Este curso introduce al alumno a la electrónica y los Arduinos, comenzando desde lo más básico de un circuito eléctrico y finalizando con el diseño de circuitos de baja complejidad empleando dispositivos electrónicos programables. Durante el curso los alumnos aprenderán los fundamentos básicos de la electricidad y de la electrónica, conocerán los diferentes bloques empleados en el diseño de un circuito electrónico, aprenderán las bases del diseño de circuitos analógicos y digitales, y serán introducidos a la programación de estos últimos empleando la plataforma Arduino. El curso apunta a estudiante de último año de educación escolar y primer año de educación universitaria, o cualquier otro alumno con suficiente motivación como para llevar a cabo sus propios experimentos y seguir aprendiendo en el futuro. Si bien no es un requisito esencial, los alumnos que tengan nociones de cálculo diferencial e integral podrán entender mejor algunos tópicos específicos, que no son estrictamente necesarios para concluir el curso. El curso incluye demostraciones de dispositivos electromecánicos sencillos controlados mediante un Arduino. Cada circuito demostrativo lleva asociado un diagrama de conexiones y un programa, ambos debidamente explicados, para facilitar que sean replicados por los alumnos empleando la plataforma Arduino.
Conversión A/D y D/A
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Del curso dictado por Pontificia Universidad Católica de Chile
Electrones en Acción: Electrónica y Arduinos para tus propios Inventos
1270 calificaciones
Pontificia Universidad Católica de Chile
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De la lección
El mundo físico, eléctrico y digital
Este módulo es una introducción a los sistemas electrónicos en general, mostrando diferentes bloques típicos y genéricos empleados para la adquisición y procesamiento de señales, y la acción sobre el mundo.
Conoce a los instructores
Angel AbuslemeProfesor Asociado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Cristobal AlessandriEstudiante de Doctorado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
[AUDIO_EN_BLANCO]
Hola. Continuamos con la cuarta lección
de este módulo, un portal entre dos mundos analógico y Digital.
En esta lección tenemos dos videos.
Primero, es de conversión análogo digital, y conversión digital análogo.
El mundo es analógico, pero el procesamiento es principalmente digital.
Entonces, tenemos en este esquema un mundo analógico representado como una nube.
Aquí tenemos señales físicas en general, temperatura, presión,
no sé, fuerza, posición, lo que sea; y tenemos el mundo digital.
Y la idea es procesar las señales físicas en el mundo digital.
Y para ello necesitamos circuitos que se llaman de manera genérica
conversores de datos, que nos permiten comunicar ambos mundos.
Entonces, existen los conversores análogos digitales,
o a veces que convierten datos analógicos al mundo digital.
Y existen los conversores digital análogo o DAC's,
que convierten datos digitales al mundo analógico.
A veces los conversores análogos digitales, o a veces cumplen dos funciones
que generalmente se consideran como parte de lo mismo.
Muestrear la señal y cuantizar la señal, son dos funciones diferentes,
pero generalmente están implementadas en un mismo circuito.
El muestreo de la señal ocurre una tasa de muestreo f sub s.
¿Recuerdan cuando hablamos de audio?
¿Muestreaba 44,1 kilo Hertz?
Bueno, en este caso f sub s equivaldría a 44.1 kilomuestras por segundo.
44.1 kilo samples por segundo para el caso de audio.
Y la cuantización ocurre a una resolución de B bits,
donde B es generalmente un entero.
Por ejemplo, en el caso de audio,
habíamos dicho que necesitábamos cuantizar con una resolución de 16 bits.
Entonces, B es 16 bits de resolución.
Entonces, hablamos de resolución para la cuantización,
y hablamos de tasa de muestreo para el muestreo.
La entrada de una ADC analógica,
como se muestra en este esquema de sub i analógico, y la salida es digital.
Y este es el símbolo para un conversor análogo digital.
Cada muestra es una representación digital del voltaje
en la entrada en un momento dado.
Y los ADCs pueden mostrar millones de veces por segundo,
o sea pueden tener frecuencias de muestreo o tasas de muestreo de millones
de muestras por segundo, y cuantizar típicamente entre ocho y 24 bits.
Veamos el muestreo de cuantización en un ADC.
Entonces, el ADC lo que hace es mapear el tiempo
uniformemente en
periodos t sub s, donde t sub s,
es uno partido por f sub s, siendo f sub s la frecuencia de muestreo.
Y mapean la amplitud de esta forma, dividida en
tamaños idénticos, donde cada uno de esto
representa un LSB.
Y el total de puntos se relaciona con dos elevado a b, donde b es la resolución.
Entonces, si tenemos una señal analógica arbitraria, quedó un poco extraña,
voy a repetir.
