ElectroClub

Blog dedicado a compartir conocimiento y experiencia laboral principalmente en temas de Electricidad Industrial.

15 de mayo de 2022

Electrónica para Principiantes No. 2 ( Construcción de un primer circuirto en un protoboard)

Este tutorial muestra cómo construir un circuito muy simple que enciende y apaga  un  diodo emisor de luz (LED).

Circuito electronico


Componentes

1Resistencia de 1k (1000 ohm, marrón - negro - rojo) R1 1/4W, 5% 

1 Diodo LED rojo de 5 mm D1 También se pueden usar LED de otros colores y tamaños, por ejemplo, LED verde de 3 mm

También necesitarás:

1 Protoboard

Puentes Varios

Batería de 9V 

Clip para  batería


El diagrama del circuito (también conocido como diagrama esquemático) se muestra a continuación:

Diagrama de circuito LED

Este diagrama  nos indica como alambrar el circuito electronico;

la terminal positiva de la batería (cable rojo del clip de la batería) se conecta a la resistencia de 1 kilo-ohm, el otro cable de la resistencia al ánodo del diodo LED. Por ultimo conecte el cátodo del diodo LED al terminal negativa de la batería.

Tambien es comun que la batería o  fuente de alimentación no se muestre en el diagrama del circuito. en este caso estará representado por un texto que mostrará a qué voltaje debe conectarse a través del circuito. 

Este diagrama muestra el circuito alterno:

Diagrama de circuito alternativo

Contrucción del circuito.


Prepare las piezas y las herramientas:

Piezas y herramientas para el circuito


Paso 1: Inserte el LED en el Protoboard

Inserte  el anodo  del LED (lado mas largo) en el riel superior (+) del protoboard, la otra terminal en otro orificio de la  parte central del protoboard como se muestra acontinuacion:


Paso 1: Inserte el LED en el Protoboard


Paso 2: Inserte la resistencia en la Protoboard

Doble los cables de la resistencia como se muestra a continuación. e inserte  uno de los cables de la resistencia en un orificio debajo del cable del cátodo del LED y el otro cable en un orificio debajo del canal central de la placa de prueba. No importa en qué dirección esté conectada la resistencia a la placa de pruebas.

Paso 2: Inserte la resistencia en la Protoboard  


Paso 3: Inserte el puente de cable en la Protoboard

Inserte un puente de cable en un orificio directamente debajo de la terminal de la resistencia y la otra terminal del puente en el riel inferior de la placa (-)


Paso 3: inserte el puente de cable en la Protoboard 


Paso 4: Inserte el clip de la batería en la placa de pruebas

Inserte el cable rojo (positivo) del clip de la batería en el riel superior de la placa de prueba.  inserte el cable azul (negativo) del clip de la batería en el riel inferior de la placa de pruebas.


Paso 4: Inserte el clip de la batería en la placa de prueba


Paso 5: conecte la batería al clip 

Finalmente, conecte la batería en el clip para encender el circuito y encender el LED. Asegúrese de conectar el clip de la batería  en el sentido correcto. Si intenta conectarlos de forma incorrecta, no se unirá el clip a la bateria, pero pondrán en polaridad inversa el circuito por un momento, lo que puede destruirlo, así que asegúrese de conectar la batería de la forma correcta la primera vez.

Paso 5: conecte la batería al clip 

 ¿Por qué se necesita la resistencia de 1K? para encender el diodo LED


Se necesita la resistencia para proporcionar la corriente correcta al LED. 

La ley de Ohm establece:

V = IR

donde:

V = voltaje en volts, 

I = corriente en ampers 

R = resistencia en ohms 

Agregando los valores utilizados en este circuito:

(9 V) = I (1000 Ω)

Resuelva para obtener

I = (9 V) / (1000 Ω) = 9 mA

por lo que la corriente en este circuito es 9 mA (0,009 ampers). Los LED de 5 mm generalmente están clasificados para un máximo de 20 mA, por lo que esto proporciona una corriente segura por debajo del máximo.


Cómo funciona el Protoboard

Las líneas rojas en la foto de abajo muestran cómo la placa de prueba está conectada internamente. La figura muestra solo algunas de las conexiones verticales, se repiten como se muestra.


