Post on 18-Mar-2020
Muestreo de señales analógicas
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Principal requerimiento que surge al muestrear una señal continua:
• Definir el periodo de muestreo con suficiente exactitud.
• Ajustar el mismo a un valor adecuado de acuerdo al tipo de señal
que se desea adquirir.
• El microcontrolador debería entonces adquirir un dato cada un delta
de tiempo determinado.
• ¿Cómo se hace esto en forma confiable…?
Muestreo de señales analógicas
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• Con interrupciones:
Las interrupciones son recursos o mecanismos del microcontrolador
para responder a eventos, permitiendo suspender temporalmente el
programa principal, para ejecutar una subrutina de servicio de
interrupción (ISR por sus siglas en inglés Interrupt Service Routine);
una vez terminada dicha subrutina, se reanuda la ejecución del
programa principal.
Gestión de Interrupciones en un microcontrolador
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INICIO
CONFIGURACIÓN DE INTERRUPCIONES
CICLO CONTINUO (EJECUCIÓN DEL
PROGRAMA PPAL.)
INICIO DE INTERRUPCIÓN
ENTRADAS
PROCESOS
SALIDAS
FIN DE INTERRUPCIÓN
Tipos de Interrupciones
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Interrupciones externas Corresponden a eventos externos que generan un cambio del estado
lógico de un pin de entrada digital. La transición se detecta por cambio
en el nivel de tensión, por flanco ascendente o por flanco descendente.
Se evita así el pooling, técnica ineficiente que consiste en sensar
constantemente el estado de las entradas digitales del
microcontrolador dentro de un bucle infinito.
Ejemplo:
Tipos de Interrupciones
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Interrupciones por software
Tanto los PICs como los Atmega disponen de interrupciones por tiempo
que podemos aprovechar para generar intervalos (dt) de una manera
“precisa”. Cada vez que se dispare una interrupción tomaremos una
muestra.
Interrupción
Interrupción
Interrupciones en PIC
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Generación de dt para producir Interrupciones por software Tipos de Timers
En los PIC 18F2550 se dispone de 4 Timers.
• Timer 0: puede funcionar como temporizador o contador. Tiene16 bits
(contará como máximo hasta 65535).
• Timer 1 y 3: pueden funcionar como temporizadores o contadores
dependiendo del estado de unos registros de control asociados a ellos.
Tienen16 bits. Se pueden utilizar para programar interrupciones por tiempo
mediante unos módulos denominados CCP.
• Timer 2: contador o temporizador de 8 bits (contará como máximo hasta
255). Se puede utilizar para generar señales PWM también con CCP.
Interrupciones en PIC
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Generación de dt para producir Interrupciones por software Cada Timer del PIC 18F2550 cuenta pulsos de una señal de clock cuya
frecuencia se fija previamente.
Ejemplo:
Si el PIC trabaja con un oscilador de 20MHz por medio de una
elemento de hardware denominado PLL la frecuencia de reloj del
sistema será de 48MHz.
Existe un divisor de frecuencia configurable por el usuario denominado
“prescaler” que puede tomar los valores 1, 2, 4 u 8.
Por lo tanto la frecuencia de la señal de clock aplicada a un Timer será:
Interrupciones en PIC
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Generación de dt para producir Interrupciones por software
Por lo tanto dependiendo del valor dado al prescaler, se tendrá:
Prescaler Período de la
señal de clock
Cantidad máxima de pulsos
que se pueden contar por
ejemplo el Timer 1
Tiempo
máximo
transcurrido
1 0,08333333 us 65535 5461,33 us
2 0,16666666 us 65535 10299,67 us
4 0,33333333 us 65535 21845,33 us
8 0,66666666 us 65535 43690,67 us
Interrupciones en PIC
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Producido un dt disparamos una interrpción con el
módulo CCP1
El módulo CCP1
• El módulo CCP1 se puede asociar al Timer 1. (mediante un registro de
control asociado a CCP1).
• Mediante ese mismo registro de control asociado a CCP1 se lo puede
configurar en tres modos de funcionamiento. “compare, capture, o PWM”
• El CCP1 configurado en modo compare “dispara” una interrupción cuando
el valor del Timer 1 iguala a un valor seteado en CCP1.
Ejemplo : se quiere leer con el PIC dos entradas analógicas 500 veces cada 0,5 ms (2000 muestras/s)
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continua
Ejemplo : se quiere leer con el PIC dos entradas analógicas 500 veces cada 0,5 ms
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Guía de
Ejercicios
N° 10
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Interrupciones en Arduino
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Generación de dt para producir Interrupciones por
software
Tipos de Timers
En los chips AVR Atmega 328 (Arduino UNO) se dispone de 3 timers, mientras
que en los Atmega 2560 (Arduino MEGA) se cuenta con 6 timers.
