Este documento describe las diferencias entre señales analógicas y digitales. Las señales analógicas varían de forma continua mientras que las señales digitales solo pueden tomar valores discretos. El proceso de convertir una señal analógica a digital implica muestreo, retención, cuantificación y codificación. También explica conceptos como biestables, lógica programable, sensores DHT11 y acelerómetros.

1. ELVIS DOMINGO GUTIERREZ ASQUI

2. Antecedentes
 Con la creación del hombre, surge la tecnología
digital (computadoras, por ejemplo), y con estas
se pueden hacer tareas muy rápidamente, muy
exactas, muy precisas y sin detenerse.
 La electrónica moderna usa tecnología digital
para realizar muchas funciones que antes
desempeñaba la electrónica analógica. Un
ejemplo muy evidente es el hecho de que la
música actualmente se graba en discos
compactos (CD), que previamente ha sido
convertida a formato digital del original que es el
formato analógico.

3.  Señal analógica
 Una señal analógica es aquella cuya magnitud (por
ejemplo tensión de una señal que proviene de un
Transductor y Amplificador) puede tomar en principio
cualquier valor, esto es, su nivel en cualquier muestra
no está limitado a un conjunto finito de niveles
predefinidos como es el caso de las señales
cuantificadas, lo que significa que sufre una variación
continua en amplitud a lo largo del tiempo. Onda
sonora con intensidad, tono, timbre y frecuencia
determinada.
 Señal digital
 En cambio, una señal digital es aquella cuyas
dimensiones (tiempo y amplitud) no son continuas
sino discretas, lo que significa que la señal
necesariamente ha de tomar unos determinados
valores fijos predeterminados en momentos también
discretos.

4.  Cuando una señal es analógica experimenta
perturbaciones leves.
 Facilidad para el procesamiento de la señal.
Cualquier operación es fácilmente realizable a
través de cualquier software de edición o
procesamiento de señal.
 La señal digital permite la multigeneración
infinita sin pérdidas de calidad.

5.  Muestreo: el muestreo consiste en tomar
muestras periódicas de la amplitud de onda.
La velocidad con que se toma esta muestra,
es decir, el número de muestras por segundo,
es lo que se conoce como frecuencia de
muestreo.
 Retención: las muestras tomadas han de ser
retenidas (retención) por un circuito de
retención (hold), el tiempo suficiente para
permitir evaluar su nivel (cuantificación)

6.  Cuantificación: en el proceso de
cuantificación se mide el nivel de voltaje de
cada una de las muestras. Consiste en
asignar un margen de valor de una señal
analizada a un único nivel de salida. Incluso
en su versión ideal, añade, como resultado,
una señal indeseada a la señal de entrada: el
ruido de cuantificación.
 Codificación: la codificación consiste en
traducir valores obtenidos durante la
cuantificación al código binario. Hay que
tener presente que el código binario es el
más utilizado, pero también existen otros
tipos de Códigos que también son utilizados.

7. 
Un biestable (flip-flop en inglés), es un multivibrador
capaz de permanecer en uno de dos estados posibles
durante un tiempo indefinido en ausencia de
perturbaciones.
 En electrónica, un multivibrador es un circuito oscilador
capaz de generar una onda cuadrada. Según su
funcionamiento, los multivibradores se pueden dividir
en dos clases:
 De funcionamiento continuo, astable o de oscilación
libre: genera ondas a partir de la propia fuente de
alimentación.
 De funcionamiento impulsado: a partir de una señal de
disparo o impulso sale de su estado de reposo.
 Si posee dos de dichos estados, se denomina biestable.
 Si poseen uno, se le llama monoestable.

8.  En su forma más simple son dos sencillos transistores
realimentados entre sí. Usando redes de resistencias y
condensadores en esa realimentación se pueden definir los
periodos de inestabilidad.
 Un circuito integrado multivibrador muy popular es el 555,
que usa un sofisticado diseño para lograr una gran
precisión y flexibilidad con muy pocos componentes
externos.

9.  Dependiendo del tipo de dichas entradas los
biestables se dividen en:
 Asíncronos: solamente tienen entradas de
control. El más empleado es el biestable RS.
 Síncronos: además de las entradas de control
posee una entrada de sincronismo o de reloj.
Biestable RS
 Dispositivo de almacenamiento temporal de 2
estados (alto y bajo), cuyas entradas principales
permiten al ser activadas:
 R: el borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel
bajo de la salida.
 S: el grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel
alto de la salida

10.  Sólo posee las entradas R y S. Se compone
internamente de dos puertas lógicas NAND o
NOR, según se muestra en la siguiente figura:

11.  Biestable RS (Set Reset)
síncrono
 Además de las entradas R y
S, posee una entrada C de
sincronismo cuya misión es
la de permitir o no el
cambio de estado del
biestable. En la siguiente
figura se muestra un
ejemplo de un biestable
síncrono a partir de una
asíncrona, junto con su
esquema normalizado:

12.  En electrónica y computación la Lógica
programada es un tipo de diseño implementado
en chips que permite la reconfiguración de los
circuitos con el simple cambio del software que
incorpora, es lo contrario de la lógica cableada.
 La lógica programada se basa en dispositivos
lógicos programables (PLD), los cuales tienen una
función no establecida, al contrario que las
puertas lógicas que tienen una función fija en el
momento de su fabricación. Antes de poder
utilizar el PLD en un circuito, este debe ser
programado.

13.  La ventaja de utilizar una ROM es que cualquier
función concebible de las m entradas puede ser
colocada por las n salidas, haciendo este el
dispositivo lógico combinacional de mayor
propósito general disponible. También las PROMs
(ROMs programables), EPROMs (PROMs de
borrado por ultravioleta) y EEPROMs (PROMs de
borrado eléctrico) disponibles pueden ser
programadas de esta manera con un
programador PROM hardware o software. Sin
embargo, existen varias desventajas:

14.  Son bastante más lentas que los circuitos lógicos
dedicados.
 No necesariamente pueden proveer de
"protección" ante transiciones lógicas asíncronas.
Consumen mayor potencia.
PAL
 MMI introdujo un dispositivo revolucionario en
1978, la Programmable Array Logic (Matriz lógica
programable). La arquitectura era más sencilla
que la FPLA de Signetics porque omitía la matriz
OR programable. Esto hizo los dispositivos más
rápidos, más pequeños y más baratos. Estaban
disponibles en encapsulados de 20 pines y DIP
de 300 milésimas de pulgada, mientras que las
FPLAs venían en encapsulados de 28 pines y DIP
de 600 milésimas de pulgada.

15.  Definido en inglés como: "Programmable Logic
Array" forma parte de los PLD simples (SPLDs).

 Estos dispositivos fueron los primeros chips
desarrollados específicamente para implementar
circuitos lógicos. Como los PAL, anteriormente
vistos, disponen de dos planos diferenciados:
AND y OR. En este caso, los PLA tienen ambos
planos programables lo que hace que su
estructura sea ideal para implementar funciones
lógicas como sumas de productos, por el
contrario hace que el dispositivo tenga mayor
tamaño y menor velocidad. Por último existen
variantes de este tipo de estructura:

16.  Solo plano AND o plano OR Plano AND con
reglamentación Plano AND y OR con
reglamentación
GALs
 Una innovación del PAL fue la matriz lógica
genérica (Generic array logic) o GAL. Ambas
fueron desarrolladas por Lattice Semiconductor
en 1985. Este dispositivo tiene las mismas
propiedades lógicas que el PAL, pero puede ser
borrado y reprogramado. La GAL es muy útil en
la fase de prototipado de un diseño, cuando un
fallo en la lógica puede ser corregido por
reprogramación. Las GALs se programan y
reprograman utilizando un programador OPAL, o
utilizando la técnica de programación circuital en
chips secundarios.

17.  Una GAL permite implementar cualquier
expresión en suma de productos con un
número de variables definidas. El proceso de
programación consiste en activar o desactivar
cada celda E2CMOS con el objetivo de aplicar
la combinación adecuada de variables a cada
compuerta AND y obtener la suma de
productos.
Las PALs y GALs están disponibles sólo en tamaños pequeños,
equivalentes a unos pocos cientos de puertas lógicas. Para
circuitos lógicos mayores, se pueden utilizar PLDs complejos o
CPLDs. Estos contienen el equivalente a varias PAL enlazadas por
interconexiones programables, todo ello en el mismo circuito
integrado. Las CPLDs pueden reemplazar miles, o incluso cientos
de miles de puertas lógicas.

18.  El DHT11 es un sensor que proporciona una
salida de datos digital. Entre sus ventajas
podemos mencionar el bajo coste y el
despliegue de datos digitales. Esto supone
una gran ventaja frente a los sensores del
tipo análogo, como el LM335 por ejemplo, en
los cuales las fluctuaciones en el voltaje
alteran la lectura de datos.

19.  Entre las desventajas pues, el DHT11 solo lee
enteros, no podemos leer temperaturas con
decimales por lo que tenemos que pensarlo
muy bien a la hora de utilizar este sensor
para trabajos en los que se requieran lecturas
precisas de temperatura y/o humedad.
 Hay tutoriales que explican como leer este
sensor sin dicha librería, sin embargo el tema
es bastante complicado para alguien que no
esté acostumbrado a programar. Se necesita
leer una onda cuadrada en la cual se envían
los bits con separaciones de unos cuantos
microsegundos.

20.  Descargamos los archivos que conforman
esta librería
 Ahora que hemos descargado, nos vamos a la
carpeta de nuestro Arduino IDE, buscamos
una carpeta llamada “libraries”

22.  El GND y el VCC del sensor se conectan en
sus correspondientes pines en Arduino (GND
y +5V, respectivamente). El pin “data” se
conecta al pin 2, que ya declaramos en el
código.

23.  Cuando subamos el código al micro, vamos al
Monitor Serial y obtenemos el siguiente
resultado:
Cada 2 segundos obtendremos una nueva lectura

25. 
Este diminuto componente de baja potencia,
es un acelerómetro analogico completo de 3
ejes con señales reguladas de voltaje de
salida.
 Mide la aceleración con una escala de ± 3G y
utiliza un nivel de tensión de 3.3 V. Se puede
medir la aceleración de la gravedad estática
en aplicaciones de detección de inclinación,
así como la aceleración dinámica resultante
del movimiento, choque o vibraciones.

27.  Un acelerómetro es un es un tipo de sensor
analogico transductor que detecta el
movimiento o el giro, es decir, es capaz de
responder con una señal eléctrica ante una
perturbación inducida por la aplicación de
una fuerza o la gravedad. Este dispositivo es
capaz de detectar si está en horizontal o
vertical o por ejemplo si los agitamos en el
aire.

28.  El ADXL335 proporcionará a Arduino, tres
voltajes proporcionales a la aceleración de
cada eje X, Y y Z. Algo muy importante es que
se trata de un dispositivo que se alimenta a .3
V, por lo que hay que tener cuidado al
conectarlo a nuestro Arduino de no hacerlo a
la salida de 5v, ya que dañaríamos el sensor.

29.  Este sensor detecta la concentración de
alcohol en aire. Simplemente se conecta a
una entrada analógica de un
microcontrolador como Arduino y podremos
medir la concentración de alcohol.
Este es un sensor de alcohol llamado MQ-3, que
detecta etanol en el aire. Es uno de los sensores
de gas más sencillos por lo que funciona casi de
la misma manera con otros sensores de gas como
el de gas metano y gas butano

30.  Típicamente se utiliza como parte de los
alcoholímetros o probadores de aliento para
la detección de etanol en el aliento humano.

31.  Básicamente, tiene 6 pines, la tapa y el
cuerpo. Aunque a pesar de que tiene 6 pines,
se suelen utilizar sólo 4 de ellos. Dos de ellos
son para el sistema de calefacción, lo que es
como H y los otros 2 son para la conexión de
alimentación y de tierra, que están marcados
como A y B.

32. 
Si miramos por dentro el sensor, encontraremos
un pequeño tubo. Este tubo es un sistema de
calefacción que esta hecho de óxido de aluminio
y dióxido de estaño, y dentro de este hay
bobinas, que prácticamente producen el calor. Y
también se pueden encontrar 6 pines. 2 pines
que llamados son llamados pin H y están
conectadas a las bobinas del calentador y los
otros están conectados directo al tubo.

33.  El sensor tal y como lo suelen vender en las
tiendas distribuidoras es como el de la primer
imagen mostrada aquí, lo cual aveces dificulta el
uso del mismo ya que tenemos que soldar
cuidadosamente los pines necesarios a cable, y
por la estructura en que se encuentran suele ser
un tanto batalloso.

34. Una pequeña placa especial para el sensor
donde ya vienen marcadas exactamente las 4
salidas necesarias para la lectura del sensor y
donde se facilita la forma de soldar.

35.  Armé un pequeño circuito para leer los datos
del sensor y verlos desde el monitor serial.

37. Y por último la salida
desde el monitor serial,
después de haber
usado un algodón
impregnado con
alcohol etílico.
Podemos notar que los
datos recibidos van
desde valores cercanos
a 600 y llega a subir
hasta valores cercanos
a 1000.