Apuntes Didactica Planififcacaion - Unidad Didactica - Plan de Clase Diario
Diseño y construcción de una tarjeta didactica de ...
Transcript of Diseño y construcción de una tarjeta didactica de ...
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TARJETA DIDACTrcA DE
ADQUISICIÓN DE DATOS
JUAN ALBERTO DÍp¿
JOHN ROBERT MARIN
LEONARDO VELASCO
CO RPO RACIÓN U N IVERSITARIA AUTÓNOIT'IA DE OCCIDENTE
DTVISIÓN DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SANTIAGO DE CALI
1997
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TARJETA DIDAcTIcA DE ADQUISIcóN DE
DATOS
JUAN ALBERTo olez
JOHN ROBERT MARIN B.
LEONARDO VETASCO
Proyecto de grado prceentado como requisito para optar al tftulo de lngenieroElectrónico
Director: Ing. Henry Cabra Tamayo
lhlrrnld¡d Au?6nom¡ dc Oodlüstccr0¡r StBLtoTEcA
l9t ",3¿Y.i1&o -nnA -t 1 ')238I ?tÓf
rrlffig¡n rooo17ss
CORPORACIÓN UNÑ/ERSITARü{ AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
DMSIÓN DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SANTIAGO DE CALI
1997
Tó// JF
Fr(r/-(,/ NorA DE AcEprRclót¡
Aprobado por el comité de gradocumpliendo con los requisitosexigidos por la CorporaciónUniversitaria Autónoma deOccidenb para optar al títulode ingeniero electrónico.
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C-onóCo
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C noF. fülxo,;,"".""'..t"Jurado
Jurado
Cali, Mayo 29 de 1997
TABLA DE GONTENIDO
O. INTRODUCCIÓN
1. INTRODUCCIÓN A LA TEORÁ DE MUESTREO
1.1 DEFINICIONES
1.2 MUESTREADORES
1.3 RETENEDORES
1.4 TEOREI,IA DEL MUESTREO
1.5 CONVERSORES DIGITAL AMLÓGICO
1.6 CONVERSORES ANALÓGICO DIGITAL
2. HARDWARE DE LA TARJETA DE ADQU¡SICIÓN
DE DATOS
2. 1 CARACTERISTICAS GENERALES
2.1.1 ln|e;rtaz paralelo
2.1.2 Modulo de control
2.1.3 Conversor análogo digital
2.1.4 Conversor digital análogo
2. 2 HARDWARE DE 1A TARJETA
2.2.1 El microcontrolador
PAGINA
1
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2.1.1.1 Descripción de ¡rines del 80C31
2.2.1.2 Configuración del 80C31 para la tarjeta TDAD-800
2.2.2 Memoria de acceso aleatorio (RA¡I)
2.2.3 Memoria de solo lectura (ROM)
2.2.4 Interfaz programable 8255
2.2.4.1 Ut¡lización del 8255 en la tarjeta TDAD-800
2.2.5 Decodificador demultiplexor 74HC I 38
2.2.6 Conversores digital análogo
2.2.6.1 Conversor digital análogo DAC0800
2.2.6.2 Conversor digital análogo DAC0808
2.2.7 Muestreador (MN40668) y retenedor (TL0&4)
2.2-8 Conversor análogo digital
2.2.8.1 Ut¡lización delADC0820 en la tarieta TDA[!.800
2.2.9 Circuito de valor absoluto
2.2.10 CircuÍto detector de signo
2.3 DESCRIPCION DE tA TDAD-8OO
2.3. I Tarjeta TDAD'800-I
2.3.2 Tarjeta TDAD-800-2
2.3.3 Fuente De Alimentación
3. SOFTWARE Y MODOS DE OPERACIÓN
DE LA TDAD.SOO
3.T MODO TOTAL
3.1.1 Submodo encoder (submodo 0)
23
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30
3l
35
36
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37
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62
65
67
69
70
3.1.1 .1 Diagrama de tiempos del submodo encoder
3.1.1.2 Softrare del microcontrolador para el submodo encoder
3.1.2 Submodo Éfaga (submodo 1)
3.1.2.1 Diagrama de tiempos del submodo ráfaga
3.1.2.2 Sofhrare del microcontrolador para elsubrnodo ráfaga
3.1.3 Submodo de conversión análogo digital
3.1.3.1 Diagrama de tiempos del submodo conversir5n A/D
3.'1.3.2 soflware del microcontrolador para el submodo de conversión
A/D
digital
3.1.7.2 Softrare del microcontrolador para elsubmodo siempre
convirtiendo
74
75
78
80
81
u85
87
3.1.4 Submodo entrada digital (submodo 3) 89
3.l.4.lDiagrama de tiempos del submodo entrada digital 90
3.1.4.2 Soft¡are del microcontrolador para elsubmodo entrada digital 92
3.1.5 Submodo salida digital (submodo 4) 93
3.1.5.1 Diagrama de tiempos del submodo salida digital 93
3.1.5.2 sofrnare del microcontrolador pa¡a elsubmodo salida d¡gital gs
3.1.6 Submodo de conversión digitalanáloga 96
3.1.6.1 Diagrama de tiempos delsubmodo salida digital S3.1.6.2 softrare del microcontrolador para el submodo digitralanálogo gg
3.1.7 Submodo de siempre convirtiendo análogo digital gg
3.1.7.1 Diagrama de tiempos delsubmodo siempre conürtiendo análogo
99
101
3.1.8 Submodo siempre convirtiendo digital análogo (submodo 7) i03
3.1.8.1 Diagrama de tiempos del submodo siempre convirtiendo
análogo digital A/D 1U
3.1.8.2 Softrrare del microcontrolador para elsubmodo siempre
convirtiendo D/A
3.2 MODO PARCIAL
3.2.1 Submodo de operación análogo digital
3.2.1.1 Diagrama de tiempos para el submodo de conversión A/D
en modo parcial
3.2.1.2 softrare del microcontrolador para el submodo de conversión
modo parcial
3.3 SOFTWARE PRINCIPAL DE LA TDAD.8OO
4. SOFTWARE DE i/IANEJO DE I-A TARJETA DE ADQUISICIÓN DE
DATOS TDAD8OO
4.T ENTORNO DE I.A TARJETA
4.2 ENTORNO O VENTAT.IA PR¡NCIPAL
4.2.1 Bana de menús
4.2.1.1 Menú de archivo
4.2.1.2 Menú graficar
109
106
107
107
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121
122
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123
123
A/D en modo parcial 111
3.2.2 Submodo encoder en modo parcial 112
32.2.1 Diagrama de tiempos del submodo encoder en rnodo parcial I l3
3.2.2.2 Soñmare del microcontrolador para elsubmodo encoderen
4.2.1.3 Menú modo
4.2.1.4 Menú ráfaga
4.2.1.5 tt/bnú continuo A/D
4.2.1.6 Menú conünuo D/A
4.2.1.7 Menú ayuda
4.2.2 Bana de henamientas
4.3 LIBRENÍN Ó DLL'S
4.3.1 Modo parcial
4.3.1.1 Función ananque (void)
4.3.1 .2 Función convadmt
4.3.f .3 Función entdigmt (void)
4.3.1.4 Función saldigmt (void)
4.3. 1.5 Función convdamt (int,lloat)
4.3.1.6 Función contdamt (int)
4.3.1.7 Función contdavol (float)
4.3.1.8 Función contadmt (int)
4.3.1.9 Función contadvol (vo¡d)
4.3.1.1O Función rafamt (int)
4.3.1.11 Función leerafa (void)
4.3.1.12 Función encomt (int)
4.3.1.13 Función leenco (void)
5. PRUEBAS Y FALTAS
6. CONCLUSIONES
124
127
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130
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1U
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BIBLIOGRAFIA
RESUMEN
El objetivo principal de este trabajo es el diseño y construcción de una tarjeta
didáctica de adquisición de datos, con la ayuda de un software que permita el
desempeño óptimo de la tarjeta. Los objetivos especfficos del mismo son:
conectar la tarjeta de adquisición de datos a un computador mediante el puerto
parafelo, realizar un sistema de adquisición de datos de ocho bits implementado
con un microcontrolador, que la tarjeta funcione con el softrare diseñado en el
proyecto diseño e implementación de un Programa Didáctico para el Control de
Procesos Usando Técnicas Difusas para la manipulación de la variable ffsica.
Debido a que la tarjeta de adquisición de datos es didáctica, V dado que las
convencionales son mucho mas costosas y complejas en su manipulación, se
logra que esta sea mas fácil para maniobrar y tener acceso a ella, por parte de los
estudiantes en el laboratorio de controlde la C.U.A.O.
Con la tarjeta de adquisición de datos se logra hacer control a través del puerto
paratelo, como se demostró en el control de velocidad del motor del laboratorio de
electrónica de la G.U.A.O, de una forma sencilla y menos compleja que las
tarjetas existentes para talfin.
O. INTRODUCCóN
Debido a la dificultad, en los laboratorios de contrd de la CorporaOón Autónoma
de Occidente ,para tener acoeso a un cornputador cori una tar¡leta & adquisirión
de datos, y a la complejidad y alto costo de dicfras tarieúas, se lleva a proporier
el diseño e implementación de una tarjeta de fácil manejo, instalacón y @precb, donde el usuario prograrie un a[oritmo que permita el coritrol de un
sistema flsico.
Considerando b anterior, se diseñó y consbuyó una tarieüa didáctica de
adquisicón de datos con su respectivo sofrware, el ct¡al hará posiHe conúrolar y
manipular una variable física.
La tesis tiene con¡o objetivo principal el diseño, consffucción y tr¡eta en
funcionamiento de una tarieta de adquisición de datos, con la ayuda de un
softr¡are que permita el desempeño ó$imo de la tarjeta, aderÉs Conectar la
tarjeta de adquisición de datos a un @mputador mediante pr.erto paralelo, con
velocidad de adquisición mínima de ciento veinte microsegurtrs y reallzar un
sistema de adquisición de datos de ocho tlits imf,errrentado con un
microcontrolador. Diseñar un softrare gue pennitra la adqui$tÍfu de datoe y
mostrarlos a través de una gráfica en la pantalla del computiador, para su
respectivó análisis .A demás la tarjeta de adquisición de datoa funcionara con
ef softrare diseñado en el proyecto disoño e lmpbmentación de un Progrcma
Didác'tia parc el hntrol de P¡ooesos lJsndo Técnkns Difusas para la
manipulación de la variable física.
r-r
Flgura I Diqrama eequcmáüco dol slrtcma propesto
En el esquema anterior se rcsatta el proyecto que se lleva¡a a cabo.
Inteúae puefto0oralelo
Tarjeá dea@iuisici6n
de dafos
IJNTRODUCCÉN A LA TEORIA DEL MUESTREO
En la adualidad el uso del computador pana el control de proceeos, tiene un
gran auge debido a que se pueden realizar cálcubs de alta conrplejidad con un
alto grado de ooctitud, además permiten camt¡iar el üpo de contrrol solo
variando el algoritmo en elsoftware delcomputador.
En este capítulo se dará una explicación del muestreo de serlales, pero no se
analizara los diferentes a[oritmoo de control d¡gitel que se puedan utilizar, es de
interés para este doq.lmento solo la manigrlacion de las señales. A conünuación
se muestra una buda típica de control digitral.
O sumador
Figura 2. Brcla tfpica de controldigital
La introducción de un computador digital en un sistema de conbol exige el uso
de conversores digital analfuico y analfuico digital. La conversión de una señat
analóglca en la corespondiente señal digital es una aproximación, ya que la
señal analógica puede tomar infinita cantidad de valores, mientras la variedad
de distinte números que pueden furmarse con un juego finito de dígitos, es
limitada. Este proceso de aproximación se denomina cuanüfrcacion. En general
el funcionamiento de sistemas de control digital invoh¡cra ct¡antiñcación tanto en
amplitud corno en üempo.
1.7 DEFINICIONES
A continuación se presentan h definicir5rr de diversos términos que serán de uso
común en eltranso¡rso de este documento :
Tnnúuclor. Es un dispositivo que convierte una señal de entrada de una
variabb física en una señal de salida que puede ser eléc*rica o mecánica ( En
general la señal de salida depende de la historia previa de la enhada).
T¡anúuctor analúgia. Es un transductor en el cual las s€ñal€s de enhada y
salida son funciones conünuas del tiempo. Las amplitudes de estas señabs
pueden ser cualquier valor dentro de las limitaciones fisicas del sistema.
Muestrcador. Es un transductor en el cr¡al las señales de entnada y salitfa solo
se ploducen en instantes discretos de tiempo (g€nefralÍlente periódicos), pero
las amplitudes de la señal, como en el caso del transductor analfuico, no están
cuantificadas.
T¡ansductor digital. Es un transductor en el ct¡al las señales de entrada y salida
solamente se producen en instantes discretos de tiempo y las amplitudes de las
señal están cuantifidas; es decir, solo pueden tornar niveles discretos
determinados.
Tranúuctor analógico a digital. ( Convertidor A/D ). Es un transductor en el cual
la señal de entrada es una función conünua del tiempo y la señal de salida es
una señal cuantificada que solo puede tomar ciertos niveles discretos.
Tnnsduc'tor digital a analógin ( Convertidor D/A ). Es un transdr¡ctor en el cual
la señal de entrada es una señal cr¡antificada y la señalde salkJa es una función
continua deltiempo.
I.2 TUESTREADORES
El elemento eendal de un sistema e !*po discreto es el muestrador. En un
muestrador convencional una llave se ciena para admitir una sۖal de entrada
cada T segundos. En la practica, la duracón del muestreo es muy breve en
comparación con la onstante de tiempo más significativa de la planta. El
muestreador convierte la señal continua en un tren de pulsos en los instantes de
muestreo, o, 2T, .... donde T es el periodo de muestrco. En la figuna 3 se
muestna una señal analógica antes y desputás de pasar por el muestreador.
X(T) IIAI
Figura 3. (a) Señalcontinua; (b) Señal muestreada
I.3 RETENEDORES.
El retenedor convierte la señal muesúreada en una señalcontinua que reproduce
aproximadamente la señal aplicada al muestreador. El d¡spositivo de retención
más simple convierte la señal muesüeada en una señal corstante entre dos
instantes de tiempo consecr¡tivo, a este tipo de retenedor se le denomina
retenedor de orden cero. La función de transfererrcia Gh de un dispositivo de
retención de orden cero es:
l- eGs- EC. 1.
Cuando se muestrea la señal de entrada X(t) en instrantes discretos, la señal
muest¡eada pasa a través del dispositivo de reterrcirin. Este dispoaitivo, que es
(a)
-Ts
en s¡ un filtlo pasa ba¡o, alisa la señal muestreada X*(t) prodrlciendo la señal
Xh(t) que es constante desde el úttimo valor muestreado hasta disponer del
próximo valor de muestreo. Es decin
X¡=(Kf +r)= X(Kf) Para0<t<tf Ec.2.
X(l(T+T )=X(KT)
Esencialmente un disposiüvo de retención de orden cero integra la señal X*(t)
entre dos instantes de muestreo consecutivos. Se obesrva que la
integral de una función impulso eg una constante, se ve que la entrada a un
dispositivo de retencion de orden oero es un tren de furrciqres impulso.
It/ü¡estreador
(a) (b)
Figura 4. (a) señal antes del mr.¡esfeadoq (b) señal a la salkta clel r*ore{¡
Al aplicar un musstreador se puede presentar un probfema llamado aliaeing el
cual consiste en que si se muestrea F(T) con un periodo de muestreo T
inadecuado se obtiene una secuencia F(K), la cr¡alals€r re@nstruida mediante
algún tipo de retenedor puede dar como resultado una señal F(T) de menor
fecuencia que FCD, Esta situación se muestra en la fgura S.
F(T)
Figura 5. Solaparniento o aliasirg
I.4 TEORETA DEL TUESTREO
El teorema de muestreo de shanon ee importante para el diseño de sistemas
discretos en el tiempo, pues da la mínima frecuencia de mueetreo necesaria
para reconstruir la señal original a partir de una señal mu€str€ada.
Si una señal conünua X(t) tiene una transfunnada de fuurierxM, cumpliendo
X(w)=g si lWl>Wo entonces dicha señal estará completiarnente determinada por
la secuencia X(k) obtenida por el muesheo de la misma con una Ws >= 2Wo es
dec¡r;
= 2Wo además Ec.3
donde Ts es el periodo de muestreo
ftecuencia de la señalcontínua.
y 2Wo coresponde al especfro de
I.5 CONVERSORES DIGITAL ANALÓGrcO
La tarea de un conversor digitral andfuico (D/A) es la de transfurrnar una
entrada digital en una salkta analógica . La figura 6 ilusha la funcion de un
@nversor D/A. Un núrnero binario se introduce por las entradas de la izquierda
obteniéndose la conespondiente tensión de salida a la derecfia.
2flTs
r"> nWo
llnhcrsldad Autónom¿ de Occid¡rttl
stccloN BlBLlol tuA
Figura 6. Diagrrama básico de un conrrersor D/A
l0
El conversor D/A constia de dos partes funcionabs. La frgura 7 muestna un
diagrama de bloques del conversor D/A .El conversor etá dividirio en una red
de resistencias y un amplificador sumador. La red de resistores asigna
adecuadamente valores a las entradas del 1, 2, 4, g, y el amplificador sumador
escala (grdúa) la tensión de salida de acuerdo con la tabla de verdad del
@nversor.
tensión de salida análogo
Conversor D/A
Figura 7. Secciones funcionales de rm conversor D/A
Existen dos tipos de conversores d[ital análogo , el básico y el tipo escalera, la
dibrencia Msica es que el conversor tipo escalera uüliza una red de
resistencias üpo R-2R en el cual solo se utilizan dos valorcs resistivos mientras
que en el Msico se utilizan valores dibrente para todas las resistencias .
En los conversores D/A el valor del voltaje de referencia es muy importante
poque la precisión del @nversor deperde de la fuente de tensión. Por esta
ll
raz6n los fabricantes disponen de rebrencias especiabs de vdtajes de
precisión tralcomo el caso del LM336 que entregn 5.0v de precisión .
I.5 CONVERSORES ANÁLOGICO DIGITAL
El conversor analfuico digital (conversor A/D) invierte el proceso de{ conversor
D/A Una tensión analfuica desconocida se conecia al conrrersor A/D
produciendo una salida binaria que es proporcional a la entrada analógba. El
diagrama de bl¡ques de un @nversorA/D se muestra en la frgura B.
