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Conversores A/D y Comparadores

Conversores A/D y Comparadores. Grupo Nº10 Integrantes: Ignacio Figueroa Rodrigo Páez Alexander Truffa Fernando Veloso. Conversor. Qué es un Conversor? Es un dispositivo capaz de transformar una cierta magnitud, unidad o dato de cierta índole a otra de diferente índole.

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Conversores A/D y Comparadores

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Presentation Transcript

  1. Conversores A/D y Comparadores Grupo Nº10 Integrantes:Ignacio Figueroa Rodrigo Páez Alexander Truffa Fernando Veloso

  2. Conversor Qué es un Conversor? Es un dispositivo capaz de transformar una cierta magnitud, unidad o dato de cierta índole a otra de diferente índole. Qué es un Conversor Analógico/Digital (A/D)? Un conversor (o convertidor) analógico-digital (CAD), (o ADC "Analog-to-Digital Converter") es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario. Se utiliza en equipos electrónicos como computadores, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones.

  3. ¿Cuál es el principio de su funcionamiento? La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo. Estos conversores poseen dos señales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una señal de entrada. El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se puede saber, siempre y cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios.

  4. A manera de ejemplo, el convertidor análogo digital del PIC18F6X20tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de entre 0 y 5 voltios y su resolución serán respectivamente: Resolución = valor analógico / (210) Resolución = 5 [V] / 1024 Resolución = 0.004883 [V] = 4.883 [mV] = 5 [mV] aprox. Resolución = LSB

  5. Lo anterior quiere decir que por cada 4.883 [mV], (0.005 [V] aprox.), que aumente el nivel de tensión entre las entradas nomencladas como "Vref+" y "Vref-" que ofician de entrada al conversor, éste aumentará en una unidad su salida (siempre sumando en forma binaria bit a bit). Por ejemplo: Entrada - Salida 0.000 [V] - 0000000000 0.005 [V] - 0000000001 0.010 [V] - 0000000010 (5 [V]-LSB) - 1111111111

  6. Características del conversor A/D incorporado en el microcontrolador PIC 18F8520 Posee 12 entradas para la familia de dispositivos PIC18F6X20 y 16 para la PIC18F8X20. Permite la conversión de una señal de entrada analógica a un número binario digital de 10 bits.

  7. Registros de Programación Posee cinco registros: Registro de resultado A/D Alto (ADRESH) Registro de resultado A/D Bajo (ADRESL) Registro 0 de Control A/D (ADCON0) Registro 1 de Control A/D (ADCON1) Registro 2 de Control A/D (ADCON2)

  8. El Registro 0 de Control A/D (ADCON0): Controla la operación del módulo A/D. El Registro 1 de Control A/D (ADCON1): Configura las funciones de los pines de cada puerto. El Registro 2 de Control A/D (ADCON2): Configura la fuente del reloj A/D y su justificación.

  9. Registro 0 de control A/D (ADCON0), que controla la operación del módulo A/D Los bits 7 y 6 no se utilizan, y se leen como ceros “0”.

  10. Registro 0 de control A/D (ADCON0) Los bits del 5 al 2 (CHS3 al CHS0) se utilizan como bits de selección de canales análogos. Nota (1) : Estos canales no están disponibles en la familia de dispositivos de 64 pines PIC18F6X20

  11. Diagrama de Bloques del módulo A/D

  12. El bit 1 (GO/DONE) se utiliza como bit de estado de conversión A/D El bit toma el valor de 1 si la conversión está en progreso, en otras palabras el ajustar este bit como 1 da comienzo a la conversión A/D, la cual es, automáticamente, ajustada a 0 por hardware una vez que la conversión A/D ha terminado. Esto ocurre sólo cuando se habilita el bit 0.

  13. El bit 1 (GO/DONE) se utiliza como bit de estado de conversión A/D 1 El bit toma el valor de 1 si la conversión está en progreso, en otras palabras el ajustar este bit como 1 da comienzo a la conversión A/D, el cual es, automáticamente, borrado por hardware una vez que la conversión A/D ha terminado. Esto ocurre sólo cuando se habilita el bit 0.

