Sesión 10: Conversión Análoga a Digital

Antes de Comenzar Conociendo la CPU y sus Periféricos… CPU MEMORIA ADC SIM IRQ 10101100 00011100 11110000 10001110 00010001 SCI TIMER

Agenda para la clase 1 Conversores A/D Diversos conceptos sobre conversores Análogo a Digital 2 Módulo ADC Convertir una señal análoga en un conjunto de valores digitales en un MCU 3 Manipulación del conversor Características a tener en cuenta para usar el módulo ADC 4 Ejemplo A/D Haciendo uso del conversor A/D para procesar una señal análoga

A continuación… Conceptos sobre conversores A/D Módulo ADC de los PIC 16F88x Manipulación del conversor ADC de los PICs Ejemplo de uso del conversor A/D

Conceptos sobre A/D ¿Qué es una señal? Señal La magnitud se representa mediante variables continuas. Magnitud física limitada a tomar determinados valores discretos. ¿Qué es una señal? Señal Cantidad Física. Varía con el tiempo. Lleva información. Procesamiento de una señal Transformar la señal para lograr uno o varios fines. Ejemplo: En Audio… Los sistemas de cómputo trabajan con señales digitales, no análogas… Sistema Electrónico Análogo Generar. Transmitir. Procesar. Almacenar. Señal Análoga Digital Generar. Transmitir. Procesar. Almacenar. Señal Digital

Conceptos sobre A/D Sensores Mundo Digital Conversión Aceleración Dominio t A/D Flash Imágenes Sample and Hold A/D Secuencial Temperatura Dominio n A/D Aprox. Suces. Fuerza Luminosidad Otros

Conjunto de valores continuo. Conceptos sobre A/D Sensores Sirven para Virtualizar una Cantidad Física. Su función: Peso Velocidad SENSOR Voltaje Aceleración Lluvia Corriente Imágenes Temperatura Conjunto de valores continuo. Voltaje/Corriente

Conceptos sobre A/D Muestreo y Retención Pasar de tiempo continuo a tiempo discreto. Se muestrea a determinada frecuencia f. Se toma el voltaje de entrada y se mantiene hasta la próxima muestra. Colección de valores finita. Amplitud Tiempo Clk Ve Vx

Voltajes Referencia H y L Conceptos sobre A/D Conversor A/D Voltajes Referencia H y L CONVERSOR A/D n Bits … Salida Digital Entrada Análoga Señal de Reloj

Se emplean 8 valores para cuantización, es decir, 3 bits. Conceptos sobre A/D Se emplean 8 valores para cuantización, es decir, 3 bits. Conversor A/D Muestreo, Referencia, cuantización (Nro. Bits) Amplitud Tiempo VREF_HIGH VREF_LOW Muestreando… Cuantizando…

Conceptos sobre A/D Tipos de Conversores A/D Conversor A/D Flash. Muy veloz pero requiere de mucho Hardware, costoso. Conversor Secuencial. Fácil de implementar, pero muy lento en el peor de los casos. Conversor por aproximaciones sucesivas. Fácil de implementar, siempre requiere el mismo número de ciclos para cada muestra. Mejor que el anterior.

Conceptos sobre A/D Conversor A/D Flash (Distinguir 4 Valores) Si 2/4Vref  Vana  3/4Vref → Salida = ??? Si 1/4Vref  Vana  2/4Vref → Salida = ??? Si 3/4Vref  Vana  Vref → Salida = ??? Principal Desventaja??? Vana Vref Si 0  Vana  1/4Vref → Salida = ??? 5V + - R Codificador Prioridad 3/4Vref 0.75V 2.1V 4.6V 3.3V 0V 0V 0V 5V 3.75V + - R ‘0’ ‘0’ ‘1’ ‘1’ 2/4Vref Salida 2 Bits 0.75V 2.1V 3.3V 4.6V 0V 0V 5V 5V ‘1’ ‘0’ ‘0’ ‘1’ 2.5V + - R 1/4Vref 0.75V 2.1V 3.3V 4.6V 0V 5V 5V 5V 1.25V R 0V