Conexiones Internas o Cableado de la Protoboard



Las partes superior e inferior de la Protoboard son idénticas y tienen cuatro tiras de conexión horizontales. El centro de la protoboard tiene tiras de conexión verticales separadas por un canal horizontal en el centro.

Cada línea roja individual o tira de conexión está aislada eléctricamente de todas las demás tiras.

Cualquier cable de componente que esté enchufado en un orificio o "punto de conexión" de la placa de prueba se conectará a lo que esté enchufado en un orificio de la misma tira de conexión que está marcada en rojo en la foto.


Esta foto muestra el circuito construido en este tutorial con las tiras de conexión de la placa de prueba que usa el circuito en azul.

Flujo de corriente en el circuito LED


El cable rojo de la batería se une al LED a través de la tira horizontal superior de la placa. El LED se conecta a la resistencia usando una tira vertical superior. La resistencia no se cortocircuita porque salta a través del canal central aislado de la placa de prueba a una tira de conexión vertical debajo. El enlace de cable conecta el cable de la resistencia inferior a la tira de conexión horizontal inferior que luego se conecta al cable negro de la batería.

Espero que hayas disfrutado este tutorial y lo hayas encontrado útil. Este tutorial se mantuvo simple como una introducción a algunos componentes electrónicos básicos y para que pueda aprender cómo funciona una placa de prueba antes de abordar circuitos más complejos.


CONTINUARA








12 de mayo de 2022

Electrónica para Principiantes No. 1 (El Protoboard, Herramientas y Primer lista de materiales)

La mejor manera de aprender electrónica o de iniciar con la electrónica como pasatiempo  es comenzando  a construir circuitos. 

Montaje de circuito electrónico


En un principio no se necesita saber cómo funcionan los dispositivos o qué hacen las partes en un circuito, porque al  construirlos, aprenderá sobre las diferentes partes y componentes electrónicos asi  cómo leer diagramas, sobre herramientas básicas y principios de la electrónica.

Este mini curso de electrónica básica consta de una serie artículos y video tutoriales que enseñan electrónica a principiantes. Se utilizará un dispositivo llamado placa de prueba mejor conocido como (protoboard), como se muestra en la siguiente imagen. 

El Protoboard es una placa de prueba que permite un fácil montaje y desmontaje de circuitos electrónicos.

Placa de prueba (Protoboard)


Uso del Protoboard

Los componentes electrónicos se utilizan y reutilizan para construir diferentes circuitos en una placa de prueba (Protoboard). En este curso, los circuitos se construyen conectando las partes en el protoboard  y uniéndolas mediante cables de conexión.

La siguiente imagen muestra un circuito  simple:

batería para alimentación, resistencias, diodos LED y cables 



Aprende Electrónica con Arduino.

En este mini curso aprenderemos construir circuitos electrónicos básicos alimentados por una batería u otra fuente de alimentación de CD de bajo voltaje.

Además de los circuitos básicos, también se cubrirá  la plataforma de microcontroladores Arduino . Ningún curso de electrónica moderna está completo sin enseñar los conceptos básicos de los microcontroladores, y la placa del microcontrolador Arduino es un buen dispositivo para comenzar a aprender. Esto se explica con más detalle en los artículos que siguen.

La siguiente imagen muestra una placa de microcontrolador Arduino  conectada a un circuito integrado en un protoboard. Después de conectar el circuito al Arduino Uno, se escribe un programa de software para controlar el circuito. Luego, el programa se carga en la placa Arduino Uno. Una vez cargado en la placa, el programa ejecuta y controla el circuito.

En este ejemplo de dos LED conectados a una placa Arduino Uno, se puede escribir un código de programa para encender y apagar los LED, o en una secuencia determinada. Todo lo que se necesita para escribir un programa y cargarlo en la placa es un paquete de software gratuito y un cable USB. El paquete de software gratuito se ejecuta en Windows, Mac OS y Linux. 

Protoboard conectado a una placa Arduino Uno

Protoboards básicos para principiantes

Exiten dos tamaños básicos de protoboard  para comenzar. Estas placas de prueba son adecuadas para la mayoría de los principiantes. 

Protoboards de medio tamaño 400 Tie Point.

Una placa de prueba de 400 puntos de enlace, es suficiente para la mayoría de los circuitos construidos en este curso. La placa que se muestra en la imagen  se conoce como de tamaño medio. Un punto de enlace es un agujero en la placa. Por lo tanto, este protoboard de tamaño medio tiene 400 agujeros.

