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El mundo analógico con electrónica digital.


Hace algunos años, todos los dispositivos electrónicos que utilizamos hoy en día, como teléfonos, computadoras, televisiones, etc., eran de naturaleza analógica. Luego, lentamente, los teléfonos fijos fueron reemplazados por los teléfonos móviles modernos, los televisores CRT y los monitores fueron reemplazados por pantallas LED, las computadoras con tubos de vacío evolucionaron para ser más poderosas con microprocesadores y microcontroladores en su interior, etc.


En la era digital de hoy, todos estamos rodeados de dispositivos electrónicos digitales avanzados, esto podría engañarnos al pensar que todo lo que nos rodea es de naturaleza digital, lo cual no es cierto. El mundo siempre ha sido de naturaleza analógica, por ejemplo, todo lo que los humanos sentimos y experimentamos como la velocidad, la temperatura, la velocidad del aire, la luz solar, el sonido, etc. son de naturaleza analógica. Pero nuestros dispositivos electrónicos que funcionan con microcontroladores y microprocesadores no pueden leer / interpretar estos valores analógicos directamente, ya que solo se ejecutan en 0 y 1. Así que necesitamos algo que convierta todos estos valores analógicos en 0 y 1 para que nuestros microcontroladores y microprocesadores puedan entenderlos. Este algo se llama los convertidores analógico a digital o ADC para abreviar.






¿Qué es el ADC y cómo usarlo?


Como se dijo anteriormente, ADC significa conversión analógica a digital y se utiliza para convertir valores analógicos del mundo real en valores digitales como 1 y 0. Entonces, ¿cuáles son estos valores analógicos? Estos son los que vemos en nuestro día a día, como la temperatura, la velocidad, el brillo, etc. ¡Pero espera! ¿Puede un ADC convertir la temperatura y la velocidad directamente en valores digitales como 0 y 1?


No, definitivamente no. Un ADC solo puede convertir valores de voltaje analógico en valores digitales. Entonces, cualquier parámetro que deseemos medir, primero se debe convertir en voltaje, esta conversión se puede hacer con la ayuda de sensores. Por ejemplo, para convertir los valores de temperatura en voltaje, podemos usar un termistor de manera similar para convertir el brillo en voltaje, podemos usar un LDR. Una vez que se convierte a voltaje, podemos leerlo con la ayuda de ADC.


Para saber cómo usar un ADC, primero debemos familiarizarnos con algunos términos básicos como resolución de canales, rango, voltaje de referencia, etc.



Resolución (bits) y canales en ADC.


Cuando lea la especificación de cualquier microcontrolador o ADC IC, los detalles del ADC se darán utilizando los términos canales y Resolución (bits). Por ejemplo, el ATmega328 de Arduino UNO tiene un ADC de 8 canales y 10 bits. No todos los pines de un microcontrolador pueden leer el voltaje analógico, el término 8 canales significa que hay 8 pines en este microcontrolador ATmega328 que pueden leer el voltaje analógico y cada pin puede leer el voltaje con una resolución de 10 bits. Esto variará para diferentes tipos de microcontroladores.


Supongamos que nuestro rango de ADC es de 0 V a 5 V y tenemos un ADC de 10 bits, lo que significa que nuestro voltaje de entrada 0-5 Volts se dividirá en 1024 niveles de valores analógicos discretos (210 = 1024). El significado 1024 es la resolución para un ADC de 10 bits, de manera similar para una resolución ADC de 8 bits será 512 (28) y para una resolución ADC de 16 bits será 65,536 (216).


Con esto, si el voltaje de entrada real es de 0 V, entonces el ADC de la MCU lo leerá como 0 y si es de 5 V, la MCU leerá 1024 y si está en algún punto intermedio como 2.5V, la MCU leerá 512.



Voltaje de referencia para un ADC


Otro término importante con el que debe estar familiarizado es el voltaje de referencia. Durante una conversión ADC, el valor de voltaje desconocido se encuentra al compararlo con un voltaje conocido, esto se conoce como voltaje de referencia. Normalmente, todas las MCU tienen una opción para establecer el voltaje de referencia interno, lo que significa que puede establecer este voltaje internamente en algún valor disponible mediante el software (programa). En una placa Arduino UNO, el voltaje de referencia se establece en 5 V por defecto internamente, si es necesario, el usuario puede configurar este voltaje de referencia externamente a través del pin Vref también después de realizar los cambios necesarios en el software.


Recuerde siempre que el valor de voltaje analógico medido siempre debe ser menor que el valor de voltaje de referencia y el valor de voltaje de referencia siempre debe ser menor que el valor de voltaje de operación del microcontrolador.



Tipos de ADC y de trabajo.


Hay muchos tipos de ADC, los más utilizados son Flash ADC, ADC de doble pendiente, aproximación sucesiva y ADC de doble pendiente. Explicar cómo cada uno de estos ADC y la diferencia entre ellos estaría fuera del alcance de este artículo, ya que son bastante complejos. Pero para dar una idea aproximada, el ADC tiene un condensador interno que se carga con la tensión analógica que se va a medir. Luego medimos el valor de voltaje descargando el capacitor durante un período de tiempo.



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