Salida = Salida Digital si Conceptos sobre A/D Conversor A/D Secuencial 1 1 1 1 D/A … Voltaje Análogo Generado Control Digital V4 = 0.9375V V2 = 0.3125V V3 = 0.625V V16 = 5V V1 = 0V Salida Digital Vana Amplificador Comparador Acond. Señal Salida = Salida Digital si Vana >= Vin Vin Entrada Análoga Desventaja???

Conceptos sobre A/D D/A Conversor A/D Aprox. Sucesivas … 1 X 1 X 1 1 D/A … Voltaje Análogo Generado Control Digital V1 = 2.5V V4 = xV V3 = xV V2 = xV Salida Digital Vana Amplificador Comparador Acond. Señal Comparación 4: bit(0) = ‘1’ Si Vana < Vin, bit(0) se deja en 1 Si Vana >= Vin, bit(0) se pone en 0 Comparación 2: bit(2) = ‘1’ Si Vana < Vin, bit(2) se deja en 1 Si Vana >= Vin, bit(2) se pone en 0 Comparación 3: bit(1) = ‘1’ Si Vana < Vin, bit(1) se deja en 1 Si Vana >= Vin, bit(1) se pone en 0 Comparación 1: bit(3) = ‘1’ Si Vana < Vin, bit(3) se deja en 1 Si Vana >= Vin, bit(3) se pone en 0 Vin Entrada Análoga

Conceptos sobre A/D Conversor A/D Aprox. Sucesivas Salida = XXXX 0/Vmin 15/Vmax Salida = XXXX Salida = 1101 Salida = 1110 Salida = 1101 Salida = 1100 Salida = 1000 Salida = XXXX Salida = 0011 Salida = 0011 Salida = 0100 Salida = 0010 Salida = 1000

A continuación… Conceptos sobre conversores A/D Módulo ADC de los PIC 16F88x Módulo ADC de los PIC 16F88x Manipulación del conversor ADC de los PICs Ejemplo de uso del conversor A/D

Conversor ADC A/D 16F88x 14 Canales 8/10 Bits Reloj Conversión Polling o INTs Ap. Sucesivas

Conversor ADC … MUX Registros A/D ADRES CANAL 1 CANAL 2 CANAL 3 La muestra se escribe en el registro ADRES… El muestreo solo se hace por un canal al tiempo… Registros A/D ADRES CANAL 1 CANAL 2 CANAL 3 CANAL n … CANAL 4 Interrupción MUX Conversor 8/10 Bits GO/DONE CHANNEL SELECT CLOCK GEN Petición de INT, Conversión Completa

Conversor ADC Registros para manipular el A/D ADC ADC Definición de pines de entrada y señales aplicadas: TRISA - PORTA - TRISE – PORTE Manejo de interrupciones INTCON – PIE1- PIR1 Control del conversor A/D: ADCON0 - ADCON1- ADRESH - ADRESL. ADC 8-bits ADC 10-bits 10011101 1001110111 1001110111 ADRES ADRESH X 1 X 1 1 X ADRESL 1 1 X X

Conversor ADC Pines para el ADC En el 16F887: El registro ADCON0: Los bits de selección de canal CHS[3:0] del registro de estado y control ADCON sirven para seleccionar el canal de entrada. I/O PIN ANÁLOGO RA0 19 AN0 RA1 20 AN1 RA2 21 AN2 RA3 22 AN3 RA5 24 AN4 RB0 8 AN12 RB1 9 AN10 RB2 10 AN8 RB3 11 AN9 RB4 14 AN11 RB5 15 AN13 RE0 25 AN5 RE1 26 AN6 RE2 27 AN7