Sel¡da binsia
Figura 8. Diagrarna Msico de un conversorA/f)
La resolución del @nven¡or A/D depende del número & bits de este. Existen
dibrentes tipos de conversores A/D uno de los cuale es el conversor üpo
rampa, que es el más usado en los circuitos integrados conversores A/D. Este
tipo de conversor se muestm en la figura 9.
t2
Selidas Binsiag
8 4 21
Figura 9. Diagrama lógico de un conversorA/D tipo contador de ranpa de 4 bits.
En la figura 9 se muestra un comparador de tensión este se usa para compara
la tensión de entrada con la de la salida del conversor D/A, si ambas son
diferentes, entonces, a ¡a salirJa del comparador hay un 1, por lo cual la entrada
de reloj esta habilitada. El contador sigue incrementárdose hastra qrc la entrada
de reloj perrnanezca en oero, y el conversor D/A torna el valor de h salida del
contador y lo convierte a una salida análoga, esta salida es una de las entnadjs
del compardor, cuando el valor de la tensión desconoc¡da es igual (o
aproximadarnente igual) al de la salida del conversor D/A, la salida de este 7coloca en cefn, esto hace que la entrada del contador se co@ue en oero y por
lo tanto se detiene. La salida del contador es a la vez la salida dd converggr
A/D.
Tensión de rampa (realimentación)
Comparadorde tensión
A>B=1B>A=O
l3
Existen diferentes tipos de @nversores A/D tales como ef llash, aproximaciones
sucesivas, rampa , etc. Pero aquí se explica el circr.¡ito de mayor aceptración y
aplicación comercial.
Esta es la teoría Msica para entender el desanollo del diseño que se llevo a
cabo, sin embargo la erplicación de todos le circuitos qu€ se implenentarcn
para el diseño se eplicará en el siguiente capitulo.
2. HARDWARE DE LA TARJETA DE ADQUISICION DE DATOS
Para el diseño de la tarjeta se tuvo en q¡enta le difurentes t¡pos de familias
logicas existentes en la fabricación de circt¡itoe integrados, tak como la TTL ó
cMos, además de las subcategorías tales como Hc, LS, c, Lc. La erección
que se torno para realizar este diseño fue trabaiar con circr.¡itos de tecnología
HCMOS, ya que tienen como características principales una alta vdocidad y
muy buena inmunidad al ruido.
2.I CARACTERÍST¡CAS GENERALES
Las carac{erístbas generales de la trarjda de adquis¡<irln de datos son:
* Dos canales de entnada análogos divididos así, un canal bi@ar de -2.5 Voltios
D.C a 2.5 Voltios D.C y un canal unipolar de 0 Vottioe a 5 Vottios D.C.
* Dos canales de salida anábgos dividkJos así: Un canal bspolar de -5 Voltbs
D.C a 5 Voltios D.G y un canal unipdar de 0 a 5 Voltios D.C.
* Un canal de entrada digital, por el cual el usuario podrá introducir datos (en
brma de unos'1'(5v) y ceros'0'(Ov)) alcomp¡tador.
l5
* Un canal de salida digitial, a través del cual el usuario, con el softrrare de
manejo de la tarjeta, podrá enviar datos digitales en una palabra de ocfro bits a
la salida de la tarieta. A continuación se muestra en h fgura l0 un diágrama de
bloques de la tarjetra y la planta a conhdar.
I eunbsde acceso det usuarb
1. lnterface puerto paralelo2. lúodulo de control3. Enhada digitral
1..qgl¡98 digital
i.......: Sistema a realizar en este proyecto
Figura 10. Diagrama gernralde la tafilta de adquisición de datoo
2.1.1 INTERFACE PUERTO PARALELO
La interface paralelo es realizada por el proyecto disño e imphmentación de un
prWnma didádi@ pan el nntrol de prwsos usando fécnicas diñrsas, y es la
encargnda de convertir las cinco líneas de control usadas para la impresora en
l6
líneas de entrada de datos al computador, además de tomar las señales de
control del computador y convertirlas en un bnnato determinado para controlar
los dibrentes modos de la tarjeta. Las señales de @ntrol, inbrmación y datos
entre la interface del puerto parablo y la tarjetra de adquisición de datos se
muestran en la figura 11.
Hacia la tar¡eta
Sdecctón del wpll &enún¡b
Büs de enf¿lúa
Inicio de conversión
Fin de conversión
S cÉn d @nal des¡ljdr
Bus de salida
Ca$ura h.s
Salide delcompubdor
Figura 11. Di4rama de la serlales del harómre de la tarjeta
El protocolo a seguir pana leer y sacar datos con la tarieta diseñada en et
prcyecto antes menc¡onado es elsiguiente :
Salida de datos de la tarjeta interface pr.rerto paralelo.
1. Se selecciona elcanalde salida (0 o 1)
2. Se coloca eldato en el bus de satida
Interface pu€rtoparalelo
t7
3. Se envía el pulso para capturar el bus de salida
Entrada de datos a la tarjeta.
1. Se selecciona el canalde enhada (0 o i)
2. Inicio de conversión
3. cuando termina conversión se coloca señalfin de conversion
4. S€ captura el dato de enfada
2.1.2 IIODULO DE CONTROL
Lo que se considera rnodulo de control en la fgura 12, es todo lo rcñrente al
microcsrtrolador y los dispositivos como por eiemplo RoM y RAM, que sirven
para la manipulación de la inbrmación en la tadeta , la configunación de h
misma y el control de los conversors d¡gital análogo y análogo digitral.
En la figura 12 se muestra un diagrama de bbques mas ffiallado de la tarjeta
de adquisición de datos con el modulo de contrcl.
2.1.3 CONVERSOR ANÁLOGO DIGITAL
El tipo de conversor A/D que se utilizado para este proyecto es el ADCO820, Icual presenta corno ca¡acterísticas prirrcipales, ser un conversor a ocfro bit9,
tiene una velocidad de conversión de 100 microsegundos y presentra una af
l8
inmunidad al ruido. Las erplicaciones genenales de este 69nversor se
desanollamn más adelante en este capítulo.
Otra característica importante es su fácilconsecr¡ción en el mercado local,
además su costo no es tan elevado para la velocidad de conversión que
presenta, lo cual lo hace óptimo para eldesanollo de este proydo.
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2.1.4 CONVERSOR DIGITAL ANALOGO
Los conven¡ores D/A ut¡l¡zados para este proyecio fueron el DACO808 para el
canal unipolar de salida porque entrega un rango de 0 a 5 Voltios, y el DAC0800
para el canal bipolar de salida poque entrega un rango de -5 vottios a 5 voltios
. Los conveftiores presentan características similares otxno son:la facilidad de
manejo, buena inmunidad al ruido y d€ fácil consecución en el mercado
nacional .Detalles rnás específicos de estos circuitos y su uso en este proyecto
son explicadas en este capifulo mas adelante.
Estas son las características generales del harürare de la tarjeta, a
continuacón se entraÉ en detralb sobre d diseño y consfucción de la tarreta.
2.2 HARDWARE DE LA TARJETA
En esta parte del capitulo se mostrara detalladarnente los circr¡itos y montajes
realizados para el desanollo de la tarjeta de adquisición de datos TDAD€og
(Tarjeta Didáctica de Adquisición de Datos).
2,2,1 EL ilIICROCONTROI.ADOR
Para el d¡sefio y construcción de este proyecÍo se escogió el microconúdador
80C31, grrcias a la gran inbrmación que sobre el se dispone en manuales y
libros, asl corno @er contar con el sofinnarc necesario para programarlo y
2l
simularlo (Microrin )- Las características generales de este microcontrolador
son ; posee una buena vdocidad, 12 MegaherE, puertos | / 0lo e.ral permite el
ac@so directo y fácil a periÉricos adernás de la flexibilidad para manipular
memoria extema. Adicionalmente el 80C31 posee drivers para el manejo de
puertos en el bus de operaciones, dos ümer/contador, un puoto serial , un
sistema de intem¡pciones y un pin para el reset. En el desanollo de este
proyecto se trabajo con una memoria RAM extema de 32 Kbytes donde se
almacenan los datos de conversión , una ROM trambién extema con el prograrna
de manejo de la tarjeta, este sofiuare se explicara en elsigubrte capltulo.
Un diagnama de bloques del microcontrolador se mustra en la figuna 13, donde
ACG es el acumulador de registroo, TMP son registros temporale , la ALU es la
unidad lfuica aritmética donde se realizan operaciones tiales como suma, resta,
adición, etc. PSW es un registro donde se ubica la palabra stafus para la
configuración del mbrocontrolador, DPTR es el puntero de datm y es usado
como registro en el cual se almacena una direcci&r de 16 bits , la unidad de
tiempo y control es la encargada de manipular las señab de control e
inbnnación dentro del microcontrclador. En la figura 13 también se muestra el
bloque de registro de instrucciones a las cuates üene acceso el usuarb para
manipular las dibrentes infurmaciones procesadas en el microcont¡olador. Se
muestra también el oscilador intenp el cr¡al tiene como func¡ón principal el
garantizar una adecuada señal de reloj para qu€ el microcontrolff pueda
realizar sus dibrentes funciones. T.
22
L¡tcülPuerto 1
l-etcflPuerto 3
Figura 13. Arquitectura del80C31
23
En la figura 14 se muestra el 80C31 con la configuración d€ los pines
P1.0Pl.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRxt)TxDINTOINTl91{T1WRADXTALlXTGND
vccADOAD1AD2AD3ATXAD5AD6AD7EAALEPSENAt5
^14At3A.12All410A9A8
Figura 14. Oescripción de pines d€lgOC31
2.2.1.T DESGRIPCION DE PINES DEL 8OC3I
La función de los pines del 80C31 en gerierales la seuiente.
ALE/PROG Habilitar el latch del bus de direccionee cori un pülso de salida
para engancfiar la parte baja del bus de direcciones durante el acceso a
memoria o<tema. La señal ALE se emite con una rata constlante igual a l/G de
la fiecuencia del oscilador, sin embargo la señal ALE es s.rsperdida durante el
ac@so a memoria extema. Este pin se puede usar en el 80C51 para prograrnar
la EPROM intema.
1
234567II1011
121314151617l81920
¡f03938373635u33323130292827%2524232221
24
PSEN : (Program Store Enable) Se habilita para gtrardar el programa intemo
cuando se esta ejecutando un programa extemo de memoria. PSEN es ac͡vada
dos veces por cada cido de máquina excepto cr¡ando se d a mernoria
extema de datos.
EA/Vpp: Cuando el EA es puesto en alto la CPU ejecutra el programa intemo
de la memoria (solo en el 80C5i). Guando EA esta en bafi, la CpU ejeerta el
programa extemo de memoria, éste es elcaso para elB0C3l.
XTALI, XTAUT: XTAL1 es la entrada inversa del amplificador oscilador y
XTAI2 es la salida desde el amplifidor oscilador inversor.
Puerto 0. Es un puerto bidireccional de octro bits , se usa en la TDAD€OO
para mulüplexar la parte baja del bus de direcciorres y el de bus de datos
durante el acceso a memoria extema. Este puerto emite códlgos de bytes
durante la verificación del programa.
Puerto l. Es un puerto bidireccional de entrada / salkla . Todas las salidas del
puerto 1 están normalmentre en bajo mientras no se este utilizando.
Puerto 2. Es un puerto ffiireccional de entnada / salida . El puerto 2 emite ta
parte alta del bus de direcciones durante elacceso a memoria extema .
25
Puerto 3. Es un puerto bidireccional de 8 bits y demás sirrre para funciones
diversas en el 80c31 como se describe a continuación :
Pln
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
Función atbrne
RxD(Enfada de puerto serial)
TxD(Salida de pr¡erto serial)
lNT0( Interupción externa 0)
INT 1(lnterupci<ln erúerna l)
TQEntrada externa psa timer0)
Tl(Enbada extema pana ümer 1)
Wr(Escritura en memoria elderna)
RD(Lectura €n rilemoria extema)
En la figuna 15 y 16 se muestra los cidoe para la mernoria de programa extemo
y para la memoria de datoo extema.
XTAL2
ALE
PSEN
PO
P1
Figura 15. C¡do para mernoria eúerna de prograrnas
26
ALE
RD
PO
DPH or P2 SFR Out
Figura 16. Ciclo para lectura de memoria e)derna de datos
Los ciclos de escritura y de operac¡ón del puerto se muestran en las figuras 17,
v 18.
XTAL2
ALE
DPH or P2 SFR OUTP2
Figura 17. Ciclo cb escritr¡ra en rn€rntria extema
27
PO,Pl
.-P2,P3,RST
u'Pl --] r-P2,R},RST
-+I
Mov PuertoOld Date Nsrr Deta
Puerto serial
Modo 0
Figura 18. Operrc¡ón d€l g¡erto
Para eiecutar un programa en la meriloria de programas el S0C3i utiliza la
siguiente configuración en la tarjda TDA[I,800.
Figurb 19. 80C31 ejecutanclo una rneryKria de prograrnas exbrna.
28
Esta configuración fue la misrna que se uso para desanollar este proyecfo. Pana
una inbrmación mas detallada del 80C31 el usuario se @É remiür al manual
de Philips semiconducÍors capitulo 2 aquitectura de la familia g0csl.
2.2,1.2 GONFIGURACION DEL 8OC3I PARA I-A TARJETA TDAD.
80o(TARJETA D|DÁCTrcA DE ADQUtSrcóN DE DATOS).
Para el desanollo de esta tarjetra se utilizó el 80G31 de la s(¡uiente brma :
P1.0, Pl.1, Pl.2 LecÍuna de modo
P1.3 Avisa al microcontrolador en que modo esta trabajando (Modo totral pi.3
=1 o modo parcial P1.3=0).
P1.4 Inicio de conversión ( Iniconv ).
P1.5 Canalde entrada ( Canalentra)
P1.6 Salida de canal ( Outcanal )
P1.7 Fin de conversión (finconv)
Rst Reset de la unidad
RxD / P3.0 CanalA trabaja con el encoder
TxD / p3.1 Canal B trabaja con el encoder
IntO / P3.2 lntem¡pc¡ón para cambiar de submodo (o a 4 en modo total
lntl / P3.2 Avisa al microcont¡olador cuando estra listo el dato en el @nversor
A/D.TO I P3.4 señal para disparar el muestreador y el retenedor.
T1 / P3.5 señal pera detecÍar el signo en ta enhada anabgica bipolar.
WF/P3.6 Escritura a nemoria o a periÉricos.
29
RD/P3.7 Lectura de memoria o periféricos.
Xtall Xtal2 Cristal-
P2 + A&A15 Parte alta del bus de direcciones.
Psen Lectura de la rom
ALE/PROG Se encarga de enganchar la parte baja del bus de direcciones.
Ea / Vpp (Ea=O) lndica que la direccirin inkial de la RoM es extema.
PO.74AD7 Se usa para manejar la parte baja def bus de direcciones y bus de
datos
2.2.2 MEmORn DE AGCESO ALEATORTO ( RAr)
Las memorias semiconductoras se dasifican en votátiles y no volátiles. Una
memoria volátil es la que pierde los datos ct¡ando se descorncfa h
alimentación. La RAM es una memoria semiconducfora volátil muy usada en las
computadoras para almacenar temporalmente datos y prograrnas. La |¡¡M
también se denomina memoria de lectura/escritura , almacenar datos en la RAM
se denomina operación de escribir, detectar o rrolver a llamar datos de la RAM
se denomina operación de leer. Cuando el dato e leído de la memoria, los
contenidos de la RAIvI no se destruyen.
En el d¡seño de la TDATI'SOO (Tarjeta Didáctica de AdquisirJrfr de Datos) se
utifizo una RAM de 8 bits (02256) con una capacidad de 32 Kbytes y es la
encargada de almacenar los datos cuando se trabaja en d submodo ráfwa.
La configuración de pines de la RAI$ se muestra en la figura 20.
ü¡lwAidad Attiónom:r ¡" r t:cidont¡
SECCt0N tsitsLr0ii'A
30
A14 VCCA.12 WEA7 A13A5 A8A5 A9M AllA3 OEFC AlOA.I CSA0 w7u00 u06u01 U05UV2 U04vss u03
Figura 2O. Diagrarna de pines de la RAM 6?2fF
Los ¡ires marcadas con A0 hast¡a A7 son las entradas del bus de direcc¡ones ,
de A8 hasta A14 son las entnadas del bus de datos, los pines marcados on l/00
hasta l/07 son la salida de datos, CS se utiliza para la seleccinn de la pastilla y
junto con WE se habilita para la escrituna o lectura (WE=1 lectura, WE=o
Escrituna), OE es la habilitación de las salidas.
2.2,3 ilEmORtA DE SOLO LECTURA (RO¡t)
El microcontrddor d€be almacenar inbrmación permanente en brma de un
programa del sistema , en una memoria se so|r¡ lectura (RoM). Las RoM son
disposiüvos no voláüles porque no pierden sus datos cuardo se desconecta ta
alimentación.
En el diseño de la TDAD.800 Oarjeta D¡dáctica de Adquisición de Datos)
escogió usar una RoM zru gue posee una capacidad de g kbytes
282782524232221201918't71615
1
234567I91011
121314
se
de
3l
almacenamiento que sori suficientes para el progrema monito¡ de la tarjeta
TDAD€OO. La confuuración de pines se muesfa en la figu¡a 21. Los prnes
marcados con A0 hasta A12 se utilizan para direaionamiento, Loe pinee
marcados con O0 hasta 07 son las salidas de datos, OE es b habilitación de las
salidas, CE es la seleccón de la pastilla, PGM se utiliza en la prognamacitln de
la ROM.
Figura 2l.Diagrama de pines de la ROM 27Bl
2.2.1 INTERFACE PROGRATABLE 82C55
Los disposiüvos de apoyo como la interfaz periÉrica progranraHe (PPl), ofrecen
al sistema gran flexibilidad con un pquete muy pequeño de instrucciones. En la
figura 22 8e muestra el diagrama de bloques do la interfaz periÉrica
programabl€ 8255.
