Este documento describe los principios básicos de la adquisición y conversión de datos digitales. Explica que los sistemas de adquisición y conversión de datos digitales consisten en muestreo, cuantización y procesamiento digital. El muestreo convierte señales analógicas continuas en valores discretos de acuerdo a una tasa de muestreo, mientras que la cuantización asigna cada muestra a un nivel digital discreto. Juntos, el muestreo y la cuantización permiten representar señales analógicas como datos digitales que pued

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PRINCIPIOS BASICOS DE LA ADQUISICIÓN Y CONVERSIÓN DE DATOS
La aplicación de métodos digitales al procesamiento de señales análogos es una práctica común en todos
los campos de influencia de la electrónica. Su introducción ha posibilitado el audio, el video y la telefonía
digitales, el control de procesos por computador, la instrumentación digital, el sistema de satélite digital
DSS han marcado nuestra época. _________________________________________________________
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Esta conversión es esencial siempre que se utilicen técnicas digitales para realizar un trabajo análogo o se
recurra a un procesador digital. (computador microprocesador, microcontrolador, etc) para controlar un
experimento o proceso.
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__________________________________________, pudiendo ser almacenada, analizada y manipulada
de muchas formas.
Las técnicas de adquisición y conversión de datos se utilizan extensivamente en toda clase de aplicaciones
en las cuales una información análoga debe convertirse a una forma digital para luego ser transmitida
libre de errores y ruido.
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______. Una vez digitalizadas, estas señales son procesadas por dispositivos terminales como
computadores, redes de comunicaciones, etc. Para ser analizadas, almacenadas y/o transmitidas de alguna
forma .
ELEMENTOS DEL SISTEMA
Un sistema de adquisición y conversión de datos se compone básicamente de
_____________________________________________________________________________________
_________________________________________________ Este último suministra las señales lógicas
de sincronización y secuencia requeridas en cada instante y proporciona interface con el dispositivo de
procesamiento. Adicionalmente, _________________________________________________________
__________________________ para garantizar que todas las señales de entrada tengan un rango
dinámico similar.
El multiplexor análogo ____________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_________. Este último sigue la señal análoga multiplexada durante un breve instante y memoriza su
amplitud instantánea, ignorándola el resto del tiempo. Este proceso se denomina muestreo.
El convertidor A/D ___________________________________________________________________.
Este último proceso se denomina cuantización. El muestreo y la cuantización son la esencia de
cualquier sistema de adquisición y conversión de datos.
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Aunque la mayor parte de los bloques funcionales de un sistema de adquisición y conversión de datos
________________________________________, la práctica más común es utilizar tarjetas de
adquisición y conversión de datos Estos módulos incluyen generalmente su propia fuente de
alimentación y pueden conectarse directamente a uno de los slots disponibles de un PC. En algunos casos,
inclusive, el software que acompaña las tarjetas de adquisición de datos simula también instrumentos de
laboratorio como osciloscopios y multímetros digitales.
MUESTREO.-
Una señal análoga se muestrea
___________________________________ _______
____________________________________________
____________________________________________
El Procedimiento se ilustra gráficamente en la
siguiente figura Cada muestra _____________
____________________________________________
___________. La velocidad a la cual se realiza la
actualización de las muestras se denomina rata o
frecuencia de muestreo Fs. En el caso general de varias
señales o canales de datos, este parámetro depende del
ancho de banda de las señales de entrada, del número
de canales análogos y del número de muestras por
ciclo.
La teoría ha demostrado que para reconstruir las
señales análogas originales, sin __________________
__________________________________________
_________________________________________.
______ Fc y muestreadas _______________________
_____________________________________. Este
resultado se conoce como Teorema de Muestreo de
Nyquist. De acuerdo a este criterio:
Fs >= 2 x Fc x N
Donde : Fs es la rata de muestreo del sistema. Fc la
componente de más alta frecuencia presente en las
señales de entrada y N el número de canales análogos.
La mínima frecuencia
_______________________________________. Por ejemplo; un canal de audio limitado a Fc = 20Khz
debe ser muestreado a una rata mínima de 2x20x1 = 40KHz. En la práctica, el muestreo debe realizarse a
frecuencias por encima de la rata de Nyquis
Para facilitar la separación o filtrado de la señal original de sus imágenes durante el proceso inferior a la
establecida por el criterio de Nyquist causa pérdidas de información debido __________________
__________________________________________
_________________________________________
_________. Esta condición se denomina submuestreo y
provoca un fenómeno de distorsión conocido como
“_____________________ ”, como se observa en la
siguiente figura., las muestras derivadas de un
submuestreo representan tanto a la señal original como
a una señal de baja frecuencia llamada alias, en
analogía con la actitud de un delincuente que adopta un
nombre flaso o “alias” para ocultar su verdadera
identidad.
Error Promedio de muestreo
La exactitud promedio de los datos muestreados puede
mejorarse notablemente aumentando el numero de
muestras por ciclo. En la siguiente figura se ilustra el
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proceso de reconstrucción de una señal sinusoidal, muestreada a una rata mínima de dos muestras por
ciclo, utilizando un convertidor digital-analógico DAC con o sin filtro de salida. __________________
_______________________________________________________________________________
“__________________________”.
El error promedio de muestreo se obtiene _______________________________________________
_________________________________________________________________________________
____________________.
Observe que una reconstrucción de orden cero requiere más de diez muestras por ciclo de la frecuencia
máxima para reconstruir la información original con exactitud promedio del 90% o mejor. En la práctica
sin típicos valores entre 7 y 10 muestras por ciclo. La exactitud de la ______________, __________
__________________________. Por ejemplo, en motores paso a paso y otros dispositivos incrementales,
el error promedio de muestreo no es un factor tan decisivo como si lo es en instrumentos de medida y
otros dispositivos de control continuo.
