REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA
DEPARTAMENTO DE ELECTRNICA
UNIDAD CURRICULAR: PROYECTO DE DIGITAL
ASIGNACIN 1: CONVERTIDOR DIGITAL ANALGICO.
Realizado por:
Andara, Alejandra C.I: 23.444.242
Bozo, Vernica C.I:
Pia, Jaliesis C.I: 21.383.173.
Semprn, Larry C.I: 21.360.440
Vilchez, Guillermo C.I: 23.444.786
Maracaibo, Febrero de 2015.
NDICE GENERAL
MATERIALES UTILIZADOS
MARCO TERICO
SUMADOR DIGITAL RESTADOR DIGITAL CONVERSOR ANALGICO-DIGITAL (DAC)
MTODO APLICADO CONCLUSION BIBLIOGRAFA.
INTRODUCCIN
La electrnica es un rea de estudio que abarca innumerables aplicaciones que
tienen lugar en la ciencia moderna por la cual est regida el sistema mundial.
Las tcnicas digitales y analgicas se combinan para determinar o transformar
fenmenos fsicos a seales elctricas y de esta manera poder analizar su
comportamiento. Es por esto que se han creado elementos de circuitos
electrnicos que sirvan de sensores y traductores para poder percibir y
visualizar la seal que se transmite, al igual que componentes lgicos que
permitan manipular un sistema de acuerdo a las necesidades de operacin
requeridas.
Un circuito sumador-restador es un sistema electrnico que consiste en hacer
operaciones aritmticas de suma y resta mediante compuertas lgicas que
permitan llevar a cabo dichas funciones. Generalmente, estas operaciones se
realizan en cdigo binario decimal o BCD exceso 3; por regla general, los
sumadores emplean el sistema binario. De acuerdo a esto, el proyecto estar
guiado hacia el diseo y construccin de un sumador restador de 4 bits con
visualizacin dinmica mediantes displays de 7 segmentos mostrando el
nmero de salida en el sistema decimal y, a su vez, permitiendo observar la
seal en forma analgica a travs de un convertidor digital analgico (DAC), a
fin de analizar y observar el funcionamiento de estos dispositivos tan
fundamentales.
MATERIALES UTILIZADOS
- (1) Una Regleta de Prueba (Protoboard).
- Fuente de alimentacin de corriente directa.
- Cables de Conexin elctrica.
- (3) Tres Dip Switch (Interruptor).
- (9) Nueve resistencias de 300 Ohmios de 0.5W. - (3) Tres resistencias de 2000 Ohmios de 0.5W.
- Un Capacitor de 100nF.
- (1) Un integrado de cuatro compuertas XOR 4030.
- (2) Dos sumadores de 4 Bits 74LS83. - (1) Un integrado de cuatro compuertas AND 74LS08.
- (1) Un integrado de cuatro compuertas OR 74LS32. - (2) Dos displays de 7 segmentos.
- (2) Dos decodificadores 74LS47.
- (1) Un convertidor de seal Digital-Analgico (D/A) DAC0808.
- Amplificador Operacional (OPAM) LF351.
MARCO TERICO
SUMADOR DIGITAL
Un sumador es un circuito que realiza la suma de dos palabras binarias. Es
distinta de la operacin OR, con la que no se debe confundir. La operacin
suma de nmeros binarios tiene la misma mecnica que la de nmeros
decimales.
Por lo que en la suma de nmeros binarios con dos o ms bits, puede ocurrir
el mismo caso que podemos encontrar en la suma de nmeros decimales
con varias cifras: cuando al sumar los dos primeros dgitos se obtiene una
cantidad mayor de 9, se da como resultado el dgito de menor peso y me
llevo" el anterior a la siguiente columna, para sumarlo all.
En la suma binaria de los dgitos 1 + 1, el resultado es 0 y me llevo 1, que
debo sumar en la columna siguiente y pudindose escribir 10, solamente
cuando sea la ltima columna a sumar. A este bit ms significativo de la
operacin de sumar, se le conoce en ingls como carry (acarreo), equivalente
al me llevo una de la suma decimal.
FUNCIONAMIENTO
Desde un punto de vista genrico sean A y B dos informaciones binarias de n
bits:
A= An-1 An-2 A2 A1 A0 y
B= Bn-1 Bn-2 B2 B1 B0
La suma A + B sera un proceso de n sumas parciales, comenzando por los dos
bits de peso menor. Se comienza con A0 y B0 dando esto un S0 y un bit de
acarreo C0 que se propagara como elemento integrante de la suma, en los
siguientes dos bits en orden ascendente de peso. A partir de entonces el
resultado de todas las operaciones incorpora un bit de suma S1 y un bit de dos
bits siguientes y as sucesivamente.
S= Cn-1 Sn-1 Sn-2 S2 S1 S0
SUMADOR 74LS83
El circuito integrado 74LS83 implementa un sumador binario completo de
2 nmeros de 4 bits. Este sumador completo en particular fue el empleado en
la prctica.
Hay salida de suma por cada bit y el acarreo resultante, se obtiene del
cuarto bit.
Est diseado para velocidades medias-altas de funcionamiento, con bits
mltiples de suma en paralelo y acarreo en serie.
