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REPORTE DE PRÁCTICA: Convertidor analógico digital integrado.

PROFESOR: Ing. Jesús Leonel Arce Valdez.

ASIGNATURA: Control digital.

ALUMNOS: Jacobo García Hernández. Cesar A. Méndez Ortiz. Héctor M. Tinoco Esparza.

Cd. Guadalupe Victoria, Durango a 11 de octubre de 2013.

Índice 1.- Práctica. ....................................................................................................................................... 1 2.- Objetivo. ....................................................................................................................................... 1 3.- Introducción. ................................................................................................................................ 1 4.- Marco teórico. .............................................................................................................................. 1 5.1.- Equipo Necesario. ............................................................................................................... 3 5.2.- Material De Apoyo. .............................................................................................................. 3 6.- Desarrollo de la práctica. ........................................................................................................... 3 6.1.- Desarrollo. ............................................................................................................................ 3 7.- Resultados y conclusiones...................................................................................................... 19 7.1.- Resultados.......................................................................................................................... 19 7.2.- Conclusiones...................................................................................................................... 19 8.- Bibliografía. ................................................................................................................................ 20

1.- Práctica. Convertidor analógico digital integrado. 2.- Objetivo.  Comprobar experimentalmente el funcionamiento del convertidor analógico digital integrado del ADC0804 que emplea el método de conversión de aproximaciones sucesivas.  Construir una interfaz para medir l a temperatura, empleando el ADC0804 y el sensor de temperatura LM35D. 3.- Introducción. En esta práctica además de conocer un circuito integrado con el cual realizar directamente la conversión analógica digital se verá una aplicación real en la cual se pueden utilizar estos conocimientos. 4.- Marco teórico. Los convertidores analógicos digitales integrados emplean varios métodos de conversión que presentan diferentes características: velocidad, precisión, rango de voltaje de entrada, número de bits, rango de cuantización y algunas otras. La selección del tipo de convertidor analógico digital para una cierta aplicación, depende de muchos factores que hay que determinar a partir del sistema físico. En esta práctica se comprobará el funcionamiento del convertidor ADC0804 y se implementará un circuito para medir temperatura. En la primera parte de la práctica solo se comprobará el funcionamiento correcto del convertidor y por lo tanto el voltaje de entrada Vin se proporcionará a través del potenciómetro P1. En la segunda parte el voltaje Vin se proporcionará a través de un transductor de temperatura. La señal de temperatura que se va a medir debe sensarse a través de un transductor (sensor de temperatura), el cual transforma la temperatura del sensor a un voltaje directamente proporcional y después, a través de un acondicionador de señal se ajustan las características eléctricas (nivel de voltaje, corriente, impedancia, etc.), para poder procesar la información analógica y convertirla a un código binario. Este proceso se representa en la CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 1

figura 3.1.

Figura 3.1

El circuito transductor utilizado es el sensor de temperatura LM35D que tiene un factor de escala de 10mV / °C y que acepta un rango de voltaje de alimentación +Vs desde 4V hasta 20V. En la figura 3.2 se muestra su representación esquemática y su diagrama de conexión con vista inferior.

Figura 3.2

lo tanto se tendrá un rango de voltaje de 0V a 1000mV. Debido a que el convertidor se empleará con un voltaje de referencia máximo de 5V entonces se requiere que la señal del sensor se amplifique 5 veces para obtener un rango de 0V a 5V, lo que nos dará un código binario de salida de 00000000 a 11111111 (0 a 255) de acuerdo a las siguiente relación.

Figura 3.3

El ajuste del voltaje de referencia del convertidor se realizará a través de un divisor de voltaje que debe proporcionar la mitad del voltaje máximo de conversión, en este caso 2.5V.

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5.- Procedimiento. 5.1.- Equipo Necesario. 1 ADC0804 Convertidor Analógico Digital de Aproximaciones Sucesivas 1 LM35D Sensor de temperatura de precisión 1 LM358 Amplificador operacional de baja potencia 1 Resistencia de 82 Ω a ½ W. 8 Resistencias de 470 Ω a ½ W. 1 Resistencia de 1 K Ω a ½ W. 4 Resistencias de 10 K Ω a ½ W. 1 Resistencia de 39 K Ω a ½ W. 1 Resistencia de 100 a ½ W. 1 Potenciómetros de 50 K Ω 1 Capacitor de 1 µF 2 Capacitor de 0.01 µF 1 Capacitor de 220 pF 8 Leds 1 Fuente de voltaje 1 Generador de Funciones 1 Multímetro 1 Osciloscopio

5.2.- Material De Apoyo. Simuladores de circuitos electrónicos. 6.- Desarrollo de la práctica. 6.1.- Desarrollo. 1. Implementamos el circuito de la figura 3.4 (la referencia Vin indica el voltaje analógico que convertirá el ADC0804). 2. Verificamos que en la terminal 9 se tenga un voltaje de 2.5 V, el cual representa la mitad del voltaje máximo de conversión y comprobamos que CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 3

existe una señal de reloj en la terminal 4.

Figura 1. 3. Medimos con el multímetro el voltaje en la terminal 6 del ADC0804, el cual representa el voltaje analógico de entrada Vin, que deseamos convertir a digital.

