Control Digital MT228
Convertidores ADC-DAC
2
Profesor: Ricardo Rodriguez Bustinza
Email: robust@uni.edu.pe
Monitoreo del Proceso
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
1
Control Digital MT228
Control del Proceso
Señales Análogas
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
2
Control Digital MT228
Señales Digitales
o Existen otras señales necesarias,
como es el arranque o paro de
bombas,
motores,
agitadores,
apertura o cierre de electroválvulas,
activación/desactivación de alarmas,
etc. A estas acciones se les denomina
señales digitales.
o Estas señales presentan dos estados
(0,1), por ejemplo, presencia o
ausencia de tensión, start-stop.
Tipo de Señales
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
3
Control Digital MT228
Muestreo de una Señal Análoga
Bits en la DAQ
o Por ejemplo, si se muestrea la temperatura del flujo de entrada en un intercambiador de calor. Se utiliza un
sensor PT100 con un transmisor de 4mA –20 mA calibrado de 0 a 100°C .
Rango Temp
100 − 0
=
= 0.0098°C
Rango Numeros 1023 − 0
o Considere una tarjeta de adquisición de datos con un ADC de 10 bits. En este caso es posible deducir la
resolución para un estándar de corriente 4 – 20mA según:
20 − 1023
4 --- X=204
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
Rango Temp
100 − 0
100
=
=
= 0.122°C
Rango Numeros 1023 − 204 819
4
Control Digital MT228
Convertidor de Señal
o Conversión de una variable de un tipo a otro, por ejemplo: Corriente a Tensión, Tensión a Corriente,
Neumática a Corriente, etc.
𝑋
𝑋
𝑌
𝑌
:
:
:
:
Máximo de la escala para la variable de entrada 𝑋
Mínimo de la escala para la variable de entrada 𝑋
Máximo de la escala para la variable de salida 𝑌
Mínimo de la escala para la variable de salida 𝑌
Unidades Salida
o
o
o
o
Unidades Entrada
Principio de Conversión A/D
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
5
Control Digital MT228
Digitalizando la Señal Análoga
o Cuando la señal es comprendida entre V = 0 y V = v1
se le asocia un valor digital 000 y así hasta los 8 niveles
que es capaz de distinguir. Un conversor de 𝑛 bits
distinguir 2 valores de la señal. Si n = 3, entonces son
2 = 8 niveles.
o Una rejilla con mas filas, es capaz de
distinguir cambios mas pequeños de
tensión de entrada. Para una rejilla mas
fina (precisión) hace falta mas bits. Para 4
bits, distingue 2 = 16 niveles y así
sucesivamente.
Ejemplo # 1
o Convertidor de 2 bits y una señal de entrada de 0V a 5V
o Niveles de tensión: 2 = 4
o Mínimo cambio de tensión (cuantización): 5V/4 = 1.25V
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
6
Control Digital MT228
o Convertidor de 8 bits y una señal de entrada de 0V a 5V. Niveles de tensión que se detectan: 28= 256, y
mínimo cambio de tensión: 5V/256 = 19.53125mV
Valor Análogo digitalizado
o Como se comento anteriormente, un convertidor de 2 bits presenta 4 niveles de tensión y la mínima
tensión que detecta es 1.25mV. Si el convertidor devuelve un valor digital 11. Se desea encontrar la tensión
analógica que se ha digitalizado.
o Si observamos la tabla el valor digital 11 esta en el
rango 3.75V a 5V, es decir, el valor de la tensión será:
3*1.25=3.75V. Se asume el nivel inferior.
Vana log o  ( Dato Digital ) *
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
V
 desfase
2n
Vana log o  (11) *
50
 0  3 * 1.25  3.75V
22
7
Control Digital MT228
Intervalo de Cuantización
– Para n bit ADC, el rango de entrada es dividido en 2n intervalos.
– 3 bit ADC:
Q=
o Rango de Entrada
VADCMAX -VADCMIN
2n
Unipolar: ( 0, VADCMAX )
Bipolar: ( -VADCMAX , +VADCMAX ) (Rango Nominal)
Sujeto a: If |VIN| > |VADCMAX|, entonces |VOUT| = |VADCMAX|
Código
Entero
Código
7
Entero
6
5
4
3
2
1
0
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0.5
1.0
1.5
2.0 2.5
3.0
3.5
2 1.5 1.0 .5 0.0 0.5 1.0 1.5
Voltaje
Análogo
Voltaje
Análogo
1.25
Códigos Enteros a Voltaje
o n bit ADC
VADCmin
Voltaje:
VIN
Q
VADCMAX
2n
0
Código:
o Ejemplo
– 3 bit ADC, VADCmin = -2 V y VADCMAX = 1.5 V , VIN = 1.25 V
– Q: Hallar el código entero para VIN.
