud relativa de la señal a frecuencias abajo y arriba
de la frecuencia de Nyquist. El diseño del sistema debe
incluir un filtro paso bajo para atenuar las frecuencias de
la señal arriba de la frecuencia de Nyquist.

Convertidor Análogo Digital
Errores de los convertidores A/D
• Error de tiempo de apertutra: apertutra un error significativo en un sistema
digitizador es debido a la variación de la señal durante el tiempo de
apertura.
• Un buen diseño deberá tener un incertidumbre ,∆V, menor que un bit
menos significativo.
• El tiempo de apertura necesario para reducir el error a + es:
-
½LSB
Convertidor Análogo Digital
Apertura del del A/D
A/D
tAP =
1
2 Π fMAX MAX 2 n
tAP
∆V + - ½LSB
Microprocesadores
Microprocesadores
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Sample and Hold
• En muchos convertidores A/D, el tiempo de apertura y el
tiempo de conversión es lo mismo. El A/D está “observando”
a la señal mientras está convirtiéndola
Entrada
análoga an loga
Muestreo
+1 +1
+1 +1
Señal Se al
análoga an loga
sostenida
Microprocesadores
Microprocesadores

Convertidor Análogo Digital
Escogiendo un convertidor A/D
• El diseñador dise ador debe escoger:
Microprocesadores
Microprocesadores
– El número n mero de bits o resolución resoluci n y la velocidad o
tiempo de conversión conversi n del convertidor.
– El tipo de código c digo digital de salida del convertidor.
– El tiempo de apertura debe ser calculado y tomar la
decisión decisi n de incluir o no un sample- sample hold y un filtro
antialias en el sistema.
Convertidor Análogo Digital
Escogiendo un convertidor A/D
M.C. Carlos E. Canto Quintal
• Hay dos formas para escoger la resolucíó resolucíón
del ADC:
– La primera es encontrar el rango dinámico din mico de la señal se al de
entrada y escoger el número n mero de bits basado en éste ste.
• El rango dinámico din mico de cualquier señal se al es definido como:
Rango Dinámico= Din mico=
VMAX MAX
VRuido Ruido
Donde: VMAX VMAX
es el Valor máximo m ximo de la señal se al de entrada
VRUIDO RUIDO es el valor del ruido
Nos gustaría gustar a que el ruido este dentro del +
-
½ LSB, y para que esto
sea verdad, el número n mero de bits es:
N>= log
log 2 VMAX MAX
VRuido Ruido
Microprocesadores
Microprocesadores

Convertidor Análogo Digital
Escogiendo un convertidor A/D
– La otra manera de escoger el número n mero de bits de un ADC, es
basada en la resolución resoluci n requerida en la señal se al .
• Aquí Aqu , VMIN VMIN
es la resolución resoluci n requerida , y determina el
número mero de bits
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N>= log
log 2 VMAX MAX
VMIN MIN
Microprocesadores
Microprocesadores
M.C. Carlos E. Canto Quintal
CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DEL ADC0804
�� Resolución Resoluci n De 8 Bits
�� Habilidad De Conexión Conexi n Directa Al Bus Del
Microprocesador
�� Tiempo De Conversión Conversi n

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

Convertidor Análogo Digital
CONEXIÓN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR
BUSES
BUSES
DEL
DEL
SISTEMA
SISTEMA
µPROCESADOR
µPROCESADOR
1
2
3
5
11
18
CS
RD
WR
INTR
DB7
DB0
V+
CLK R
CLK IN
Vin(+)
Vin(-)
AGND
Vref/2
DGND
20
19
4
6
7
9
8
10
10K
150 pF
Microprocesadores
Microprocesadores
Entrada Diferencial
El ADC0804 de National Semiconductor tiene implementadas todas las
señales se ales de control necesarias para conectarse a un microprocesador
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Inicio de la conversión
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Microprocesadores
Microprocesadores
Una conversión conversi n inicia activando las señales se ales CS y WR. Y al final de la conversión, conversi n, el
convertidor genera una señal se al INTR ( similar al DATA READY). Esta señal se al puede usarse
para interrumpir al procesador indicándole indic ndole que el byte de dato está est listo y que ya puede
ser leído. le do.