Protoboards 830 de tamaño completo

Para algunos circuitos, una segunda placa de la mitad del tamaño facilitará la construcción del circuito. Alternativamente, se puede usar una placa de tamaño completo en lugar de dos placas de tamaño medio. En la siguiente imagen se muestra una placa de 830 puntos de tamaño completo en comparativa con una placa de tamaño medio.

Tamaño medio (arriba) y Protoboard de tamaño completo (abajo)

Cables tipo puente 

Los enlaces o cables se utilizan para conectar componentes entre sí para construir circuitos. Hay tres tipos principales de cables de conexión o puentes adecuados para usar con placas de prueba, que se analizan a continuación.

1. Cables para placa de pruebas fabricados con un solo hilo.

Estos kits de cables se compran por separado o se compran junto con un Protoboard. La imagen a continuación muestra un kit de cable de puente de un solo hilo para usar con Protoboard.

Kit de cables de puente para placa de pruebas

2. Cable Dupont

Los cables Dupont son útiles para conectar componentes a una placa de pruebas, según sea necesario. La siguiente imagen muestra un cable Dupont en la parte superior y cables individuales en la parte inferior.

Cables y alambres Dupont: tipo macho a macho


Los cables Dupont están disponibles en diferentes longitudes. La imagen de arriba muestra cables Dupont de 10 cm de largo con un pin en cada extremo. También es útil tener algunos cables Dupont con un pin en un extremo y un enchufe en el otro, porque los componentes grandes son fáciles de conectar a una placa de pruebas con estos cables. No se necesita soldadura cuando se utiliza una placa de prueba con cables de puente.

3. Rollo de alambre.

Puede hacer sus propios cables  a partir de un rollo de cable de un solo hilo. Esta es una alternativa a la compra de un juego de cables puente. La siguiente imagen muestra un rollo de alambre. par ahacer los puentes.

Rollo de alambre de una sola hebra

El cable que se muestra en la imagen de arriba tiene un solo hilo de cable de cobre estañado que tiene un diámetro de núcleo de 0,6 mm. Tiene un diámetro exterior total de 1,2 mm, incluido el aislamiento.

Qué cables de puente usar

De los tres tipos de cables de puente discutidos anteriormente, es mejor tener algunos cables Dupont,  un juego de cables de puente o un rollo de cable de un solo hilo. También es bueno tener algunos cables Dupont con un pin en un extremo y caiman en el otro. 

Componentes para principiantes

Debido a que este curso de electrónica es para principiantes y  trata sobre la construcción de circuitos en una placa de pruebas, ademas de la placa, los cables y  puentes, se requiere de una placa Arduino Uno o compatible  para practicar y varios componentes  electrónicos. 

Esta parte del curso muestra cómo son algunos de los componentes electrónicos básicos, comenzando con la placa Arduino Uno, mientras que la siguiente parte (la lista de materiales para principiantes) enumera las piezas, herramientas y números de pieza específicos de los componentes electrónicos necesarios para seguir los tutoriales. 

Arduino Uno

Arduino es un proyecto de código abierto para aprender sobre microcontroladores y programación. Arduino consta de una plataforma de hardware (una placa de circuito) y un entorno de programación  (un programa o aplicación que se ejecuta en la PC).

Como principiante, construirá circuitos en una placa de pruebas y los conectará a la placa Arduino. Luego, se cargará un programa en el Arduino desde una PC a través de un cable USB. El programa que se ejecuta en la placa Arduino operará el circuito conectado; por ejemplo, encenderá y apagará una luz.

Hoy en día existe más de un tipo de placa Arduino. Se puede comprar en la tienda de Arduino o en distribuidores autorizados. Alternativamente ustedes pueden construir su propia placa d

Necesitará un cable USB estándar para conectar la placa Arduino a una PC.

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En este libro encontrarán las herramientas para desarrollar aplicaciones con ARDUINO. Aunque en Internet hay recursos en abundancia para abordar este tema en este Ebook se combina la teoría con ejercicios prácticos para que el estudiante experimente con circuitos reales e interiorize los conceptos de la teoría.