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Figura 2. 4. Variamos el voltaje analógico de entrada Vin, a través del potenciómetro P1, hasta que solo esté encendido el bit menos significativo (LSB, pin 18), que corresponde al valor binario 0000 0001.

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Figura 3. 5. Registramos los valores del voltaje Vin correspondientes a los valores binarios de la tabla 3.1. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

Valor Binario 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1

1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1

Vin 0.02 V 0.03V 0.05V 0.07V 0.15V 0.28V 0.30V 0.32V 2.48V 3.11V 4.67V 4.91V 4.92V 4.95V 5.00V

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Tabla 3.1.

Figura 4.

Figura 5.

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Figura 6.

Figura 7.

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Figura 8.

Figura 9.

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Figura 10.

Figura 11. CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 10

Figura 12.

Figura 13. CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 11

Figura 14.

Figura 15.

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Figura 16.

Figura 17. CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 13

6. Sustituimos el potenciómetro P1 por una señal triangular con una frecuencia de 1Hz (o menor) con una amplitud de 5Vpp y con un offset de 2.5V positivo (la señal debe ser positiva). Observamos el comportamiento de los leds y anotamos lo que observamos.

Figura 18. 7. Repetimos la operación para una señal cuadrada y una senoidal, todas con el mismo nivel de voltaje y offset.

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Figura 19.

Figura 20. CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 15

Figura 3.4

Tabla 3.1

8. Sustituimos el generador de funciones por el circuito de la figura 3.5, el cual proporcionará una señal de voltaje directamente proporcional a la temperatura medida por el sensor LM35 con una ganancia de 5.

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Figura 3.5

Figura 20

9. Registramos el valor binario mostrado en los leds (este valor corresponde al valor de la temperatura ambiente) y determinamos el valor correspondiente en °C, utilizando el factor de escala, según se explica en la introducción.

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El valor que obtuvimos en sistema binario fue el siguiente: 01010110 el cual al transformarlo a decimal nos da la temperatura en °F equivalente a 86 °F y al transformarlo a °C nos da la temperatura del ambiente que es igual a 30 °C. y se puede observar en la figura 21.

Figura 21. 10. Tome 5 valores más de temperatura de cualquier objeto y compruebe el comportamiento correcto del sensor de temperatura. Regístrelos y anote sus comentarios. Obtuvimos los siguientes resultados. Objeto Valor binario obtenido Tinoco 10011010 Cesar 10011010 Libreta 01101010 Lápiz 00101010 Fuego 11111101

°C 34.9°C 35°C 33.7°C 32.9°C 97.5°C

Comentarios:

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El circuito que implementamos nos da unos resultados muy aceptables teniendo una buena velocidad de repuesta ante los diferentes cambios de temperatura. 7.- Resultados y conclusiones. 7.1.- Resultados. 1. Usando la tabla obtenida en el punto 4 del desarrollo, determine el rango de cuantización del convertidor, que es el valor de voltaje necesario para provocar el cambio en un bit. De acuerdo a los valores binarios y el voltaje obtenido en cada uno de ellos, observamos que el rango necesario para realizar el cabio de bit a bit 16mV aproximadamente. 2. Determine el rango de cuantización teórico y compárelo con el valor práctico, anote sus comentarios.  Rango de cuantización teórico: Son necesarios 10mV para elevar un °C y un bit.  Rango de cuantización practico: Son necesarios 16mV aproximadamente para aumentar un bit Comparando los dos rangos de cuantización, nos pudimos dar cuenta de que existe una variación entre estos dos rangos; pero aunque existe una variación pequeña el valor obtenido de temperatura no se aleja mucho de lo real 3. De acuerdo a la variación de los leds cuando se le aplica una señal triangular de baja frecuencia, se puede decir que el convertidor se comporta en forma lineal o no lineal. El convertidor al aplicarle la señal triangular de baja frecuencia se comporta de una manera lineal ya que este va aumentando de bit en bit desde el menos significativo hasta el más significativo. 7.2.- Conclusiones. Con el término de esta práctica podemos concluir que implementando un circuito convertidor analógico-digital integrado podemos darle la aplicación de un termómetro; adaptándole un sensor de temperatura, en nuestro caso el LM35, y pudimos observar su comportamiento el cual era muy aceptable ya que al CONTROL DIGITAL >PRÁCTICA No. 3 CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL INTEGRADO< Página 19

momento de tomar las medidas estas eran muy aceptables de acuerdo a la temperatura tomada de cada objeto y del medio ambiente y su respuesta al cambio de temperatura también era aceptable ya que casi al instante variaba la temperatura de acuerdo a lo que estuviéramos midiendo. 8.- Bibliografía.

1. Franklin G., F. Powel J. Digital Control of Dynamic Sysytems Addison- Wesley Publishing Company 1975 2. Smith C. L. Digital Computer Process Control Intex Educational Publishers 1972 3. Cadzow J., Martens H. Discrete Time and Computer Control Systems Prentice Hall Inc. 1970 4. Kuo B. C. Digital Control Systems Holt Rinehort and Winston, New York 1980

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