Tensin de alimentacin.......................4,5V a 5,25V.
Temperatura de funcionamiento.............0 a 70C.
Cargabilidad de salida normalizada C4......5 U.L.
Cargabilidad de las salidas de suma.........10 U.L.
Tensin de entrada alta mnima..............2V.
Tensin de entrada de alta mxima.........0,8V.
Figura 1. DATA SHEET 74LS47
Figura 2. DIAGRAMA LOGICO 74LS47
El problema de sumar dos datos en binario usando este tipo de
sumador es que cuando el resultado de la suma es mayor que 9 producira un
error. Esto puede resolverse usando un par de sumadores binarios: uno para
realizar la primera suma y otro para realizar la correccin (sumar 6) en el
caso de que el numero a obtener sea igual o mayor a 10. Ademas se
requiere un circuito lgico comparador para que active un indicador de que el
resultado es mayor que 10.
Figura 3. SUMADOR DE DOS DIGITOS.
RESTADOR DIGITAL
La forma ms conveniente de efectuar una resta de nmeros binarios es
utilizando complementos. El complemento a dos se obtiene calculando el
complemento a uno y sumando 1 al par de bits menos significativo. El
complemento a uno se complementa con inversores, y el 1 se suma a travs
de acarreo de entrada.
FUNCIONAMIENTO
El circuito para restar A B consiste en un sumador con inversores
colocados entre cada entrada de datos B y la entrada correspondiente del
sumador completo. El acarreo de entrada C0 debe ser igual a 1 al restar. La
operacin se convierte entonces en A mas el complemento a uno de B mas
1. Esto es igual a A ms el complemento a dos de (B A) si A < B. en el caso
de nmeros con signo, el resultado es A B, siempre que no haya
desbordamiento.
Las operaciones de suma y resta se pueden combinar en un solo circuito
que tiene un solo sumador binario compartido. Esto se hace incluyendo una
compuerta OR exclusivo con cada sumador completo.
SUMADOR-RESTADOR 74LS83
El mismo circuito integrado descrito anteriormente puede ser utilizado
para llevar a la prctica operaciones de resta. Ms an, tanto la suma como
la resta son, desde el punto de vista digital, muy similares, por lo cual resulta
fcil la implementarla de circuitos digitales que permitan seleccionar una u
otra operacin. Aqu se muestra la forma como podra alambrarse, con la
ayuda de 4 compuertas XOR auxiliares, un circuito sumador que permita,
segn la posicin de un conmutador de seleccin, ejecutar la suma o la resta
de dos datos binarios de 4 bits cada uno.
Figura 4. SUMADOR-RESTADOR 74LS47
CONVERSOR ANALGICO-DIGITAL (DAC)
Un conversor Digital-Analgico es un dispositivo que convierte un cdigo
digital en una seal analgica. En la vida cotidiana lo usamos diariamente
como por ejemplo al ver una pelcula en DVD, el disco contiene datos digitales,
el DVD convierte esos datos digitales en seales analgicas para ser
reproducidas como audio y video. Otro ejemplo comn es la PC, la informacin
que almacena est guardada en formato digital, el mismo ordenador los
convierte en seales analgicas para ser reproducidos como audio y video.
A lo largo de la historia se han inventado varios tipos de conversores
debido a diferentes necesidades, cabe destacar el conversor hidrulico del
Imperio Otomano, el electromecnico inventado por M.B. Farmer y J.M.E.
Baudot en 1853 y 1875 respectivamente, aunque fue usado en primer
momento para la telegrafa por Willard M. Miner en 1903. El primer conversor
digital-analgico totalmente electrnico fue el ideado por Reeves a principios de
1920. A partir de ah se han desarrollado diferentes tipos de conversores como
por ejemplo "El conversor D/A con resistencias ponderadas " y " Conversor D/A
con red de resistencias R-2
En la siguiente figura se observa como la seal digital es transformada
en seal elctrica. Para la recuperacin de esta seal elctrica, la seal digital
debe pasar, como ya se dijo, por un convertidor del Tipo Digital-Anlogo. Esta
seal modulada, es recuperada a travs de un filtro pasa bajo e interpolada,
obtenindose la seal anlogo equivalente.
Figura 5. Proceso de conversin digital anlogo.
Ms especficamente, un conversor DAC convierte las seales digitales
en cantidades elctricas analgicas relacionadas en forma directa con el
nmero de entradas codificado digitalmente. Los DAC efectan sus
conversiones recibiendo la informacin en forma serial o paralela. La decisin
de emplearlos en serie o paralelo se basa en el uso final, como por ejemplo en
instrumentos de medida como osciloscopios de almacenamiento digital se
emplea la conversin de tipo paralela y en aplicaciones del control de proceso
como vlvulas se puede efectuar en forma serie. Un sistema tipo DAC se basa
en el diagrama que se muestra en la figura que sigue.