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Componentes electrónicos para principiantes

Se necesitan diferentes partes electrónicas para cada circuito. Cada proyecto tiene una lista de piezas al principio. 

En la siguiente imagen se muestran algunos componentes para iniciar, que incluyen diodos LED, resistencias, diodos, transistores, bocinas, condensadores y circuitos integrados o IC

Componenetes electrónicos para principiantes


Solo debemos de recordar que cada circuito electrónico necesita una fuente de alimentación normalmente alimentados por una batería. Los circuitos interconectados con la placa Arduino se alimentan del Arduino Uno, que recibe su alimentación del puerto USB de una PC.

Herramientas para principiantes para iniciarse en la electrónica

Se necesitan algunas herramientas básicas para principiantes en electrónica. Al iniciar la electrónica y construir circuitos en la placa de prueba, se necesitan algunas herramientas básicas, como pinzas de corte, alicates y un multímetro

lista de  herramientas básicas para comenzar a construir circuitos:

Protoboard: para construir circuitos. También se requieren cables de conexión o cables puente.

Pinzas  de corte : para cortar cables, pelar el aislamiento del cable y cortar los cables de los componentes.

Alicates de punta larga o semicircular : para enderezar cables de componentes.

Un multímetro , para probar voltajes, valores de componentes y más, no es esencial, pero es muy útil.

Soldador : es posible que no se necesite de inmediato. Se utiliza para soldar cables o conectores en algunos componentes para enchufarlos en una placa de pruebas. Puede ser posible usar cables Dupont para conectar componentes a una placa de prueba en lugar de soldar.

Herramienta básica de electrónica

Los pinzas de corte se utilizan para cortar longitudes de alambre de un solo hilo para usar en una placa de prueba. Después de cortar un trozo de cable, se pueden usar cortadores laterales para quitar el aislamiento de cada extremo del cable con el fin de conectar los extremos en los orificios o puntos de unión de una placa de pruebas. Se pueden usar pelacables especialmente diseñados para quitar el aislamiento del extremo de los cables en lugar de usar pinzas de corte.

Un multímetro es opcional, pero puede ser muy útil para probar el voltaje de una batería o fuente de alimentación que se utiliza para alimentar un circuito. Algunos componentes se pueden probar con un multímetro. El valor de una resistencia se puede verificar usando un multímetro en la escala de ohms.

Aunque es un buen consejo comprar el mejor equipo que pueda pagar, algunos de los mejores multímetros son caros. En este curso se puede usar un multímetro económico, como el que se muestra a continuación. Solo use este tipo de multímetro en circuitos de bajo voltaje y baja potencia. Nunca utilice un multímetro económico en circuitos de alta tensión, alta potencia o alimentados por la red.

Multimetro económico

Lista de compras para principiantes

Al comenzar este nuevo curso de electrónica con arduino, necesitarás comprar algunos componentes electrónicos y herramientas para que puedas construir los circuitos y proyectos. es bueno pedir  siempre algunas piezas adicionales, como LED, resistencias, transistores, cables, etc., para guardar en una caja de repuestos para que tenga su propio suministro de componentes disponibles cuando desee construir un nuevo circuito en el protoboard u otro proyecto.

A continuacion  te dejo una lista de componentes y herramientas para principiantes que necesitará para iniciarse en la electrónica y seguir la serie de tutoriales.

También puede encontrar un buen kit de piezas que ya contiene la mayoría de los componentes que necesita y evitar tener que comprar cada pieza individualmente.

Instrumentos

1. Protoboard

Considere comprar una placa de prueba un poco más grande que las realmente pequeñas. Se puede usar una placa de prueba más grande para construir circuitos más grandes en el futuro a medida que avanza en la electrónica. 

2. Pinzas de corte 

Se utilizan para cortar cables, pelar el aislamiento del cable y cortar cables de componentes largos. 

3. Alicates de punta larga / Alicates de punta semiredonda

Se utiliza para doblar cables de componentes, sostener piezas pequeñas mientras se solda, para empujar un cable o cable de componente en una placa de prueba que tiene orificios de conexión "ajustados" y tiene muchos otros usos en electrónica.