2827fr252473221nl918171615
1
234567II1011
121314
VPPA12A7A5A5MA3A2A1AOo0o102VSS
vccPGMNCA8A9AltOE410CE0706o50403
FUE¡¡TES L.*DE FoDER
t n"o
BUSBIDIRECCIONAT
DI,DO
RD
WR
A1
AORST
Figura 22. Di4rarna d€ bbquos de l€ ¡nterface SASS
La nsnenclatura de la figura 23 es la siguiente :
D7-D0 Bus de datos 40,41 Direccón del puerto
Reset Disposic¡ón de la entrada pA7-pAO Bits n¡erto A
cs
RD
Selección delcircr¡ito
Lectura de la enfacla
PB7-PBO Bits puerto B
PC7,PC0 Bits puerto C
32
t/oPA7+AO
toPiCTPOIBts
INTERNODE DATOS
DE8BITS
LOGICADE
CONTROLLECTURA
YESCRITURA
33
WR Escritura de la entrada Vcc +5v
El 8255 puede tener una interfia@ con oraQuier dispositivo de entnada/salida
compatible con TTL para el microprocesador. El 8255 se selecciona con $¡
terminal CS para programarla , pare leer ó para escribir sobre un pr¡erto. [a
selección de los registros se logna por medio de las terminales Al y A0, que
seleccionan un rcgistno intemo para programación u operación . El 8255 es fácil
de prognamar porque sólo cqrtiene dos posibles cornandoe Msklos. Como se
muestra en la fuuna 23 se ve que el bit en h posbión 7 seleocinna conrandos
del grupo A o del grupo B. El comando A programa ra furrción del grupo A y B ,
mientras que elcomando B ac*iva (1) bit o desacfiva (0) bits dd grerto C, solo si
el 8255 se prograrna en el modo 1 o el rnodo 2.
Los terminales del grupo B (puerto B y parte inbrior del grerto C) se prograrnan
corllo terminales de entrda salida. El puerto B puede furrct¡nar d rnodo I o en
el modo 0 . El rnodo 0 es el modo Ms'lco de entracfa sal¡da (E S) que permite
programar a las terminales del grupo B como conexiones simpbs de enbada
salkJa con retención El modo 1 es el furrcionamiento con soñabs de
habilitación esúroboscópica en algunoo bits del grupo B cr¡arÉo se tnansfieren
datos por el puerto B y G suministra señales de reconocimiento. Los terriinales
del grupo A (puerto A y parte superior del pr¡erto C) también se prograrnan corlp
terminales de entra<la/ salida , la dibrencia es que el grupo A puede furrcionar
en fos npdo 0,1 y 2. El funck¡namiento en el rnodo 2 es un furrcftrnamiento
bidireócional para el puerto A.
34
76 5 4 3 2101
t_ ¡ucrbC(FCilaFC0)l= E¡ffi}'Salú
l¡crb Bl= E¡üada¡-SC&
l¡lo&ilF f¡bdo0Dt- l¡lodo t
h¡erbC(FCTaFOl)I' Erúad¡F Ss¡dr
q¡crbAl- Erúradatss&
f¡bdoO(ts llodo 00l- llodo IlX. l¡lodo 2
Figura 23. El byte de cornando para el regisfo de cofifol dd 8ASS
Báskramente el funcionambnto en mdo O permite gue et 8255 du€ como
regisho de entnada o como dispos¡üvo de salida con un r€gistro barsparente. El
funcionamiento en rpdo I hece que el puerto A o el B funcir¡nen @rilo registros
de entrada solamente, o cotno r€g¡stros de salida sc¡lanente, El puerto C se
ut¡liza en modo I para seft¡ales de reconocimiento que hren furcionar el puerto
A o el puerto B. El funcionam¡ento en rnodo 2 sob se permite para el grupo A y
hace que este trabaje de manera bidireccional, to cr¡al perrtite fanvnitir y
recibir datos en los m¡smas ocho terminales.
35
2.2.4.l UTILIZACION DEL 8255 EN I.A TARJETA TDAD{üI
En el desanollo de la TDAD"S0O (tarjeta D¡dáctica de Adquisición de tlatos) se
utilizó el 8255 de la siguiente bnna :
Puerto A
Puerto B
PC7-PC4
PCo-PC1
Salida de datos hacia la interface del puerto paralelo
Entrada digital de I hits accesible directamente por el
usuario desde el puerto CON I de la TDAD-800.
Cuatro entrdas para configuración deltiempo de muestreo
solo en elsubmodo ráfags .
Salidas para maneiar los conversores D/A en rlodo total.
La palabra de ontrol configuna el puerto A y el puerto C (parte ba¡r¡) @rno salida
en modo 0 y el puerto B y la parte alta del puerto C en el rnodo 1. La conexiffr
del 8255 con el microcontrclador para que trleda leer o escritir d g2SS debe
tener un 0 lógico en la ent¡:ada CS, y la dirección conec*a de E/S se debe
aplicar en las terminales Al y A0.Las terminales restantes de direccion de
puerto no importan y se decodifrcan en eleferior del g2SS.
En fa figura 24 * muestra la brma corno se conecto el 8255 en h trarieta TDAIL
800 trabajando de manera que funcione wno prerto de E/S de I bib. Todas
las terminales están conec*adas direciamente al microconholdor , excepto la
terminalGS, la cualse decodifica y s€bcc¡ona con un decodificador 74HCi3g .
36
t-ilDtrD7 ( i
LN
A1A2RESET
F¡gura 24. El @55 en interface con el bmco bap dol microcontrolador
tá entrada de reset del 8255 lo inicializa sirunpre que se ananca el
microcontrolador . Una entrada reset hace que se inicialknn todos los puertos
colTlo entrada en el modo de funcionamiento 0, con esto se erriüan daños cuarudo
se aflica coniente por primera vez al sisterna.
2.2.5 DECOD¡FICADOR DEMULTIPLEXOR 74}rcI 38
Es un circr.¡ito que po6ee ct¡atro entradas y ocho salktas, se usa en la TDAI>BOO
(Tarjeta Didádica de Adquisicion de Datos) para habilit¡ar uno de los integrados
que se vayan a utilizar. Sus salidas se utilizan de la siguiente brma :
1
23
615
132Ia{t393E37
IEt9m21z27321á11t5f617131211f0
DO PAOD1 PAIÚ2 PNzD3 PA3[X PMD5 PAsD8 PA8D7 PA7
RD PAOWR P8IAO PPAI Pg}RESET PUCS PBs
P8CPB7
PrOoPC1PC2PCi¡¡FelPC5FO6rcl
t511l3l21lt097
37
Salida Dirccción Circuito que habllita
O OOOOH.OFFFH ROM
1 10)fiH puerto A d€t g25s
14X)fi Pr¡erto B det g25s
18X)(H Pr¡erto C d€l 82Ss
lC)Ofi Conhd
2 zOOfi ADC B¡potar (ADC0B0S)
3 g)OüH ADC Unipotar (ADTCOS{D)
Siempre que una salida este habilitada las demás no lo estarán, de este manera
se logra la cornunicac¡ón eúecfiva enúe toda h tarjetra.
2.2.6 CONVERSORES DIGITAL ANALOGO
Se utilizaron en el diseño dos tipos de conversores D/A, el DACO8OO para el
canal tipolar y el DAc08o8 para el unipolar los crrel€s se eplban a
continuacíón.
2.2.6.1 CONVERSOR DIG]TAL ANALOGO DAC(FOO
El conversor DAC0800 es un integrado de I bits con afta rolocftJad en conbrte
de salida, dicfra velocidad está en l00ns de oonvensifor. También pocee salida
de coniente cornplementaria pana permitir unos vdtajes de salida dibrencial de
38
20 milivoltios piepico con una simple resistencia en los pines 2 y 4. La
rebrerrcia a full escala estra alrededor de tlLSB , etiminarxlo la neces¡dad de
usar saturadores de full escah, (en aplicaciones no lineabs nrejores está
alrededor del t 0.19o). Posee alta inmunidad al ruido en las entradas, acepta
niveles TTL .
Cambiando el nivelde alirnentación se puede lograr una interface con las demás
familias lógicas . La escala de la fuente de alimentacir5n puede rrariar desde r"4.s
voltios hasta n18 vc*tic, la potencia de disipación es de 33 miliwatbs cql unas
fuentes de alimentación de *5 voltios y es independiente de bs effioe de las
ent¡:adas lóg¡cas. Las caracterísücas genenales del DACO800 se r€suñsl en la
tabla L
En la f€una 25 el pin de control (r) se utiliza @rilo ssial de conhd para que s€a
o rio compaüble con TfL ( se envía este pin a tiena). El fln de ompensación
(16) se encarga de que el circuito sea estaHe para las variaciqles de la fuente
de alimentación . El pin de lout (2) es dorÉe se utica la r€ftr€ncia de coniente
para que el c¡rqlito rcalice la conversbn de manera adecuada, en la ttarieta
TDAD€OO estra reftrencia se logra con un potenciomeüro qr¡c enbega en dictro
pin una coniente de refulenciade2 miliamperbs .
39
Cambio de la coniente de salidaEnor a fullescalaNo linealidad por encima de la temperaturaFull escala coniente d¡rectaSal¡da alta obtenidaConiente de salida complementrariaInterface directa con TTL, CMOS, PMOS y otrosRango de la fuente de alimentraciónConsumo de potenciaTemperatura máxima de trabajoConiente de rebrenciaBajo costo
l00nstlLSB*,o.1 %t 10 ppm/ C-10v pana +l8v
t4.5v a *18v33nnv para t5v70clmaoZma
Tabla 1. Características del DAC0800
Eldiagrama de pines delcircuito se muestra en la fuura 25
Confollout-VloutB18283v
Vr€(,Vre(+)+V888786B5
Figura 25. Diagrrama de prnes del DAC0800
Los pines 3 y 13 son voltajes de alimentación . Los ptnes 14 y {5 son las salidas
complementarias. Del pin 5 al pin 12 son las entradas digitales donde el pin 5 es
el bit mas significativo y el 12 es el bit menos significativo. El rnontaje usado en
la tarjeta TDAD€OO se muestna en la figura 26.
l¡hfrld¡d Autónorn¡ da OcdrhbsEcctoil 8t8U0rEC
1
234567I
16151413121',|
109
40
2
1
11
15
Figura 26. ifontaie del DAC0S0O en ta tarjeta TDAD€OO
La tabla 2 muestna el comportamiento circt¡ital del DAcogm @n h
configuración de la fgura 26. Estos valores son a la vez el nargo de salida del
canal bipolar, En la tarjeta TDAD€OO la salida del canal bipobr esta a havée de
un bufbr, dicho buftr lo conbrma el circr¡ito TL0&4 como se muestla en la
ñgura27.
Escala efl oen)
Escala en caro -LSB
Negativo tull escala +LSB
Negativo tull escala
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
o
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
,l
0
0
0
1
1
0
0.00
+O.080
+4.92
+5.0O
+o.080
0.0m
4.U
4.92
4l
Tabla2. Op€ración Msica de¡ DAC080O en la tarjeb TDAD€0O
Estos valores son a la vez el rango de salida dd canal bi@ar, En la tarjeta
TDA[>'800 la salida del canal bipolar esta a havés de un h¡ftf,, dicfp br¡ffer lo
conbrma el circuito TL084 como se muestra en la figura 27.
S¡h fÉt4dd DAco800
Sal¡dacanelbipolar
Figura 27.Salida canal lipolar en la tarieta TDADS
2.2.6.2 CONVERSOR DIGITAL ANALOGO DAGÍISOS
Se escogió para el canal unipolar el DACOSOS deb¡do a que el rargo de satida
de este integrado se presta a las necosidad€s planteadas en el diseño, como
son las de tener un canal de salida unipolar con un rango de salirJa de cero (0)
42
a c¡nco (5) voltios. Las caracÍerísticas generales de esúe circuito integnado es
poseer una velocidad de conversión de f 50 ns con una disipación de potencia
de 33 miliwatios parE¡ una fuente de alimentrcion de t5 volüos , presenta un
eror a full escala de t I lsb o de 255 + l(ref)/256, eq¡ación con la cr¡al se
calct¡la el enor de salida.
Posee una alta linealidd siempre y orando el nivelcero de h coniente de salida
este por debajo de 4 ¡rA y la coniente de rebrerrcia sea mayor o igual a dos mili
amperios (lref > 2mA). Las fuentes de alimenteión son indeperÉientes del
código de bits y deben estar por encima del rango de salida del circuito. El
DAC0808 Podría conecfarse directamente a las familias TTL, DTL, O niveles
lógicos cMos @rilo por ejernpb en la tarjeta TDAD-goo. El narEo & las
fuentes de alimentación pueden variar entre t4.5 voltios y t 18 voltios , además
puede detectar variaciones en la enúada de 8 mA / por micro segundo (BmA/us )
con lo cual se puede tener una alüa fiabilidad en el canalde salirta unipolar.
Las canacterísticas genenales de este integrado se mueehan a conünuación en
la tabla 3.
F# li',1{,, .,i ;1,1,,, l-.-.---;-i ;E!iilii:f;l"#iltl 'i
Cambio de la coniente de salidaEnor a full escalaNo linealidad por encima de la tempenatunaFull escala coniente directaSalida alta obtenidaInterface direcia con TTL, CMOS, PMOS y otrosRango de la ftrcnte de alimentacónConsumo de potenciaTemperatura máxima de tnabajoConiente de reÉrerrciaBaio costo
150nstl LSBr 0.19 oÁ
t l0 pprn/ C-10v pana +18v
*4.5v a tlSv33mw para tSv75C> 2ma
Tabla 3. Caraderísticas del DACS0B
43
El diagrama de pines delcircr¡ito se muestra en la figuna 28.
NCGND-vlor¡tA1MA3A4
Vref(-)Vr€(+)+VA8A7A6A5
(MSB)
Figura 28. Diagrarna de pines del DAC$OS
La explicación del funcionamiento de cada pin es igual que en el DACO8OO
ebctuado anteriormente. Para el diseño en la tafleta TDAt}.g(X) Oarjeta
Didáctica de Adquisición de Datos) se utilizo el montaje rnoshacb en la figura
29.
11621531441351261171089
44
Bus de datosDO.D7
14
l5
4
16
TLOS/i(2lr
5v de precisión
-T- -rou+
Figura 29. Ut¡lizac¡ón d€t DACOB0O en ta tarjeta TDAD€OO
En el montraje mostrado en la figuna, el DAcOgog entrega un rango de 0 a S
voltios porque tenemos una reúerencia de cinco vcütios de precisir5n, si variarnos
dicha referencia se puede obtener un mallor rango en la salida. La ecurción que
determina la salida del DAC08@ es la siguiente.
tr ,. , Wef .^ ^-,Al A2 A3 ABYsatitu = ;(tufx7 +7*T*..... .* zi Ec.4
45
Donde R=5.1 l(O y RreÉ5.1 l(O y el voltaje de rebrencia es iguala 5.(X voltios.
Para el caso del diseño de la trarjetra TDAD€OO se utilizó el amptiñcador TL0&4
como inversor y a la vez como amplificador, con lo cr¡al mefirranrcs los valores
de voltaje en la salida, esto se logra variardo el potenciometno de 2 KO
mostrado en la figura 29. Pana el rnontaie de la figura 29 se conseguío los
valores de salida mostrada en la tabla 4.
F-il., flffi.:li #i'#,ffiriir.t,t lÍ't!r't;.; .
+ii+ifüftr.r:
Positivo full escala
Positivo tull escala {SB
Escala en cero +LSB
Escala €n csro
1
1
0
0
'1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
,1
0
0
1
1
0
0
1
o
1
0
4.98
4.96
0.020
0.00
Tabla 4. Operac¡ón Msica d€t DAC@O en ta tuieta TDAD€OO
Como el cin¡ito TL084 sirve a la vez de bufbr no es necesario colocar otro
buffer @rncl se hizo en el caso de la salirJa unipolar.
2.2.7 TUESTREADOR üN¡tffioB) y RETENEDOR GL0S4)
Antes de pasar a los @nven¡ores arÉlogo digital se erplicará el mr¡estreador y
el rctenedor, éste circuito seÉ ubicado en la entrada de los @nversores
análogo digital. Se diseño el muestreador retsnedor utilizardo el circr¡ito
46
integrado MN4066B ( swicfr bilateraf), el cual se usó como el muesMor y el
TL084 cofilo retenedor.
La idea es muy sencilla, el circt¡ito posee cuat¡o srr/itch con q¡atno señabs de
control, las señales de control se envían del pin 14 del microconüolador la cr.¡al
actua como señal de control pana el switcfr, ct¡ando la señat de controt está en
uno ( 1) logico el switch es simplemente un puente, pero q¡ando la señal de
control es un cero (0) kógico el switcfr se abre impidiendo que pas€ la señal, esta
situación se muestna en la figura 30.
Sal¡da alrdenedor
Figwa 3O. MuesMr en ta trjeta TDAD€OO
El retenedor s€ usr¡ para que en el rnomento que el swich esüe abierto la señal
no desapaÍez@ o tnate de descargarse hacierdo variar la señal a la entratla del
conversor análogo digitral. El retenedor usado en la tarjeta TDA¡L800 se
muestna en la figuna 31.
ILruL
0.01 ¡rf
TLO84
, (1)t r
47
Entradadelretenedor
Salida alqlersorADCOB2O
Figura 31. Retenedor en ta tajeb TDAD€OO
El montaje total usdo en la tarjetra TDAD€OO es ¡déntico para ambos canales
se muestra en la figuna 32.
E¡üada cto.tdorabeol¡b 'Este circr.¡ito se etglicara dess¡égy pofque se uso
Salida al pin1 d€l
ADC0e0uni@ar
Salida alpinI del
ATrc(E2Obipolar
S€ttal de coñtoldel microcorúohdor
+Figura 32. iíontaje muestreedor reteredor en |a TDAD$O
Estos componentes están ubicados en la trarjetra TDAD.BOG2 que luego se
elpl¡cara en este capítulo.
IEnFada r¡rhohr
48
2.2.8 CONVERSOR ANALOGO DIGITAL
Para los dos canales de entrada en la tarjeta TDA[>'800 se utilizo el conversor
ADc0820 , se escogió porque es muy Épido, fácilmente conecfaHe al bus de
datos del microcontrolador. Además se escogkt porque no se pudo conseguir el
ADC0800 que tenia un rango de entrada de menos cinco vdtios (-5v) a cinco
voltios (5v), por lo cual se tuvo que disefur un sisúema qr.¡e pr.diera tener un
rango de menos dos punto cinco (-2.5v) a dos punto cinco (2.s) y un detector
de signo para establecer la polaridad de la señal de entrada, eoto se hizo pana el
caso de la entrada unipolar.
El ADC0820 es un @riversor half-flash (med¡o Épido) que ofrrece un üempo de
conversión de 1.5 ¡rs el cual dis¡pa sdo 75 milirvatins de potencia. [a técnica
half-flash del ADC0820 consiste en 32 comparadores, más un AIIC (Conversor
Análogo digital) para bs cr¡atro bits más s(¡nificativos y otro para los cr¡atro bits
menos significativos.
ElADC0820 ofiece una interface d¡recta para conectarse al microconúolador y
fue diseriado pana trabajar como puerto de enhada salirja por lo cual no necesita
una lógica circuital extema.
Las ca¡:acÍerístirus generales del conversor ADC0820 se rcsumen en la tabla S
que se muestra a continuación.
49
:l-¡'-i¡".ij:J;-ffiResoluciónTiempo de conversónDetección de las señales de entrada con unavariación de 100 mv/sPotencia disipadaEnor total de ajusteNo necesita reloj extemoFuente de alimentación senciilaFácil operación con miooprocesadoresSalida con latcfr tri-stateNo necesitia ajuste de ceroEntrada análoga entre 0 y Svoltios
8 bits1.5 ps
75 mwaüosEntre t% LSB y tl LSB
+5 volt¡osNo neeeita ¡nterfaz33rnw pera tsv
Tabla 5. Caracferíst¡cas del DAC08AO
En la figura 33 se muestra un diagrama de bloques d€l ADCO82O donde se
mueshan fos conversor€s flash para los cuat¡o bits mas s(¡nificaüvos y para los
cuatro bits menos significativoa.
I
OFLDB7D86DB5D84
DB3DB2DBlDBO
I cncutros o ¡r¡r
---!- l -MODO WR/RD CS io
ttlyrnld¡¿ ¡utonoro ¿rGí.¡¡sEcctoN 8t8Lt0rtc^
Letch desalida yfi-statebufiers
Figura 33. Diagrarna de bloques de|ADCOS2O
50
El diagrama de pines delADC0820 se muestra en la fgura 34.
MnDBODBlDB2DBIÍ}
WR/RDYMODE
RDINT
GND
7
20191817161514131211l0
VccNCOFLDB7D86D85D84csVrtr (+¡vrd C)
Figura 34. Diagrama de pines detADC0S20
Elfuncionamiento de cada pin es elseuiente
Mn Entrada análoga
DBO Bit 0 de salida (Tri-state)
DB1 Bit I de salida (Tri-state)
DB2 Bit 2 de salida (Tri-state)
DB3 Bit 3 de salida (Tri-state)
WR/RD Modo de escritu¡:a leciura
MODO Modo de selección de enhada (con reÉrencia a tierra o a una fuente de
coniente)
INT lndica que la conversión a finalizado y d resultado se encuentna en los
latch de salida.
Vref(+¡ Voltaje rebrenciado con una resistencia al nivel positivo de la ñ¡ente de
alimentación.
5l
Vre(-) voltaje reúerenciado on una resistencia ar niverde tiena (GND)
CS Selección del circuito integrdo
DB4 Bit 4 de salida (Tri-state)
DBs Bit 5 de salida Ori-state)
DBO Bit 6 de salida (Iri-state)
DB7 Bit 7 de salida (Iri-state)
OFL Salida desbordada (Overflortr)
2.2.8,1UTILIZACóN DEL ADCOS2O EN LA TARJETA TDAD€OO
ElADC0820 en la tarjeta TDAI>'SOO es contnolado directamente por el programa
del microcontrolador, se utilizó en el modo de escritura-lectura es decir que
convierte y pase la inbrmación al bus d€ datos de la tarjeta, pero mantiene la
inbrmacion en el latch de salida hasta que llega la nueva inbrmación, la
selección del circuito (señal de CS) se realiza a havés del dernultiplexor
74HC138, para la lectura de ta inbrmación en el ADCO820 se debe tener en
cuenta un diagnama de tiempos, en el cual se seleaiona el modo, se verifica si
se termino la conversión y se procede a leer la inbrmacfoln en los latch del
4DC0820, esto se muestra en la figura 35. Para este caso las señales de RD y
Rdy son gtsnenadas a través de la señel RD dd microcont¡olador y la señal de
WR es genenada por la señal WR del microconholador, b q¡al rps ganantiza
que s€ realice adecuadamente ta conversión en el momento qr.re se este
ejecutando.
52
DBO-DB7
Figura 35. itodo de fabaF dot ADC0820 en ta TDAD$O
En la figuna 36 se muestra la brma en que se conecto elADC0820 en la TDAD-
800. El bus del microcontrolador hace reÉrencia al bus de datos, control y
direcciones.
5.0 Voltioe deprecisión
Figura 36. illontaje y configunación d€l ADc0s20 en la trarptra TDAD€OO
Para ambos canales la disposición de los integnados es igual lo único que varia
es el rango en la entrada, Esto debido a que el ADC0g20 no acepta voftajes
MIcRocoNTRoLADo
Vcc
llode
Vtl
Vn(+)
Vr€'(-)
crd
53
negat¡vos a la entrada, por b cr¡al se diseño un circr¡ito de valor absoluto y un
detector de signo. El circuito de valor absoluto es el encargado de aplicar la
función valor absoluto a la señal de entrada y entregársela al ADC0820,
mientras gue el detector de signo le indica al microcontrolador cuando la señal
es positiva o negativa. El microcontrolador de estra furma ruede reconstruir la
señal de entrada para enviarla al puerto como se detecto a la entrada de la
tarjeta TDAI>'800.
2.2.9 CIRCUITO DE VALOR ABSOLUTO
Este circr.¡ito fue diseñado por la necesidad que se tenia de terer un canal
analógico de entrada bipolar, (-2.5v a 2.5v) ,además en el mercado nacional no
existen conversores que tengan un rango de trabajo de -V a +V .
La idea general consiste en tener un circuito que realice la función valor
absoluto a la señal de entrada, al misrno tiempo esta tnabajando el circr¡ito de
detecior de signo (se erplicara más adelante) el cr¡al le envía una señal al
microcontrolador indicando si la señal de entnada es positiva o negativa en ese
instante de tiempo. El circuito esta constituirlo básicanente por dG
amplificadores operacionales contenidos dent¡o el circt¡ito integrado TLOS4
ubicado en la tarjeta adicional conecfada a tnavés del conecÍor 526 y un
conjunto de diodos y resistencias como se muestra en la figura 37
54
10 KO 3.3l(O
t0 Ko
Salidaalmuestreador-reterúr (pin 10dol Mtf4SOB)
Figura 37. Cira¡ito de valor absoh¡to usado en la tarpta TDAD€OO
En el circuito anterior el primer operacional dua como un r€cfificador de media
onda que se asoc¡a corl un sumador brmado por el segurÉo amplifrcador
operacional. S¡ se toma la señal en el punto A puede comprobar3e gue es una
señal de media onda, que se adba al sumador junto con la señal de entrada de
manera que en su salida se obtiene una señal de onda compHa, por ésta razón
a éste circr¡ito también se le @noce con el nombre de recfifidor de onda
completra. Los diodos Df y D2 son de conmutación ráplda y se preetan para
rect¡'ficar la señal de entrda . En la figura 38 se muestra la respr¡esta a una de
las poeibles enhadas.
7
-10v
TLO84(1)t
1
TL08,t(r)t
r
55
Señal de entrade
Señal en el punto A
Señald€ salida
Figura 38. Sdtales en el cirq¡ito de valor abeoluto
El circuito de valon absoluto funciona también para serlales dibreffies a la
senoso¡dal, el circuito se probó para entracla de serlal ct¡adrada, rampa y
señales compuestas presentando un muy buen comportamiento con dicfras
señales.
56
2.2.10 CIRCUITO DETECTOR DE SIGNO
Este circuito trabaja conjuntamente con el circuito de valor absduto y es el
encargado de envhr la señal al microcontrolador indicando en que npmento la
señál es positiva o negativa. Pana este diseño se tomo el valon de cero voltios
como una rebrencia positiva, aunque en el r(¡or matemático el cero no tiere
signo. El circr¡ito se realizó utilizando el integnado LM33g gue es un comparador
de voltaie muy popular en el corercio y presenta br¡enas caracferísticas en
cuanto a velocidad de respuesta, rango de las fuentes de alimentrción y buena
detección de la señales de entrada. El circuito usado en la trarieta TDAD8$ se
muestra en la siguiente fqgura.
Entraclacanal
bipolar
Sali<la alpin1(bl
74HC138
Figura 39. Cirq¡ito detecfor & s¡gno en la hjeta TDAI)€OO
El comparador eta reÉrenciado a cero roltios a tnavés del pln 4 dd LMg3g, la
señal de entlada es la señal con la cual se alimenta el canal tipolar, como ta
alimentación del cirq.¡ito es -iOv y +l0y, la salida esta entre 0 y l0 voltios, por
122
LM3Í¡9
3
57
lo tanto se construyó un circr.¡ito recortador compuesto por el diodo y la
resistencia con lo cual la salida se fija ent¡e 0 y 5 voltios. La salkla será cero si
la señal de entrada es negativa y será I si la señal de entrada es positiva. Esta
situación se muesha en la figura 40.
Sdlalde entrade
Figura 4O. Señales del cirq¡ito de valor Ssoluto
El circr¡ito detector de signo se prob para enhadas genoidales, rampa,
cuadrada y señales compl¡estas ,para todas estas entraclas la respuesta del
circuito fue óptima .
2.3 DESCRIPCION DE LA TDAD{(XI
El diseño de la TDA[!'800 se realizó en dos gnardes @ues, d primero es el
encargado de la manipulación y habajo con la infunnración en paquetes de ocfro
bits, el segundo es el encargado de la conversón análoga digital y digitral
5t
análoga de las señales de ent¡:ada y salida de la TDAD{O0. La pinrera tarjeta
se denominara TDAD.8OG'I y en ella se enconfaÉ el microconbolador , la
interfaz prognamable (825s) , la memoria RoM y RAM , los conversores
ADC0820 y la lógica circr¡ital que ayuda a la interconexión de todos etos
elementos. La segunda tarjeta se denomina¡a TDAD€OG2 y en ella se
encontra¡:a los circuitos de vabr absoluto, el reten€dor , el muq¡treador y los
@nversores digital anábgo .
Se construyo de manera separada para que se puedan realizar pnrebas y
ajustes de manera separada, además sirve para que el etudiante pueda terer
ac@so a ¡ealizar rnodifrcaciones y observacircnes por separafu sin que ello
implk¡ue un daño total de la tari,eta. Al poseer las tarjetas independientes, se
ganantiza una fácil repanación si se llegase a rpcesitar , o(xno guía pana la
reparaciÓn del harürare se debe tener en cr¡entia toda la inbrmación contenida
en el nurneral 2.2 rJrclncr- se describen los montajes utilizados en la tarieta
TDAD'800 de manera separada, además se mostró loo diagramas de pnes y
las señales que el circr¡ito proporciona en un estado de bu€n funcionambnto. Si
el daño o modificación se debe al sofirrare del micrmntrolador se deberá
remitir al capitulo 3 de eete documento.
Las dos tadetas están interconec*adas a través de un corector de 26 pines y el
diagrama de cada ¡rin y la funcón que realiza para le TtlAD.Soo se muestra en
la tabla 6.
59
234567II1011
1213141516'|.7
18l9
212223242526
DO bit 0 del canal de s€fkta mipdtr (ntenoosigniñcativo)Dl b¡t 1 delcanal& salida t¡nipolarD2 bit2 delcsplde salida unipolarD3 bit 3 delcanal de selida unipolarDlf bit4 delcanalde salida unipolarDS bit 5 delcanalde salida unipolarDO bit6 delcanalde salkla unipolaD7 bit 7 del srel de selida unipolar (rnas signrificativo)D0 b¡t 0 del canal de salida bipolar (menos eigriñcativo)Dl b¡t 1 delcanalde salida bipolarD2 bit 2 del canal de salida tipohrD3 bit 3 delcanalde salida bipolartX bit 4 del cmal de satida bipotarD5 b¡t 5 del canal de salide bipolarDO bit 6 del canal de sal¡da bipotarD7 b¡t 7 del canal de salida bipoler (rnas signiñcativo)Signo de la señal de enfadaSeñal del 80C31 al mr¡estueador (MN4O66B)Sal¡da del retenodor ffLOS4) al pin 1 det ADC(FAOmipolaSal¡da del rdenedor ffL@4) at ¡rin I ftt ADCOSAObipolar+5vGNDLibreGNDGND
Tabla 6. Dispoeición de pines del conector S26 el cr¡al une las tarptas TDAD€OOI y TDAI¡
8oG2
La unión se realizo con un conector tipo ribon detrido a que es un conector que
ofrece una fácil conexión y desconexion , demás presenta una buena
conducción de la inbrmación sin aÉctarle o inúoducirle ru¡do alsistema.
|lharüd¡t| lutúnoma ¿c Occt¡¡rt¡stcctof¡ EtBLI0TECA
60
2.3.1 Tarjeta TDAD{0O-í
En la tarjeta TDAD-800-1 se ubico todo el hardware de manejo de la inbrmacón
convertida en bits, es aqul donde se encuentra el mbrocontrohdor, la ppl
(8255), la FI¡AM, la ROM y todos los circuitos del control del h¡s de datos y
direcciones. Los circuitos que controlan el h¡s son los l-atch T4HCgTg y son bs
encargados de aislar el bus de ocho líneas para aquetlos periffiicos que no se
esta utilizando, s€ debió diseñar de esta fufine poque elemenbs como el
DAC0808 o el DAC0800 no tienen la señal de OE (habilitador de sdida) con la
cual se puede aislar el elemento del bus de datos. En esta trar¡da trambién se
encr¡entra la conexión de entrada y salitta de la interfaz ( klentiñcado con
CON2) , además s€ encr¡entna la entrada y salida de serlales digitales
(identificado con CON1).
La tarjeta TDAD€00-1 üene unas dimensione de dkiséis centínet¡os por
catorce punto cinco centírnetros y esta alimentada por mas cinco vcÉtbs y mas
diez voltios. La alimentacón de mas cinco vottios es para toda la circr¡iteria
exceptuando los ADC0820 que se alinentan con rnas diez, esto debrtto a que el
funcionamiento optimo del circuito se encontró para estra ñ¡ente de alimentación
y para una coniente de dos mili amperios. El diagrama esquemático se muesilra
en la figura 41.
6l
Figura 41. Diqnama esquemático cb la teieta TDAD€0G1
62
La función de cada conector dentno de la tarjeta se muesfia en la tabla 7.
Ll,L2,L3
L4T1,T2,T3
JP5
JP6F1,F2,F3,F4
F6F5
coNlcoN2cot,|4
Canal 1,Canal 2. Canal 3
S€t'talización de subÍlodo de fabaio de la ta¡Xa fOnU.800DLfnea común p€re ssiblizac¡órlS€l€cc¡ón de rnodo de trabair cte la tarjeüa TDAD4OOT2 Lfnea corrn¡nTlcon T2 rnodo parcialT2 con T3 modo totalSelección de PPIJPSa con JPSb &55JPSb con JPSc &C55Reset de la tarjeta TDAD€OOSelección delperiodo de rn¡es*reoLínea cornrin para la selección de trecr¡enc¡a de mr¡estreoNo conexiónSalida y entradas digitales de la tarjeta TDAD€OOConexión a la interfazConexión a la ta¡'da TDAD€OG2Conexión al encoder
Tabla7. Oescripc¡On ds los conedores L€afu en la TDAD€0G1
La función de da elemento ya fue anar¡zada en e{ nurnefial 2.2.
2.3.2 Tarieta TDAD{00-2
En la tarieta TDAD'80O-2 se ubicó todo el harürare r€ftrente a las entrdas y
salidas anábgas, en eta tarieta está el cirq¡ito de rralor absoluto . el deúedor
de signo, el muestreador, el retenedor y los conven¡orea D/A DAcOgOo y
DAC0808.
63
La descripción de cada @mponente de la TDAD€@2 se mu€sfra en la tabla B.
U1
U2U3u4U5tc1TRPlTRP2TRP3
Circuito de valor abso[¡to y retenedor de salidaBufier para la sali& y lae enbacbs arÉlograsDetedor de signoConversor digital málogo salida mipolarConversor cligital análogo sal¡da t*¡olaMuesilreadorAjuste para valor absoh¡toAjuste para salkla r¡ripolarAuste para sali<la bipolar
Tabla 8 Ub¡cación <b cornponentes en la TDAD€0G2
En fa figura 42 * muestna el diagrama esquemátbo de la tarieta TDADsm-2
e4
Figura a2. Di4rarna esquenÉtico de la tarifa TDAD€OG2
65
2.3.3 Fuenúe de alimentación
La alimentación de la TDAD€@ se realiza a través de una t¡ente o<terna que
entrega +5v,+10v, -10v, -15v y +15v. UCfia ñ¡ente es lineal comFJesta por
reguldores d€ fac¡lconsecrrción en el mercado.
El diagnama esquematico es el nmffio en h figura 43.
67
3. SOFTWARE Y TOI}OS DE OPERACóN DE LA TT}AD{X)
Para el deandlo del soñryare de ta tarjetra se utilizo el microrrin, en este se
diseño el programa grabado en la EPROM de la TDAD.SOo orya tunci&t es el
control de los modos y subrnodos de operac¡on de la TDAD€0o. El sofr\mre de
la tarieta rcee un programa principal otya función es confrgurar la tarieta a la
operación que el usuario desee eieortar, para ello el microcont¡oldor &be
"lee/ la inbrmación de los switch del panel de conhd , en los switcñ el usuario
configuna modo de operrción de la tarietra, y velocidd de la f¡ecuencia de
muestreo, además el usuario desde el programa ubicado en el conrputador
puede configurar el submodo de trabaio ( los dibrentes subrrpdos se explicarán
mas adelante ) , elcanal de entrada o de salirJa y si desea leer o sacar un dato a
tnavés de las dibrentes opciones que posee la tarjeta.
El programa pnncipal también muesffia cofir¡ la intemrpci&r cero es laencargada de dar la señal de reset a los dibrentes ebnentos para que esbs se
inicialicen y no pr$€nten problenras en el manejo de h inbnr¡ación debido a un
dato 'basura' que se sricuentre en algún eksnonto. Dkfia s€ñal parte det
microcontrchdor hacia los demás elenrentoe de la tarirta (B2SS, htch 74HC379,
ROM y MM).eldiagrama de flujo dd programa pirrcipal se mr¡estna en la figura
4.
6t
Le€r pr.€rto rno delmicroconfolador psa ¡<tonüfrcar
submodo de fab۟)(numero(n)=0a7)
no
¡. Si Submodo sbmpeconürtbndo A/D
Modo üal
Figura 4.4. Di4rarna defruir Oet progarq¡ pnrxjpel
69
Antes de entrar al sofrn¡are se explicara los modos de opcración de la tarirta
TDAD€OO. Básbamente la tarjeta TDAD-800 pG€€ doe nrodoe de operación,
al primer modo la llamarenps rnodo total y al segurdo se llamana modo parcial.
Las señales usadas para configurar bs modos en el desarolb de la TDAD€Oo
se muestnan en la tabla 9.
Tabla 9. Señales usad6 en la TDADfl)O
3.t moDo ToTAt
El modo total es un compendio de las operaciones nrás usadas cql una tarpta
de adquisición de datoe, tales como; leer un valor anábgo o d(¡ital, sacar un
valon análogo o digitral, leer una po.s¡ci<5n con un encoder y ber o sa6ar siempre
un valor análogo o digital , se realizo de esta brma parra que el r¡¡nrio tenga a
su disposirÍón un osciloscopio de baja frecuencia , oolno una ¡¡tirt" de
adquisición de datos fácil de trabaiar. El modo total poeee "qt*os tos
cuales pasaremos a explir:arlos a continurción. ,
t¡lu.ttld¡d Autónortra de Occiint¡sEcclotl BlBLloitc^
Inicio de conversión (lniconv)
Canal de salida (Outcanal)
Fin de conversión (Finconv)
Canal de entrada (Canalentna)
Ananque la conversión en elcanalescogido
Escoger el canal de salida qu€ se va a usar
La TDAD-800 indica al comg^Éador que el dato
esta convertido y lislo para ser leído
Se selecciona elcanaldd o¡alse \ra leer un dato
70
3.r.r suBMoDo ENGoDER (SUBilODO 0)
Como su nombre lo indica es pam leer la infurmrción entr€gada únbamente por
el encoder que se ericuenfa en el laboratorio de control de la Universidad
Autónoma y que se utiliza para medir la po$ción de una varilla aoodada a un
motor de D.C . Además en este submodo tamt¡ién se prede realizar la
conversión D/A usada para conholar el voltaje del mdor D.C
El encoder pose€ dos canales de salida con los cr¡ales se determine la posic¡ón
y el sentido de g¡ro, esta es la inbrmaci5n que se debe entregar al
microcontrolador. Pa¡a determinar la pooidón se cuenta bs pulsc del en@der,
cada pulso equivale a 0.33 grados , y para saber si es a la derecfra o a la
izquierda los canales del encoder presentran un desfase enhe eltos de noventia
grados si es a la derecha y de cero grdos si es a la i4uierda. En la tarieta
TDAD-800 encontramos la entrada del üpo encoder domarcada corito canal 1 ,
canal 2 y canal 3 . El canal I de la TDAI>.SOO se debe conedar con el canalA
del encoder, el canal 2 se debe conectar con el canal B def encod€r y el canal 3
se debe conectar con la tierra (GND) del encoder. So d€be recordar gue el
encoder posee una alirnentrcion de mas diez vdtbs y merios diez voltios por
aparte de la alimentación de la TDADB@.
La figuna 45 muestna el diagrama de flujo para detenninar la pcición de h
varilla y el sentido de giro usando el encoder.
7l
Figura 45 Procaso para dEtección cte posición y sigrn ueando h TDAD€Ig y elencoder
En el proeo de deteccón de s(¡no y posición se hace F*nd" a un prooeso
izquierda y a un procsso derecfra ,estoo procesos enÚreq|t el dato posiión con
72
una referencia de derecha o izquierda dependiendo del s€nt¡do de giro. Estos
procgsos se muestna en la figura 4G.
Sacar el deto porel puerto A dd
8255
Figura 46. Proceso de ¡dentificación izquienla con elencodor
73
Sacar el dato porel puerto A del
8255
figura 47. Proceso de identificación <lerecña usane el enco<ler
La idea básica es que si esta g¡rando a la derecha so ubique en une posición de
memoria y s¡ 6ta a la izquierda en dra posicón de memoria , de esta brma el
programa monitor (creado en visual basic) @rá identificar si esta a la derecha
o a la izquierda.
74
3.1,1.I DIAGRAMA DE TIEUPOS DEL SUBTODO ENCODER
El diagrama de tiempos que rige al submodo encoder se muestra en la figura 48.
OUTCANAT Carlal f bipolar
CAt¡AtENTRA
INICONV
STROBE
FINCONV
AUXILIAR
uectuü+oet oato
T¡€rrlpo en sactr el prinnr daúo No se puede leer
Figua 48. Diagrana de tierpc del sr¡bmodo encoder (rrpdo ffiaD
La figura rios muestra qrc primero se debe sebccidpr el submodo con el
siguiente protocolo: outcanal = 0, Canalenha = 0 , Iniconv = 0, arxilier =0,
después de esto se envía el pulso se súobe , cuan& el pr.rlso €sta en el flanco
de bajada elsubmodo qr.eda enganchado.
Para empezar la lec[ura det encoder se deben seguir los s(¡uientes pasos :
a. Se debe colocar el e¡e del motor a cero grados
75
b. Seleccionar el canal de conversión D/A (si Outcanal=O =canal unipdar y si
Outcanal = I + canal bi@ar)
c. Leer fin de conversión ( si finconv=O :+ vuelva a leer y si finconv=1 + siga al
siguiente paso)
d. Enviar un grlso por iniconv
e. Leer fin de conversión ( si finconv=0 + vuelva a leer y sifinconv=l + sfga al
siguiente paso)
f. Canalentra =1
g. El dato del encoder está listo en el bus de salida de datos (grerto A del 8255)
h. Canalenta=0
i. si se desea sacar un dato por el canal D/A solo se escribe en d bus de
entrada de datos .
3.I.I.2 SOFTWARE DEL TICR@ONTROI¡DOR PARA EL
SUBTODO ENCODER
El softrare sigue las pautias del diagrama de flujo de la figura 45 , tramtién estra
incluido en el sofir¡rare que se mostrará a conünr¡ación el proceso de
identificack5n izquierda y el proceso de idenüficacion derecfra . De la funna aquf
mosbada fue corno el softrrare fue escrito en microwin, por ello aparecen punto
y comas para introducir los comentrarios de cada instn¡ccitln de operrcirh.
76
mfa0rnru
setb p1.7mov a,plinb acc.4,rnfOdr p1.7tTlov a,pljb acc.4,rnf1mov a,#O1Hmov dptr,#1800Hmou( @dptr,amov 11,#O0Hmov r2,#00Hmov r0,#O0Hmov a,rO
posiciónmov dptr,#1000Hmovx @dptr,a
(ooH)setb p1.7mov a,p3jnb acc.O,vue2
vuel rxlv a,p3jb acc.O,vuelmov r5,#00Hjnb acc.l,izqljmp der
vue2 mov a,p3jnb acc.O,vue2mov 15,#01Hjnb [email protected] ,der
Subnpdo encoder (modo total)
;puede anaricar inkrcnv
;dearfim de conversión
;sacar d/a; ptocdel 8255; escriba lo de a en pto c del 8255; reset regposant (ba¡{l); reset regposant (alta);dato de la posictuln
;r0 es el registuo donde esta el dato de la
; direccion del pto A def 8255; sacar el dato de la posicir5rr por el puertopunto inicial
; puede leer eldato;leer los canales;s¡canala=0 salta vue2; vuelva a leer los canales;siel canal a=l salte vuel; rutinas de rzq y der; sicanal b=0 (desdaamiento a la izquierda); canal b =1 (desplazami€nto ah derecfra)
; si ef canaf a=0 salte avue¡2;rutinas izq y der
mfl
l- rutina de izquierda-izq cjne r2,#03H,sig0
ljmp maysigO mov a,r1
mov r3,acjne r1,#Offrl,siglinc 12
sigl inc r1tTtov a,r1¡b acc.l,novirnov a,r3jb acc.l,novi
del
; si R2 l= I sa!üa
; Fi2 puede s€r meyor a 168H
; en R3 guardo la parte baja delregposacil
; incremente la parte alta 6 regpo€act; incrementar la parte baia del regrcaci
;si canal b=l salte a novi (rpcamOiar e{ datopto(2 grffi)) i'r.;; incrernentar el dato de la qf,*
¡
inc r0
77
sacadel
esta
'- rut¡na de6dla-der cine r1,#O0H,pros
ljmp meÍrprog mov a,r1
rnov r3,adec r1
ant mov a,r1jb acc.l,nodemov a,r3jb acc.l,node
delrO
a,pl
acc.5,node
p1.7a,r0dptr,#1000H@dpú,ap1.7
r5,#OOH,vuelvue2r2,#O0H,s¡93r1,ffif4H12,ffi3HrO,#OfdHsalir
; lea canalentra (si se prJ€de cambiar el datopto); sicanalentra=1 salte a noü(elcomputadorleyendo); no puede leer el dato; sacarel dato porel pto a del 8255
; puede leer el dato; s¡ r5=0 salte a vuel
; rcset del regpoeact (parte alta); (parte baia); r€s€t del regisüo de dato de b posición
;si la parte baja delregposad l=0 salte a pros
; guarde la parte ba¡a del regpcact; decrementar la parte baja del regposacf
;leer el canal;si canal b=0 salte a rpde (no cambiar eldatopto(2 grdos)); decrementar el dato de la pcición; lea Ganalenfra (sise ruede cambiareldatopto)
; sicanalenha=1 salte a rovi(d cornrutadorleyendo)
; no puede leer el dato; sacar el dato por el pto a dd S25S
; puede leer el dato; si r5=0 salte a vuel
mov a,p1
jb acc.S,novi
dr p1.7mov a,rOmov dptr,#l0ü)Hmovx @dptr,asetb p1.7cjne r5,#00H,vuelljmp vue2cjne 11,#Of4H,mayOmov (2,mHmov rl,#00Hmov r0,#O0Hljmp sacajnc dearljmp sigO
novi
mayclear
mayO
decsalir rnovdel
jbesta
drmovmovmovxsetbineljmpinemovmovrTrovljmp
; cargar con f4 H el regffiIÍ (parte baja); cargar con 03H el regpoil (parte alta); reset del registfo de <tat#f la posicsón
node
78
sig3 dec 12
mov 11,ffifrtlmov r3,ffiOHlimp antl.-.-fin de lec*ura con el encoder
3.1.?SUBilOOO nÁreon (suBnoDo {)
Se creo este submodo para pod€r rrrr¡lizar un muesüreo a la r¡ebcidad máxirna
del microcontrolador, evitando así los retardos prodlrc¡dc por el pr¡erto paralelo
y por el softrare para la graficación de los datos. Los datc mL€str€ados se
guardan en la RAM de la TDAD.SOO para luego ser enviados al computador. La
RAM tiene una capacidad de 32 Kbytes lo que limita muestrear una seful por un
largo tiempo, la fiecuenc¡a de muesúreo eo variada por el r¡suario entre tas
posibles d¡eciséis ftecr¡encias de muefeo, dicf¡as frecuencire &penden det
canal de muestreo, esto debido a que el programa parra cada canal es dibrente,
lo que hace que exista mas instruccioris para margar ef canal tipohr que para
manejar el canal unipolar. El máximo tiempo de mr.pstreo por d cand bipolar es
de 536 [¡s y pana el canal unipolar es de 518 ¡rs, el mínirno tbmpo de muesheo
delcanal bipolar es de 56 ¡rs y para et canal unipolar es de 38 ps. Corno se \ran
a muestrear la señal hastra que la memoria se llene (32 kbyte) se wede
calct¡lar el tiempo qr¡e se va a dernorar eri una ráfaga, se d¡ca enbrrces que el
máximo tiempo para d canal tipolares de 17.66 segulÉos mientras qr¡e pana el
canal unipolar es de 16.97 segundos . El diagranra de lluF del subrpdo ráfaga
se muestra en la figura 49.
79
Ctrguo le direccirf¡ de la RAMGreo el dato €n esa d¡rocc¡&l
CaAu€ el ddo en el puerto Adel8245 p€ra que lo lea el
Cag¡¡e h darocdón inicial de la RAMincrernerte la dirección de la RAM
cargueel dato*rd puertoAdel USsSst fincorwleq inicorw
Lectura canal y cargardirección inicialde le RA¡vt
tllrr¡¡ldrd Autó¡om¡ dr OcdlúsEcctoil 8¡BLrorEcA
Figura I f*r"
d€ nuio det er¡bnrcdo ráfaga (rnodo totat)
'#
80
g.l.2,l DIAGRAmA DE TtEtFos DEL suBtooo nÁrncn
Eldiagrama de tiempos delsubmodo ráfaga se muesüa en ra ñgura 50.
OUTCANAT
CANALENTRA
tNtcolw
STROBE
FINCONV
AUXILIAR
Canall (t¡¡pols)
Canal0 (unipola)
C€ptura latcfr (submodo)
Figura 5O. Diagrarna de tierpos del subrno<b rtragn lnroOotaal)
La erplicación d€l diagnama de tiempos es la siguiente :
1. Se selecciona el modo haciendo o¡tcanal=i, Canalenba=o, Ini:onv=0,
auxiliar=0.
2- S€ envía un pulso por la señal strobe con un ancfro de pr¡bo mínirno de 8 ps,
de esta brma el modo queda engarrchado q¡ando cae el pulso de strobe, a
partir de este momento no importa el valor que tengq putcanal.
3. Se lee fin de conversftSn (finconv). Si fin de cony;pón es igual a 0 entorpes
vuelve a leer la señat de fin de conversión y si nn{g. conversftln es (¡ual a 1
8l
entonces el programa hacs posible ber el bus de salida del puerto A del 82SS.
Este dato es la configuración de la fieo¡encia de mrcstreo seleccbnada por el
usuario en brma efema. A partir de este momento se ha selecctonee el modo
ráfaga, para leer los valores capturados en la Éfqs se deben seguir los
siguientes pasos.
a. Seleccionar el canal. Si Canalentra = I se ha seleccionado el canal tipdar y
si Canalentra = 0 se ha seleccionado elcanal unipolar.
b. S€ envía el pulso de inicio de converskln (inknnv) con arrcfro de R¡lso mínirno
de 7 ¡rs.
c. Leer fin de conversión. Si fin de conversión = 0 welva a leer y si fin de
conversión =1 siga alsiguiente paso.
d. Leer el bus de salida de datos (pr¡erto A del g2SS)
e. Se envía el pulso de inicb de conversir5n (iniconv) con ancfro de pr¡lso mínimo
de 7 ¡rs.
f- Leer el siguiente dato hasta que se lbna la rnerrloria RAM.
Para leer cualquier otra ráfaga se realizan loo mismos pasc¡ anteriores desde el
punto a, sin que importe la fiecuencia de muesúr€o seleccionada por el usr¡ario.
Sise muesfea con un periodo de muestneo muy rápido la RAM se llena rápirto y
obviarnente sucede lo conhario sise mu€strea con una frecuencia l€nta.
3.1.2.2 SOFTWARE DEL TICROCONTROTADflPARA EL
suBMoDO nÁrnae
82
El softrare sigue las pautras del diagrama de flujo de la figura 49 ,de la brma
aquí mostrada fue cnmo el sorftr¡are ñ¡e escrito en miswin, este progfama
configura la TDAILSOO para la operación ráfaga que ya fue erplieda en el
numenalanterbr.
lml movMOVX
anlmovmovx
Amov
contradorsetb
11 movjnbclr
sl movjbrnov
modo lm1 (ráfagp)
dptr,#1800Ha,@dptra,#O0Hdptr,#l000H@dph,a
14,a
p1.7a,placc.4,l1p1.7a,p1acc.4,s1dptr,#2000H
12,ffi1Hacc.S,caneldptr,#300OH
t2,ffiOH
13,dpha,r4rafaa,ffi1H14,a
15,#80H16,#OOHp3.4A,r4
; direccfth d€l púo C dd E255;leerel pto c (conf de la rtrega); rnascara para leer onfquración;dirección Éo A del 8255;sacar la configuracih por el ptodel 8255; en el registno 14 queda el
de Éf4a;puede anaricar iniconv
;cbar finconv
; Direccirfr del AD0O820(canal I )bipdar;canall
;dirección dd ADCOS2O(canalO)unipdar;canalO en reg r2 queda(O1canall)(O0 canalO)
;en rW 14 queda el contador deráfag€ (frecuenc¡a de muestreo);direccion inicial;de la Blü,;setb t3Jtol cbre et switcfr;carguú)n a d contador de-aañr¡mGtltmrD
movjbmov
mov
canel movmovjrt¿mov
rafia mov
movmov
volver setbmov
83
nK)v
fec dirafrecuencia
movel
movdrmovxmovanlmov
sencel mov
jbmou(mov
17,a
r7,frec,
dph,r3
dpl,#00Hp3.4
@dptr,aa,p3a,tt2OHl),a
a,p3acc.3,ce1a,@dptrf1,a
r2,ffi1H,frnm1r0,#20H,9n1
r1,#80H,anallfrnmla,f1b,#80Haba,#00H,sat1finm1r1,#80Hfrnml
r1,#00H,proc1ftnm1r1,#7frl,cortlultnla,flb,#7fr1aba,#O0H,max1ulbrl11,#7fr1a,#80Ha,rl
;cargue en 17 el contador demuestreo
;retardo de simulación dede muestr€o
;cargue h parte alta del dfi concanal (20 canallX3O canaF);parte baja def dptr con 00H;dear s/h (to) ab¡:a d srnitcfl;inkie la conversi&r;para leer el signo;mascara pana leer el sigrn';en rW rO queda el{¡no (20Hpos) (OOH sen neg)
;leer el dato del@nversor;en reg rl queda el dato del@nversor
gnecjne
; subn¡tina cuando la señales positiva
; subrutina cuando la señales negativa
spl cjneljmp
anall movmovdivcineljmp
satl movljmp
snl cjneljmp
procl cineljmp
cortl movmovdivcjneljmp
maxl movultnl mov
add
84
mov Í1,a ;eldabADG es convertidoentne(O0- tr )finml mov a,f1
mov dph,rS ;cargue dptr con h direcciónpr€sente
mov dpl,r6 ;de la RAMmovx @dptr,a ;grabando en la RAMinc dptrmov rS,dph ;guarde la dirección siguiente demov r6,dpl ;la RAMcjne r5,#00H,volvermov r5,#80H ;dirección inicialdemov r6,#O0H ;la RAM
retor mov dph,rs ;cargue dpf con la direcciónmov dpl,r6 ;de la RAMmovx a,@dptr ; lectura de la RAtl|inc dptrmov rS,dph ;guarde le dir€cc¡ón siguiente demov r6,dpl ;la RAMmov dptr,#1000H ;dirección del pto a del 8255movx @dptr,a ;eldato queda en pto a dd 8255setb p1.7 ; ya termino y n¡ede leer
lect mov a,p1jnb acc.4,lectclr p1.7 ;dearfinconv (rp ruede leer)
lectl mov a,pljb acc.4,lectlcjne r5,#O0H,retorljmp 11
fin de modo ráfaga
De esta furma se realiza la escritura y leciluna en la RAM para de subrnodo
ráfaga en la TDAD€OO
3.1.3 SUBmODO DE CONVERSÉN AXÁIOAO DrcffAL
(suBmoDo 3)
Como su nombre lo indica es convertir una s€rlalanáloga en un cód¡go dagitalde
ocho bits . En este modo se hace la onversión A/D de uno ff los canales
t:
85
posibles en la TDAD€OO y el resultado se leva al comp¡tedor pana que este
prooese la inbrmación. El diagrama de flujo que mueotra la operación del
submodo conversión A/D se muestra en la siguiente fqura.