  14. El bit 0 (ADON) se utiliza como bit de encendido El bit toma el valor de: 1 para dar aviso de que el módulo del convertidor A/D está disponible 0 para dar aviso de que no lo está

  15. El Registro 1 de Control A/D (ADCON1), que configura las funciones de los pines de cada puerto Los bits 7 y 6 no se utilizan, y se leen como ceros “0”.

  16. El Registro 1 de Control A/D (ADCON1) Los bits 5 y 4 (VCFG1 y VCFG0) se utilizan como bits de configuración de Referencia de Voltaje. El Voltaje de referencia análogo es seleccionable por software, ya sea a través del polo positivo y negativo de la alimentación de voltaje del dispositivo (VDD y VSS), o por el nivel de voltaje en el pin RA3/AN3/VREF+ y el pin RA2/AN2/VREF-

  17. Diagrama de Bloques del módulo A/D

  18. Los bits del 3 al 0 (PCFG3 al PCFG0) se utilizan como bits de Control de la configuración de los puertos

  19. Los bits del 3 al 0 (PCFG3 al PCFG0) se utilizan como bits de Control de la configuración de los puertos A = Entrada Análoga D = E/S Digital Nota: Las celdas sombreadas indican canales A/D disponibles sólo en la familia de dispositivos PIC18F8X20

  20. Los bits del 3 al 0 (PCFG3 al PCFG0) se utilizan como bits de Control de la configuración de los puertos A = Entrada Análoga D = E/S Digital Nota: Las celdas sombreadas indican canales A/D disponibles sólo en la familia de dispositivos PIC18F8X20

  21. El Registro 2 de Control A/D (ADCON2), que configura la fuente del reloj A/D y su justificación El conversor posee 10 bits, pero cada registro sólo posee 8 bits. Justificación a la derecha (alinear a la derecha) ADRESH (Reg. de Resultado A/D alto) ADRESL (Reg. de Resultado A/D bajo) ADRESH (Reg. de Resultado A/D alto) ADRESL (Reg. de Resultado A/D bajo) Justificación a la izquierda (alinear a la izquierda)

  22. De manera más didáctica

  23. El Registro 2 de Control A/D (ADCON2), que configura la fuente del reloj A/D y su justificación Fuente del reloj, quiere decir de dónde proviene la frecuencia con la que se toman las muestras. La salida de la muestra y retención es la entrada en el conversor, lo cual genera el resultado vía aproximación sucesiva.

  24. Modelo de Entrada Análoga

  25. El Registro 2 de Control A/D (ADCON2), que configura la fuente del reloj A/D y su justificación El bit 7 (ADFM) se utiliza como bit de selección del Formato del Resultado A/D, el cual toma el valor: 1 para alinear a la derecha (justificar a la derecha) 0 para alinear a la izquierda (justificar a la izquierda)

  26. El Registro 2 de Control A/D (ADCON2) Los bits del 6 al 3 no son utilizados y se leen como ceros “0”.

  27. El Registro 2 de Control A/D (ADCON2) Los del 2 al 0 (ADCS2 al ADCS0) son utilizados como bits de selección del reloj para la conversión A/D El convertidor A/D tiene una característica única al ser capaz de operar mientras el dispositivo se encuentra en modo sleep (modo no operativo). Para operar en sleep, el reloj de la conversión A/D debe ser derivado del oscilador RC interno del A/D.

  28. Registro de resultado A/D Alto (ADRESH) y Bajo (ADRESL) Contienen el resultado de la conversión A/D El resultado es cargado en los registros ADRESH/ADRESL El bit GO/DONE (registro ADCON0) es borrado (bit1=0) El bit de bandera de interrupción A/D, ADIF, es establecido Nota: Sólo ocurre cuando la conversión A/D esta completa y el bit0 (ADON) esta disponible (bit0=1)

  29. Diagrama de Bloques del módulo A/D

  30. Reseteo Fuerza a todos los registros a estar en su estado deReset. Fuerza al módulo A/D a estar apagado y a abortar cualquier conversión. El valor en los registros ADRESH/ADRESL no es modificado por un reseteo de encendido/apagado.

  31. Antes del comienzo de una conversión Después de que el módulo A/D ha sido configurado como se desea: El canal seleccionado debe ser adquirido antes de que la conversión haya comenzado. El canal de entrada análogo debe tener sus correspondientes bits TRIS seleccionados como una entrada. Una vez que el tiempo de adquisición del canal seleccionado haya transcurrido, la conversión A/D puede comenzar.

