Comparador Análogo con PIC

Resumen El poder de procesamiento de los microcontroladores junto con su alta gama de periféricos, facilita a los usuarios muchas operaciones sin tener que utilizar muchos elementos extras. El presente trabajo es sobre cómo hacer un comparador (restador) análogo usando microcontroladores, mostrando un indicador de cuál de las dos señales es la mayor. Para poder implementar esto, se necesita usarel conversor análogo-digital que tiene normalmente el microcontrolador embebido y posteriormente procesar las señales y poder hacer las rutinas de procesamiento de las dos señales.

Palabras clave: ADC, Restador Análogo, Microncontrolador

I. Conversores análogos-digitales de aproximaciones sucesivas por el método de redistribución de la carga
Un sistema de conversión Análoga-Digital seutiliza en este sistema para poder comparar las dos señales de entrada.
El método de conversión usado por los microcontroladores es la de Aproximaciones sucesivas por medio de redistribución de carga, se prefiere este método, por usar relativamente poco espacio y por ser relativamente sencillo de manipular. Dicho método consiste en una etapa de muestreo y retención, un comparador análogo, unregistro de aproximaciones sucesivas (SAR), un DAC de referencia interna que se usa con el comparador para generar el dato digital compuesto por capacitores de valores diversos.
En la etapa de muestreo se conectan los capacitores al voltaje a muestrear (Vin) y a tierra para que se carguen y reflejen dicho voltaje.
Posteriormente se hace una etapa de retención donde se invierte la pata de tierra de loscapacitores y se desconecta del voltaje a muestrear.

Ilustración 1
Una vez hecho esto el SAR se pone en 1 su MSB, entones esto cambia el switch del capacitor de mayor tamaño y lo conecta a Vref. Con esto se hace una resta de voltaje entre el capacitor de mayor tamaño y los demás capacitores como se muestra en la figura.

Ilustración 2
El valor de capacitancia combinado de los demáscapacitores es igual al primero, entonces con esto la relación de voltajes es igual. Si el valor de Vin es mayor que Vref/2 se pone a 1 la salida del comparador, si el valor de Vin es menor que Vref/2 se pone a0 la salida del comparador, este último dato va al SAR, y determina si el mayor de los capacitores se queda conectado a Vref o no (con un uno si se queda conectado).
Posterior a eso el SAR cambia auno el siguiente bit, haciendo que el siguiente capacitor en tamaño se conecte a Vref, habiendo ahora 2 posibilidades.
Si el MSB de SAR se quedó en uno se tiene:

Ilustración 3
Si el MSB del SAR se quedó en cero se tiene:

Ilustración 4
Como se puede ver en ambos casos, el aumento fue de ¼ de Vref, y este es el efecto que tiene el segundo capacitor, el proceso continúa con el comparadorescribiendo en el SAR con lo que determina si este capacitor se quedará conectado o no y se sigue repitiendo hasta que se hace con todos capacitores (excepto el último que siempre está conectado a tierra a excepción del muestreo), una vez hecho esto, el dato se puede leer del SAR y es el valor proporcional digital de Vin con respecto a Vref.
Por cada capacitor que se agregue se le aumenta en uno laresolución al ADC.
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II. Propuesta de solución
Paso 1: Consideraciones iniciales.
Primeramente se restringirá un rango de las señales analógicas de entrada permitidas, estas señales análogas tienen que estar dentro de un rango de frecuencia permisible por el microcontrolador, este valor puede ser formateado para que el sistema de conversión ocupe energía de manera óptima, si las señales sonde muy baja frecuencia, el muestreo se puede hacer a baja frecuencia también. También es de suma importancia conocer las amplitudes de las señales de entrada y verificar que su valor máximo este por debajo del máximo especificado por el fabricante en la datasheet para evitar un sobrevoltaje en las terminales del MCU.

Paso 2: Medición de voltaje para ambas señales.
Una vez que se tiene las...