INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacán
CALIBRACIÓN DE U N ADC0804 Castillo Bello Franco Omar Licea Villalobos Cristopher Rosas Sánchez Zareth Guadalupe Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Culhuacán. Culhuacán. Avenida Santa Ana #1000 Col. San Sa n Francisco Culhuacán, Deleg. Coyoacán C.P. 04430, México D.F. Tel. 56242000 ext. 73000 1. RESUMEN. En la automatización e instrumentación industrial, se producen señales analógicas que varían constantemente, con variaciones que pueden ser muy rápidas o lentas. Estas señales no son fáciles de tratar, como sumar, almacenar, almacenar, comparar etc., por lo que que se recurre a dispositivos en circuitos integrados: los convertidores analógico-digitales. analógico-digitales. Estos dispositivos dispositivos son más comúnmente conocidos como ADC (de AnalogicDigital Converter). Ellos realizan el paso de señales analógicas a digitales asignando a cada nivel de tensión un número digital para ser utilizado por el sistema de procesamiento. Las características fundamentales que determinan la calidad de un convertidor AD son la precisión y la velocidad. 2. ABSTRACT
In the industrial automation and instrumentation, there are analog signals that are constantly changing, with variations that can be very fast or slow. These signals are not easily treated, such as add, store, compare, and so on., So that devices are used in integrated circuits: analog-digital converters. These devices are more commonly known as ADC (of Analogic-Digital Converter). They make the transition from analog to digital signals by assigning each voltage level a digital number for use by the processing system. The fundamental characteristics that determine the quality of an AD are accuracy and speed. 2. INTRODUCCIÓN
El término analógico en la industria de las telecomunicaciones y el cómputo significa todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello que puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto límite, superior e inferior. El término digital de la misma manera involucra valores de entrada/salida entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. En el caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el cero (0) o el uno (1) o Bits. La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales entre dos puntos, en un sistema de comunicación. La información de la fuente original puede estar ya sea en forma digital o en señales analógicas que deben convertirse en pulsos digitales, antes de su transmisión y convertidas nuevamente a la forma analógica en el lado del receptor. Toda la tecnología digital está basada en la técnica de muestreo (sampling); el muestreo digital convierte el voltaje en números (0s y 1s) los cuales pueden ser fácilmente representados y vueltos nuevamente a su forma original. La cuantización es el proceso de convertir valores continuos [p.e. voltajes] en series de valores discretos. La codificación es la representación numérica de la cuantización utilizando
códigos ya establecidos y estándares. El código más utilizado es el código binario, pero también existen otros tipos de códigos que son empleados. Las señales analógicas reales tienen todas un ruido que se traduce en un intervalo de incertidumbre. Esto quiere decir que obtenida una muestra de una señal analógica en un instante determinado, es imposible determinar cuál es el valor exacto de la muestra dentro de un intervalo de incertidumbre que introduce el ruido. Por lo tanto, esta incertidumbre en las señales analógicas produce un error de conversión en los ADC¶s.
0 R7 200
R5 200
7 Resistencias de 200 .
1 Resistencia de 10K.
1 Potenciómetro de 5 K calibrado a 4.7 K.
7 Diodos Emisores de Luz (LEDS).
2 Capacitores de 0.1 µF.
1 Protoboard.
1 Fuente de alimentación con doble salida de voltaje.
1 Multímetro.
- Una vez teniendo todos los componentes necesarios, se procedió a armar el circuito en la Protoboard de acuerdo al siguiente diagrama dado.
R1 200
14
15
16
17
7
6
5
4
3
2
1
VCC
3
6
7
5
4 2
18 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
R9 10k
19
0
1 VCC
C1 100nF
Un ADC0804 (8 bits).
R2 200
13
3. DESARROLLO
R3 200
12
1 2 3
- Para poder llevar a cabo el experimento se utilizaron los siguientes componentes.