  32. Para realizar una conversión A/D se deberían seguir los siguientes pasos: Configure el módulo A/D. Configure el interruptor A/D (si se desea). Espere por el tiempo requerido de adquisición. Comience la conversión. Espere a que la conversión A/D se complete. Lea el registro de resultados A/D (ADRESH:ADRESL),borre el bit ADIF si se requiere. Para la siguiente conversión, vaya al paso 1 o 2, como sea requerido.

  33. Al configurar el módulo A/D: Configure pines análogos, referencias de voltaje y E/S digital (ADCON1) Seleccione canales de entrada A/D (ADCON0) Seleccione el reloj para la conversión A/D (ADCON2) Encienda el módulo A/D (ADCON0) • Al configurar el interruptor A/D (si se desea): • Borre el bit ADIF • Ajuste el bit ADIE • Ajuste el bit GIE

  34. Al comenzar la conversión: Ajuste el bit GO/DONE (registro ADCON0) • Espere a que la conversión A/D se complete, ya sea: • Sondeando al bit GO/DONE para ser borrado • Esperando al interruptor A/D

  35. Adquisición A/D El tiempo de la conversión A/D por bit es definida como TAD y un mínimo de espera de 2 TAD es requerido antes de que la siguiente adquisición comience. Para determinar el tiempo de adquisición del canal seleccionado antes de que comience la nueva conversión se necesitan ciertos requerimientos.

  36. Requerimientos para la Adquisición A/D Para encontrar la precisión o exactitud específica para el conversor A/D, el condensador de retención de carga (CHOLD) debe ser libre de cargarse a plena carga según el nivel de tensión del canal de entrada.

  37. La impedancia de la fuente (RS) y la del switch interno de muestreo (RSS) afectan directamente en el tiempo de carga requerido por el condensador (CHOLD).

  38. La impedancia switch de muestreo (RSS) varía con el dispositivo de voltaje (VDD). La impedancia de la fuente afecta el voltaje offset en la entrada analógica (debido al pin de dispersión de corriente). La máxima impedancia recomendada para fuentes analógicas es de 2,5 [kΩ].

  39. Después que el canal de entrada análogo es seleccionado (cambiado), la adquisición debe ser realizada antes que la conversión pueda ser comenzada. Cuando la conversión haya comenzado, el condensador de retención (CHOLD) es desconectado del pin de entrada.

  40. Para calcular el tiempo de adquisición mínima se utiliza la ecuación: Esta ecuación asume que un error de ½ LSb es utilizado (1024 pasos para el A/D) y este es el máximo error permitido para que el A/D encuentre su resolución específica. Tiempo de carga mínimo para A/D:

  41. Se realiza un ejemplo de cálculo con los siguientes datos asumidos:

  42. Se realiza un ejemplo de cálculo con los siguientes datos asumidos:

  43. Selección del Reloj para la conversión A/D • El tiempo de la conversión A/D por bit esdefinida como TAD. • La conversión requiere de 12 TAD por conversión de 10 bits. • La fuente del reloj de conversión A/D es seleccionable mediante software.

  44. Hay 7 posibles opciones para un TAD: 2 TOSC 4 TOSC 8 TOSC 16 TOSC 32 TOSC 64 TOSC Oscilador RC interno

  45. Esta tabla muestra los tiempos TAD resultantes derivados de las frecuencias de operación del dispositivo y la fuente de reloj A/D seleccionada.

  46. Configuraciones de los Pines de Puertos de Análogos Los registros ADCON1, TRISA, TRISF y TRISH controlan la operación de los pines de los puertos del módulo A/D. Los pines de los puertos necesitados como entradas analógicas deben tener sus correspondientes bits TRIS ajustados como entrada. Si el bit TRIS es ajustado como salida, el nivel de salida digital (VOH o VOL) serán convertidas. La operación A/D es independiente del estado de los bits CHS3:CHS0 y los bits TRIS.

  47. Módulo del Comparador Contiene 2 comparadores análogos Las entradas para el comparador son multiplexadas con el pin RF1 hasta el pin RF6 La referencia de voltaje del chip de encendido puede ser también una entrada para los comparadores

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