Laboratorio de Instrumentacin Bsica

Practica 8 Convertidor Digital Analgico

25/01/2015, II Termino Acadmico

Bonifaz Martnez Jorge Santiago

Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin (FIMCP)

Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)

Guayaquil - Ecuador

jbonifaz@espol.edu.ec

Resumen

En esta prctica se aprendi acerca de los

fundamentos fsicos de los convertidores digitales

y analgicos, como armar un convertidor digital

analgico y el conocimiento de los componentes

electrnicos que lo conforman, en qu consisten

los sistemas digitales y analgicos, y sus

aplicaciones en las tecnologas actuales. Adems

de esto se obtuvo la grfica Bits enviados vs.

Voltaje de salida (V) y la resolucin del

convertidor el cual tuvo un sistema digital de 8

bits.

Palabras Clave: bits, convertidores digital

analgico, electrnico, sistemas analgicos,

sistema digital.

Abstract

In this practice the student learned about the

physical principles behind the analog digital

converters, like putting together a digital to analog

converter and knowledge of electronic

components that comprise it, what constitutes

digital and analog systems, and their applications

in current technologies. Also it was obtained the

Bits sent vs. Output Voltage (V) graph and the

resolution of the converter which had a digital 8-

bit system.

Keywords: analog digital converters, analog

systems, bits, digital system, electronic.

Introduccin

Las seales o variables en el mundo fsico real

suelen llamarse analgicas, esto significa que

varan de manera continua en el tiempo. De hecho

existen dispositivos que utilizan seales que se

conocen como digitales, estas seales al contrario,

no son continuas en el tiempo y son valores que se

muestran en representacin de un determinado

rango de valores. Para poder interpretar estas

seales se usa el lenguaje binario de las

computadoras, donde la seal digital solo puede

tomar dos posibles valores: 1 0, que representan a:

s o no. Existen aparatos que se los conocen como

convertidores digital analgico (DAC) y los

convertidores analgico digital (ADC) que son

dispositivos transductores que reciben seales o

bien digitales o analgicas y envan seales

digitales o analgicas, segn sea el convertidor. Un

convertidor digital analgico DAC es aquel que

recibe una seal digital de parte de un circuito

electrnico generalmente y enva una seal

analgica hacia un dispositivo que trabaje con

seales analgicas, para esta prctica, este tipo de

dispositivo era un motor elctrico DC. El

convertidor est conformado por un circuito

electrnico formado por elementos activos (que dan

energa al sistema) y pasivos (que reciben la energa

de los elementos activos): estos son, resistencias

elctricas (elementos que se resisten al paso de la

corriente elctrica), potencimetro o restato

(elemento de resistencia variable), diodos (elemento

que permite el paso de la corriente en un solo

sentido), transistores (elemento similar al diodo,

segn la electronegatividad de los elementos dirige

la corriente en un determinado sentido), un circuito

integrado (circuito electrnico ya construido de

tamao de componente electrnico) y capacitores

(componentes que almacenan energa). Usando

estos elementos, la corriente elctrica es distribuida

de tal manera que segn se desee ciertos diodos (en

este caso LEDs) se enciendan y segn esto se enve

la deseada seal analgica. Los diodos representan

los bits de un sistema digital. Un bit es un pequeo

dispositivo capaz de entregar una seal digital (s o

no): a medida que se aumentan el nmero de bits de

un sistema digital, ste ms se aproxima a un

sistema analgico debido a que existen mayores

combinaciones de diodos posible para entregar un

determinado valor de seal analgica. Este valor de

combinaciones posibles se da segn la siguiente

ecuacin:

(1)

Donde n representa el nmero de bits del

convertidor.

Cada combinacin representa un valor analgico

que el convertidor puede entregar (en caso de ser un

DAC) o recibir (en caso de ser un ADC), as por

ejemplo para un nmero de bits=8, se tienen un

nmero de 256 combinaciones posibles, para los

cuales, para cada uno de ellos se tiene un valor

determinado de la seal analgica del convertidor.

As, considerando siempre al valor cero 0 como

primer valor, el convertidor puede tomar valores

digitales de un rango de nmeros naturales entre (0

2n-1) y con ellos, se tiene un valor determinado de

la seal analgica para cada uno de esos valores.

La resolucin es la medida de cun cercano es el

sistema digital a un analgico para estos

convertidores, se da por la siguiente frmula:

Resolucin sistema AD o DA= 12

minmax

n

VV

(2)

Donde Vmx y Vmn representan los Valores

mximos y mnimos que pueden tomar los valores

naturales digitales mximo (conocido como el Bit

ms significativo) y mnimo (conocido como el Bit

menos significativo).