• Timer 0: contador de 8 bits (contará como máximo hasta 255). Se utiliza en
las funciones delay() y millis().
• Timer 1: contador de 16 bits (contará como máximo hasta 65535). Es
utilizado por la librería servo.
• Timer 2: contador de 8 bits. Similar al Timer 0. Es utilizado por la función
tono.
• Timer 3, 4 y 5: son tres contadores de 16 bits similares al Timer 1,
disponibles en la Arduino MEGA.
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Configuración del Timer 1 para adquisición de señales analógicas
Debemos modificar sus registros en memoria:
TCCR1A (Timer Counter Control Register)
TCCR1B
TIMSK (Timer/counter Interrupt Mask Register)
OCR1A (Output Compare Register)
Interrupciones en Arduino
Generación de dt para producir Interrupciones por
software
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Configuración del Timer 1 para adquisición de señales analógicas
Interrupciones en Arduino
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Configuración del Timer 1 para adquisición de señales analógicas
𝑓𝑐𝑙𝑘 = 16 𝑀𝐻𝑧 (frecuencia de clock proveniente del cristal)
𝑓𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜 =𝑓𝑐𝑙𝑘
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑟 (frecuencia de clock del contador)
𝑇𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜 =1
𝑓𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜 (tiempo entre cada conteo)
𝑇𝑠, 𝑓𝑠 =1
𝑇𝑠 (periodo o frecuencia de muestreo deseados)
𝑁𝑚𝑎𝑥 =𝑇𝑠
𝑇𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜− 1 =
𝑓𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜
𝑓𝑠− 1 (valor máximo de reset del contador)
Interrupciones en Arduino
Guía de
Ejercicios
N° 10
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Muestreo de señales analógicas
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Una vez finalizada la adquisición:
• es una alternativa que implica guardar los datos
en la memoria de la placa para luego enviarlos a la
PC
• la tasa de muestreo dependerá de la velocidad
del conversor A/D pero la cantidad de datos a tomar
de la memoria de la placa.
Mientras la adquisición está en curso:
• es la alternativa que estuvimos analizando
• aprovecha el dt (una pausa) entre muestra y
muestra para enviar los datos a la PC
• la tasa de muestreo dependerá además de la
velocidad del conversor A/D de la velocidad de la
comunicación.
Alternativas
para la
transferencia
de datos entre
la placa y la PC
Frecuencia de Muestreo: Caso Arduino
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Tiempo de conversión del ADC
𝑓𝑐𝑙𝑘 = 100 𝑘𝐻𝑧 ⇒ 𝑇𝑐𝑙𝑘 = 1. 10−5 𝑠
𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣 ≅ 14 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 . 1. 10−5 𝑠
𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜= 1,4. 10−4 𝑠 ⇒ 𝑓𝑠 𝑚á𝑥 ≅ 7,1𝑘𝐻𝑧
Tiempo para el envío de las muestras: Caso Arduino
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Tiempo de envío de datos
Por cada canal muestreado, se envían 2 bytes en cada interrupción a una velocidad de 115200 baudios:
𝑡𝑒𝑛𝑣𝑖𝑜 =2
𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙
. 10𝑏𝑖𝑡𝑠𝑏𝑦𝑡𝑒
115200 𝑏𝑖𝑡𝑠
𝑠
≅ 1,73. 10−4𝑠
𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 ⇒ 𝑓𝑠 𝑚á𝑥 ≅ 5,7𝑘𝐻𝑧
Aspectos a tener en cuenta para medir una alterna
con la placa PIC o Arduino
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Limitaciones A TENER EN CUENTA
1. El rango de conversor A/D del PIC 18F2550 es: 0 V – 5 V (tensión de alimentación) pero en nuestro caso, como hay unos diodos de protección la tensión de alimentación no es 5V sino unos 4,2V) 0V = 0 en el conversor 4,2V=1023 en el conversor
2. El rango de conversor A/D del Arduino es: 0 V – 5 V (tensión de alimentación) 0V = 0 en el conversor 5V=1023 en el conversor
Aspectos a tener en cuenta para medir una alterna
con la placa PIC o Arduino
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Limitaciones A TENER EN CUENTA
3. El PIC o el Arduino no pueden medir tensiones negativas. Debemos acondicionar la señal a medir para eliminar los valores negativos
Tensión en PIC
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Vx
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Circuito básico propuesto para superponer una continua de valor Vcc/2 a Vx: