PRACTICA 9MODULACIN POR CODIFICACIN DE PULSOS (PCM)

Objetivo General: Analizar el comportamiento de un sistema PCM de 8 bits en unperiodo de 3 bloques. Parte 1. Conversin Analgico-Digital Parte 2. Transmisin serial Parte 3. Conversin Digital-Analgico

9.1 IntroduccinCon PCM, los pulsos son de longitud fija y amplitud fija. PCM es un sistema binario; un pulso o ausencia de pulsos dentro de una ranura de tiempo prescrita representa una condicin de lgica 1 o lgica 0. Con otras tcnicas tales como PWM, PPM o PAM, un solo pulso no representa un digito binario sencillo (bit). La figura 9.1 muestra un diagrama a bloques simplificado de un solo canal, sistema PCM sencillo (de un solo sentido). El filtro pasa-bandas limita a la seal analgica de entrada a la proporcin de la frecuencia de la banda de la voz estndar, de 300 a 3000 Hz. El convertidor analgico a digital (ADC) convierte la seal analgica a una serie de datos binarios para despus pasar a un registro de conversin paralelo-serial. El medio de transmisin es un cable metlico, cable coaxial o fibra ptica.

Figura 9.1 Diagrama a bloques de un sistema PCM simplificado

En el lado de recepcin, se tiene un registro de conversin serie-paralelo y despus el convertidor digital analgico (DAC). Convierte el flujo de datos binarios a una seal PAM de multinivel y, el filtro pasa-bajas convierte a la seal nuevamente en su forma analgica original.

9.2 PARTE 1: Conversin Analgico-Digital (ADC)Objetivo: El alumno analizar la conversin de una seal analgica a su forma digitalcon la ayuda del convertidor ADC0809.

EQUIPO: Fuente bipolar Osciloscopio Generador de funcionesMATERIAL: ADC0809 Resistencias de 220 Leds Oscilador de 1MHz

(1) (1) (1)(1) (8) (8) (1)

9.2.1 Desarrollo Experimental1. Para el desarrollo de esta prctica se requiere de las hojas de especificaciones de los siguientes dispositivos. ADC0809 DAC0808 74LS165 74LS164 74LS373 74LS244 74LS74

Nota 1: El diseo esta realizado para una f de 1 kHz y una fs de 2 kHz. Nota 2: En las tres partes de la prctica 2 se utilizar una seal pulsante de 5V pruebas e implementacin

para

2. Identificar cada uno de los pines del convertidor A/D, algunos en especial tales como: Fin de conversin. (EOC) Los 8 canales de captura de seal analgica con 8 bits de resolucin cada uno. (IN0IN7) Voltajes de referencia. Vref(+) y Vref(-) Habilitador de bits de salida. (OE) Bits de seleccin de canal de captura analgica. (ADDA, ADDB y ADDC) Nota: Las conexiones se realizarn semejantes a la figura 9.3.

3. Una vez identificados los datos del circuito antes mencionado (ADC), utilizar un protoboard para hacer las conexiones necesarias. 4. Colocar un oscilador de aproximadamente 500 MHz a 1 MHz para que alimente al ADC.

Figura 9.2

Configuracin de un oscilador

5. Asignar los voltajes de referencia entre los cuales se har la conversin de la seal para la posterior obtencin de cdigos. Para este caso asignaremos Vref(+) = 5v y Vref(-) = 0V. Los cdigos digitales tendrn valores desde 0V a 5V con 256 cdigos de resolucin. El anlisis de la relacin de dichos cdigos de voltaje se analizar conforme avanza la prctica. 6. Seleccionar el canal de captura analgica. Ejemplo. Introduzca niveles de 0 lgico a los siguientes pines del convertidor A/D para seleccionar el canal IN0.

