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• Fernando Díaz de León

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INGENIERÍA EN TELEMÁTICA SISTEMAS TELEMÁTICOS II PRACTICA 1: ADC con Pic16f877. MODALIDAD: PRÁCTICA MÉTODO DE TRABAJO: EQUIPOS DE 3 PERSONAS TIEMPO ESTIMADO DE REALIZACIÓN: 2 HORAS TEMA Y SUBTEMA QUE SE ATIENDE: Introducción

Implementación de Sistemas en Tiempo Discreto, Estructuras para la Realización de Sistemas en Tiempo Discreto

Introducción El tratamiento de la señal habitualmente es aplicado en un entorno analógico; es decir, tanto la señal a procesar como el resultado pertenecen al dominio analógico. Si bien el tratamiento digital de la señal aporta nuevas posibilidades de aplicación práctica de la teoría de la señal, en muchas ocasiones ofrece una alternativa tecnológica mejor para realizar una operación que anteriormente tenía una solución analógica El interfaz entre los dominios analógico y discreto es proporcionado por las conversiones A/D y D/A, cuyas propiedades pueden resumirse en los efectos de la cuantificación y en el teorema de muestreo, que relaciona el ancho de banda de la señal analógica con el ritmo (frecuencia de muestreo) al que debe ser adquirida para evitar la distorsión. Es típico que las manipulaciones de las señales, para adecuarlas al medio de transmisión, alteren su ancho de banda (por ejemplo, la modulación, la multiplexión); por ello, para mantener en todo momento una representación eficiente de la señal, debe alterarse la frecuencia de muestreo convenientemente; para realizar esta operación se acude al diezmado ya la interpolación de secuencias.

Figura 1. En la codificación analógica − digital, estamos representando la información contenida a partir de una serie de pulsos digitales.

Conversión A/D. El convertidor analógico-digital (A/D) es un dispositivo electrónico que genera una secuencia de núme3ros Xq[n] a partir de una señal analógica x(t). Para ello toma muestras de ésta a un ritmo regular marcado por la frecuencia de muestreo Fm o, lo que es lo mismo, la muestra con un intervalo fijo de tiempo T=1/Fm, denominado periodo de muestreo. Adicionalmente, m representa el valor de la muestra con un número finito N de bits; esto es, cuantifica la muestra asignándole un N valor entre 2 posibles.

Elaboró: Ing. Jorge I. Alvarado A.

CNT - UPSLP

Revisión y asesoría: M.I. Jorge Simón Rodríguez

Este proceso se simboliza en un trazo discontínuo se indican los valores posibles para las muestras de la señal analógica con N=3; así; al adquirir la señal, los valores x (nT) tomados a intervalos de T segundos son sustituidos por el valor mas próximo entre los 8 posibles. En resumen, la operación del convertidor A/D puede representarse mediante la relación: Xq [n]= Q {x (nT)} Donde Q {.} indica la función no lineal de cuantificación. Así pues, los parámetros fundamentales de un convertidor A/D son la frecuencia de muestreo Fm y el número N de bits con los que se representa las muestras adquiridas.

Muestreo. La operación de captura de valores de la señal analógica x (t) para generar la secuencia x [n]= x(t)|t=nT =x(nT) Se denomina muestreo. Se entiende que, cuanto mayor sea la frecuencia Fm con la que se adquieran valores de la señal analógica, mejor quedara representada por la secuencia; por otro lado, cuanto mayor sea esta frecuencia, mas muestras por segundo se adquieren, lo que exige mayor capacidad de memoria, y mas muestras por segundo han de manipulare, lo que aumenta la exigencia de potencia de cálculo al sistema de tratamiento digital, y lo encarece. Por tanto, es importante utilizar la menor frecuencia de muestreo compatible con una adecuada representación de la señal. Según el criterio de Nyquist se establece mediante un razonamiento cualitativo con sinusoides que esta frecuencia es el doble del ancho de banda de la señal.

Señal original

Forma de onda de la que se tomaron muestras

Señal reconstruida

Elaboró: Ing. Jorge I. Alvarado A.

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Revisión y asesoría: M.I. Jorge Simón Rodríguez

1. Objetivo Que el alumno sea capaz de convertir una señal analógica a una señal digital utilizando un microcontrolador de la marca Microchip (16f877A).

2. Material y Equipo requerido 

Pic16f877A



Cristal de cuarzo de 4Mhz



2 Capacitores de 22 pf



Potenciómetro de 1K



Push button



Diodo 1N4004



Resistencia de 10KΩ



Resistencia de 100Ω



10 Resistencias de 330Ω



12 resistencias de 1KΩ



Resistencias de 2KΩ, 4KΩ, 8KΩ, 16KΩ, 32KΩ, 64kΩ, 128KΩ, 256KΩ, 512KΩ, 470Ω, 820Ω



Dip switch (10 interruptores)



10 Leds



Amplificador operacional Lm324



Fuente de voltaje Elettronica Veneta

3. Actividades. 3.1 Conversión de una señal analógica de corriente directa a Digital. Conecte del circuito tal como se muestra en el diagrama 1, no olvide haber programado el pic16f877A previamente con el programa fuente con extensión .hex. Alimente el potenciómetro con 5 Vcd. Varíe lentamente el voltaje y observe la conversión a la salida con los leds. Monitoree el voltaje de entrada con el multímetro y tabule el número binario al cual corresponde.