Q=
7
ΔV 1.5+2
=
=0.4
23
8
– Según la diapositiva anterior debe corresponderle el código entero
– Error de cuantización.
VADCmin
Q
VIN
VADCMAX
Código
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
Q
Q

Cualquier VIN  VˆIN  , VˆIN   puede ser codificado a VˆIN
2
2

8
Control Digital MT228
Ejemplo # 4
o 8 entradas analógicas, (16 bits de resolución, 50kS/s)
o 2 salidas analógicas (16 bits, 5 kS/s/canal); 13 líneas de E/S digitales; un
contador de 32 bits
o Ligero y energizado por bus para fácil portabilidad
o Conecte fácilmente sensores y señales con conectividad de terminal de tornillo
o La versión OEM (Original Equipment Manufacturer) disponible
o Compatible con ANSI C, C# .NET, VB .NET, LabVIEW, LabWindows™/CVI y
Measurement Studio
DAQ USB-6008
o
o
o
o
o
DAQ USB-6002
8 entradas analógicas (12 bits, 10 kS/s)
2 salidas analógicas estáticas (12 bits); 12 E/S digitales; contador de 32 bits
Energizado por bus para una mayor movilidad, conectividad de señal integrada
La versión OEM está disponible
Compatible con LabVIEW, LabWindows™/CVI y Measurement Studio para
Visual Studio .NET
DAQ USB 6008
o Convertidor de 11 bits en una tarjeta de adquisición de datos DAQ USB 6008 de NI y una señal de entrada
analógica de -10V a 10V
o Numero de valores que se distingue: 211= 2048 niveles de tensión (filas)
o Mínimo cambio de tensión que se detecta: 20V/2048=0.0098V=9.8mV
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
9
Control Digital MT228
DAQ USB 6002
o Convertidor de 16 bits en una tarjeta de adquisición de datos DAQ USB 6002 de NI y una señal de entrada
analógica de -10V a 10V
o Numero de valores que se distingue: 216= 65536 niveles de tensión (filas)
o Mínimo cambio de tensión que se detecta: 20V/65536=0.000305V=0.3mV
Convertidor DAC
o Un conversor o convertidor digital analógico (DAC) por suma ponderada suma varias señales digitales
binarias de acuerdo al peso de cada una dando como resultado una señal de corriente o tensión analógica.
Las entradas al ser binarias sólo toma dos valores: "1" y "0" que serán V y tierra respectivamente
o Diseñe un conversor digital analógico de
ganancia igual a A = 1.3 de N = 4 bits.
Asuma el voltaje de referencia de 5 voltios.
V =A
Q=
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
V
V
V
V
+ + +
2
2
2
2
2
2 −1
A×V
2 −1
10
Control Digital MT228
% ------------------------------------------------------------------------% ganancia
A=1.3;
% -----------------------------------------------------------------------% resistencias en paralelo
R1=1e3; R2=2e3; R3=4e3; R4=8e3;
Rp=1/(1/R1+1/R2+1/R3+1/R4);
fprintf('Rp=%1.2f\n',Rp)
% -----------------------------------------------------------------------% resistencia Rf diseño
Rf=Rp*A;
fprintf('Rf=%1.2f\n',Rf)
% -----------------------------------------------------------------------% calculo de Rx diseño
Rx=Rf/(1-A);
fprintf('Rx=%1.2f\n',Rx)
% Si RX es negativo la resistencia se coloca del pin inversor a tierra.
% -----------------------------------------------------------------------% numero de bits
N=4;
% -----------------------------------------------------------------------% resolución de salida en mili-voltios
Vref=5;
qr=(A*Vref)/(2^N-1);
fprintf('Q=%1.4f\n',qr*1000)
% -----------------------------------------------------------------------% Rp=533.33, Rf=693.33, Rx=-2311.11, Q=433.3333
% ------------------------------------------------------------------------
% -----------------------------------------------------------------------% voltaje de salida
% -----------------------------------------------------------------------V=Vref*[0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1];
Vomax = A*(V(:,1)/2+V(:,2)/2^2+V(:,3)/2^3+V(:,4)/2^4)*(2^N/(2^N-1));
% ------------------------------------------------------------------------
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
11
Control Digital MT228
Ejercicio Propuesto
o Usted tiene una data de una señal seno de frecuencia 2Hz y amplitud 1V, estos datos provienen de un
generador virtual.
o Emule una DAC (basado en LM324) de 12 bits (ver
Figura) usando MATLAB y LabVIEW. Proponga las
consideraciones técnicas adecuadas al conversor.
Ayudese de las hoja técnica, pdf libre en Internet.
o Compare su diseño versus el diseño presentado para
una caso de un DAC de 4 bits para el mismo voltaje de
referencia.
Profesor. Ricardo Rodriguez Bustinza
12