Adquisición de Datos. Dispositivos ADC y DAC

Adquisición de Datos. Dispositivos ADC y DAC

3 marzo, 2017 0 By Ensambledeideas

El presente artículo tiene como objetivo comprender las ideas relacionadas con la adquisición de datos mediante dispositivos electrónicos. Para ello, se deben manifestar algunos conceptos teóricos.

En primer lugar, es importante contar con algún dispositivo capaz de convertir una señal analógica en una señal digital mediante un cuantificador. Este dispositivo, llamado ADC (por las siglas en inglés de Analog-to-Digital Converter, Conversor Analógico Digital) será útil durante la práctica para obtener los datos que se requerirán de ella.

En contraposición, se encuentran los dispositivos DAC (por las siglas en inglés de Digital to Analogue Converter, Conversor Digital Analógico).

Los dispositivos poseen un reloj interno capaz de medir el tiempo, el cual cumple una función muy importante en el proceso de adquisición de datos. Los procesos de conversión de señal analógica a digital comienzan con un proceso de muestreo que toma muestras de la señal a intervalos periódicos. Luego, continúa un proceso de cuantificación y codificación. En cambio, los procesos de conversión de digital a analógica se presentan en forma binaria que debe ser convertida a un valor de tensión analógica mediante un conversor digital-analógico que realiza el proceso inverso a los conversores analógicos-digitales.

Para que la señal ingrese al dispositivo ADC, la misma debe ser muestreada. En otras palabras, se toman valores discretos en instantes de tiempo de la señal análoga, lo que denomina sampling.

Para garantizar el muestreo y la consecuente conversión de forma correcta, se debe considerar la frecuencia de muestreo, es decir, la cantidad de mediciones que realiza el sensor en 1 seg. Para ello, se debe tener en cuenta el Teorema de Nyquist, el cual establece que la frecuencia de muestreo, fmuestreo, debe ser como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada. Es decir:

\( 2f< f_{muestreo}\)

…donde f es la frecuencia de la señal que se desea medir. Si no ocurre esta situación, ocurre el fenómeno denominado aliasing. Cuantas más mediciones por segundo haya, más resolución habrá.

La resolución viene dada por la ecuación:

\( R=\frac{V}{2^{N}} \)

…donde \( V \) es el voltaje que se debe ingresar en la entrada del convertidor para obtener una conversión máxima  y es el número máximo de combinaciones en la salida digital, siendo \( N \) el número de bits de la salida del conversor.

Así, para un conversor de 8 bits, el número máximo de combinaciones en la salida digital es \( 2² = 2^8 = 256 \)  combinaciones; para un conversor de 14 bits, tal como el que se utilizará durante la práctica, \( 2^N = 2^{14} = 16384 \) combinaciones.

Veamos algunos gráficos:

Suponiendo que el dispositivo posea una baja resolución, la distribución de datos en un gráfico V(t) sería semejante a la expuesta en la Figura 2, lo cual no da información precisa sobre la evolución del sistema estudiado, pues pueden ocurrir diversos fenómenos entre muestreo y muestreo sin que esto sea detectado. Cuanto mayor sea la resolución, al haber mayor frecuencia de muestreo, el estudio de la evolución del sistema es más precisa, tal como se observa en la Figura 3.

Una vez que los datos hayan sido recogidos en la computadora mediante el uso de softwares específicos como MotionDAQ, puede hallarse el período del péndulo fácilmente con operaciones en programas de cálculo. 1

Por último, cabe mencionar que la incertidumbre de t viene dada por la ecuación:

\(\Delta t=\frac{\left ( \frac{1}{f} \right )}{2}=\frac{1}{2f}\)

…donde \( f=f_{muestreo} \).

Los sistemas ADC y DAC son necesarios cuando se realiza procesamiento digital de señales. Cada conversor posee sus propias características y parámetros que lo definen. Estos parámetros y medidas se toman con respecto a curvas ideales de transferencia, o sea, cuando más se ajuste un determinado modelo en su funcionamiento a estas curvas, más preciso será para conseguir un buen funcionamiento de cada conversor. En todo dispositivo ADC, el conjunto de bits obtenidos a la salida expondrá, lo más precisamente posible, el valor analógico correspondiente. Si el Conversor Analógico Digital está ubicado a la salida de un sensor, es importante que en la etapa de conversión no se genere un nivel de ruido que impida la conversión real de la señal de entrada. No obstante, existen formas sencillas de evitar que el ruido afecte a la toma de datos. Claro está que entender y aplicar de manera eficiente la metodología para reducir los ruidos que perturben las mediciones es parte de los objetivos de esta práctica.


 
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  1. OriginLab es un gran procesador recomendado.