Interfaz Directa

Circuitos de interfaz directa sensor-microcontrolador
© Ferran Reverter Cubarsí y Ramon Pallàs Areny
Versión en español de la obra Direct sensor-to-microcontroller interface circuits. Design and
characterisation publicada por Marcombo (2005). Traducida por Carlos Román Vázquez
Seisdedos, Dr. Ing. Profesor Titular, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba (Cuba),
y revisada y ampliada por losautores.
© MARCOMBO S.A., 2008
Gran Via de les Corts Catalanes, 594
08007 Barcelona
www.marcombo.com
Diseño y maquetación: Pol Creuheras Borda
Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación
de esta obra sólo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción
prevista por la ley.
ISBN: 978-84-267-1502-9
DL:
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Introducción

1.1 Antecedentes
Al igual que los seres humanos captamos la información del entorno
mediante los sentidos, los sistemas electrónicos de medida y control adquieren la información mediante sensores. Los sensores están presentes
en los sistemas electrónicos diseñados para automóviles, aviones, equiposmédicos, electrodomésticos, el control de procesos industriales, y otras
aplicaciones. Los sensores han devenido esenciales para el funcionamiento
cotidiano de nuestras vidas.
La figura 1.1 muestra la estructura general de un sistema electrónico
de medida [1]. El sensor convierte la información del mesurando en una
señal eléctrica, en general una señal analógica de baja amplitud y con uncierto nivel de ruido. Esta señal es amplificada, filtrada, linealizada y/o demodulada mediante el circuito de acondicionamiento de señal. Después, la
señal analógica acondicionada se digitaliza con un convertidor analógicodigital (CAD). Finalmente, un microcontrolador (µC) u otro sistema digital adquiere, almacena, procesa, controla, transmite (a otros dispositivos o
sistemas) y/o visualiza el valordigital.
Sensor

Acondicionador
de señal

CAD

µC

Figura 1.1 Diagrama de bloques de un sistema electrónico de medida clásico.

Los circuitos acondicionadores de señal más empleados para sensores
resistivos se basan en divisores de tensión (si la variación de resistencia
del sensor es alta) o puentes de Wheatstone (si la variación de resistencia del sensor es pequeña) conectados aamplificadores diferenciales o de
instrumentación [2], cuyo precio es significante para sistemas de bajo coste. Para medir sensores capacitivos con una buena exactitud y resolución,
generalmente se usan puentes de corriente alterna o circuitos resonantes
[3]. Estas técnicas requieren transformadores, ajustes manuales o ajustes
automáticos complejos, que encarecen también el sistema de medida.Estos circuitos de acondicionamiento son aptos para equipos de laboratorio,
pero no para aplicaciones de gran mercado.
Para reducir el coste, la complejidad, el consumo de energía y el espacio físico de la cadena de medida de la figura 1.1 se han propuesto nuevas
interfaces electrónicas para sensores. Entre ellas destacan las interfaces basadas en un oscilador, que permiten obtener una señaldigital sin utilizar
el CAD, según muestra la figura 1.2. El oscilador convierte la señal analógica procedente del sensor en una señal con una modulación de un pará1

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metro temporal, tal como frecuencia, periodo, ciclo de trabajo o intervalo
de tiempo. Este tipo de señales se encuentra a mitad de camino entre las
señales analógicas ylas digitales, pues son señales analógicas que pueden
conectarse directamente a un sistema digital. Por esta razón, estas señales
se denominan señales casi-digitales [4]. Estas señales presentan además las
siguientes ventajas [2]: (a) un margen dinámico grande, ya que, en teoría,
no viene limitado ni por la saturación de tensión ni el ruido electrónico, y
(b) alta inmunidad al ruido e...