Capítulo 1 ... 1 1.-Introducción.- ... 1 2.-Objetivos.- ... 1 2.1.-Objetivo general.- ... 1 2.1.-Objetivos específicos.- ... 1 3.-Marco teórico.- ... 1
3.1.-Convertidor analógico Digital.-... 1
3.2.-PIC 18F2550.- ... 4
INDICE DE IMAGENES FIG.1.-LINEALIDAD DE LA SEÑAL DIGITALIZADA ... 3
FIG. 2.- CIRCUITO DE MUESTREO Y RETENCIÓN ... 4
INDICE
DE
TABLAS
TABLA 1.-TIPOS DE SELECCIÓN DE RELOJ ... 21
Capítulo
1
1.-Introducción.-
El mundo está rodeado de parámetros y fenómenos físicos tales como las ondas luminosas, la temperatura, presión, humedad, etc. Los cuales gracias a la ingeniería electrónica se pueden transformar en parámetros eléctricos mediante transductores. Estas señales transformadas en parámetros eléctricos, necesitan ser almacenadas, acondicionadas y procesadas, por tanto también ser adquiridas en una computadora. Para la adquisición de datos existen diferentes fabricantes como National instrument entre otras, con diferentes rangos de bits de resolución. El costo de las tarjetas de adquisición de datos no permiten el desarrollo de proyectos en el área de instrumentación a nivel de estudiante y por otra parte actualmente no se encuentran en las tiendas electrónicas dichas tarjetas por tanto son difíciles adquirirlas.
2.-Objetivos.-
2.1.-Objetivo general.-
En el presente trabajo se tiene por objetivo dar un reporte del diseño y construcción de una tarjeta de adquisición de datos de bajo costo utilizando el micro-controlador PIC 18F2550 y la visualización y administración de datos con Labview.
2.1.-Objetivos específicos.-
Como objetivos específicos tenemos los siguientes: Diseñar el circuito electrónico de la tarjeta de adquisición de datos.
Construir, de acuerdo al diseño, la tarjeta de adquisición de datos.
Diseñar el programa para el PIC 18F2550.
Diseñar el VI en LabVIEW para la visualización y almacenamiento de datos.
Pruebas y mejoras del proyecto.
3.-Marco teórico.-
3.1.-Convertidor analógico Digital.-
3.1.1.-Concepto.-
La conversión analógico-digital es un proceso de muestreo, cuantización en la cual la señal analógica es representada por sus equivalentes en código de estados binarios.
2
3.1.2.-Especificaciones del convertidor analógico.-
Tiempo de conversión.-
Es el tiempo requerido para completar una conversión de la señal de entrada. Establece el límite de la frecuencia más alta de la señal que puede ser muestreada sin “Aliasing” (Traslapamiento).
Para el caso de los micro-controladores este tiempo depende del reloj que se seleccione. Como ejemplo se muestra en la tabla 1.
Fuente de reloj
Frecuencia del dispositivo
Operación ADCS1:ADCS 20MHz
5MHz
1.25MHz
333.3MHz
2T
OSC00
100ns
400ns
1.6 s
6 s
8T
OSC01
400ns
1.6 s
6.4 s
24 s
32T
OSC10
1.6 s
6.4 s
25.6 s
98 s
RC
11
2-6 s
2-6 s
2-6 s
2-6 s
Tabla 1.-Tipos de selección de reloj
Resolución.-
Depende del número de bits del convertidor que dará el valor más pequeño de la señal que será representada en estados binarios.Ejemplo 1.- Si,
y entonces:
Los micro-controladores PIC permiten cambiar la tensión máxima o de referencia de un valor absoluto (0 a +Vref) o en un margen (-Vref a +Vref).
Exactitud.-
La exactitud relaciona la señal más pequeña con la señal media. La exactitud es dada como un porciento y describe que tan cerca es la medición del valor real.
Linealidad.-
Es la desviación de los códigos de la salida de la línea recta trazada desde cero el valor de plena escala. La mejor que se puede conseguir es ±1/2 del bit menos significativo (±1/2LBS). Como se muestra en la figura 1.3
Fig.1.-Linealidad de la señal digitalizada
(
)
Ejemplo 2.- Si,
y
entonces:
Errores de conversión.-
Hay tres principales fuentes de error de conversión estas son: Ruido.-
Todas las señales tienen ruido, lo deseable es que el valor pico a pico dela señal de ruido sea menor que ±1/2LBS.
Traslapamiento (Aliasing).-
Dependen de la amplitud relativa de la señal debajo y encima de la frecuencia de Nyquist.