Fig 1. Convertidor Digital Analgico

El banco de era un convertidor digital analgico. Este sistema posee un convertidor de 8 bits, lo que

da un nmero mximo de 256 mediciones. Tambin

posee un amplificador en el sistema, este se acopla

al convertidor para que los valores de Voltaje que

llegan al motor DC, sean valores que permitan que

ste adquiera velocidades de giro deseadas.

Es bueno mencionar que tambin para la realizacin

de la prctica se necesita un protoboard donde

armar el circuito del convertidor y del amplificador,

tambin se necesit de un sistema de computadora

de generacin de datos digitales, acoplado al

sistema para regular los valores de la seal digital.

Fig 2- Convertidor Digital Analgico junto con un

sistema de amplificacin adems de su acople al

motor DC.

Materiales y Mtodos

En esta prctica se utiliz un programa de

generacin de datos de seal digital VI, un

convertidor Digital Analgico, un amplificador

Protoboard y un motor DC (Motor de Corriente

Continua).

Para poder realizar la prctica se tuvo que armar el

circuito en el protoboard. Luego se tuvo que

conectar el circuito con el puerto en paralelo (usado

para conexiones de sistemas digitales, los puertos en

serie son usados para los sistemas analgicos) de la

computadora y, con el programa de generacin de

datos VI, se generan varios valores para la seal

digital y con ellos, valores de seal analgica de

salida para cada valor digital. Con un voltmetro se

midi el voltaje de la seal de salida. Por ltimo se

conect el convertidor al amplificador para regular

el voltaje de entrada al motor DC.

Resultados

Para obtener la curva de calibracin del

convertidor digital analgico DAC:

Se obtuvo la siguiente tabla de datos:

Voltaje de salida Numero de Bytes

3,98 11111111

3,24 11100011

3,09 11001100

2,98 11111100

2,96 11000000

2,67 01111110

2,22 00111111

1,80 00110011

1,49 00001111

1,78 01000010

1,40 00011000

1,10 00000000

Utilizando las siguientes expresiones se obtiene

que:

(

)

De donde:

Se obtuvo la siguiente tabla de resultados:

Voltaje de salida Numero de Bytes

enviados

0 0 (Byt menos

significativo)

0,04 3

0,13 24

0,46 39

0,73 63

0,46 66

1,31 126

2,52 199

1,43 204

1,40 240

2,19 252

3,96 255 (Byt ms

significativo)

Se obtuvo la siguiente curva de calibracin:

Grfica #1: Nmero de bits vs Voltaje de Salida

Utilizando la siguiente expresin se obtuvo la

siguiente resolucin:

Resolucin=12

minmax

n

VV=15,53mV

Discusin y Conclusiones

Las conclusiones obtenidas se las obtiene

analizando los resultados. Los resultados

obtenidos se ven resumidos en la curva de

calibracin. Se sabe que los errores de calibracin

se presentan de 3 maneras multiplicativo,

paralelismo y de angularidad. La grafica obtenida

se aprecia el valor de su pendiente el cual es de

73,66. La pendiente representa el error

multiplicativo mientras el valor 32,798 indica los

errores de paralelismo cometidos. Con estos

valores se observa que los datos obtenidos

presentan mucha variacin con los datos patrn ya

que se obtuvo un valor de pendiente mucho mayor

a 1 y un error de paralelismo grande. La curva de

calibracin presentara resultados satisfactorios si

los datos hubiesen presentado un comportamiento

lineal lo ms cercano a la curva y=x. Si nos toca

hablar de la resolucin se debe tomar en cuenta

que este el voltaje obtenido debido con el cambio

del bit menos significativo. Se obtuvo un valor

muy pequeo de resolucin (15 mV) y se

concluye que el voltaje obtenido es muy pequeo

con el cambio del bit menos significativo. Se sabe

que el banco de pruebas utilizado se encontraba en

muy mal estado, esto influye mucho en los errores

aleatorios cometidos al medir los voltajes junto al

nmero de byts. Esto explica el hecho del porque

la curva de calibracin no presenta resultados

favorables.

Referencias Bibliogrficas

[1] L. de Instrumentacin Bsica y P. de

Laboratorio, CONVERTIDOR DIGITAL

ANALOGICO, 2014.

y = 73,66x + 32,798 R = 0,753

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5

Byt

es E

nvi

ado

s

Voltaje de salida

Curva de Calibracion

Anexos

Calculo del nmero de Bits:

11111111:

11100011:

11001100:

11111100:

11000000:

01111110:

00111111:

00110011:

00001111:

01000010:

00011000:

00000000:

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)