Introducción a los Sistemas
Lógicos y Digitales
LABORATORIO DE CONVERSORES
Objetivos: Mostrar el funcionamiento de conversores comerciales mediante una aplicación que maneja la entrada y salida de datos a una PC a través de los puertos paralelo y serie.
Sabemos que los computadores trabajan con datos digitales. Por lo tanto, cuando queremos que estos dispositivos se comuniquen con un sistema físico del mundo real, donde la mayoría de las señales son analógicas, debemos convertirlas previamente a digitales. Allí es donde entran en juego los conversores analógico digitales y digitales analógicos. Los primeros permiten convertir las señales del mundo físico provenientes de sensores o transductores en valores digitales para que puedan ser "entendidas" por nuestro computador. Estas señales digitalizadas ingresarán al ordenador a través de alguna de sus interfases o puertos, para ser procesadas por el mismo. Los resultados de este procesamiento pueden a su vez ser utilizados para generar señales de control sobre el sistema físico. Esas señales de control pueden ser a su vez de dos tipos: analógicas o digitales. En el primer caso, habrá que utilizar un conversor digital analógico para generarla. Por supuesto, se requerirán además interfases adicionales ("drivers") para obtener los niveles de potencia necesarios para interactuar con el sistema, niveles que nuestro ordenador no es capaz de suministrar por sí solo.
1. PLACA CON CONVERSORES A/D Y D/A PARA PUERTO PARALELO
Como aplicación para este laboratorio, hemos desarrollado una placa de adquisición de datos que se comunica con una PC a través del puerto paralelo. Hemos utilizado el puerto paralelo por su simplicidad en el manejo, tanto desde el punto de vista del hardware como del software necesario. Además porque se trata de una de placa de tipo experimental. Por supuesto, dependiendo de la aplicación a realizar, deberemos elegir la interfaz adecuada a nuestro proyecto. Las rutinas desarrolladas para su funcionamiento, son bastante elementales y habrá que adecuarlas según el proyecto.
La placa de desarrollo está compuesta por dos conversores comerciales: el conversor analógico digital ADC0820 y el digital analógico DAC0830, ambos de National. Son conversores de 8 bits. Para su elección se ha tenido en cuenta su facilidad de manejo, bajo tiempo de conversión para el conversor A/D y la disponibilidad de muestras.
La comunicación con el puerto paralelo requiere bidireccionalidad. El conversor A/D toma muestras de una señal analógica (en nuestro caso provista por un generador de señal) y estas muestras son almacenadas en la memoria de la PC (lectura a través del puerto paralelo). Mediante una rutina escrita en Visual Basic, las muestras son representadas en el monitor de la PC. Para mostrar el funcionamiento del conversor D/A, se cargan sus registros a través del puerto paralelo con datos generados mediante otra rutina en software (escritura a través del puerto paralelo).
El puerto paralelo original de la PC (también llamado Standard o "Centronic") se diseñó originalmente para el manejo de una impresora. Es por esto que sus líneas de datos son de salida (desde la PC hacia el periférico a través del puerto). Como su nombre lo indica, estas líneas transmiten los datos desde la PC hacia la impresora. Pero la implementación de un protocolo de comunicación requiere conocer algunos parámetros del periférico, por ejemplo si la impresora está conectada y disponible, si tiene papel, si recibió bien los datos, etc. Es por esto que además se cuenta con líneas adicionales para verificar y controlar su funcionamiento: las líneas de estado y de control. La utilización del puerto paralelo tiene varias ventajas: simplicidad en el manejo de la comunicación, bajo costo (ya que prácticamente no hay que agregar hardware adicional) y el hecho de no tener que abrir la máquina para introducir una placa que se comunique con los buses internos de la PC. Con el avance de la tecnología y aparición de impresoras cada vez más rápidas, así como de otros periféricos (scanners, unidades de almacenamiento en discos externas, etc.), se hizo necesario adecuar las características del puerto paralelo standard para posibilitar su utilización. Las líneas de datos fueron convertidas en bidireccionales y se implementó un protocolo de manejo más eficiente con velocidades de transferencia mayores. Al modo tradicional de funcionamiento (standard o SPP) se agregaron dos modos más: el modo EPP (puerto paralelo mejorado) y el ECP (de capacidades extendidas). Estos modos permiten velocidades de transferencia mayores que el standard, de hasta 2 MB/s. Pero para ello se requirió la modificación y el mejoramiento del hardware de manejo del puerto paralelo, conservando su compatibilidad con el tradicional. Es por esto que en las placas actuales se debe seleccionar la modalidad de funcionamiento (SPP, EPP ó ECP) en el arranque, a través de una opción en el "Setup". Hay que tener en cuenta que estos modos bidireccionales están disponibles en las placas equipadas con procesadores Pentium y sólo en algunas con procesadores tipo 486.
La conexión con el hardware de la PC requiere de algunas precauciones. Hay que evitar dañar el hardware interno de la máquina. Si por ejemplo, accidentalmente se escribe en una línea de salida un "1", estando ésta conectada a masa, se corre el riesgo de dañar algún componente del puerto por sobrecalentamiento. También tenemos que proteger nuestro circuito. Si bien las tensiones del puerto paralelo no deberían superar los 5 V, en algunos casos pueden producirse picos de muy corta duración con amplitudes mayores, sólo detectables con instrumental adecuado. Estos pulsos también pueden producir daños. Una técnica de protección es colocar filtros o limitadores de tensión. En la placa existen "buffers" conectados entre las líneas del puerto paralelo y los conversores. Estos buffers 74LS244 tienen dos funciones. No sólo protegen a los conversores de los picos de tensión (a lo sumo se quemará el buffer) sino que también aumentan la capacidad de corriente.
Las rutinas en software para el manejo de la placa están escritas en Visual Basic. Para la conversión analógica digital hay que programar las líneas de datos como entradas (desde el conversor A/D hacia la PC). Esto se hace poniendo el bit 5 del puerto de control en "1". Para la conversión digital analógica, en cambio, habrá que programar las líneas de datos como salidas (desde la PC hacia el conversor D/A). Habrá que poner el bit 5 del puerto de control en "0".
A diferencia de otros lenguajes de programación como el "C", el Visual Basic no permite el manejo directo del puerto paralelo. Para hacerlo, hay que agregar una librería (archivo de extensión .dll) y declararla en el programa. En nuestro caso se usó la inpout32.dll, pero también hay otras similares que pueden hallarse por Internet. Para descargar el software de manejo de la placa clickear aquí: descargar software.
2. PLACA CON CONVERSOR SERIE ADC12030 PARA RS-232.
Características del conversor serie ADC 12030