ADDA Seleccin del canal 1 ADDB ADDC 7. El pin EOC es un bit de sincrona para la conexin de otros dispositivos. Este pin se conectar al pin OE el cual es el habilitador de bits de salida de datos para que cada vez que se haya terminado una conversin en el ADC se libere poniendo la salida activo alto de EOC en el pin OE y el dato se muestre a la salida del ADC. 8. Colocar LEDs en serie con resistencias de 220 a la salida de los 8 bits digitales para hacer la comparacin de la correcta conversin del dispositivo. 9. Enseguida proceda a introducir una seal en el canal seleccionado para que se ejecute la conversin digital, esta seal ser un voltaje de corriente directa Vcd con un valor mximo de 5V. 10. Vare el voltaje para los siguientes valores y anote los resultados en la tabla 9.1, compruebe con los valores tericos obtenidos mediante la siguiente formula:

Vent 8 Salida digital = Vref 2 Ejemplo.

( )

2N = 28 = 256

2.5V (256 ) = 128 decimal = 1000 0000 binario. 5V Tabla 9.1 Resultados de la conversin A/D Voltaje de Entrada 0V 0.4V 0.8V 1V 1.4V 1.8V 2V 2.5V 3V 3.3V 4V 4.6V 5V Salida Digital del ADC Binario Decimal Valor Terico Binario Decimal

Nota: Esta prctica continuar en la siguiente sesin por lo que se le recomienda que conserve el avance obtenido hasta este momento porque ser de utilidad para posteriores sesiones.

Figura 9.3 Diagrama de conexiones del ADC0809

9.3 PARTE 2: Transmisin SerialObjetivo: Implementar un sistema de transmisin de datos de 8 bit en forma paralelo-serie y serie-paralelo. Analizar puntos importantes de sincrona de un sistema.

EQUIPO: Fuente bipolar Osciloscopio Generador de funcionesMATERIAL: 74LS74 74LS165 74LS164 74LS373 74LS04 Resistencias de 220 Leds

(1) (1) (1)(2) (1) (1) (1) (1) (8) (8)

9.3.1 Desarrollo Experimental1. Analizar las hojas de especificaciones de los circuitos integrados 74LS74, 74LS373, 74LS165 y 74LS164. 2. El C.I. 74LS165 es un registro Paralelo-Serie, el cual recibir los 8 bits que genera el ADC y los transmitir uno por uno a una frecuencia 8 veces mayor (16 kHz) que la frecuencia con la que se van haciendo las conversiones analgicas a digitales (2 kHz). Al hacer las conexiones tome muy bien en cuenta cual es el MSB y LSB correspondiente. 3. Observe en la figura 9.4 que la salida serial del registro Paralelo-Serie es el pin Q7 el cual contiene los 8 bits uno en uno que corresponde al pin A del registro Serie-Paralelo, de esta manera los 8 bits llegarn de nuevo hasta la salida de este ltimo registro y procedern a ser retenidos por el C.I. 74LS373. 4. Utilice LEDs en serie con resistencias de 220 para verificar que la transmisin se est realizando en perfectas condiciones de la misma manera que en la salida del ADC. 5. El siguiente bloque a implementar es la parte de sincrona, y para esto debe realizar las conexiones del diseo del divisor de frecuencia mostrado en la figura 9.4. Dicho divisor fue diseado con Flip-Flops tipo D y este divide una frecuencia de 16 KHz a una

