microcontroladores: Señales analógicas y digitales...

Microcontroladores: Señales analógicas y digitales.

     El mundo actual nos demanda constantemente estar a la vanguardia lo más posible en cuanto a tecnología se refiere, para no quedarnos estancados y saber cómo se nos puede facilitar de sobre manera nuestra vida cotidiana.

     Y para esto tenemos que tener un conocimiento mínimo sobre el funcionamiento de los aparatos y tecnologías que estamos utilizando actualmente o queremos utilizar a futuro, refiriéndome a conocimientos básicos a lo analógico y lo digital. Ya que dichos aparatos y dispositivos modernos requieren procesar la señales analógicas que reciben y convertirlas en señales digitales para poder funcionar, por dar un ejemplo sencillo y conocido mencionare las grabadoras y reproductoras de música en CDs ya que podría decirse que son unos de los equipos digitales más conocidos.

     Ya que el sonido, independientemente de que sea natural o artificial, posee intensidad, tono, timbre y frecuencia, lo cual los diferencia a unos de los otros y permite representarlos gráficamente como una onda senoidal, de amplitud y frecuencia variable, ya que la conversión digital – analógica, analógica - digital en electrónica, es un dispositivo que convierte una entrada digital la cual suele ser generalmente binaria, es decir valores en un rango de ceros y unos únicamente, a una señal analógica generalmente voltaje o carga eléctrica, Ya que en el mundo real las señales analógicas varían constantemente, pueden variar lentamente con factores que intervienen como la temperatura o la señal de audio, puesto que lo que ocurre con las señales analógicas es que suelen ser algo difíciles de manejar, guardar y después recobrar con exactitud. Y si esta información analógica se convierte a digital, se puede manejar con más facilidad, es decir que no representaría problema, ya que la información manipulada puede volver a tomar su valor analógico si se desea con un convertidor digital a analógico que tiene una tensión de referencia estable y fija como entrada, ya que hay que definir en un principio que tan exacta será la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se tendrá que definir la resolución que esta poseerá.

     Dicha resolución puede definirse de dos maneras, ya que en la primera se define el número máximo de bits de salida digital, cuyo dato nos permite determinar el número máximo de combinaciones en su salida digital. Este número máximo está dado por: 2n donde n es el número de bits.

     Aunque también la resolución suele entenderse como el voltaje necesario de la señal analógica, para lograr que en la salida de señal digital haya un cambio del bit menos significativo.

Y una forma simple para calcular la resolución se utiliza la siguiente fórmula: Resolución = VoFS / [2n - 1], en donde n es el número de bits del ADC, y VoFS representa el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener una conversión máxima en donde todas las salidas son uno.

     Ya que la salida analógica correspondiente a cada una de las combinaciones dependerá del voltaje de referencia que estemos usando, que a su vez dependerá del voltaje máximo que es posible tener a la salida analógica. Puesto que mientras más bits tenga el convertidor más exacta será la conversión, y si se tiene diferentes tipos de convertidor digital a analógico y todos ellos pueden tener una salida máxima de voltios, se puede ver que la resolución y exactitud de la salida analógica es mayor cuando más bits tenga.

     Ya que para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal, ya que la frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz).

     Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos como el Muestreo de la señal analógica, la cuantización de la propia señal, y la codificación del resultado de la cubanización, en código binario.

     Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantización de la señal analógica. Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original.

     Por tanto, la cuantización representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario.

     Después de realizada la cuantización, los valores de las tomas de voltajes se representan numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos. Lo más común es codificar la señal digital en código numérico binario.

     Ya que la codificación permite asignarle valores numéricos binarios equivalentes a los valores de tensiones o voltajes que conforman la señal eléctrica analógica original.

     En cuanto a la conversión digital - analógica con sus respectivas siglas (CDA), es un dispositivo electrónico que sirve para convertir una secuencia de ceros y unos, es decir código binario, en una tensión de valor proporcional al número que representa esa señal digital, ya que un convertidor Digital/Analógico (DAC), es un elemento que recibe información de entrada digital, en forma de una palabra de "n" bits y la transforma a señal analógica, cada una de las combinaciones binarias de entrada es convertida en niveles lógicos de tensión de salida

     Un conversor digital-analógico o DAC es un dispositivo para convertir datos digitales en señales de corriente o de tensión analógica.

     Así que estos suelen ser utilizados constantemente en los reproductores de discos compactos, en los reproductores de sonido y de cintas de vídeo digitales, y en los equipos de procesamiento de señales digitales de sonido y vídeo.

     Así que como podemos ver lo analógico y digital se presentan constantemente en nuestra vida diaria más de lo que nosotros pudiésemos imaginar como en el ejemplo del sonido que por lo que podemos ver se encuentra de una u otra forma en nuestro entorno, y el tipo de señales que este involucra además de los dispositivos que solemos utilizar frecuentemente, y el lenguaje que utilizan el cual generalmente suele ser el binario, y el tipo de procesos que estos atraviesan para llegar a ser lo que finalmente se pretende de ellos o se espera, es decir que cumplan con la función para lo que fueron diseñados. Además con los estándares de calidad que estos requieran.