CUANTIZACION
Una vez muestreada, el siguiente paso en el proceso de digitalización de una señal análoga es su
____________. La idea básica del proceso de cuantización es
_____________________________________________________________________________________
_______________________________
___________________________
_______________________
___________________________
____________________________
__________________. El número de
bits del convertidos A/D determina el
número máximo de intervalos y
códigos de cuantización que pueden
definirse y fija la resolución, es decir el
más pequeño incremento de amplitud
de señal que pueden discernir el
sistema.
Los códigos de salida y ________________________________________________________
__________________________________________________________________________, como se
muestra en la figura correpondiente a un convertidor A/D binario idealizado de 3 bits. En este caso, se
dispone de 8 códigos de salida y 7 intervalos de cuantización. En
genral, con N bits es posible definir hasta 2N códigos y 2N-1
intervalos diferentes.
Observe que cada código de salida es válido para n cierto rango
de voltajes de entrada y todos los intervalos de cuantización, con
excepción del primero y el último, tienen el mismo ancho de
1LSB. Asumiendo que la señal análoga de entrada se cuantifica
para el rango de voltajes comprendidos entre Vmin y Vmax, la
resolución del convertidor, por tanto es tamaño del LSB, están
dado por:
Resolución (V) = VFSR / 2N – 1 Resolución (%) = 100 / 2N – 1
Siendo VFSR = Vmax – Vmin el rango dinámico total o de full escala del voltaje de entrada y N el
número de bits del convertidor. Naturalmente, _____________________________________, ________
____________________________________________________________________________________
______________________________.
Un convertidor de 12 bits, por ejemplo, proporciona 4096
códigos y 4095 intervalos de cuantización diferentes. La
resolución en este caso es igual al 0.0244% de la escala
total. Esto significa que si el rango del voltaje de entrada
está entre 0V y 10V, el tamaño del LSB es de
2.44mV.(vease la tabla)
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Error de cuantización
Debido a que cada código de salida ___________________________________________________
____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________. Esta
incertidumbre se denomina error de cuantización y es inherente a todo convertidor A/D.
El error de cuantización ocurre como consecuencia __________________________________________
____________________________________________________________________ , se presume,
pueden adoptar la señal análoga. En el mejor de los casos, cuando el valor de una muestra dada coincide
con el del intervalo de cuantización más próximo, el error de cuantización es 0, y en el peor, cuando
queda exactamente en la mitad de dos intervalos, es igual a +/- ½ LSB.
El error de cuantización _______________________________________y, por tanto, ________________
________________________. Naturalmente, entre más alta ____________________________________
___________________________________________. El ruido de cuantización introduce distorsión con
bajos niveles de señal, pero no es perceptible en señales de alto nivel.
En algunos sistemas, por ejemplo audio digital CD, el ruido de cuantización se enmascara agregando a la
información original una señal de ruido blanco llamada dither antes del muestreo.
Errores de linealidad
Además del error de cuantización inherente de +/- ½ LSB, existen __________________________
________________________________________________________________________________. Los
más importantes son _______________________, _________ y _____________. Los dos primeros no
son críticos puesto que pueden ser minimizados e incluso eliminados medianta circuitos de
compensación. Los errores de linealidad, sin embargo, _______________________________
_____________________________, ______
____________________________________
_______.
Existen dos criterios para definir la linealidad de
un convertidor A/D: _________________
_______________________________________
_________________________________
______________________________. Como se
puede visualizar en la siguiente figura. Tanto el
criterio de la mejor línea recta como el de los
puntos extremos cuantifican el error de linealidad
midiendo las desviaciones de la característica de
transferencia del convertidor A/D con respecto a
una línea recta. En el primer caso, se utiliza la recta
que mejor se aproxima a la característica de
transferencia del dispositivo y en el segundo la
recta, no optimizada, que une los puntos extremos
de la misma curva.
Por regla general el ____________________________________________________________________
_________________________________________________________.
RESUMEN Y CONCLUSIONES
Los sistemas de adquisición y conversión de datos permiten aplicar las múltiples ventajas que ofrecen los
métodos digitales al procesamiento de sañales análogas asociadas a cantidades físicas. Para que la
transición del mundo análogo al mundo digital sea posible, ________________________________
____________________________________________________. En ambos procesos se presentan
errores, algunos de ellos inherentes y otros introducidos por la no idealidad de los elementos que
materializan la conversión.
El principal error del proceso de muestreo _________________, causado por utilizar ________________
__________________________________ Nyquist. Los principales errores del proceso de cuantiazación
son __________________________, causado por
______________________________________________________________________________, y los
de linealidad, causados por imperfecciones intrínsecas de construcción del ADC. Estos últimos sólo
pueden reducirse utilizando convertidores de alta calidad.
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Idealmente para minimizar los errores de aliasing y de cuantización ____________________________
_____________________________________________________________________________________
___. Sin embargo, esto no siempre es posible enla práctica por varias razones.
En primer lugar, las muestras de alta resolución
_________________________________________________________________________.
En segundo lugar, las muestras se transmiten al dispositivo de procesamiento a través de canales de salida
que manejan un número limitado de bits por segundo.
Finalmente, el dispositivo Terminal tiene una velocidad de procesamiento máxima. Estas obligaciones
imponen un límite a la frecuencia de muestreo y a la resolución máximas del sistema.
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