Figura 6. Esquema Bsico de un DAC
El registro acepta una entrada digital, slo durante la duracin de la seal
convertida. Despus de la adquisicin, el registro mantiene constante el
nmero digital hasta que se reciba otro comando. Las salidas del registro
controlan interruptores que permiten el paso de 0 [V] o el valor de la fuente de
voltaje de referencia. Los interruptores dan acceso a una red sumadora
resistiva que convierten cada bit en su valor en corriente y a continuacin la
suma obteniendo una corriente total.
El valor total alimenta a un amplificador operacional que realiza la conversin a
voltaje y el escalamiento de la salida. Cada resistor de la rama esta ajustado
segn el bit que tenga a la entrada como se muestra en el esquema
correspondiente a la prxima figura.
Figura 7. Conversor bsico escalera.
Luego, la tensin de salida de un conversor de n bits, est dada por la siguiente
ecuacin:
( )
Donde cada an representa la informacin binaria 0 o 1. Debido a las
caractersticas estndar en la fabricacin de las resistencias, es difcil encontrar
en valor exacto de los resistores adecuados para un diseo en particular. Para
evitar la necesidad de disponer de tantos valores resistivos, la estructura R/2R
de la figura a continuacin utiliza solo dos valores aunque necesita el doble de
resistencias.
Con esta tcnica se pueden fabricar conversores tipo ADC de 12 a 16 bit, sin
embargo, la estabilidad de la fuente de poder y el ruido viene a jugar un papel
crtico al aumentar el nmero de bit. Un entorno de aplicacin especialmente
importante para los conversores DAC es el audio, empujado por el desarrollo
del disco compacto.
Figura 8. Estructura R/2R
DACO8O8
El DAC0808 es un convertidor de digital a anlogo monoltico de 8 bits, este
ofrece una escala que coloca una corriente completa en la salida en 150 ns,
mientras que disipa solamente 33mW con las fuentes de 5 V.
Figura 9. DAC0808
El DAC0808 est compuesto de una red de resistencias R-2R, el voltaje
aplicado a estas resistencias se puede alterar externamente por medio de los
terminales Vref(+) pin 14 y Vref(-) pin 15. El DAC entrega, por el pin 14 una
corriente Iin. Para convertir esta componente a voltaje hay que colocar en la
salida un sistema apropiado, por ejemplo de un amplificador operacional o una
resistencia.
MTODO APLICADO
El proyecto fue diseado a travs del software de simulacin de circuitos
electrnicos PROTEUS 8 PROFESIONAL. El programa PROTEUS est
conformado por dos aplicaciones llamadas Ares e Isis. Isis est diseado para
realizar esquemas de circuitos con casi todos los componentes electrnicos
que se encuentran actualmente disponibles en el mercado de los circuitos
integrados y los componentes pasivos y activos utilizados en las aplicaciones
electrnicas, adems posee una aplicacin de simulacin que permite
comprobar la efectividad de un circuito determinado ante una alimentacin de
voltaje, este voltaje en la aplicacin es virtual; tambin permite cargar a los
microcontroladores presentes en sus libreras con los programas previamente
desarrollados en los programas ensambladores y en los compiladores de Basic
segn sea el tipo de lenguaje elegido por el programador.
Para la elaboracin del proyecto luego de haber previamente diseado el
circuito, se utiliz una regleta de prueba Protoboard. El Protoboard permite
montar y modificar fcil y rpidamente circuitos electrnicos sin necesidad de
soldaduras, y muchas veces, sin herramientas. Una vez que el circuito bajo
experimentacin est funcionando correctamente sobre el Protoboard puede
procederse a su construccin en forma definitiva sobre un circuito impreso
utilizando soldaduras para fijar e interconectar los componentes.
CONCLUSION
Unos de los aspectos ms importantes de este proyecto es la de convertir una
seal digital en analgica. La seal digital es procesada mediante lgica
combinatoria, a partir sumadores-restadores. Dicho circuitos combinatorios son
los que emplean el funcionamiento de la conversin, es decir, son los generan
la seal digital que se necesita para la conversin.
Este proceso se puede apreciar en la figura 5, el cual la seal pasa por un
proceso de cuantificacin y filtraje que permite obtener la seal analgica.
Todos estos procesos brindan el conocimiento necesario de como es el manejo
de la conversin digital-analgica, aplicado a diferentes reas que la rigen,
como por ejemplo los sistemas de telecomunicacin como internet o telefona,
el cual la informacin se transmite en forma cuantificada para la transmisin y
previa conversin.
A nivel experimental los resultados fueron bastantes concisos, cumplindose
as el objetivo primordial del proyecto de como lo es la conversin digital-
analgico y la obtencin de la seal digital visualizadas en displays de 7
segmentos, a partir de los circuitos combinatorios y sistemas lgicos que
permiten manipular un sistema segn las necesidades requeridas de
operacin.
BIBLIOGRAFA.
Internet:
http://www.ie.itcr.ac.cr/sguadamuz/Uso%20del%20protoboard.pdf
http://www.tecnica1lomas.com.ar/tutoriales/manual-proteus.pdf
Ingeniatic Conversor digital analgico
http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/426-
conversor-digital-anal%C3%B3gico
Conversor Digital-Anlogo Conceptos Bsicos
http://quidel.inele.ufro.cl/~jhuircan/PDF_CTOSII/ad03.pdf
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