Figura 51. Diagnama de fluF en el sr.ümodo de converirlrr A/D
3.1.3.1 DUIGR/Ail/A DE TlEHPos PARA EL suBrcDo
coNvERsóN A/n
El diagrama de tiempos pana el subnrcdo de convers¡ón A/D s€ nn¡estna en la
figura 52.
86
OUTCANAT
CAMLENTRA
rNrcolw
STROBE
FINCONV
AUXILLAR
Canal0 (unipolar)
Canal f (bipolr)
Captura latctr (submodo)
Figr.rra 52. Diagrana de üernpoe del sr¡bnrodo rtraga (rnodo ffial)
Los pasos que se siguen para sdecc¡onar €ste submodo son b6 siguientes:
(estos pasos hacen parte del programa del microcontroldor uticado en la
ROM)
1. Selección del submodo
a. Señal Outcanal =0
b. SeñalCanalentra =1
c. Señal iniconv =0
d. Señal auxiliar =0
esto s(¡nifica que la señal iniconv rio sB inüerte a la entrala del selecc¡onador
de rnodo, es decir que iniconv entra al seleccionador de modo tal como llego.
t7
2. Ss envía un pulso por h línea de strobe_Ka ) con un ancño de pulso
mínimo de 8 ¡rs , de etia brma el submodo qrcda engancñado, por lo cr.¡al no
importa que valor tenga la señal de Outcanal a partir de este rnomento.
3. Estando ya en el submodo de conversión A/D se puede haer la conversión
de cualquiera de los dos canales cr¡antas veces el usuario quiera. Esta
operación continua hasta q¡ando se cambie de submodo, es decir llegue al
microcontrolador la intemrpción cero . Para realizar la qrversión se realiza los
siguientes pasos :
3.a Selección delcanalde entrada.
3.b Leer la señal de fin de conversión. (si Finconv =0 wefue a leer, si Finconv
=l siga alsiguiente paso).
3.c Se envía un pulso de iniconv con un ancfio de pulso mínimo de 7 ps.
3.d Leer la s€ñal de fin de conversión. (si Finconv =0 vuelve a leer, si Finconv
=l siga alsiguiente paso).
3.e El dato convertido ya esta listo en el puerto A del 8255.
Si desea convertir otra vez se debqr realizar los mismoe pasos desd€ el punto
l.
3.1.3.2 SOFTWARE DEL MrcROCONTROLADOR PARA EL
SUBTODO CONVERSóN A/D
El softmrc srgue las pautras del diagrama de frujo de la ligura S ,de la brma
aquí moshada fue como el softr¡are fue escrito en nemónicas, por tanto
88
aparecen punto y comas para introducir los comentarios d€ cada insh¡cción de
operac¡on.
setbmovjnbclrsetbmovjbmov
mm0m0
s0
;n¡ede inkiar iniconv
;dear finconv;setb s/tt(to) dene elsrich
; dirección del ADC0820(canal 1
bipolar);canall
; dirección del ADc0820(canal0unipolar);canalO en el registro 12 queda(0fcanallX0O canal0);dear s/h (t0) abrird stvitcfl; inicie h conversfttn(canal I2000H)(canal0 30o0H)
;en r0 queü el slgno (sen pos20H)(sen neg 00H)
;lee el dato del conversor;en regbtro r1 qrcda d dato del@nvefsor
mov
caneO drmovx
ceO movjbmovxmov
cine
spo
anal0
movjbmov
fTlovanlmov
cjne r0,#20H,sn0;rutina cuando la señales poeitiva
cineljmpmovmovdivcjneümpmov
modo conversión a/
p1.7a,placc.4,m0p1.7p3.4a,p1acc.4,s0dptr,#2000H
12,[email protected],cane0dptr,#3000H
12,mH
p3.4
@dptr,a
a,p3a,#2OHr0,a
a,p3acc.3,ceOa,@dpür1,a
f2,m1H,finm0
rl,#80H,anal0ünm0a,f1b,#g0Haba,#00H,sat0finm0rl,#80Hsat0
89
ljmp ftnmO
;rutina cuando la señales rregativa
snO cineljmp
proc0 cjneljmp
cort0 movmovdivcjneljmp
maxO movultn0 mov
addmov
fnmO movmovmov)(setblimp
r1,#00H,procf)finm0r1,#7ftl,cortOultn0A,r1b,#7ft1aba,#00H,maxOultnO11,#7ft1a,#80Ha,f1f1,aa,f1dptr,#1000H@dpf,ap1.7m0
fin conversión A/ft)
El submodo 2 (submodo de conversión A/D) tiene una pequeña variación para
convertirse en el submodo de siempre convirtierdo A/D, simplemente se hace
un ddo infinito pana que siempre este conv¡rtiendo un canalde enhada análogo.
3.1.+SUBHODO ENTRADA DIG|TAL (SUBHODO 3)
Se diseño este submodo para que el usuario,pueda tener acceso a introducir al
computador un dato digital de ocño bits, de esta brma el usuario puede
conectar t¡n bus d¡gital de ocho tlits ,de un diseño proptesto , usando la TDAD-
|llürtld¡d Autonoma dc 0ccii¡bsEccloN SlBL|oTtc^
800- S¡ se desea se puede usar una sola entraf indeperdiente haciemb una
90
adaptación al sorftnnre rnonitor ubicado en el computador. En la figura 53 se
muestna el diagrama de flujo de este sr¡bmodo.
Figura 53. Diagrama <le flui<r en el sr.ómodo cte enfacla diftel
3.I.4.I DIAGRATA DE TIEHFOS DEL SUBNODO EI{TRADA
DIGITAL
El diagrama de tbmpos para el submodo entrada d¡gitel se muestra en la figuna
u.
Escribirlo en e¡l puerto A del @55
9l
OUTCAI.¡AI
CAIVALENTRA
rNtcotw
STROBE
F¡NCOTW
AUXILIAR
No importa de aq¡len adelante
Tiempo m¡srfas so Dato lido enCaptura latcfr (submodo) saca el dato por el el pr.lerto A
(bl&55
Figura 54. Diagrama de tiempos <bl sr.ünodo enfada digitrat (rnodo total)
Los pasm que se siguen para seleccionar este submodo son los sfidentes:
(estos pasos hacen parte del programa del microconfolador ubicado en la
ROM)
1. Selección del submodo haciendo Outcanal=1, Canalenha=1, Inir:onv=O
pauxiliar0
2. se envía un pulso por la señal shobe para que el subnpdo qrcde
enganchado, esto sucede cuando el pulso de shobe está en el flanco de baiada.
Para leer un dato digitral se siguen los siguientes pasos :
a. El dato e l€er debe estar listo en el pr¡erto de enha{ Jgital?i{,:
92
b. Se lee fin de conversón. Si finconv =0 vuelve a leer y si finconv=l siga al
siguiente paso.
c. Se envía un pulso por Iniconv, cql ancfro de pulso mínimo de 7 ps
d. Se lee fin de conversón. Si finconv =0 vuelve a leer y si finconv=f s{¡a al
siguiente paso.
e. El dato esta listo en el bus de salkla de datos(puerto A del 8255) para ser
enviados al computador.
3.1.4.2 SOFTWARE DEL TICR@ONTROLADOR PARA EL
SUBMODO ENTRADA DIG]TAL
El softr,rlare sigue las pautas dd diagrama de ffujo de la figura s3 ,de ta brma
aquí mostrada fue como el sofirrare fue escrito en nemónkrcs, por tanto
aparecen punto y comas para introducir los conentarios d€ da insür¡cclln de
operacft5n.
lm3l3
setbmovjnbdrmovjbmovmovxmovmou(setbljmp
; puede inkiar la conversión
; clear finconv
; dirección del So B dol 8255;lea el pto B (dato digibl); direccón del pto a del8255; escriba el dato d¡gital en el pto A;setb finconv
submodo entnada d¡gitalp1.7a,placc.4,13p1.7a,p1acc.4,s3dptr,#í400Ha,@dptrdptr,#1000H@dpt,ap1.7l3
fin de entrada
93
3.r.5 SUBMODO SALTDA DtctTAL (SUBTODO 4)
Se diseño este submodo para que el usuario pueda controlar un prooeso o un
sistema con una palabra digital de ocho bits, la salida digital se encr.¡entra a
disposición del usuario en el puerto CoNi de la TDAD€0O. En la figura 5s se
muestra eldiagrama de flujo para elsubmodo salida d¡gihl.
Figura 55. Diagnama d€ flr$o en el sr.ümodo de salkta digitral
3.I.5.I DIAGRAIIA DE TIEIIPOS DEL SUBrcDO SALIDA
DIGITAL
El diagrama de tiempos para el submodo salida digital se muestna en la figuna
56.
@nera elpuso de captra pra loeldü de salida
%
OUTCANAT
CAIVALENTR/A
rNrcolw
STROBE
FINCONV
Captura latcfr (srbrno<lo)Tiempo mienbas el tlab listo en-
dato esta listo d p¡erto Bd€l 8255
AUXILIAR
Figura 56. Diagrama de tiempoe del sr¡brnodo salida d¡gital (rrbdo tdaD
Los pasos que se s¡guen para s€leccionar este submodo son los sigrubntes:
(estos pasos hacen parte del programa del mbro@nhddor ubicado en la
ROM)
1. Selección d€l submodo haciendo Outcanal=0, Canabntra=o, Iniconv=o
auxiliarl
2. se envla un pulso por la señal strobe pafa gue el submodo quede
enganchado, esto sucede cr.¡ando el pulso de strobe esta en d flanco de bajada.
Para sacar un dato digital se siguen los siguierües pasos :
a. El dato e leer debe estar listo en el bus de entrada de datos
b. Se lee fin de conversión. Si finconv =0 vuelve a leer y si finco{v=l siga al
siguiente paso.
95
c. Se envía un pulso por In¡conv, con ancho de pulso mínirno de 7 ps
d. Se lee fin de conversón. Si finconv =0 vuelve a leer y si finconwl siga al
siguiente paso.
e. el dato esta listo en el bus de salkla digitral (CON 1) para d¡sposición del
usuario.
3.I.5.2 SOFTWARE DEL MrcROCONTROLADOR PARA EL
SUBIIODO SALIDA DIGITAL
El software s¡gue las pautas deldiagrrama de flujo de la fuura 55.
subrnodo salida digitral
frn4 setb p1.714 mov a,p1
jb aw.4,l4dr p1.7
s4 mov a,p1jnb acc.4,g4mov a,ffi2H
; puede iniciar el proceso
; clear finconv
; suba el pulso (sd)mov dptr,#1800H ; dirección del p{o c delS2SSmou( @dptr,a
8255mov a,#00Hmou( @dptr,as€tb p1.7ljmp A
;escriba b de a en el pto C del
;ba¡e el pubo (sd);escriba lo de a en el pto C (8255); setb finconv
fin de salida d¡gital
96
9.r.6 suBmoDo DE coNvERsóN DrcltAL mnloeoEste submodo fue d¡señado para que el usuarir¡ pueda sacar un vdtaje análogo
simplemente colocando el valor que el desea a la salida en el prognarna npnitor
ubicado en el computador. El usuario dispone de dos canales de sal¡da, el canal
unipolar tbne una salida de 0 vottbs a 5 voftios , y el canal bipolar tiene una
salida de -5 voltios a 5 voltios. En la figura 57 se muesba bs paeos que se
siguen para ejecutar este submodo.
Figura 57. Diagrama de flu¡o en el er.bmodo conversión d¡gibl anábgo
3.I.6.IDIAGRATA DE TIEHPOS SUBHODO DIG]TAL ENNIOCO
El diagrarna de üempos para el subrnodo salkta dbital se muestra en la figura
58.
Leer el canal ( 0 cana bipolar y 1
pera el canalunipolar)
n
OUTCAt.¡AT
CANALENTRA
rNrcorw
STROBE
FINCONV
ICaflura latcft (subnodo)
Canalbipolar
Canalunipolar
¿t'
Tr€mpo mierilras el sesaca el ddo por el
corversor D/A
AUXILIAR
Figura 58. Diagrana <b tiernpo.s del sr¡bmodo enüatla dbital (modo tdal)
Los pasos que se siguen para seleeioriar este submodo son los siguientes:
(estos pasos hacen parte del programa &l microconfolador ubicado en la
ROM)
1. Selección del submodo haciendo Or¡tcanal=1, Canabntna=o, Iniconv=o
auxiliarl
2. se envía un pulso por la señal shobe pana gue el subrnodo quede
enganchado, egto sucede cuando el pulsode strobe esta en d lanco de bajada.
Para hacer el proceso de convenión di¡itral análogo se hacen los s[uientes
pasos:
a. El dato a ser mvertido debe estar listo en el h.¡s de entrada de datos
98
b. Se selecciona el canal. Si Outcanal=O se selecciona canal unipolar y
Outcanal=1 se selecciona elcanal bipolar.
c. Leer fin de conversión. Si finconv=O vuelve a leer y si finconv=l sign
siguiente paso.
d. Enviar el pulso de inicio de conversión, con ancho mínimo de 7 ps.
e. Leer fin de conversión. Si finconv=0 vuelve a leer y si finconv=l ya se realizo
la conversión.
al
3.1.6.2 SOFTWARF, DEL
SUBMODO CONVERSóN
TICROCONTROI.AT}OR PARA EL
DtctrAL enÁloeo
El sofiware sigue las pautas del diagnama de flujo de la fuuna 57.
t
lm5l5
8255
setbmovjbclrmovjnbmovlTtovmovx
movmovx
setbljmp
modo conversión d/a
p1.7a,p1acc.4,15p1.7a,p1acc.4,s5a,#OlHdprtr,#1800H
@dptr,a
a,#O0H
@dptr,a
p1.7t5
ss
; pude inkiar la converekrn
; dear finconv
; suba el g.rlso (pnlso d/a); direccilln del prto C &l S255;escriba lo de a en el flo C del
;baie el pubo (pulso d/a);escriba lo de A en el pto C del
; sgf firrconv
8255
99
3.1.7 SUBTODO SIETPRE GONVIRTIENDO NXÁIOEO UGITAL
Se diseño este submodo para poder tener una imagen de la señal que se esta
muestreando continuamente , es decir el usuario tiene un osciloecop¡o de baia
ftecuencia pero de fácil manipulación de las señales. En la figura 59 se muesba
el diagrama de flujo usado para realizar este submodo.
Carger el dato en el 8255
Set fin de conversión
Figura 59. Diagrama de fl$) en el sr¡bnrodo de siempre convirtiendo análoge - d¡gitral
La salida de este proceso es por la intemrpcion generada desd€ el programa
monitor (lNT 0).
3.t.6.1 D|AGRAmA DE TtEtpOS DEf SUB*|ODO StEtpRE
drrrld¡d Autónoma tte Octid¡rüsECCtoN BlBLlorf.cA
Leerelstalde enüada
GONVIRTIENDO AilÁLOGO DIGITAL
100
El diagrama de tiempos para el submodo conversión anábgo digital se mu€sffa
en la fuuna 60.
OUTCAI{AL
CAI.¡ALENTRA
tNtcot¡v
STROBE
FtNCOtS/
ICaptura latcfr (u.ürnodo)
<|---J
Tiernpo de siempreconvirtiendoA/D
AUx|LIAR
Figura 6O. Diagrama de tiernpos delsr.ümodo siernpre conürtbndoA/t)
Los pasos que se s¡guen para seleccionar esb submodo son los s(¡ulentes:
(estos pasos hacen parte del programa del m¡crooont¡ddor ubi:ado en la
ROM)
1. Selección delsubmodo con Outcanaf=O, Canalentna=í, Iniconv=0 auiliarl2. se envía un pulso por la señal strobe para que er submodo qr.ede
enganchado, esto sucede cuando el pulso de strobe estra en elflanco de baiada.
Para sacar un dato digital se siguen bs sBuientes pasos :
a. seleccionar el canal de entrada. Si Canalentna=l se selecc¡ono el canal
bipolar y si Canalentra =0 se seleccionod p"nal unipolar.I]T
l0l
b. Se lee fin de conversión. Si finconv =0 vuelve a leer y si finconv=1 sign al
siguiente paso.
c. Se envía un pulso por Iniconv, con ancfio de pulso míninp de 4 ps
d. S€ lee fin de conversión.'S¡ finconv =l vuelve a leer y si firrconv=O siga al
siguiente paso.
e. Hacer Outcanal =1
f . El dato convertido esta listo en el puerto A del 8255.
g. Hacer Outcanal =0
i. Para realizar de nuevo la conversión se regresa al punto a.
3.I.6.2 SOFTWARE DEL TICROCONTRO1áDOR PARA EL
SUBMODO SIEHPRE CONVIRTIENDO ENAIOCO DG]TAL
El softu¡arc s¡gue las pautas deldiagnama de llujo & la frguna 59.
t modo sbmpre conürtiendo a/
fm6 setb p1.7 ;puede iniciar iniconv16 mov a,pl
jb acc.4,l6setb p1.7 ;setb finconvsetb p3.4 ;setb s/h(to) ciene el $nitcfl
sO mov a,pljnb acc.4,s6mov dptr,#2000H ;direccón delADCOg2O(canall
bipolar)mov r2,ffi1H ;canalljb acc.5,cane6mov dptr,#3000H ;dirección del ADcOs20(canalO
unipolar)
102
cane6 movregre mov
clrmovx
ce6 movjbmovxmov
mov a,p3anf a,#2AHmov rO,a
13,dphdph,13p3.4
@dptr,a
a,p3acc.3,ce6a,@dptr11,a
f2,ffi1H,ftnm6rO,#20H,sno
gfiecjne
mov rz,mH ;canal0 en elrWistro r2 queda(O1canall)((X) canal0)
;clear s/h (t0) abir el swihfl;inicie la conversiór (canall2000H)(canal0 3mOH)
;en r0 queda elsigno (sen pos2OH)(sen neg 00H)
;lee eldato dd convercor;en reg r1 queda eldato dd@nveñ¡or
;sioutcanal=1 sdte a finm6;setb finwrv (no ruede leer el
sp6 cjneljmp
anal6 movmovdiv
;rutina cr.¡ando la señales positiva
r1,#80H,anal6finmGg,r1
b,#goHab
cjne a,#00H,sat6ljmp fnrn6
sat6 rnov r1,#80Hljmp frnm6
;rutina cuando señales negativasn6 cjne rl,#O0H,proc6
ljmp ftnmoproc6 cjne
ljmpcort6 mov
movdivljmp
max6 movultn6 mov
addmov
frnm6 movjbsetb
dato)
r1,#7frl,cort6ultn6a,¡1b,#7fr1abultn611,#7ft1a,#80Ha,Í1f1,aa,p1acc.6,frnm6p1.7
mov a,r1
103
mov dptr,#1000H ;dirección del püo a del8255movx @dptr,adr p1.7 ;dear firrconv (r¡¡ pu€de leer el
dato del 8255)setb p3.4 ;seüb s/tr (to)ciene el switcflljmp regre
fin de siempre convirtiend
3.1.8 SUBÍU|ODO StEmpRE CONVTRTTENDO DtctrAL ANÁIOCO
(suBmoDo 7)
Este modo fu€ d¡señado para que el usuario pueda tener un pequeño generador
de señales o pueda tener la pibilklad de crear una señal a su gusto pana
alimentar un sistema. En este submodo siempre se esta realizando una
conversión d¡gital análoga por oralquiaa de los dos canales de salida
disponibles, canal unipolar de 0 vottic a 5 voltios y d canal tipolar de -5 voltios
a Svoftios. En la figura 61 se muest¡ra el diagrama de flujo ut¡lizado para realizar
este subnpdo.
