1381504336 6Sistemas%2Banal%25C3%25B3gicos%2By%2Bdigitales6 (1)

7/26/2019 1381504336 6Sistemas%2Banal%25C3%25B3gicos%2By%2Bdigitales6 (1)

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Sistemas analgicos ydigitales

El objetivo de esta clase espresentar las diferencias entre

seales anlogas y digitales y su

importancia dentro del procesode medicin.


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Clasificacin de las seales

Segn la naturaleza de las seales que intervienen en elproceso de medicin, pueden dividirse en Sistemas analgicos Sistemas digitales

Sistemas !"bridos analgicos y digitales

Sistemas analgicos #rabajan con seales del tipo continuo, las cuales representan

proporcionalmente magnitudes f"sicas del proceso como presin,temperatura, caudal, fuerza, etc.

Sus valores estndar estn entre $ a %$ voltios y & a '$ m(., etc. (ctualmente, los instrumentos de medicin que generan seales

anlogas estn enlazados a sistemas electrnicos, por lo cual esnecesario una interfase )convertidor (*+.


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Seales anlogas

Ejemplos -n sensor de temperatura )termocupla genera seales de

voltaje proporcionales a la temperatura.

-na celda de carga produce una diferencia de voltaje en funcin

de la deformacin de un elemento al cual se le !a aplicado una

fuerza.

-n transductor de presin genera una seal de voltaje o

corriente proporcional a la presin.

on transductores de presin podemos medir nivel en l"quidos.

-n transductor magn/tico de caudal, genera un voltaje

proporcional al flujo.


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Seales digitales

#rabajan con seales todo o nada llamadas tambi/n binarias,

ya que slo pueden presentar dos estados abierto o cerrado

conduce o no conduce. Se los representa por variables

lgicas $ %.

El inicio de las seales digitales en la era de las

telecomunicaciones lo marc el cdigo morse, en el que

consist"a en enviar seales pulsantes que generaban sonidos

a trav/s de una campana. Estas seales eran controladas y

traducidas por el ser !umano )protocolo de comunicacin. 0uego aparecieron las seales luminosas para comunicacin

entre embarcaciones.

( mediados del siglo %1 aparecieron los transistores que

revolucionar"an los sistemas digitales.


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....Seales digitales

0os valores de voltaje son relativos dependiendo de la

tecnolog"a con que se trabaje. En la mayor"a de los casos los

niveles de voltaje estn por debajo de los %$ voltios.

Se puede distinguir dos grupos 0os que trabajan con variables de un solo bit Ej. en medicin de

234, se cuenta el nmero de pulsos en un determinado espacio

de tiempo

0os que procesan seales de varios bits Ej. la combinacin de

un grupo de bits pueden representar valores num/ricos devariables o valores alfanum/ricos.


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Seales que trabajan con un

solo bit.

El foto detector )foto

transistor, al recibir la seal

de luz se polariza y actacomo un s5itc! )conduce. (l

no recibir luz, el foto transistor

permanece abierto.

Esto genera una seal

pulsante cuadrada que

permite determinar las 234

contando el 6 de pulsos en un

determinado tiempo.

Foto-detector

Eje

Fuente

de Luz

Disco rotatorio


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semiconductores #ransistor Es un semiconductor de silicio del cual salen 7

patillas )Emisor, 8ase y olector. #enemostransistores tipo 393 y 939.

(l suministrarle una cierta cantidad de voltaje

en la base, el material :9; se satura y permiteque circule corriente entre E y , por tanto secomporta como un s5itc!.

(l no e


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.... semiconductores

Este tipo de materiales )3 y 9 no son mas quecompuestos de silicio, germanio, galio, etc. conimpurezas de otros metales que le dan esascaracter"sticas, y son la base de los semiconductores, y

en consecuencia de compuertas lgicas,decodificadores, microprocesadores, etc..

Ej. un microprocesador de computadora contienealgunos millones de transistores.


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+entro del otro grupo de seales digitales, en las que setrabaja con una serie de bits tenemos un tren de pulsos quepueden ser generadas en serie o en paralelo.

El significado de ese tren de pulsos se lo determina

asignando valores y jerarqu"a a cada bit del tren de pulsos.

8it :$; 0east significative bit )menos significativo0S8 8it :@; 4ore significative bit )mas significativo4S8


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Se pueden formar 2n

combinaciones de bits en un

tren de pulsos, siendo nel

nmero total de pulsos

contenidos en el tren. -n tren de pulsos de A bits se

denomina byte, y se pueden

lograr 'B> combinaciones.

El valor decimal equivalente

del tren de pulsos seencuentra sumando el valor

correspondiente )peso a los

:%; del tren de pulsos

9mero binario

# decimal

$ % ' 7

3eso asignado del bit

% ' & A

$

%

$

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1

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9umero binario

?alordecimal

$ % ' 7 & B > @

0S8 3eso asignado al bit

4S8

% ' & A %> 7' >& %'A

$

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>@

%$A

'%7'B$


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+ependiendo del m/todo de comunicacin, esta informacincontenida en el tren de pulsos se la puede transmitir en formaserial o paralela.

( este m/todo de comunicacin se lo denomina :protocolo decomunicacin; que consiste en la forma de cmo se entiendetanto el emisor como el receptor de la informacin.

0a comunicacin serial va de bit en bit por una sola l"nea detransmisin, mientras que la paralela se env"an todos los bitsdel tren de pulsos por :n; l"neas de transmisin.


