UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Laboratorio Virtual
7
“DAC Y ADC”
Materia:
ELECTRÓNICA DIGITAL
ALUMNOS
CARNET
NOTA REPORTE
1.
FECHA DE PRÁCTICA PRÁCTICA _______________ F. ________________ ________________ FECHA DE ENTREGA _______________ F. ________________ ________________
Reporte……………………………………
100%
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Formar Profesionales con Alto Sentido Crítico y Ético con Capacidad de Autoformación y con las competencias técnico-científicas requeridas para resolver problemas mediante soluciones enfocadas al desarrollo social y respetuosas del medio ambiente.
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ELECTRONICA DIGITAL
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DIGITAL PRACTICA No. 7
“DAC Y ADC”
OBJETIVO GENERAL
Comprender diversas técnicas para realizar la conversión de datos de forma análoga a digital y viceversa.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Estudiar los diferentes tipos de convertidores analógicos a digital (ADC). Estudiar los diferentes tipos de convertidores de digital a analógico (DAC). Simular un convertidor de digital a analógico de 4 bits utilizando contadores y amplificadores operacionales. Simular un convertidor de analógico a digital de 3 bits tipo flash, utilizando amplificadores y codificadores de prioridad.
CONVERTIDORES ANÁLOGO DIGITALES Usualmente son circuitos que traducen tensiones a su entrada, entregando combinaciones de unos y ceros a su salida en un código binario específico, que muchas veces es proporcional a la tensión de entrada. Muchos de éstos tienen tensiones de entrada de máxima escala a +5V. Sin embargo, se aclara que en términos generales un convertidor de este tipo no sólo recibirá voltajes en su entrada, sino un parámetro eléctrico analógico que el diseñador disponga.
Conversión Analógica a Digital Este es un ejemplo del amplio número de métodos de conversión analógico a digital. El principio básico de operación es usar el principio del comparador para determinar si activar o no un bit particular de la salida del número binario. Es típico en un ADC (comparador analógico-digital), usar un conversor digital a analógico (DAC) para determinar una de las entradas del comparador. ADC, Rampa Digital La conversión de analógico a digital implica de forma inherente una acción de comparador, donde en algún momento se compara el valor de la tensión analógica con un estándar. Una forma común de hacerlo es aplicar el voltaje analógico a un terminal de entrada del comparador y disparar un contador binario que accione un DAC.
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Figura 1. La salida del DAC se aplica a la otra entrada del comparador. Puesto que la salida del DAC está aumentando con el contador, en algún momento se activará el comparador cuando su tensión exceda la entrada analógica. La transición del comparador detiene el contador binario, que en ese punto tiene el valor digital correspondiente a la tensión analógica.
ADC, Aproximación Sucesiva Ilustración de un SAC (comparador aproximación sucesiva) de 4 bits con tamaños de pasos de 1 voltio.
Figura 2.
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El ADC de aproximación sucesiva es mucho más rápido que la rampa digital, porque usa la lógica digital para converger con el valor más próximo al voltaje de entrada. En el proceso se usan un comparador y un DAC.
Figura 3
ADC, Flash
Se ilustra un ADC flash de 3 bits con una resolución de 1 voltio. La red de resistencias y comparadores proporcionan una entrada al circuito lógico combinativo, de manera que el tiempo de conversión es sólo el retardo de propagación a través de la red -no está limitado por la velocidad del pulso o alguna secuencia de convergencia-. Es el tipo más rápido de ADC disponible, pero requiere un comparador para cada valor de salida (63 para 6-bits, 255 para 8-bits, etc). Tales ADC’s hasta 8-bits, están disponibles en formato de IC. Se proveen ADC flash de 10 bits (1023 comparadores). La lógica codificadora ejecuta una tabla de verdad para convertir la escalera de entradas, en una salida numérica binaria. Figura 4
CONVERTIDORES DIGITAL – ANÁLOGO. Se componen generalmente de circuitos que traducen los números binarios de un código particular a un valor de corriente que podría oscilar entre los 0 y los 2 mA. Sin embargo, se aclara que en términos generales un convertidor de este tipo no sólo entregará corrientes a su salida, sino un parámetro eléctrico analógico que el diseñador disponga.
Convertidor D/A de 4 Bits Sumador inversor. Simplemente se obtiene cuando a un amplificador inversor se le aplican valores de resistencia adecuados para que, al sumar las contribuciones de las tensiones binarias aplicadas a la entrada, entregue a su salida de un voltaje proporcional al número binario aplicado. Una forma de lograr la conversión D/A es usando un amplificador sumador.
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Figura 5. Este método no es satisfactorio para un gran número de bits, porque se requiere demasiada precisión en las resistencias sumadoras. Este problema se resuelve con el DAC red R-2R.
DAC Escalera R-2R Convertidor del tipo R-2R. Es también conocido como convertidor del tipo escalera y se aplica el principio de superposición para las tensiones binarias aplicadas a sus entradas, entregando a la salida un voltaje proporcional al número binario aplicado.
El amplificador sumador con la escalera de resistencias R-2R mostrado produce la salida
donde las Ds toman los valores 0 o 1. Estas entradas digitales podrían ser voltajes TTL, los cuales cierran los interruptores con el 1 lógico y los deja en su estado básico de tierra para la lógica 0. Esto se ilustra para 4 bits, pero se puede extender a cualquier número con solo los valores de resistencias R y 2R.
Figura 6. Una característica de estos convertidores es que su tiempo de conversión dependerá de muy pocos elementos, lo cual les hace muy rápido. Detalle del DAC Escalera R-2R
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Figura 7 Ejemplo Thevenin: Escalera R-2R
Figura 8. PROCEDIMIENTO. PARTE I. DAC CON RESISTENCIA PONDERADA 1. A partir del circuito siguiente diagrama de bloques arme el circuito en el simulador y complete tabla 1. a. Coloque un contador 7493 b. Un pulsadores para incrementar y decrementar la cuenta del contador up/down DAC PULSADOR
CONTADOR
RESISTENCIA PONDERADA
Voltímetro Vout (voltios)
2. En PROTEUS, simule el circuito del diagrama que se muestra a continuación y anote los valores de voltaje de salida presionando el botón de la entrada UP que muestra en CONVERTIDOR DIGITAL A ANALOGICO.
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3. Si pulsando el botón de UP, hasta obtener el valor máximo del voltaje de salida. a. Que código binario máximo muestra para las condiciones del voltaje de salida máximo. 4. Ahora presione el botón de DW(DOWN) y observe que ocurre con el voltaje de salida correspondiente, explique brevemente su análisis con relaciona lo observado. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ LABORATORIO Nº7
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5. Sustituya el voltímetro por un osciloscopio y el pulsador por un generador de onda cuadrada, y corra la simulación.
OSCILADOR ONDA
DAC CONTADOR
CUADRADA
OSCILOSCOPIO
RESISTENCIA PONDERADA
6. Modifique la frecuencia del oscilador para observar el comportamiento a la salida del DAC. 7. Obtenga la forma de onda para una frecuencia de 10 Hz, 100Hz, y 1000Hz. PARTE II PARTE I. DAC CON RESISTENCIA PONDERADA 8. A partir del circuito de la figura 1, simule el ADC tipo RAMPA, y obtenga el código de conversión y anótelo en la tabla 2 para los diferentes rangos de voltaje que se indican. Voltaje Vs
Código Equivalente binario
Voltaje Vs
0.5
6.0
1.0
6.5
2.0
7.0
3.0
7.5
4.0
8.0
5.0
9.0
Código Equivalente binario
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES BIBLIOGRAFIA
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