104
Set F¡lso al conrrssor D/A
Figura 61. Diagrarna de flujo en el sLürnodo siempre convirtierÉo dbitel aná5gg
La salida de este proceso es por la intemrpcitfr gpnerada des& el programa
monitor (lNT 0).
3.I.8.I DIAGRATA DE TIETPOS DEL SUBrcDO SIEHPRE
CONVIRTIENDO DIG]TAL ANÁLOGO
El diagrama de tiempos para el subnpdo siempre convirtiendo digitral anábgCI
digital slpuestna en la fuuna 62.
105
OUTCAI.|AT
CAI{ALENTRA
lNtcol.¡v
STROBE
FtNCOi.¡V
AUXILIAR
Figura 62. Diagrama de tiempos del subrnodo siernpre corwÍtien<b D/A
Los pasos que se siguen para sdeccioriar este subrrpdo son los siguiente :
(estos pasos hacen parte del programa del microcontrclador ut¡Écado en la
ROM)
1. Selección del submodo haciendo Outcanal=í, Canabnba=l, lnbonv=0
euxiliapl
2. se envía un pulso por la señal strobe para que el submodo quede
enganchado, esto sucede cuando el pulso de shobe esta en elllanco de baiada.
Pana sacar un dato digital se siguen los s(¡uientes pasos :
a. El dato ha ser convertido debe estiar listo en el bus de entrda de datos.
b. Seleccionar el canal. Si Outcan$p se seleccionó el canal unipolar y si
tle aquf en adelante rp irÉeresa
tle aquf m adelsrte no inter€Ga
¿Captura latctr (suimodo)
Outcanal=1 se seleccionó elcanal
106
c. Se lee fin de conversión. S¡ finconv =0 vuelve a leer y si firrconv=1 siga al
siguiente paso.
d. Se envía un pulso por lniconv, oon ancho de pulso mlnimo de 4 ps
e. para una nueva conversión se cobca el nuevo dato en el h¡s de enhada &date y se repite desde el paso a.
3.1.8.2 SOFTWARE DEL HICROCONTROLADOR PARA EL
SU BTIODO S I EMPRE CONVIRTIENDO DIG ]TAL AMALOGO
El soft'nnre sigue las pautras del diagnama de fluio de la figura 6f , la brma aquí
mostrada fue como el sorftrare fue escrito en nemónicos, por tranto apareoen
punto y comas para introducir los comentarbs de cada instn¡ccftfr de operacion.
modo siempre conversión d/at
lm717
setbmovjbdrrTK)v
movmovrTtovx
setbfjmp da7
p1.7a,plae-4,17p',.7a,p1a,ffi1Hdpú,#l800H@dptr,a
p1.7
s7
; puede iniciar b conversitln
; dear finconv
; suba el ¡rlso (n¡lso d/a); diruion del pto C del 8255;escriba lo de a en el pto G del
; setb finconv8255
da7fin de conversión d/
Básicamente lo qrre se ^? Bs repetir fo q¡¡e ya esta escrito pana el subrnodo
cin@, esto siempre oorre has¡a que se presente la intemrpción cero (que se
expl icará posteriormente).
107
3.2 iIODO PARCIAL
En ef modo parcial la tarieta opera con el sorftrmre cr€do en et pro¡@o disprfro
e implementación de un pt9grama dttffifrn pan el qrrtd de prooesos usndo
técnicas drlt¡sas, a.rya función principal es controlar un proceso.
Para este modo existen suhnodos de operxiiin que rueden ser usados por los
diseñadores del proyecto diseño e implementación de un programa didáctio
para el control de procesos usando técnicas difusas.
3.2.1 SUBHODO DE OPERACIÓN CONVERSOR ANÁLOGO
DIG]TAL
Este submodo configura la tarjetra para convertir una señal análoga eri un cod¡W
de ocho bils , se pueden seleccionar el canal de enhada uni@ar (0v a 5v) o el
canal de entrads bipolar (+2.5v a -2.5v). La idea de este submodo es la de
poder tener un sonsor de posición que envíe h inbrmackin en los nangos de
entrada de la tafeta para que el prognama ubeue la pq¡rtjer de la tarpta y
pueda enviar la señal de control, tamUén sirrre pana onüohr dibrentes
proclsos que tengan sensores que brinden el rango de enbada de la tarjeta,
como por ejemplo un control de velocidad. El usuarb de la TDADSOO
selecciona este submodo desde el programa pnncipal y colocando el bit mas
alto de n recueri de ráfagn , estia situación se muestra en la figura 63.
l0t
Figura 63. Diagrama general ptra escoger enfe subrnodo enco&r y sl.ümodo corn€rsión A/t)
Al mismo tiempo que se efucfúa una conversión A/D el prognama envía una
señal de control hacia d elemento a cont¡olar. El programa d¡scñádo en el
proyecto'di.sl9,ño e implementación de un Ho{lrama didádi@ pa¡B et antrot de
procesos usndo t&nicas drñ¡sas" mareia h tarjeta de bl brma que ella
convierta el dato solo cuando el prognema se b pida, para esto el programa
sigue los siguientes pasos :
r. se cdoca eldato a convertir D/A en el bus de conversión D/A
2. Se escoge el canal (unipolar o bipolar)
3. Se envía el pulso de inicio & conversión
4. Se r€coge eldato leído y se procesa
En la figura O4 se muestra el diagrama de flujo usado pana realizar el sr.lbmodo
de conversión Afr q el modo parcial.vr
l(D
Cargar el dato en el pr¡erto A del SAS5
Figwa 84. Diagrama cle flup en el sr¡bnodo conr¡ersi{tn análoge frital (rnodo p*cial)
3.2.1.1 DhGRAü|A DE TIEHPOS SUB¡|ODO DE CO}ÍVERSil5N
A'D EN TIODO PARGIAL
El diagrama de üempos para el submodo converskln análogro d¡gital para rnodo
parcial se muestra en la figuna 65.
l¡lrrrdd¡<l Artúnom¡ dc Occlt¡rtrsEccroN 8l8Lr0TECA
ll0
Canalbipolar
OUTCAI.¡AT
CATTIATENTRA
tNrcotw
STROBE
FINCONV
AUXILIAR
CandmipolarCanalbipolarCstalunipolar
Figura 65. Diagnama de tiempos c|el sr¡bmodo conversktn A/t) rnodo padd
Para realizar el proceso de conversirin A/D se realizan loo siguientes p€s6 :
1. Seleccionar el canal A/D de entrada
2. Enviar el pulso de inicir¡ de conversión con un ancfio de rulso mlnirno de 7 ps
3. Leer fin de conversión. Si finconv=0 vuelve a leer y si finconv=i siga al
siguiente paso
4. Eldato leído se encuentna listo en el bus de salida de datos.
Para enviar la señal de control se realizan los siguientes pasos :
a. Colocar el dato a convertir en el h¡s de entrada de datoe.
b. S€leccionar el I de conversión D/A de salkta que se usara
lll
c. Enviar un pulso por la señal strobe con un ancfio de ¡rlso mínimo de
nanos€gundos
d. El dato esta a la salida del conversor D/A
3.2.1.2 SOFTWARE DEL MTROCONTROIADOR PAIVI EL
SUBTIODO DE CONVERSóil A/D EN EL rcDO PARCIAL
El softrare sigue las pautas del diagrama de llujo de la figura 64 ,de la furma
aquí moshada fue como el software fue escrito en microurin por ello aparccen
punto y corn4¡ para introducir los comentarios de cada instn¡cción de @eración.
;puede iniciar inbonv
;dear finconv;setb s/tr(to) c¡ere el swkfl
modo parcialsubmodo conversión ald -mmO setb p1.7
m0 mov a,pljnb acc.4,mOclr p1.Tsetb p3.4
s0 mov a,pijb acc.4,sO
rnov r2,ffiOH
caneO dr pg.4movx @dpilr,a
mov a,p3anl a,f2oHmov rO,a
ceO mov a,p3jb acc.3,ceo
mov dptr,#2000H ;dirección delADcog2O(canall
mov r2,ffi1Hbipolar);canalljb acc.S,cane0
mov dptr,#3000H ;direccitfr del ADcog20(canalOunipolar)
;canalO en regisúo 12 queda(O1canall)(O0 canal0);clear s/h (t0) abrir el switch; inicb la conversk5n(canal I2000H)(canal0 3000H)
;en r0 queda elsigno (sen pos20H)(sen neg 00H)
tt2
a,@dptrÍ1,a
t2,ffi1H,finm0rO,#20H,snO
;rutina cuando la señales positiva
;lee eldato del cor¡versor;efl registro r1 queda eldato delconversor
MOVX
mov
cjnecjne
;rutina cuando señales negativa
spO cjneljmp
analO movmovdivcjneljmp
satO rnovljmp
snO cineljmp
proc0 cineljmp
cortO mov
frnm0
movdivcineljmpmovmovaddmovmovmov
rl,#80H,analOftnm0a,f1b,#80Haba,#O0H,sat0ftnm0r1,#80Hfrnm0
maxOultn0
r1,ffiOH,prcc0finm0r1,#7ftl,cort0ultnOa,r1b,#7fl{aba,#00H,max0ultnO¡1,#7ft1a,ffiOHa,f111,aa,11dptr,#f 000H@dptr,ap1.7m0
movxsetbljmp
l#n submodo conversión A/D rpdo oarcia4
3.2.2 SUBTODO ENCODER EN TODO PARCIAL
Básicamente estT submodo es igual al submodo encoder en rnodo tdal, laI
diferencia es qu{ se puede hacer conversión D/A al mismo tiempo, esto pana
ll3
facilitar el control del sistema. El diagrama de flujo es prffir:arnente el mismo
solo varia cuando se habilita la entrada de un dato digital para s€r @rivertido por
el canal de salida. Eldiagrrama de flup se muesüa en ra figura 66.
3.2.2.1 DIAGRAXIA DE TIEHFOS DEL SUBTODO ENCODER EN
TIODO PARCIAL
El diagrama de tiempos se muestra en ta fEura 67. Para la prinera bctura se
realizan los siguientes pasos :
1. Enviar el pulso de inkio de conversión con un ancho de p,rlso mínimo de 7
ps
2' Leer fin de conversión. Si finconv=O vuelva a leer y si finconv=i s{¡a al
siguiente paso.
l14
Enviar el dato al conversor D/a
Figrura 66. Subnrodo encod€r para el modo parcial
115
3. Hacer Canalentra=1
4. El dato esta listo en el bus de salida de datos (puerto A der g2s5)
5. Hrer Canalentra =0
Cand bipc¡lrOUTCANAL
CAMLENTRA
Cstalmipolar
tNrcorw
STROBE
FINCONV
AUXILIAR
Se pl¡e<le leer( al rl'+n t
Captr.ra l€tch delfl/A calecninnarln
Figura 67. Diagrama de tiempos clel s¡.ffio connersión A/f) fnodo psdd
Para realizar una conversir5n D/A la TDAD€@ realiza los sig¡ubntes pasc¡ :
a. Se coloca el dato a convertir en el bus de entra<ta de datos
b. S€lecc¡onar el canal de salida D/A
c. Enviar el pulso de strobe con un ancho de pulso mínirno de nanooegundos ,
con elflanco de bajada queda ergarrcfra{o eldato en ef latch.
116
3.2.2.2 SOFTWARE DEL MGROCONTROLADOR PARA EL
SUBTODO ENCODER EN EL il|ODO PARCIAL
El softmare sigue las pautas deldiagrama de lluio de h figum 66.
mfaO setbm0 mov
jnbclr
mfl movjbmov
dato
rTtov
movxmovmovmovmov
;puede anancar ir$conv
;dear fin de conversl&l
;sacar d/a; pto c del 8255; escriba lo de a en pto c del 8255; reset regpooant (ba¡a);(alta);dato de la pc¡¡dór";r0 es el registro dord€ esta elde la posición
; direccirlri del Éo A del 8255; secar el dato de la pq¡¡ción por
puerto (OOH) punto inicial; puede leereldato;leer los canales;sicanala=0 salta vue2; vuelva a leer los canales;si el canal a=l salte vuel; rutinas de izq y der;sicanal b=O (desplazamiento aizquierda); canal b =1 (desphzamiento a laderecha)
; si el canala=0 salte a vue2;rutinas izqubrda y derecfra
movmou(
elsetbIT¡OV
jnbvuel mov
jbmovjnb
laljmp
vue2 movjnbmovjnb
Submodo encoderen modo parcia#
pl.7a,p1acc.4,mOp1.7a,p1acc.4,mf1a,#01Hdptr,#1800H@dptr,arl,#00H12,ffiOHrO,#00Ha,l)
dptr,#l000H@dptr,a
p1.7a,p3acc.0,vue2a,p3acc.0,welr5,#00Hacc.l,izq
der
a,p3acc.0,vue2r5,#01Hacc.l,der
i- rutina de izquierd
r
lt7
izq cjneljmp
slgO movmov
cjneinc
'- ¡rJtina derecha-
;si R2 != I salta;R2 puede ser rnayor a 168H
;en R3 guardo la parte baja delregpcad
;incremente h parte alta delr€gpostrt
;incrementrar la parte baja delregposact
;si canal ts1 salte a noü (nocambiar el dato del pto(2
;incrementar d dato de la
;lea Canalentra (si se puedecambiar eldato del pto);sicanalentra=l salte a novi(e{computador esta leyendo);no puede leer el dato;sacar el dato por el pto a del
; puede leer el dato; si r5=0 salte a vuel
;reset del rogposact (parte afta);(parte baj€¡)
;reset del regisho de dato do laposición
;si la parte baja dd regposact t=0saf,te a pros
;guarde la parte baia del
;decrementar la parte baja delregposact
sigl inc
movjbmovjb
grados))inc
posiciónsaca mov
jb
drmov
8255
12,#03H,sigOmaya,f113,a
r1,#0ffil,sig112
r1
a,r1acc.l,novia,13acc.l,noú
r0
a,p1
acc.S,novi
p1.7a,ro
dptr,#l000H@dptr,ap1.7r5,#00H,vue1vue2r1,#0f4H,mayO12,ffiOH11,#00Hr0,#O0H
rl,#00H,prcs
a,r113,a
r1
a,ri
novl
mayclear
ljmp sacamayO jnc clear
ljmp sigO
movmovxsetbcjneljmpcjnemovITIOV
mov
der cine
pros movmov
regposactdec
ll8
jbmovjb
decposiciónsalir mov
jb
clrmov
8255movmovxsetb
node cjneljmp
men cjnemov
(partemov
(partemov
ljmpsig3 dec
movmovljmp
acc.l,nodea,f3acc.l,node
t)
a,p1
acc.5,node
p1.7a,r0
dptr,#í000H@dptr,ap1.7
r5,#O0H,vue1vue2r2,#O0H,sig3rl,#Of4H
r2,#O3H
r0,#OfdH
;leer el canal;si canal F0 salte a rrcde (nocambiar el dato del ptd2 gnados)); decrementar eldato de la
;lea Ganalenüa (si se ru€d€cambiar el dato dd pto);si canalentra=l salte a rnvi(elcomputador esta leyendo);no puede leer eldato;sacar el dato por el pto a del
;puede leer el dato;si r5=0 salte a vuel
;cargar con f4 H el regposactbaia)
;cargar con 03H el regposdalta);reset del registro de dato de laposkión
salir12
r1,#0ffr113,#00Hant'- fin de lectura con elen
3.3 SOFTWARE PRINGIPAL
El sofluare principal hace rebrencia al llamambnto inidal del softrrare del
microcont¡oldor, la selección de rnodc y la interrupdón cero (generada por el
usuario), todo para configurar adect¡adanpnte d hardrvare para las furrciones
que debe realizar. A continuación se muesha la parte principal del programa
ubicado en la ROM.
119
orgma¡n ljmp
orgljmp
0000Hconf0003Hint
org 0030Hp1.7r0,sp
@rO,#O0Hr0
@rO,#50H
rutina de interupción int0
int drmov
pointermovdecmovreti
;todavía rxl arangue iniconv;cargar el m.¡mulador con el stack
;deshabilitar todas las intem¡pciones;conf del 8255 (pto a,c0-c3 son salida)b.ú+,7 son de enhada); dirección de cor¡bol del8255; escriba la palabra de contrc¡l en el
;dear de finconv;setb s/h (c*ere d $/tcñ del 4(F6);intem¡pción porflarrco de bajada;prioridad de intem¡pción normal;habilito sdo la intemrpción O(¡nto);reset de:;sd (salkJa d¡g¡tal);pulso d/a(pulso del conv d/a);lee el pto p1 del80c31;modo Parcial;mascara para ber d rrpdo;ráfaga
;conv a/d
;entnada digital
;salida dbital
;conv d/a
;siempre convirtbndo
n de rutina
inicialización y seleccion de
conf
(pto
8255
contl
cont2
cont3
movmovx
modo movmov
ie,#O0Ha,#8aH
dptr,#1c00H@dptr,a
p1.7p3.4tcon,ffilHip,ffiOHie,#81Ha,#O0Hdptr,#18(DH@dpf,aa,[email protected],mmca,ffi7Ha,ffilH,contllmla,ffi2H,cp¡nl2mm0a,#03H,cont3lm3a,fllrmnt4
efffl,6s¡f$Ü-j¡¡-
|.DH,contOÚ
movmov
clrsetbmovmovmov
movxmovjnbanlcjneljmpcjneljmpcineljmpineljmp
cont4ljmp
cont5
ll:¿cjne
lm5cjne
lffid¡tl A¡túrprm d! Ocdtms[cctor{ 8t8LtoTEc¡
r20
ljmp lm6cont0 cjne a,#0OH,cont7 ;encoder
ljmp mfaOcontT cjne a,#07H,modo
[mp lm7
fin de inicializacif¡
De aquí en adelante se ubican y llaman las dibrentes subrutinas npotradas
anteriormente.