Ahí sí.
Entonces, esta señal arbitraria queda muestreada de esta forma.
Entonces, las muestras digitales son eso, eso,
eso, eso,
eso, y así.
Entonces, con este mapeo tenemos
una señal analógica que podemos convertir a sus valores digitales.
Y el ADC es simplemente un chip,
que toma señales analógicas y las convierte a digitales.
Recordemos, como vimos en la motivación de estos videos,
que el fin último de este curso,
es tener eventualmente un sistema que nos permita procesar señales usando arduinos.
Los arduinos tienen conversores análogo digitales.
Entonces, no necesitamos usar un conversor análogo digital externo, el arduino mismo
ya trae incorporado conversores análogos digitales en el mismo chip.
De todas maneras es bueno saber que existen,
y es bueno saber por si necesitan usar algo de más desempeño.
Esta es la curva de transferencia de entrada y salida de un ADC.
La entrada está mapeada en voltaje, y la salida está mapeada en bits.
Esto es cero, esto es uno, esto es dos, que representa uno cero en bits; el tres
es uno uno; el cuatro, uno cero cero; uno cero uno; uno uno cero; uno uno uno.
Y este sería un conversor de tres bits.
Entonces, cuando la entrada de voltaje está entre cero y un cierto valor,
la salida digital es cero.
Cuando la entrada de voltaje está entre este valor y este valor,
la salida digital es uno, y así sucesivamente.
Puede resultar un poco obvia esta imagen, pero hay algo que no es tan obvio,
y es que el valor máximo que aguanta se llama Vref, o voltaje de referencia.
Entonces, todos los conversores análogos digitales como chips,
necesitan un voltaje de referencia.
Y en alguna parte este chip necesita aquí un Vref.
Y es el que ajusta la escala,
de manera que la conversión ocurra para un voltaje de referencia conocido.
Los arduinos permiten tener dos tipos de voltajes de referencia distintos,
interno o externo.
Generalmente en este curso vamos a usar un voltaje de referencia interno,
por lo que no nos vamos a preocupar del voltaje de referencia.
Entonces, típicamente en los arduinos que vamos a usar, en los programas que usemos,
los voltajes de referencia van a ser el voltaje de alimentación del chip.
Comparador.
El comparador es un el comparador es un conversor análogo digital de un solo bits.
Compara dos voltajes analógicos.
Compara un voltaje que viene por aquí, y otro voltaje que viene en otra parte.
En estas dos entradas.
Entonces, la salida va a ser un uno, si este voltaje es mayor que éste,
y va a ser un cero, en el caso contrario que este voltaje sea mayor que éste.
Cuando ambos voltajes se parecen mucho, puede ocurrir un asunto de
meta estabilidad, no vamos a referirnos a eso durante este curso.
Entonces, un comparador es un conversor análogo digital de un solo bit.
Comparador más típico que uno puede conseguir en el comercio es el LM311
que es un chip de ocho patas,
que funciona como comparador, comparador de voltaje.
Hablemos de DACs ahora.
Los DACs o conversores digital análogo cumplen dos funciones.
Al igual como los ADC cumplen dos funciones, los DACs también.
Convierten el valor digital a un valor analógico de acuerdo a una referencia.
Y ese es el primer caso aquí, justo lo contrario a cuantizar.
Y la segunda función es mantener la salida analógica hasta que se reciba una nueva
entrada digital, que eso es justo lo contrario a muestrear.
Es una forma de muestreo también.
La entrada es digital, mientras que la salida es analógica.
Y vemos que el símbolo del DAC es prácticamente igual al simbolo del ADC,
solo que la entrada es digital y la salida es analógica.
Los DACs pueden funcionar nuevamente igual que los ADC,
a tasas de millones de veces por segundo, y a resoluciones entre ocho y 24 bits.
Veamos el ejemplo de la operación de un DAC.
Si tenemos un DAC que recibe como entrada este valor,
este valor, luego este valor, y este, y este,
lo que hace el DAC es mantener ese valor digital en su versión analógica.
Entonces, este sería la salida del DAC.
[AUDIO_EN_BLANCO] Y
luego uno puede filtrar, y el filtro va a producir una señal que se parece a esta.
Poniéndolo en contexto, ¿para qué servía un DAC entonces?
Sirve para llevar una señal digital a analógica.
Por ejemplo yo podría tener un DAC,
que me permita que una señal digital de audio,
audio, digital,
que son puros cero y uno, entre al DAC, y salga como una señal analógica,
que luego pueda alimentar un parlante, y producir sonido.
Entonces, el DAC comunica el mundo analógico con el mundo digital.
Muchas gracias por haber visto este video.
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