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Habilitación de la salida y reset de INTR
Microprocesadores
Microprocesadores
El procesador lee el byte activando la señal se al RD y puede iniciar con la siguiente
conversión conversi n si fuera necesaria.
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Entrada
analógica
Vin (+)
Vin (-)
Entradas analógicas del ADC0804
(a) para detectar una entrada de 0 a+5 volts.
+
-
ADC0804
Entrada
analógica
Vin (+)
Vin (-)
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Microprocesadores
Microprocesadores
ADC0804
(b) para detectar una entrada con
un desvío respecto a tierra
+
-

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Generación de la señal de reloj
El ADC0804 requiere un reloj para funcionar. El reloj puede ser externo,
conectado a la terminal CLK IN o puede ser generado por un circuito RC.
El rango de frecuencias del reloj permisibles está entre 100KHz y 1460 KHZ.
Para que el tiempo de 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 del reloj se calcula con:
1
F=
1.1 RC CLK R
oscilador
oscilador
CLK IN
Convertidor Análogo Digital
D0-D7
Z80
ADC0804
WR
IORQ
RD
INT
Bus
Bus
de
de
datos
datos
74LS138
74LS138
IOWR
IORD
y0
y1
y2
WR
D0-D7
RD
ADC0804
ADC0804
INTR
CS
88h~8Fh
10K
R
150 pF
CLK IN
C
Microprocesadores
Microprocesadores
ADC0804
M.C. Carlos E. Canto Quintal
LM35
LM35
Microprocesadores
Microprocesadores
CONEXIÓN DEL ADC0804 CON EL MICROPROCESADOR Z-80
Con
Con
cualquiera
cualquiera
de
de
estas
estas
direcciones
direcciones
se
se
activa
activa
el
el
ADC
ADC

Convertidor Análogo Digital
IORD
IOWR
INT
BUS DE DIRECCIONES
A2
A3
A4
A5
A6
A7
BUS DE DATOS
1
2
3
6
4
5
A
B
C
G1
G2A
G2B
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
74LS138
Convertidor Análogo Digital
APLICACIÓN DEL ADC0804 EN UN MEDIDOR DE
TEMPERATURA
15
14
13
12
11
10
9
7
10uF
+5v
20
18
17
16
15
14
13
12
11
10
VCC
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
2
3
RD
5
WR
1
INTR
CS
88H-8FH
GND
ADC0804
VI+
VI-
CLKR
CLK
VREF
AGND
6
7
19
4
9
8
Nótese que, ya que el ADC solo tiene un registro,
no se requuiere ninguna línea del bus de
direcciones para selección de registros, por lo tanto
no importa con que dirección se habilite su CS.
10k
-
+Vs
Vout
75 ohms
f=1/1.1RC
150pf
+
+5v
1 uF
+5V
GND
16K
1K
2K
Microprocesadores
Microprocesadores
SENSOR DE TEMPERATURA
LM35
PARA GRADOS CENTÍGRADOS
( 10 mV/°C) CON
ENCAPSULADO TO-92
Visto de
abajo
M.C. Carlos E. Canto Quintal
Interfase de un ADC0804 al Z80 para sensar temperatura y desplegarla en el LCD
Z80
WR
IORQ
RD
INT
74LS138
74LS138
IOWR
IORD
Puerto A
PPI
PC5
PC7
Bus
Bus
de
de
datos
datos
D0-D7
Temperatura : 24 °C
RS E
LCD
R/ W
IOWR
IORD
INT
Implementado en prácticas anteriores
WR
RD
88h~8Fh
ADC0804
ADC0804
INTR
CS
Microprocesadores
Microprocesadores
LM35
LM35
Con
Con
cualquiera
cualquiera
de
de
estas
estas
direcciones
direcciones
se
se
activa
activa
el
el
ADC
ADC