121
4. SOFTWARE DE HA]{E.'O DE I.A TARJETADE ADQUISrcóN DE DATOS TDAD - 8(XI
Como complemento al trabajo especifrco para to cr¡al se d¡seño la tarieta de
adquisición de datos, se desanollo una aplicación gráfica Épida y sencilh,
@pe de man$ar todas las funciones que tiene ditfra tarida. Es pgr esto que
este capitulo describe y erplica el manejo de la ¡nterfaz gráfrca para que de
esta brma se aproveche al máxirno todas las bondades que brinda el harü¡r¡are
diseñado. Cabe adarar que corno el prograrna esta diseñdo bap amtriente
\Mndous , el acceso a todas hs ordenes se hace por medb de un d¡c del
Mouse.
4.1 Entorno de desamollo del softwarc
El sofinare provee al usuario varias henamientas pana faslitar el maneio de
todas las funciones de la tarjetra @rno son: despliegue grdco de loe datos
adquiridos, ct¡ñ¡or, base de tiempo (representa la escda de la gráfica ), ecf.
Cuando se arranca el programa se puede rrer lo s(¡uiente :
t2l
Figura 68: Ventana inicial
En esta interfiaz se disünguen dos ventanas principales :
o Ventana & presentacián. Visualiza el nombre del programa como también
los nombres de los creadores y además dos botones cuyas conespondientes
ordenes son :
122
Visualizar información general sobre el programa.
c Ventarn prirrcipl. Msualiza todas las heramientas
aprovechar las funciones de la tarjeta.
neceaanas para
4.2 Entorno o ventana principal
Como se dijo, esta es la interfaz gráfica del programa desde la cual se accede a
cada una de las funciones de la tarjeta.
123
En esta interhz se distinguen los elementos siguientes :
4.2.1 furra de menÚs, Visualiza las ordenes gue el usuario utiliza para
ejecutar las distintas funciones de la tarjeta.
Figura 70 : Barra de Menús y Herramientas
En esta bana de menús podemos ver :
4.2.1.1. Menú archivo. Visualiza las ordenes básicas para la configuración
de la dirección del puerto paralelo al cual esta conectado la tari¡ta TDAD800, ast
como la orden de salir.
Puerto: Permite configurar la dirección del puerto paralelo en el cual es6
conectado la tarjeta de adquisición de datos.
Salir : Permite salir de la aplicación y regresar a Windows.
4.2.1.2. Menú Grallcar,' Este menú visualiza las ordenes parfl el manejo
de la gráfica de los datos adquiridos por la tarjeta.
124
Gráficar: Al seleccionar esta opción los datos adquiridos son graficados, de
forma continua o por "pantallas", en el osciloscopio virtual .
Detener : Detiene el despliegue gráfico de los datos.
4.2.1.3. Menu Modo,' Este menú visualiza los distintos modos de operación
de la tarjeta, los cuales son :
Encoder: En este modo se puede hacer la lectuna del encoder de la posición
en que se encuentra el eje del motor. El programa brinda la posibilidad de hacer
una lectura paso - paso o de forma continua. La ventana de este modo es :
Figura 71 : Ventana para lectura del Encoder
Conv AID: Como su nombre lo indica, hace referencia a la conversión
análoga digital. En este modo se puede escoger el canal análogo que se desee
(Canal 0 -unipolar o Canal 1 - bipolar) y leer el datq Sue se encuentra en el. El
125
programa brinda la posibilidad de hacer una lectura pa$o a paso o de forma
continua. La ventana de este modo es :
Figura 72 :Ventana para lectura análoga
Conv D/A: Como su nombre lo indica, hace referencia a la conversión digital -
análoga. En este modo se puede sacar un voltaje por el canal 0 ( 0 a 5 volt )
con incrementos de 20 mvolt, o por el canal f ( -5 a 5 volt. ) con incrementos de
40 mvolt. La ventana de este modo es :
r26
Figura 73 : Ventana para sacar un rrcltaje
Entrada digital : En este modo se tiene la oportunidad de leer, por medio de la
tarjeta , un dato digital de 8 bits. El programa brinda la posibilidad de hacer una
lectura en formato decimal (0 a 2s5 ), hexadecimal (00 a FF) u octal (0 a
37n. La ventana de este modo es :
Figura 74 : Ventana para lectura digital
salida digital : En este modo se puede sacar por medio de la tarjeta
digitalde I bits en formato decimal ( 0 a 2ss ), hexadecimal ( 00 a FF )
O a377 ). La ventana de este modo es :
t27
un dato
u octal (
Figura 75 : Ventana para sacar dato digital
La ventana para el modo que seguidamenb se tratara es la mosfiada en la figura
59.
4-2.1-4 Menu Ráfaga. Este modo se creo con la idea de poder obsen¡ar una
señal durante determinado tiempo dependiendo de la frecuencia con que se
este muestreando. La frecuencia de muestreo se establece con el Dip Switch en
la tarjeta de adquisición de datos.
Inicio: cuando se da Ff[p " esta opcion aparece una ventana que da la
posibifidad de escoger et6nat por donde se va hacer la ráfaga.Luego apareceü
128
otra ventana que indica eltiempo que se debe esperar para que la tarjeta haga el
muestreo.
Esta nueva ventana tiene un pequeño menú llamado Run el cualüene una orden
inicio que da comienzo al muestreo de la señal de entrada. La ventana es :
Figura 76 : Ventana de inicio de Ráfaga
Leer: Da la orden de enüada de datos desde la RAM de la tarieta El usuario
puede leer la cantidad de datos que desee. Después de activar esta orden el
usuario debe establecer los parámefos gráficos, "base de tiempo" y "rango de
voltaje" para que se produzca el despliegue gráfico de los datos en la pantalla
del osciloscopio virtual. Cuando se presiona el botón de "graficaf aparece una
ventana que da la posibilidad de escoger la manera como se quiere hacer la
gráfica, ya sea de forma continua o por pantallas.
129
4.2.1.5. Menú Continuo ND : En este modo la tarjeta esta haciendo
continuamente conversión análoga - digital, es decir sirve como osciloscopio
virtual para poder ver y analizar señales de enbada de bajo voltaje. Este modo se
activa con la orden ínicio. Cuando se da clic en esta orden aparece la siguiente
ventana :
Figura 77 : Ventana Modo Continuo A / D
Autónom¡ dc OccllnhsEcctoN 8t8UoTEcA
Esta ventana üene un pequeño menú llamado Run,;le da la orden de inicio al
despliegue gráfico de la señal de entrada. J
130
4.2.1.6. Menu conünuo D/A.En este modo la tarjeta esta haciendo
continuamente conversión digital - análoga, es decir el usuario puede con un
vector cuyos elementos son valores de voltaie generar su propia señal. Este
vector es el generado en el modo ráfaga.
Este modo se activa con la orden lnício.
4.2.1.7 ' Menu awda.Este menú da información general sobre el manejo del
programa.
4.2.2. Barra de henamlent*. Agiliza la ejecución de algunas ordenes
de la barra de menús.
lH# Configura la dirección del puerto paralelo en el cual esta conectada la
tarjeta.
ffil 1"" los datos de la RAM de la tarjeta para el modo de ráfiaga.
;-:¡:li
=# Hace la gráfica de los datos obtenidos en la lectura de ra RAM.
ifft o"o"ne la gráfic:¡ que se esta desplegando en la gantafla delosciloscopio
virtual.
l3l
ffi Ayuda sobre el programa.
4.3. Librería o DLL's
Debido a que Visual Basic ( lenguaie de programación en el cual se desarrollo la
aplicación ) no tiene la funcionalidad de trabajar con los puertos del computador
y puesto que la tarjeta esta conectada al paralelo, se tuvo que recunir a la ayuda
del lenguaje C++ para crear una librerfa, llamada 'tardidl.l¡b' , con la cual el
usuario puede hacer su propio programa en C++, y una DLL llamada .
tdad800.dll ', necesaria para la aplicación hecha en visual basic, las cuales
agrupan todas las funciones creadas para el maneio de la tarjeta de adquisición
de datos.
4.3.1. Modo Parcial.
como ya sabemos la tarjeta funciona b$o 2 modos generales, et total y e!
parcial. Ahora nos disponemos a explicar las funciones pertenecientes a la DLL,
con las cuales trabaja el mú prcial. Antes cabe recordar que en este modo no
hay necesidad de resetear la tarjeta, solo debe inicializarse ( cargar los
convercores D/A con 0 voltios ) .
La función que inicializa la tarjeta es la siguiente :
r32
4.3.1.1. Funciún arrcngue ( void ).
Esta función esta declarada como una rutina üpo voW , es decir no devuelve
ningún dato. No recibe ningún parámetro. como se düo, inicializa los
conversores DIA a 0 voltios.
Su sintaxis es : Ej.
arranque ( )
4.3.1.2. Función conyadmt ( int).
Se utiliza en el modo Gonv A/[). Esta función esta declarada como una rutina
tipo float, es decir devuelve un dato que es la medición en voltios del canal
escogido. Recibe oomo parámefo un dato entero ( en nuesüo caso, canal) ,cuyo
valor puede ser:
0 para canal de 0 a 5 volt
I para canal de.2.5 a 2.5 volt.
Su sintaxis es : Ej.
x=convadmt(0)
X tendrá el valor del voltaje que esta entrando por el canal 0.
4.3.1.3. Funciún entdigmt ( void ).
Se utiliza en el modo Entrada Digital. Esta función esta declarada como una
rutina üp int, es deir devuelve un dato entero en fiormato decimal (0 a 25Q,
133
que es la medición del dato digital de entrada de I bib. No recibe ningrln
parámeüo.
Su sintaxis es : Ej.
x = entdigmt o
X tendrá el vafor decimal equivalente al dato digital de enhada.
4.3.1.4. Functón saldigmt ( vctid ).
Se utiliza en el modo Salida Digital. Esta función esta dectarada como una
rutina tipo voíd, es decir no devuelve ningún valor. Recibe como parámeto un
dato en formato decimal ( 0 a 255 ) , que es el valor digital de I bits que se
quiere sacar.
Su sintaxis es : Ej.
saldigmt ( 265 I
El dato que saldrá será 1 111 1111 en binario.
4.3.1.5. Funclón conv&mt ( i¡rt, fr@t ).
Se utiliza en el modo Gonv D/A. Esta función esta declarada como una rutina
üpo void, es deir no devuelve ningrÍn valor. Recibe como parámetsos un dato
entero ( en nuesho caso, canal) ,cuyo valor puede ser :
0 para canal de 0 a 5 volt
I para canal de -5 a 5 volt
t34
y un dato que es la medicion en voltios de lo que quiero sacar.
Su sintaxis es : Ej.
convdamt(0,3.51
Saca por el canal 0 un valor de 3.5 volüos.
4,3.1.6. Funcian contdamt ( int).
Se utiliza en el modo Cont D/A. Antes de habajar €n este modo se debe
inicializar la tarieta con esta función la cual esta declarada como una rutina üpo
void, es decir no devuelve ningún valor. Recibe como parámeüo un dato entero (
en nuesüo caso, canal) ,cuyo valor puede ser :
0 para canal de 0 a 5 volt
1 para canal de -5 a 5 volt
Su sinhxis es : Ej.
contdamt ( 0 )
4,3.1.7. Funclon contdavol ( float )
Como la anterior también se utiliza en el modo Cont tUA Esta función esta
declarada como una rutina tipo void, es decir no devuelve ningún valor. Recibe
como parámüo un dato real que representa el valor en voltios que se desea
sacar por el canal D/A seleccionado con la rutina anterior.
Su sintaxis es : Ej.
135
contdavol( 1.2 )
4.3.1.8. Función conúadmt ( int).
Se utiliza en el modo GontA/D. Esta función esta declarada como una rutina üpo
void, es decir no devuefire ningrfn valor. Recibe como parámerüo un dato entero (
en nuestso caso, canal), sirve para iniciar la conversión continua de datos.
Su sintaxis es : Ej.
contadmt ( 0 )
4.3.1.9. Función conúaútol (vold ).
Como la anteriortambién se utiliza en el modo Gontinuo AtD. Esta función esta
declarada como una rutina tipo floef, es decir devuelve un valor real, en nuestro
caso voltaje. No recibe ningún parámeüo. Se utiliza para leer el ultimo dato que
entrega el conversor análogo - digital.
Su sintaxis es : Ej.
x = contadvol( )
4.3.1.10. Función rafamt ( int ).
Se utiliza en el modo Ráfaga. Esta función esta declarada oomo una rutina üpo
ínt, es decir, devuelve un valor entero que representa el valor, en formato
decimal, de la configuración seleccionada. Recibe como parámeüo un dato
entero ( en nuestro caso, canal), por el cual se quiere hacer la ráfaga.
l3ó
Da inicio al muestreo ( ráfaga ) de la señalentrante.
Su sintaxis es : Ej.
x=rafamt(01
4.3.1.11. Función leenata ( void ).
Como la anterior también se utiliza en el modo ráfaga. Esta declarada como una
rutina tipo float, es decir dewelve un valor real que representa un voltaje. No
recibe ningún parámeho. Sirve para leer loo dabs almacenados en la RAM.
Su sintaxis es : Ej.
x= leerafa ( )
4.3.1.12. Funclón encomt ( tnt ).
Se utiliza en el modo Encoder. Antes de üabaiar en este modo se debe as€gurar
que la posición del eje del motor es de 0 grados debido a que esta rutina asume
el punto actual donde esta el eje como 0 grados. Esúa función esta decfarada
como una rutina tip float, es decir devuelve un valor real ( de cero grados ).
Recibe como parámebo un dato entero ( en nuesüo caso, canal) .
Su sintaxis es : Ej.
x=encomt(0)
X tendrá el valor actual del eje. (cero grados)
t37
4.3.1.13. Función leenco ( void ).
Como la anterior, también se utiliza en el modo Encoder. Esta dechrada como
una rutina ttp float, es decir devuelve un valor real que representa, en grados,
el ángulo de la posición del eje. No recibe ningrln parámetro.
Su sintaxis es : Ej.
x= leenco ( I
138
5. PRUEBAS Y FALLAS
Después de haber conduklo la etiapa de diseño y construcci&t, la ¡arpha de
adquisición de datos ñrc puesta a dos pn¡ebas definitivas :
l. Se utilizó para realizar el control de velocidd de un motor, ubicado en el
laboratorio de Control de la C.U.A.O, con la ayuda del sorfturare hecho en la
tesis de grado 'Diseño e implernentación de un pr9grcma did&tn pa'¿ et
antrclde prcoesos usndo téclrlicrls difuns", dernostrándose que a pesar de
que el puerto paralelo agrupa un núnero r€ducido de señabs, se puede
construir a través de el, todo un sistema de control para procesog fisicos. El
comportamiento de la tarjeta como interfase entre la danta y el computador
fue bueno, no presentándose ningún problema, obteniéndose un cont¡ol
ópümo de velocidad.
2. El segundo paso fue probar, con la ayuda del prognama auxiliar de la TDAD-
800 diseñado bajo windows, todas hs furrciones que tiene h tarleúa y
principafmente su trabajo en el modo ráfaga y como oscfloscopar viftual, Dg¡ra
apreciar señale de bajo voltaje. Se encontró que para señales de alta
frecuencia, d tiempo de muetreo (tiempo que tarda la conversirtn análoga -
digital de los ADC) es criüco,
139
produciéndose el ftnómeno de ALIASING o SOLAPA|ilENTO. Las demás
furrciones o modos, @mo : crinwsbn A/D, anw¡sión D/A, w¡tinuo AlD,
antinuo D/A, enader, salkla digital y entnda di¡ilalfuncionaron sin ningún
problema.
La comparación de la TDAtl800 con las demás tarjetras de aOquisición de datos
ubicadas en los laboratorios de la Gorporacirln Universitaria A¡tónorna de
Occidente se muestra en la siguiente tabla.
TDAD€OO NI.DAQ DA$16mResoluciónUbicación
Tiempo muestreocanales anáogos
I bitsExtemacomputador40 psegElos
12 bitsal Slot
4 psegDoc
Canales d(¡itale OcfroReparación
Costo BajoObjetivo (controlar Se lograríalos dibrentesprooesoseistentes en loslaboratorios de la
OchoFácil consecución en Gonel mercado nacional proveedor
12 bitsSlot
1.4 ¡rcegI dibrerrciales ó16 sencillossebccionable porswkfrUno
el Con el proveedor
AltoSe omple
AltoSe cumple
l¡¡¡i|!¡drd Autónom¡ rrc @itrhsEcctot{ E|BUoTECá
Tabla 10. Rápie comparación entre ta TDAt)€0o, ta DAS-160o y la Ni-Daq
140
6. CONCLUSTONES.
1. El diseño y puesta en funcionamiento de la t¡arieta de @uisic¡ón de datos
cumplió con los otjetivos plopuestos en la teis.
2. Al diseñarse la tarieta de adquisición de datos con fines d¡dácti@s, se logna
hacer mas fácil el acceso y manipulación de estia, por parte de los estudiantes
en el laboratorio de controlde la C.U.A.O.
3. Gon la tarieta de adquisición de datoe se logrra hacer conffi a havés del
puerto paralelo, @mo se demostró en el conhd de velocidad del motor del
laboratorio, de una forma sencilla y menos compleja que las tarjetras
existentes para talfin.
4. La aplicación diseñada bajo ambiente \Mndorc permite visualizar y demostrar
cada una de las funciones que tiene la tarjeta de adquisición de datc.
5. Se comprcbó que los circuitos de la serie 74HC)ü utilizados en el diseño de
la trarjetra tirsnen una alta inmunidad al ruido, por b ct¡altienen un m$or
funcionamiento que las series que normalmente se emplean.
I4I
Bibliográfia
Data Acquisition linear devices Databook, National semkpnductor,Edición igSg
80C51 8 bit microcontrollers. Databook, Philips
Microcontroller, Databook, National semiconductor, santa dara, calibm¡a
Microlab5l, Microdiseño ltda, Medellín i990
Data acquisition, Databook ,Santa dana , Califomia
CEBALLOS, Fnancisco Jose. Encido@ia de Msual Basic 3.0. Ed.1. Editorial
McGRAW HILL . 1994