4. Cautin

Normalmente, no se necesita un soldador en los circuitos de la placa de pruebas, excepto cuando un componente no tiene cables que puedan conectarse a un protoboard, por ejemplo, la pantalla LCD utilizada en esta serie de tutoriales para principiantes. Luego, se debe soldar un cable o un conector al componente para que se pueda enchufar en la placa de prueba. Hay disponibles soldadores independientes, así como estaciones de soldador.

Un soldador independiente normalmente no tendrá un controlador de temperatura o un soporte con una esponja de limpieza. Una estación de soldador tendrá control de temperatura, un soporte para el hierro con una esponja de limpieza. 

5. Soldadura

Si compras un soldador, también necesitarás comprar un alambre de soldadura para usarlo. Los diámetros de alambre de soldadura entre 0,7 mm y 1 mm o incluso un poco más grandes están bien para los principiantes.

Componentes Electrónicos para los circuitos del  1 al 20

Arduino, cable USB y cables de puente de placa de pruebas

Se utiliza un Arduino Uno en la serie de tutoriales para principiantes.
Se necesita un cable USB estándar para conectar el Arduino a una PC para encenderlo y cargar el software en el Arduino.

Los cables puente de la placa de pruebas se utilizan para conectar los pines de Arduino a la placa de pruebas.

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Resistencias

La siguiente tabla contiene una lista de todos los valores de resistencia utilizados en la serie de tutoriales para principiantes. Se pueden comprar conjuntos de resistencias en caja que tienen una amplia gama de valores. 


Condensadores

Todos los valores de los condensadores utilizados en la serie de tutoriales para principiantes se muestran en la siguiente tabla. Los kits de condensadores en caja también están disponibles para su compra. 


Semiconductores

Los semiconductores son dispositivos que están hechos de material semiconductor, como diodos (incluidos los LED), transistores y circuitos integrados (CI).-

Diodos emisores de luz - LED
transistores
transistores NPN
Transistores PNP
Circuitos Integrados o ICs
Amplificadores operacionales
diodos
Pantallas de siete segmentos

La siguiente tabla enumera todos los semiconductores utilizados en la serie de tutoriales de electrónica para principiantes.



Y Varios

Las piezas restantes necesarias para la serie de tutoriales para principiantes se enumeran en la siguiente tabla. Puede encontrar más información sobre algunas de las partes de la tabla en la lista a continuación.

Baterías y clips de batería
Batería de moneda CR2032 y soporte
Potenciómetros
LDR: resistencia dependiente de la luz o fotorresistencia
Disco piezoeléctrico
Interruptores
Interruptor de láminas
LCD: pantalla de cristal líquido
Cristal




Equipos electrónicos

Hay muchos kits de piezas electrónicas, kits de proyectos y kits de Arduino en el mercado.

Dónde pedir piezas

Es posible que tenga una tienda de electrónica local que pueda suministrar algunas o todas las piezas. También hay muchas tiendas en línea a las que puede pedir piezas.

Cosas para considerar

El lugar desde donde realice el pedido dependerá del precio y la disponibilidad de las piezas. Considere también los gastos de envío  si realiza el pedido en línea. Algunos proveedores pueden tener piezas más caras, 

Si solicita piezas de otro país, es posible que deba pagar aranceles o impuestos de importación, según las leyes de su país.


CONTINUARÁ

















3 de mayo de 2022

El convertidor Analogico a Digital (Parte 2)

En el post anterior dimos una introducción de lo que es el ADC en esta ocación nos concentraremos en la configuración que se tiene que realizar si hacemos uso de un microcontrolador al final te dejo un video con el codigo final hecho en MiKro C de un controlador de temperatura.

El convertidor de analógico a digital (ADC) puede convertir una señal de entrada analógica en una representación digital binaria de 10 bits de esa señal. Las entradas analógicas de los microcontroladores de Microchip, que se multiplexan en un solo circuito de muestra y retención. La salida de la muestra y retención está conectada a la entrada del ADC. El ADC genera el resultado binario de 10 bits a través de aproximaciones sucesivas y almacena el resultado de la conversión en los registros de resultados del ADC.


El ADC utiliza una referencia de voltaje que es seleccionable por software para generarse internamente o suministrarse externamente.

El ADC también puede generar una interrupción al finalizar una conversión. Esta interrupción se puede utilizar para despertar el dispositivo de SLEEP.

Configuración ADC

Cuando el ADC se configura por primera vez, debe tener varios ajustes de configuración habilitados. Éstos incluyen:

Configuración del puerto ADC

Selección de canal ADC

Selección de referencia de voltaje ADC

Fuente de reloj de conversión ADC

control de interrupción ADC

formato de resultado ADC

Veremos paso a paso cada uno de estos a continuación.

El primer ajuste de configuración es la configuración de pines de E/S. La mayoría de los pines de E/S del ADC se pueden usar como entrada analógica o entrada digital. Al convertir señales analógicas usando el ADC, el pin de E/S debe configurarse para entrada analógica configurando los bits asociados en el registro TRIS y el registro ANSEL.

El registro TRIS para el pin de E/S debe tener su bit asociado establecido en 1 para convertirlo en una entrada. Si el pin de E/S es parte del bloque PORTA, el registro TRISA contiene el bit.



El siguiente paso es establecer el bit en el registro ANSEL para el pin de E/S y establecer el bit en 1 para habilitar el ADC en ese pin. Si el pin de E/S es parte del bloque PORTA, el registro ANSELA contiene el bit.


Selección de canal ADC

El multiplexor ADC debe conectarse al pin de E/S antes de iniciar el proceso de muestreo y retención. Esto se hace con un conjunto de bits en el registro ADCON0. Antes de que se solicite una muestra de ADC, estos bits de selección de canal se configuran para conectarse al pin de E/S deseado. Solo se puede conectar un pin al ADC a la vez. Una vez que se completa el proceso, los bits de selección se pueden cambiar para conectarse al siguiente pin y el proceso ADC comienza de nuevo.



Algunos dispositivos pueden tener menos canales

Selección de referencia de voltaje ADC

El ADC puede usar varias fuentes de referencia de voltaje como base para las mediciones de voltaje analógico.

Valor digital = [Tensión analógica / (V REF + - V REF -)] * 1024

Los bits ADPREF del registro ADCON1 proporcionan control de la referencia de voltaje positivo. La referencia de tensión positiva puede ser:

V REF +

VDD _

Referencia de voltaje fijo (FVR)

Los bits ADNREF del registro ADCON1 proporcionan control de la referencia de voltaje negativo. La referencia de tensión negativa puede ser:

REF - V-

V SS

V DD y V SS son las conexiones al bus de voltaje que alimenta el dispositivo.

V REF + y V REF - son pines de E/S específicos en el dispositivo. Una referencia de voltaje externo está conectada a estos pines.

FVR es una función en muchos dispositivos PIC® , aunque no en todos. Puede incluir un solo voltaje o, a veces, más de un nivel de voltaje está disponible.

Los bits de selección de referencia de voltaje están en el registro ADCON1 y las opciones de selección se muestran a continuación.

Fuente de reloj de conversión ADC


La fuente del reloj de conversión es seleccionable por software a través de los bits ADCS del registro ADCON1. Hay hasta siete opciones de reloj posibles según el dispositivo que se utilice:

FOSC/2
FOSC/4
FOSC/8
FOSC/16
FOSC/32
FOSC/64
FRC (oscilador interno dedicado)
F OSC es el oscilador del sistema que ejecuta el reloj de instrucciones del dispositivo.

El reloj es fundamental para producir la conversión analógica a digital más rápida pero también precisa.
El tiempo para completar la conversión de un bit se define como TAD . Una conversión completa de 10 bits requiere períodos de 11,5 T AD , como se muestra aquí:


Para una conversión correcta, se debe cumplir con la especificación T AD apropiada. Un reloj ADC se puede seleccionar fácilmente de la tabla a continuación. Aparece un gráfico similar en la hoja de datos del dispositivo. Los mejores valores se muestran en el medio del gráfico con un fondo blanco.


La selección de FRC del oscilador interno será una conversión más lenta pero garantizará que se cumplan los requisitos de T AD . El FRC también se puede usar en modo de suspensión para ejecutar mediciones de ADC.


Formato de resultado ADC


El resultado de la conversión ADC se almacena en dos registros de 8 bits de ancho; ADRESH y ADRESL. Este par de registros tiene 16 bits de ancho, por lo que el módulo ADC tiene la flexibilidad de justificar a la izquierda o a la derecha el resultado de 10 bits en el registro de resultados de 16 bits. El bit de selección de formato ADC (ADFM) en el registro ADCON1 controla esta justificación. Los bits adicionales en los registros ADRESH y ADRESL se cargan con '0'.


Luego, el resultado puede copiarse en una variable o usarse en una ecuación para implementar una función basada en el resultado del ADC.

Acontinuación dejo el vídeo Parte 2 del código hecho en Mikro C, para un controlador de temperatura usando el convertidor  analógico digital (ADC).

Vídeo Parte 1


Video Parte 2

28 de abril de 2022

El mundo de la Conversión de analógico a digital

El mundo analógico

Los microcontroladores son capaces de procesar  señales binarias o también llamadas digitales: es decir un 0 un 1,como analogía pongo de ejemplo ¿se presiona el botón o no? Estas son señales digitales. 

Cuando un microcontrolador se alimenta con cinco volts, se entiende cero volts (0V) como un 0 binario y cinco volts (5V) como un 1 binario. Sin embargo, el mundo no es tan simple como el ejemplo anterior al  mundo le gusta ir contracorriente

¿Qué pasa si la señal es de 2,72 V? ¿Es  un cero o un uno? A menudo necesitamos medir señales que varían; a estas se  les llaman señales analógicas. Un sensor analógico de 5 V puede emitir 0,01 V o 4,99 V o cualquier valor intermedio. Afortunadamente, casi todos los microcontroladores tienen un dispositivo incorporado que nos permite convertir estos voltajes en valores que podemos usar en un programa para tomar una decisión y claro es el que vamos a estudiar el convertidor analógico a digital 

¿Qué es el ADC?

Un convertidor analógico a digital (ADC) es una característica muy útil que convierte un voltaje analógico  en un número digital. Al pasar del mundo analógico al mundo digital, podemos comenzar a usar la electrónica para interactuar con el mundo analógico que nos rodea.


La forma en que funciona un ADC es un poco compleja. existen algunos métodos y formas  diferentes de lograr esta función, pero una de las técnicas más comunes utiliza el voltaje analógico para cargar un condensador interno y luego medir el tiempo que tarda en descargarse a través de una resistencia interna. El microcontrolador monitorea la cantidad de ciclos de reloj que pasan antes de que se descargue el capacitor. Este número de ciclos es el número que se devuelve una vez que se completa el ADC.

¿Proceso de conversión A/D y cómo funciona ADC?

Principalmente hay dos pasos para la conversión de analógico a digital:

El proceso ADC se muestra en la siguiente figura:


Muestreo

Una señal analógica cambia continuamente con el tiempo, para poder medir la señal tenemos que mantenerla constante durante un breve período de tiempo para que pueda ser muestreada. Podríamos medir la señal repetidamente y muy rápido, y luego encontrar la escala de tiempo correcta. o podríamos medir la señal en diferentes tiempos y luego promediarla. O, preferiblemente, podemos mantener la señal durante un tiempo específico y luego digitalizar la señal y muestrear el valor. Esto se hace mediante un circuito de muestreo y retención. Porque, al menos el tiempo requerido para la digitalización, mantiene el valor estable. La figura muestra el circuito de muestreo y retención de una señal.

Circuito de muestreo y retención

Mantenemos el interruptor normalmente abierto, y cuando queremos encontrar una medida, cerramos el interruptor momentáneamente.

Cuantificación y codificación

En la salida de (S/H), está presente un cierto nivel de voltaje. Le asignamos un valor numérico. Se busca el valor más cercano, en correspondencia con la amplitud de la señal de muestreo y retención. Y este valor no puede ser cualquier valor, debe ser de un conjunto limitado de valores posibles. Depende del rango del cuantificador y del rango dado en una potencia de 2, es decir, 2 n (2 8 = 256, 2 10 = 1024, etc.).

Después de identificar el valor más cercano, se le asigna un valor numérico y se codifica en forma de número binario. Los números codificados en binario generados por el cuantificador están representados por 'n' bits. La resolución de un ADC también se puede indicar con 'n' bit. La figura muestra todo el proceso de conversión:



No se puede decir que los valores obtenidos después del proceso de cuantificación y codificación sean completamente precisos. Estas son solo las aproximaciones de los valores del mundo real. La precisión del cuantificador depende en gran medida de la resolución del cuantificador, cuanto mayor sea la resolución, más precisos serán los valores. La resolución del ADC está limitada por una serie de restricciones, de las cuales, el tiempo es un problema importante. Si el conjunto de valores posibles, a partir del cual se busca el valor más cercano, es mayor, entonces seguramente tomará más tiempo. Pero para acelerar este proceso, se han desarrollado más técnicas.