R4 200
11
VCC 5V
R6 200
4 5
6 7
U1 ADC0805
0 8 9 1
8
10
C2 100nF 20
5V R8VCC 5k 50% Key=A
9
V1 12 V
- Se calibro el potenciómetro a la impedancia requerida. - Una vez armado el circuito de acuerdo al diagrama anterior, se procedió a conectar las fuentes de alimentación. Una de las salidas de la fuente de alimentación estaba destinada al voltaje necesario para hacer funcionar el ADC y a su vez para poderlo utilizar como voltaje de referencia, la otra salida fue para poder variar el voltaje a convertir. - Teniendo las fuentes conectadas al circuito, se empezó variar el voltaje de entrada a convertir, iniciando por 0.25V, y variando de .05V en .05V, hasta poder cubrir un rango de 128 valores de voltaje, es decir, hasta llegar a un rango de aproximadamente 6V. Aquí se tomo nota de los primeros valores medidos, los valores base. - Ya teniendo esta primera prueba, como el ADC no era tan preciso en la conversión, se procedió a hacer 2 veces más el mismo proceso de variación de voltaje en la fuente para la conversión.
- Con tres mediciones tomadas de la conversión, procedimos a obtener un valor promedio de los voltajes medidos.
- Tomando en cuenta el voltaje promedio de cada palabra y los voltajes ideales, es decir, los valores con que se variando el voltaje, obtuvimos una tabla de conversiones. 4. RESULTADOS. La siguiente tabla muestra los voltajes teóricos, es decir, los valores de voltaje ideal que el ADC tenía que convertir, a si mismo, se registraron los voltajes reales medidos; también se anoto en forma de datos binarios, con su correspondiente valor hexadecimal. Como podemos observar, al final de la tabla no aparecen algunos valores medidos, esto es porque el ADC a estos niveles de voltaje, empezaba a desestabilizarse, además, comparando los valores teóricos contra los valores reales, estos últimos, en algunos casos llegan a diferir bastante de los primeros, esta diferencia se debe al error de conversión que poseen los ADC.
1.70
1.879
0100001
21
1.75
1.929
0100010
22
1.80
1.987
0100011
23
1.85
2.049
0100100
24
1.90
2.107
0100101
25
1.95 2.00 2.05
2.156 2.216 2.281
0100110 0100111 0101000
26 27 28
2.10
2.337
0101001
29
2.15
2.388
0101010
2A
2.20
2.444
0101011
2B
2.25
2.503
0101100
2C
2.30
2.559
0101101
2D
2.35
2.610
0101110
2E
2.40
2.669
0101111
2F
2.45
2.738
0110000
30
2.50
2.796
0110001
31
2.55
2.844
0110010
32
2.60
2.901
0110011
33
2.65
2.959
0110100
34
2.70
3.015
0110101
35
2.75 2.80
3.064 3.122
0110110 0110111
36 37
3.18 3.238
0111000 0111001
38 39
V. Teórico
V. Medido
Palabra Binaria
Hexadecimal
0.25
0.25
0000100
4
0.30
0.30
0000101
5
2.85 2.90
0.35
0.35
0000110
6
2.95
3.284
0111010
3ª
0.40
0.40
0000111
7
3.00
3.338
0111011
3B
0.45
0.45
0001000
8
3.05
3.393
0111100
3C
0.50
0.50
0001001
3.10
3.439
0111101
3D
0.55
0.556
0001010
9 A
0.60
0.612
0001011
B
3.15 3.20
3.497 3.553
0111110 0111111
3E 3F
0.65
0.67
0001100
3.25
3.679
1000000
40
3.30
3.727
1000001
41
0.70
0.728
0001101
C D
3.35
3.771
1000010
42
0.75
0.783
0001110
E
3.40
3.829
1000011
43
0.80
0.84
0001111
F
3.45
3.885
1000100
44
0.85
0.902
0010000
3.50
3.943
1000101
45
0.90
0.959
0010001
10 11
0.95
1.012
0010010
3.986 4.044
1000110 1000111
46 47
1.00
1.066
0010011
12 13
3.55 3.60 3.65
4.116
1001000
48
1.05
1.121
0010100
14
3.70
4.173
1001001
49
