Conversión Analaogo a Digital

Microcontroladores Gustavo Espinoza Villegas

¿cómo funciona un ADC? la conversión analógico -digital consta de varios procesos, entre ellos tenemos: muestreo

cuantización codificación

LEY DE NYQUIST El ingeniero sueco Harry Nyquist formuló el siguiente teorema para obtener una grabación digital de calidad:

“La frecuencia de muestreo mínima requerida para realizar una grabación digital de calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia de audio de la señal analógica que se pretenda digitalizar y grabar”. Este teorema recibe también el nombre de “Condición de Nyquist”. Es decir, que la tasa de muestreo se debe realizar, al menos, al doble de la frecuencia de los sonidos más agudos que puede captar el oído humano que son 20 mil hertz por segundo (20 kHz). Por ese motivo se escogió la frecuencia de 44,1 kHz como tasa de muestreo para obtener “calidad ”, pues al ser un poco más del doble de 20 kHz, incluye las frecuencias más altas que el sentido del oído puede captar.

PASOS PARA LA CONVERSIÓN para convertir una señal analogica en digital el

consiste en realizar (sampling) de esta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina , tasa o tambien frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz

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(kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá señal digital

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resultante.

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Durante el proceso de muestreo

equivalentes a la tensión o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide con la finalidad de realizar a continuación el proceso de

La tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas por audio 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)

TIPOS DE ADC: RAMPA DIGITAL La conversión de analógico a digital implica de forma inherente una acción de comparador, donde en algún momento se compara el valor de la tensión analógica con un estándar. Una forma común de hacerlo es aplicar el voltaje analógico a un terminal de entrada del comparador y disparar un contador binario que accione un DAC. La salida del DAC se aplica a la otra entrada del comparador. Puesto que la

salida del DAC está aumentando con el contador, en algún momento se activará el comparador cuando su tensión exceda la entrada analógica. La transición del comparador detiene el contador binario, que en ese punto tiene el valor digital

TIPOS DE ADC: aproximación suseciva Ilustración de un SAC (comparador aproximación sucesiva) de 4 bits con tamaños de pasos de 1 voltio (de Tocci, Digital Systems).El ADC de aproximación sucesiva es mucho más rápido que la rampa digital, porque usa la lógica digital para converger con el valor más próximo al voltaje de entrada.En el proceso se usan un comparador y un DAC.

TIPOS DE ADC: FLASH Se ilustra un ADC flash de 3 bits con una resolución de 1 voltio (de Tocci). La red de resistencias y comparadores proporcionan una entrada al circuito lógico combinativo, de manera que el tiempo de conversión es sólo el retardo de propagación a través de la red -no está limitado por la velocidad del pulso o alguna secuencia de convergencia-. Es el tipo más rápido de ADC disponible, pero requiere un comparador para cada valor de salida (63 para 6-bits, 255 para 8-bits, etc). Tales ADCs hasta 8-bits, están disponibles en formato de IC. Se preveen ADC flash de 10 bits (1023 comparadores). La lógica codificadora ejecuta una tabla de verdad para convertir la escalera de entradas, en una salida numérica binaria.

ADC EN LOS MICROCONTROLADORES

En la mayoría de proyectos que realizamos con  Arduino necesitamos que la placa conozca magnitudes del mundo real, como pueden ser de luz o temperatura, para que esta active una serie de actuadores, como pueden ser motores o leds. Para ello las placas de  Arduino   cuentan con entradas analógicas con las que, a través, de sensores, medimos dichas magnitudes. Las dudas vienen, cuando nos planteamos que un ordenador o microcontrolador en este caso, es un sistema digital y las magnitudes que deseamos medir son analógicas, por ello necesitamos un sistema que pase de analógico a digital, el cual llamaremos  ADC (Analog digital coverter). Como es lógico Arduino cuenta con un  ADC. Este conversor ADC va conectado a un multiplexor, para que así, con uno solo de estos podamos tener varías entradas, como es en el caso de las placas  Arduino  que normalmente

EJEMPLO teórico

void setup(){ Serial.begin(9600); muestreo(); } void loop(){ }

 A continuación, haremos un programa con Arduino para calcular el tiempo de muestreo que tiene nuestra placa. Para este ejemplo solo requerimos de una placa  Arduino y el código será el siguiente:

void muestreo(){ unsigned long time1=0; unsigned long time=0; Serial.println("*************************"); Serial.println("ENSAYO TIEMPO DE MUESTRO:"); Serial.println("*************************"); for(byte i =0; i