Conversor ADC Conversión de Voltaje Externamente se tienen los pines VREF- y VREF+. El valor digital equivale a: Valor análogo = VREF+, ADRES = $FF/$3FF Valor análogo = VREF-, ADRES = $00/$000 Valor análogo entre VREFL y VREFH Valor digital entre $00/$000 y $FF/$3FF (Conversión lineal) VREFH = VDD y VREFL = VSS

Conversor ADC Resolución de Conversión: La resolución vendrá dada por la siguiente ecuación: En el caso de que la Vref+ = VDD y Vref-=VSS entonces la resolución es:

A continuación… Conceptos sobre conversores A/D Módulo ADC de los PIC 16F88x Manipulación del conversor ADC de los PICs Manipulación del conversor ADC de los PICs Ejemplo de uso del conversor A/D

Manipulación Módulo A/D Para realizar la conversión, se recomienda seguir los siguientes pasos: Configurar el módulo A/D: Configuración de pines analógicos y de referencia Selección de reloj para la conversión A/D Selección de la entrada A/D Habilitar módulo A/D (interrupción) Habilitar captura del canal Se puede habilitar sólo el inicio de la captura

Manipulación Módulo A/D Esperar el tiempo de adquisición. Esperar a que termine la conversión. Puede ser de dos formas: Esperando un tiempo de espera. Esperando a la interrupción. Para la siguiente conversión se salta a los puntos 1, 2 ó 3 en función de lo que se necesite

Módulo A/D e n C Para trabajar con las interrupciones del A/D, se la siguiente directiva: #INT_AD Esta indica que la función que esté a continuación será la subrutina de atención de interrupción del módulo A/D. Para habilitar la interrupción se emplea: enable_interrups (INT_AD);

Módulo A/D e n C En el compilador C las funciones para manejar el convertidor AD son las siguientes: Configuración de entradas setup_adc_ports (valor); Valor: definición de las entradas analógicas. Valor Descripción ALL_ANALOG Todos los Puertos son Análogos sANx Análogo x NO_ANALOGS

Módulo A/D e n C En el compilador C las funciones para manejar el convertidor AD son las siguientes: Configuración de reloj ADC setup_adc (modo); Modo: para la configuración del módulo conversor A/D correspondientes a los bits 7:6 del ADCON0. Modo Descripción ADC_OFF Reloj Desactivado ADC_CLOCK_INTERNAL Reloj Interno del ADC ADC_CLOCK_DIV_2 Reloj Fosc/2 ADC_CLOCK_DIV_8 Reloj Fosc/8 ADC_CLOCK_DIV_32 Reloj Fosc/32

Módulo A/D e n C En el compilador C las funciones para manejar el convertidor AD son las siguientes: Selección del canal set_adc_channel (canal); Canal: selección del canal analógico Canal Descripción canal Selección del canal (0-13)

Módulo A/D e n C Habilitar captura y Adquisición del dato : valor = read_adc(funcionamiento); Lectura del resultado donde valor es un entero de 8/16 bits según la directiva #device adc = bits Admite tres modos de funcionamiento: bits Descripción 8 8 bits 10 10 bits Funcionamiento Descripción ADC_START_AND_READ (Si está vacío -> Por defecto).Permite iniciar y leer el Convertidor. ADC_START_ONLY Sólo inicia la conversión. ADC_READ_ONLY Sólo lee los registros de la conversión

A continuación… Conceptos sobre conversores A/D Módulo ADC de los PIC 16F88x Manipulación del conversor ADC de los PICs Ejemplo de uso del conversor A/D Ejemplo de uso del conversor A/D

Ejemplo Lectura de voltajes analógicos que ingresan por los canales AN0 y AN1 (sin interrupciones).

Ejemplo Lectura de voltajes analógicos que ingresan por los canales AN0 y AN1 (con interrupciones). La selección del canal de lectura se da a través de la interrupción externa (RB0).

Fin de la sesión 10