Voltaje de Corriente directa Equivalente binario 0 V. 0000000000 0.5 V. … 1.0 V. .. 1.5 V. . 2.0 V . 2.5 V. . 3.0 . 4.0 . 5.0 1111111111

Elaboró: Ing. Jorge I. Alvarado A.

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Revisión y asesoría: M.I. Jorge Simón Rodríguez

XTAL18

13 14

22p

OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT

2 3 4 5 6 7

22p 1k

RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT

8 9 10

R10(1)

1 10k

100R

1N4004

RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD

RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7

330R

33 34 35 36 37 38 39 40

330R

330R

330R

15 16 17 18 23 24 25 26

330R

330R

330R

19 20 21 22 27 28 29 30

330R

330R

330R

PIC16F877A PACKAGE=DIL40 CLOCK=1MHz CFGWORD=0x3FFB

Figura 1. Conversión de una señal analógica a digital con pic16f877A

3.2 Conversión de una señal digital a una señal analógica. Arme el circuito que se muestra en el diagrama de abajo y compruebe su adecuado funcionamiento. Conecte el multímetro en función de VCD a la salida para observar el rango de voltajes que se presentan. Conecte el Dip switch a un voltaje de 5Vcd. 512k

DSW1 DSW1(NO4)

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

OFF

ON

256k

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10k 1k 128k

64k 1k 1k

DIPSW_10

1k

32k

16k

1k 8k

1k

500 4k

U1:A(V-)

1k

11

2k

1k

1k

U1:A

2 1 3 4

1k

LM324 1k 880

U1:A(V+)

+88.8 Volts

Diagrama 1. Convertidor de señal digital a analógica de 10 bits.

Elaboró: Ing. Jorge I. Alvarado A.

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La salida del DAC debe estar entre 0 VCD y -5 VCD, tabule los resultados con la combinación binaria y su equivalente analógica. Equivalente binario 0000000000 0000000001 0000000010 0000000100 0000001000 0000010000 0000100000 0001000000 0010000000 0100000000 1111111111

Voltaje de Corriente directa 0 V. .. .. .. .. .. . . . . 5.0

3.3 ADC y DAC 3.3.1

XTAL18

El siguiente paso es unir ambos circuitos para convertir una señal analógica a una señal digital y poder recuperarla posteriormente. Retire el Dip-switch y conecte en su lugar las salidas digitales del pic16f877A quitando los leds para evitar pérdidas de voltaje. Varíe el potenciómetro y observe la salida con el multímetro, conecte otro multímetro a la entrada, los voltajes tanto de entrada como de salida deben coincidir, de ser posible ser iguales.

13 14

22p

2 3 4 5 6 7

22p 1k

8 9 10

R10(1)

1 10k

1N4004

100R

OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT

RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD

RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7

33 34 35 36 37 38 39 40

512k 256k 10k 1k 128k

15 16 17 18 23 24 25 26

64k 1k 1k

1k

19 20 21 22 27 28 29 30

32k

16k

1k 8k

1k

500 4k

U1:A(V-)

1k

PIC16F877A PACKAGE=DIL40 CLOCK=1MHz CFGWORD=0x3FFB

11

2k

1k

1k

U1:A

2 1 3

4

1k

LM324 1k 880

U1:A(V+)

+88.8 Volts

Figura 2. Conversión A-D y D-A de 10 bits.

Elaboró: Ing. Jorge I. Alvarado A.

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Revisión y asesoría: M.I. Jorge Simón Rodríguez

3.3.2

Desconecte el potenciómetro de la entrada (pin 2 del PIC) y conecte el generador de funciones con una señal senoidal con una amplitud de 5Vpp. Conecte el osciloscopio a la salida en vez de el multímetro. Varíe la frecuencia del generador y observe en la salida la señal recuperada. ¿Es senoidal? ¿En que frecuencia del generador se muestra una menor distorsión de la señal senoidal? ¿Por qué?

DAC

Generador

Osciloscopio

PIC16f877A

Figura 3. Conversión A-D y D-A de una señal senoidal Se recomienda tener a la mano el código de colores para leer el valor de las resistencias. No olvide tomar nota de los resultados obtenidos y dibujar las señales de onda. Así mismo obtener las hojas de especificaciones técnicas de cada uno de los circuitos integrados utilizados para conocer su arquitectura y puntos de operación. Investigue la programación del pic16f877A y de una explicación del programa fuente en lenguaje ensamblador (.asm).

4. Bibliografía. MARIÑO ACEBAL JOSÉ B. VALLVERDU BAYES FRANCESC, RODRIGUEZ FONOLLOSA JOSÉ A. MORENO BILBAO ASUNCIÓN. 1999. Tratamiento digital de la señal, una introducción experimental. México D.F. Segunda edición. Editorial Alfaomega. 337 p.

Elaboró: Ing. Jorge I. Alvarado A.

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Revisión y asesoría: M.I. Jorge Simón Rodríguez