Tiempo de apertura.-
Un error significativo en un sistema de conversión es debido a la deformación del a señal por tiempo de apertura.Un buen diseño deberá tener una incertidumbre de ±1/2LBS y su cálculo se hace con la siguiente formula:
Sampling and Hold (Muestreo y retención).-
El circuito de muestreo y retención permite sostener la señal para no perder bits de información antes de entrar en el proceso de cuantización y codificación. De este circuito depende el tiempo de4
adquisición que es el tiempo que el condensador carga. El error de tiempo de apertura se lleva a cabo en este circuito.
Fig. 2.- Circuito de muestreo y retención
3.2.-PIC 18F2550.-
El microcontrolador PIC18F2550 de MICCROCHIP es adecuado para el desarrollo de una tarjeta de adquisición de datos para lo cual se cumple las siguientes características:
• Debe disponer de un puerto de comunicaciones USB.
• La longitud de palabra será de 8 bits ya que no hemos de manejar gran cantidad de información.
• Debe disponer de un conversor A/D. • La memoria de programa debe ser Flash.
3.2.1.-Cracterísticas principales del PIC18F2550.-
Las características eléctricas principales en base al presente proyecto que se muestran en las siguientes tablas:
o Selección de capacitor para cada respectivo capacitor.- Para seleccionar una adecuada capacitancia para el oscilador se tiene esta tabla.
Tipo de
Oscilador Frecuencia de cristal
Valores típicos de capacitor C1 C2 XT 4 27 27 HS 4 27 27 8 22 22 20 15 15
5
o Asignación de pines del PIC18F2550.- En la siguiente tabla 3 muestra la descripción de pines del PIC18F2550.
PIN Descripción
MCLR/VPP RESET externo. Por este pin se aplica también la tensión / VPP usada en la grabación del programa.
RA0/AN0 E/S digital o entrada analógica.
RA2/AN2/VREF/CVREF
E/S digital o entrada analógica. Tensión baja de referencia conversor A/D o salida analógica del comparador Tensión de referencia.
RA3/AN3/ VREF E/S digital o entrada analógica. Tensión alta de referencia conversor A/D.
RA4/TOCKI/C1OUT/RCV E/S digital o entrada del reloj para TMR0.Salida 1 del comparador o USB externo RCV entrada.
RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT E/S digital o entrada analógica. Selección del puerto serie síncrono. Detección de nivel alto o bajo señal de entrada. Salida 2 del comparador.
VSS Tierra
OSC1/CLKIN Entrada al cristal cuarzo o reloj externo.
OSC2/CLKOUT/RA6 Salida del cristal externo. En modo R-C por este pin sale ¼ FOSC1. E/S propósito general. RC0/T1OSO/T13CL1 E/S digital del Puerto C. Conexión del oscilador externo para el temporizador TMR1 o entrada de reloj para el TMR1/TMR3. RC1/T1OSI/CCP2: E/S Pin de Entrada/Salida. Entrada oscilador TMR1. Entrada modulo Captura2/Salida comparador 2/Salida PWM2. Externa USB RC2/CCP1 E/S digital del Puerto C. Conexión del oscilador externo para TMR1
o salida del modulo 2 de captura/comparación.
VUSB Regulador de tensión interna USB
RC4/V-/VM Entrada digital. Línea diferencial de datos USB. Entrada VM USB. RC5/D+/VP Entrada digital. Línea diferencial de datos USB. Salida VP USB. RC6/TX/CK E/S digital. Transmisión serie asíncrona. Entrada de reloj para comunicación serie síncrona. RC7/RX/DT E/S digital. Recepción serie asíncrona. Línea de datos en la comunicación serie síncrona.
VDD Entrada del positivo de la alimentación.
RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SD
A E/S digital o entrada analógica. Interrupción externa 0. PWM entrada. Datos entrada SPI. I2C datos E/S. RB1/AN10/INT1/SCK/SCL
E/S digital o entrada analógica. Interrupción externa 1.Entrada reloj serie síncrono/salida modo SPI. Entrada reloj serie síncrono/salida modo I2C.
RB2/AN8/INT2/VMO E/S digital o entrada analógica. Interrupción externa 2. Salida VMO USB. RB3/AN9/CCP2/VPO E/S digital o entrada analógica. Entrada modulo Captura2/Salida comparador2/Salida PWM2.Salida VPO USB. RB4/AN11/KBI0 E/S digital o entrada analógica. Interrupción de cambio de pin. RB5/KBI1/PGM E/S digital. Interrupción de cambio de pin. ICSP programador baja tensión. RB6/KBI2/PGC E/S digital. Interrupción de cambio de pin. ICSP reloj.
RB7/KBI3/PGM E/S digital. Interrupción de cambio de pin. ICSP datos.
