Convertidor análogo-digital

Casi todas las variables que se pueden medir en la naturaleza varían de forma continua: sonido, luminosidad, humedad, temperatura, etc. Así, las señales que miden una variable física, constan de una serie de valores que cambian constantemente a lo largo de su variable independiente (generalmente tiempo o espacio). Por otra parte, los sistemas de control y de procesamiento son dispositivos completamente digitales, es decir, solamente aceptan determinados valores dentro de un rango específico. De esta forma, se deben controlar sistemas de naturaleza análoga, con dispositivos digitales.

Para convertir una variable física en una señal digital que pueda ser procesada por un microcontrolador, se deben llevar a cabo los siguientes pasos:

1. Medición: Este procedimiento es realizado por un sensor, el cual incluye un transductor, mediante el cual es posible transformar las variables físicas en variables eléctricas (voltaje y corriente).
2. Muestreo: Durante el muestreo se digitaliza la variable independiente, la cual generalmente es el tiempo. Para este caso, el muestreo consta en tomar valores de la señal original solamente en determinados instantes de tiempo. Los valores de la señal que se toman, aún conservan su naturaleza analógica.
3. Cuantización: En el proceso de cuantización se asignan valores discretos a la señal muestreada. La asignación de estos valores depende directamente de la resolución.
4. Codificación: Es el proceso final, en el cual a cada valor discreto de la señal se le asigna un código determinado, el cual, para el caso de los microcontoladores, es un número binario.

Un ADC lleva a cabo los pasos 3 y 4, cuantizando un determinado valor de voltaje (entre GND Y VCC), y posteriormente codificándolo en un número binario, cuyo rango depende de la resolución del ADC (para el caso de un ADC de 10 bits, entre 0 y 1023).

El módulo ADC de un microcontrolador es uno de sus módulos más importantes, hasta tal punto que la mayor parte de microcontroladores que se encuentran en el mercado hoy en día incluyen un módulo ADC, el cual permite adquirir señales analógicas, procesarlas y posteriormente enviar señales de control.

Existen varias técnicas para la conversión de señales análogas a digitales, entre las más importantes se encuentran: conversión por aproximaciones sucesivas, por integración, por contador y en paralelo. Cada una de estas técnicas tiene sus ventajas y sus desventajas. A continuación se explicará el método de aproximaciones sucesivas, ya que es el método que usa el módulo ADC de los microcontroladores AVR.

Conversión por aproximaciones sucesivas

El convertidor por aproximaciones sucesivas usa un convertidor digital/análogo, un circuito de lógica de control y un comparador. El proceso comienza desde el bit más significativo hasta el menos significativo. Así, la lógica de control activa cada bit y genera una señal análoga con el convertido digital/análogo, esta señal se compara con la señal de entrada y de acuerdo al resultado de la comparación el controlador cambia o deja el bit que se está examinando. Luego se continúa con el siguiente bit menos significativo hasta que se hace el recorrido por todos los bits. En la figura siguiente se muestra el proceso de conversión de un valor análogo (dado por la línea roja) usando un convertidor de 4 bits.

La principal ventaja de esta técnica es que el tiempo de conversión es siempre el mismo para cualquier entrada, pero su desventaja es la necesidad de usar un hardware complejo para su implementación.

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