1.10
1.179
0010101
15
3.75
4.215
1001010
4ª
1.15
1.235
0010110
16
4.272 4.33
1001011 1001100
4B 4C
1.20
1.295
0010111
17
3.80 3.85 3.90
4.386
1001101
4D
1.25
1.352
0011000
18
3.95
4.427
1001110
4E
1.30
1.409
0011001
19
1.35
1.462
0011010
1A
4.00 4.05
4.482 4.571
1001111 1010000
4F 50
1.40
1.519
0011011
1B
4.10
4.629
1010001
51
1.45
1.574
0011100
1C
4.15
4.668
1010010
52
1.50
1.631
0011101
1D
4.20
4.725
1010011
53
1.55
1.686
0011110
1E
4.25
4.782
1010100
54
1.60
1.745
0011111
1F
4.30
4.84
1010101
55
1.65
1.828
0100000
20
4.35
4.879
1010110
56
4.40
4.935
1010111
57
4.45
5.008
1011000
58
4.50
5.064
1011001
59
4.55
5.1
1011010
5ª
4.60 4.65 4.70
5.158 5.208 5.231
1011011 1011100 1011101
5B 5C 5D
4.75
5.232
1011110
5E
4.80
5.447
1011111
5F
4.85
5.494
1100000
60
4.90
5.514
1100001
61
4.95
5.526
1100010
62
5.00
5.537
1100011
63
5.05
5.55
1100100
64
5.10
5.555
1100101
65
5.15
5.56
1100110
66
5.20
5.566
1100111
67
1101000
68
5.25 5.30
5.588
1101001
69
5.35
5.593
1101010
6ª
1101011 1101100
6B 6C
5.40 5.45 5.50 5.55
5.596 5.598
1101101 1101110
6D 6E
5.60
5.607
1101111
6F
1110000
70
5.65 5.70
5.614
1110001
71
5.75
5.615
1110010
72
5.80 5.85
5.616
1110011 1110100
73 74
5.90
5.621
1110101
75
5.95
5.623
1110110
76
6.00
5.626
1110111
77
1110000
78
6.05 6.10
5.638
1110001
79
6.15
5.639
1110010
7ª
6.20 6.25
5.648
1110011 1111000
7B 7C
6.30
5.652
1111001
7D
6,35
5.656
1111110
7E
6.40
5.660
1111111
7F
-Después de realizar las mediciones anteriores, pudimos obtener un promedio de ellas y así graficar.
cuando hace la codificación de los voltajes, es decir, pudimos ver un error de conversión, que en ciertos valores de los voltajes podía llegar a variar demasiado con respecto al valor ideal que esperábamos. Por lo tanto, podemos concluir que a pesar de que las señales digitales tienen muchas ventajas sobre las analógicas, una gran desventaja es que cuando no se cuenta con un buen convertidor podemos obtener error en la conversión, que si bien, este error en un principio no esta tan grande, conforme se va acrecentando el voltaje en la señal de entrada, el error también va creciendo, a su vez, que se va haciendo menos precisa y estable la conversión, por lo que en ámbitos profesionales puede causar inestabilidad en un sistema e incluso daños a los demás componentes de un circuito en un sistema 6. APENDICE. R
R UIDO. Se denomina ruido a toda señal no deseada que se mezcla con la señal útil que queremos transmitir.
S SEÑAL. La variación de una corriente eléctrica u otra magnitud física que se utiliza para transmitir información. SISTEMA. Es un agregado de objetos o entidades materiales entre cuyas partes existe una vinculación o interacción de tipo causal.
7. BIBLIOGRAFIA. y
y
5. CONCLUSIONES. Mediante este experimento pudimos observar el funcionamiento de un ADC de una manera práctica, además, también nos dimos cuenta que no es tan preciso
y
J.Millman&C.C. Halkias
³Electrónica integrada´, Editorial Hispano Europea. J.M.Fiore ³Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales ´, Editorial Thomson. http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_p df/A/D/C/0/ADC0804-1CD.shtml (Fecha de revisión: 2 de septiembre del 2010)
y
http://proton.ucting.udg.mx/~cruval/convadc.ht ml (Fecha de revisión: 2 de septiembre del 2010)