frecuencia de 2 KHz. Los 16 KHz son recibidos de un Generador de Funciones y esta misma frecuencia es introducida a los dos registros Paralelo-Serie y Serie-Paralelo los cuales estarn trabajando a una velocidad 8 veces ms rpida. 6. La salida del divisor de frecuencia es de 2 KHz como se muestra en la figura 9.4. Estos 2 KHz corresponden a la velocidad de toma de muestras equivalente al doble del ancho de banda de la seal analgica de entrada. 7. Por ltimo utilizaremos el bit EOC (Fin de conversin) para llevar una correcta sincronizacin del sistema (ver figura 9.4). Esta seal EOC es activo alto y en los otros dispositivos es activo bajo tales como los C.I.s 74LS165 y 74LS373. Para un mejor acoplamiento convertiremos esta seal a un nivel activo bajo con una compuerta lgica NOT y procederemos a realizar la conexin (como se muestra en la figura 9.4) en los pines /PL del registro Paralelo-Serie y /OC del latch 74LS373. 8. Introduzca la misma seal de voltaje que se utiliz en la parte 1 (seal de cd de 0 a 5V) y verifique los resultados a la salida del latch 74LS373. 9. Anote los resultados en la tabla 9.2 de la misma manera que en la parte 1.

Tabla 9.2 Resultados de recepcin paralela Voltaje de Entrada 0V 0.4V 0.8V 1V 1.4V 1.8V 2V 2.5V 3V 3.3V 4V 4.6V 5V Valor Digital en Recepcin Binario Decimal Valor Terico Binario Decimal

Figura 9.4 Diagrama de transmisin serial sncrona de un sistema PCM

Figura 9.5 Diagrama a bloques de transmisin serial

9.4 PARTE 3: Conversin Digital-Analgico (DAC)Objetivo: Recuperar una seal digital a su forma analgica utilizando un convertidorDigital/Analgico.

EQUIPO: Fuente bipolar Osciloscopio Generador de funciones MultmetroMATERIAL: DAC0808 Resistencias de 4.7k Capacitor de 0.1f LM741 74LS244

(2) (1) (1) (1)(1) (3) (1) (1) (1)

9.4.1 Desarrollo Experimental1. Observe que el convertidor D/A realiza las respectivas conversiones analgicas a los niveles de voltaje asignados por VCC y VEE. 2. Implemente el circuito de la figura 9.6. 3. El C.I. 74LS244 es un buffer de datos. Este tiene la funcin de nivelar los pulsos a valores TTL. 4. Simule los cdigos digitales introduciendo desde el LSB hasta el MSB los niveles correspondientes a ceros y unos segn el voltaje que se requiera a la salida. 5. La configuracin que se tiene a la salida del DAC de la figura 9.6 (pin 4), es para amplificar el nivel de salida analgico. 6. Introduzca los cdigos especificados en la tabla 9.3 y anote los resultados obtenidos en la salida del OPAMP. 7. Obtener el valor terico mediante la frmula siguiente:

Vref (entrada ) = Vsalida 256 Ejemplo: Cdigo digital de entrada = 1000 0000 = 128 decimal

5V (128) = 2.5V 256 Tabla 9.3 Resultados de la conversin D/A Cdigo Digital 0000,0000 0000,0010 0000,0100 0000,1000 0001,0000 0010,0000 0100,0000 1000,0000 1000,1111 1001,0000 1100,0000 1101,1111 1111,0000 1111,0011 1111,1110 Voltaje de Salida (Volts) Valor Terico (Volts)

8. Una vez obtenidos los valores del DAC, acople las tres partes de la prctica e introduzca una seal senoidal de 1 kHz con una amplitud de 0 a 5v (que slo tenga valores de voltaje por encima de 0 volts para que cumpla con los voltajes de referencia asignados al principio de la sesin). 9. Al introducir la seal senoidal notar mediante el osciloscopio que la salida de la seal est en forma escalonada, esto es porque an no se ha filtrado y aparece como una seal PAM. Proceda a colocar un filtro pasa-bajas (figura 9.7) para interpolar, es decir, que este filtro haga una serie de aproximaciones entre muestra y muestra y darle una mejor forma a la seal de manera que sea lo ms similar a la seal original.

10. Concluya y dibuje la seal entrante, la seal a la entrada y salida del filtro pasabajas de la figura 9.7.

Figura 9.6 Diagrama de conexiones del DAC0808

Figura 9.7 Filtro pasabajas a 1 kHz