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.... Convertidores analgicos-digitales.

0os convertidores (*+ son dispositivos electrnicos que establecen

una relacin biun"voca entre el valor de la seal en su entrada y la

palabra digital obtenida en su salida.

0a relacin se establece en la mayor"a de los casos, con la ayuda

de una tensin de referencia.

0a conversin analgica a digital tiene su fundamento terico en el

#eorema del muestreo y en los conceptos de cuantificacin ycodificacin.


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Circuitos de captura y mantenimiento (S!"Sampleand !old.

0os circuitos de captura y mantenimiento se emplean

para el muestreo de la seal analgica )durante un

intervalo de tiempo y el posterior mantenimiento dedic!o valor, generalmente en un condensador, durante el

tiempo que dura la transformacin (*+, propiamente

dic!a. El esquema bsico de un circuito de captura y

mantenimiento, as" como su representacin simplificada,se ofrece

en la figura


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El funcionamiento del circuito de la figura es el

siguiente El convertidor (*+ manda un impulso deanc!ura t5 por la l"nea *4, que activa el interruptor

electrnico, cargndose el condensador , durante el

tiempo t5. En el caso ideal, la tensin en el

condensador sigue la tensin de entrada.3osteriormente el condensador mantiene la tensin

adquirida cuando se abre el interruptor.


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En la siguiente figura se muestran las formas de las seales deentrada, salida y gobierno del interruptor.


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El grfico tiene un carcter ideal, puesto que tanto lacarga como la descarga del condensador estn

relacionadas estrec!amente con su valor y con el de

las resistencias y capacidades parsitas asociadas al

circuito.

Se recalca el !ec!o de que el control de la seal *4

procede del convertidor (*+, que es el nico que

conoce el momento en que finaliza la conversin de laseal.


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Conversor $% con comparadores.

Es el nico caso en que los procesos de cuantificacin y codificacin

estn claramente separados. El primer paso se lleva a cabo mediante

comparadores que discriminan entre un nmero finito de niveles de

tensin . Estos comparadores reciben en sus entradas la sealanalgica de entrada junto con una tensin de referencia, distinta

para cada uno de ellos. (l estar las tensiones de referencia

escalonadas, es posible conocer si la seal de entrada est por

encima o por debajo de cada una de ellas, lo cual permitir conocer

el estado que le corresponde como resultado de la cuantificacin. (

continuacin ser necesario un codificador que nos entregue la

salida digital.


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Este convertidor es de alta velocidad, ya que el proceso

de conversin es directo en lugar de secuencial,

reduci/ndose el tiempo de conversin necesario a lasuma de los de propagacin en el comparador y el

codificador. Sin embargo, su utilidad queda reducida a los

casos de baja resolucin, dado que para obtener una

salida de 9 bits son necesarios '9C% comparadores, loque lleva a una complejidad y encarecimiento e


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Conversor $% con contadores.

0lamado tambi/n convertidor con rampa en escalera. -sa el circuito

ms sencillo de los conversores (*+ y consta bsicamente de los

elementos reflejados en la figura siguiente


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Conversor $% con contadores.-na vez que el circuito de captura y mantenimiento )S*D, !a

muestreado la seal analgica, el contador comienza a funcionar

contando los impulsos procedentes del reloj. El resultado de este

conteo se transforma en una seal analgica mediante un

convertidor +*(, proporcional al nmero de impulsos de reloj

recibidos !asta ese instante. 0a seal analgica obtenida se

introduce al comparador en el que se efecta una comparacin entre

la seal de entrada y la seal digital convertida en analgica. En el

momento en que esta ltima alcanza el mismo valor ) en realidad

algo mayor que la seal de entrada, el comparador bascula susalida y se produce el paro del contador.

El valor del contador pasa a los buffers y se convierte en la salida

digital correspondiente a la seal de entrada.


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.... Convertidores digitales- analgicos

-n +( contiene normalmente una red resistiva divisora de tensin, que

tiene una tensin de referencia estable y fija como entrada.

Day que definir que tan e posibles valores dados por una de las %>

combinaciones de la entrada digital.


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0a resolucin se define de dos maneras 3rimero se define el nmero m


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EjemploSe tiene un convertidos digital C analgico de A bits y el rango de voltajede salida de $ a B voltios.

on n F A, !ay una resolucin de 'nF 'B> o lo que es o mismo Elvoltaje de salida puede tener 'B> valores distintos )contando el $

#ambi/n resolucin F ?oGS * H 'nC %I F B * 'AC% F B * 'BB F %1.> m?* variacin en el bit menos significativo on n F & bits, se consiguen 'nF %> posibles combinaciones de

entradas digitales 0a salida analgica correspondiente a cada una de las %>

combinaciones depender del voltaje de referencia que estemosusando, que a su vez depender del voltaje m'B ?oltios.Si el voltaje m F $.&7@B ?oltios.


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El +( con escaleras 2C'2 utiliza resistencia de ' valoressolamente y la cantidad de resistencias que se requiere para elmismo nmero de bits de entrada es el doble comparando con el+( de resistencias ponderadas.

En el +( con la red de precisin en l escalera 2C'2 los bits deentrada estn ponderados mediante la produccin de caminosdiferentes para la divisin de corriente. 0a corriente proveniente delbit menos significativo tienes ms caminos para la divisin que lacorriente de cualquier otro bit.

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