La siguiente tabla muestra el rendimiento de diferentes ADC de 'n' bits. Si el número de bits es mayor, entonces la frecuencia es menor y el tiempo consumido también es mayor. Por otro lado, el error se minimiza a medida que aumenta el número de bits. Las tasas máximas de muestreo también se han indicado en la tabla.


Tipos de ADC

Los tipos más comunes de convertidores analógicos a digitales disponibles son:

Flash convertidor analógico a digital.
Convertidor analógico a digital de doble pendiente.
Convertidor analógico a digital de aproximación sucesiva.

ADC FLASH

Flash ADC es uno de los ADC más simples. También se conoce como el convertidor ADC paralelo. Consta de una serie de comparadores. Un circuito codificador está conectado a la salida de los comparadores, lo que nos da una salida binaria. En la figura se muestra un circuito flash ADC de 3 bits:

Vref es el voltaje de referencia; si el valor analógico en la entrada es mayor que el voltaje de referencia, la salida del comparador será alta. El convertidor flash es el más eficiente de todos los convertidores en términos de velocidad. Pero el número de comparadores aumenta a medida que aumenta el número de bits. Necesitaríamos 7 comparadores para 3 bits y 15 comparadores para 4 bits. Esta es la debilidad de flash ADC.

Pero un convertidor flash puede producir una salida no lineal, lo que es una ventaja adicional. La red divisoria de tensión consta de resistencias de igual valor que proporcionan una respuesta proporcional. Pero para aplicaciones especiales, el valor de las resistencias se puede cambiar, lo que dará una respuesta no lineal.

ADC DE DOBLE PENDIENTE

Un integrador de doble pendiente primero integra y luego desintegra una señal de voltaje. Integra un voltaje desconocido por un tiempo fijo y se desintegra por un tiempo variable usando un voltaje de referencia. La Figura 5 muestra el gráfico de integración de doble pendiente.


La principal ventaja es que el error que ocurre en un componente durante la integración se cancela durante la fase de desintegración. La siguiente figura muestra un diagrama de bloques de un convertidor de doble pendiente:


Por ejemplo, si queremos obtener una resolución de 10 bits, integraríamos por 2 10 = 1024 ciclos y luego desintegraríamos por 1024 ciclos. Al aumentar el número de ciclos de reloj, podemos obtener más resolución.

ADC DE APROXIMACIÓN SUCESIVA

Este ADC no cuenta en la secuencia binaria, este registro comienza con el bit más significativo y termina con el bit menos significativo. La salida del comparador se monitorea continuamente y se compara con la entrada de la señal analógica. Esta estrategia da resultados mucho más rápidos. La siguiente figura muestra el funcionamiento de este registro de aproximación sucesiva:


El funcionamiento de este ADC se puede observar en el siguiente gráfico:




Hasta ahora hemos discutido los tres tipos más comunes de convertidores analógicos a digitales, pero también hay otros convertidores, como sigma delta, adc de rampa digital, adc de seguimiento, etc., que también son convertidores ampliamente utilizados.

Aplicaciones ADC

Lo notemos o no, estamos usando cientos o miles de ADC y DAC en nuestra vida diaria. Algunas de las aplicaciones populares son:

Aplicaciones de audio: por ejemplo, cuando escucha música en su teléfono móvil, la música se almacena en la memoria de su teléfono móvil en formato digital y un altavoz acepta una señal eléctrica que es una señal analógica. Por lo tanto, necesitamos un ADC para convertir un flujo de bits digital de música en una señal analógica para reproducir la música que podemos escuchar a través de un altavoz móvil. De ahí que nuestro teléfono móvil contenga muchos ADC para Audio y otras muchas aplicaciones.

Receptor y transmisor de llamadas en el teléfono móvil
Vídeo transmitido en vivo
Adquisición de datos
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DAC de resistencia ponderada binaria
R-2R Escalera DAC

Por ultimo dejo un vídeo (Parte I) de la explicación del código de la programación  usando un microcontrolador