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martes, 29 de mayo de 2012

Conversores Analógicos Digital discretos

CONVERSORES ANÁLOGOS DIGITALES EN DISCRETO

Luis Fernando Salas Núñez
Fernando Andres Hinojosa
Jhan Carlos Marin
Amaimen Guillen Pacheco
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
CONTROL II
2012 - I

En esta practica se llevo acabo la implementación de diferentes conversores digitales análogos en discreto, es decir no usando integrados sino el principio básico de funcionamiento, en este caso, se hicieron los tres conversores convencionales, el ADC Flash Paralelo, ADC en escalera y el ADC de aproximaciones sucesivas.

DIGITAL ANALOG CONVERSORS IN DISCREET

In this practice we carried out the implementation of different analog digital converters in discrete, that is, not using integrated but the basic principle of operation, in this case, the three conventional converters were made, the ADC Flash Parallel, ADC in ladder and the ADC of successive approximations.

ADC en escalera
Este método de conversión consiste en generar una señal rampa  a través de un contador y un conversor digital análogo, que comienza desde el valor mas bajo a medir hasta el mas alto, es decir si vamos a convertir de -1V a 2V la rampa debe comenzar en -1V y terminar en 2V, esta rampa es comparada con el voltaje análogo a convertir, cuando la rampa se hace mayor a la entrada analógica se carga el valor binario del contador en ese instante en un registro, inmediatamente se resetea este contador y comienza una nueva conversión, es decir,  que la rampa solo llega al valor del voltaje análogo al volverse mayor se resetea, por lo cual el numero binario que se encuentra en el registro es el resultado de la conversión.

Azul señal analógica de entrada, Amarilla rampa de conversión (simulación en ISIS)


Para implementar se realizo el circuito

Circuito simulado en Isis de proteus

CIRCUITO
Como se observa este posee un contador ascendente-descendente, las salidas de estos van a un DAC R 2R, luego es acondicionada a través de los operacionales, en esta parte se fija el nivel mínimo a convertir y el máximo en nuestro caso es de 0V a 5V, luego es comparado con el voltaje analógico de entrada en U3.

cuando el voltaje de la rampa supera al analógico el comparador pasa a un nivel bajo entonces se carga el dato en el otro contador que en este caso usamos como una especie de registro ya que nos permite cargar el dato de donde comienza el contador y no lo ponemos a contar de modo que no se va mover la salida solo hasta que se realice la próxima conversión, se utilizo este contador por que es el que se tenia a la mano y por ahorrar costos ya que es barato y fácil de conseguir.

esta misma señal entra a un flip flop donde se guarda en Q luego de un ciclo de reloj pasa a Qn, entra a la compuerta y resetea el contador con lo cual se inicia de nuevo la conversión.

Azul Señal senoidal de entrada, Amarillo conversión del circuito.
Es de importancia resaltar que estos conversores son muy lentos ya que siempre realizaran la rampa para convertir, su tiempo de respuesta es relativo ya que depende de que tan lejos este el valor análogo de entrada del valor mínimo a convertir, por ejemplo si tenemos una esca de 0 - 5V un voltaje de 1V seria convertido de forma rápida ya que la rampa de conversión lo encuentra rápido, si el valor a convertir es 4V el conversor tarda mas por la rampa de conversión, esta rampa los hace lentos.

Rampa de conversión con entrada análoga de 1V

Rampa de conversión con la entrada análoga de 4V
ADC Flash
Los conversores Flash consisten en 2^n comparadores que se encargan de identificar el voltaje analógico de entrada, es decir la entrada es aplicada a comparadores que tienen como referencia n* resolución de voltaje, donde n es el numero del comparador. Así si tenemos un conversor de 3 bits tenemos y convertiremos de 0-1V:

#comparadores (2^n)-1=(2^3)-1=7 comparadores
Resolución de voltaje=(1-0)/(2^3)=0.125V
Voltaje de referencia del comparador 1=n*resolución de voltaje=1*0.125=0.125V
Voltaje de referencia del comparador 2=2*0.125=0.25V
Voltaje de referencia del comparador 3=3*0.125=0.375V
Voltaje de referencia del comparador 4=4*0.125=0.5V
Voltaje de referencia del comparador 5=5*0.125=0.625V
Voltaje de referencia del comparador 6=6*0.125=0.75V
Voltaje de referencia del comparador 7=7*0.125=0.875V

Luego de que se reconoce el voltaje analógico pasa a un codificador de prioridad  que se encarga de tomar el bit de mas peso activado y codificarlo en su salida, por ejemplo si al conversor anterior tiene un voltaje de entrada de 0.52V se activaran los comparadores 1, 2, 3 y 4, es decir que el codificador de prioridad tendrá activadas 4 entradas por lo cual el toma el de mayor prioridad y lo codifica en este caso el 4 por lo cual a la salida tendremos 100.

Para implementar se realizo el circuito

Circuito ADC flash de 3 bits (Simulación en Isis)

CIRCUITO
Este circuito es un ADC de 3 bits que convierte de 0 a 5V, los voltajes de referencia se obtienen a partir de divisores de voltaje, y luego son aplicadas a los diferentes operacionales donde son comparadas con la entrada, al compararse se activan distintos operacionales y pasan al codificador de prioridad que a su salida nos muestra el valor digital final.

Los conversores ADC Flash son los mas rápidos el tiempo de conversión depende del tiempo de respuesta de los elementos usados en el conversor ya que no necesita un reloj, por lo cual es muy rapida, estos conversores se utilizan para procesar señales de video.  

martes, 22 de mayo de 2012

MODULACIONES ANALÓGICAS


MODULACIONES ANALOGICAS


Salas Núñez Luis Fernando
lfsalasnu@gmail.com
Universidad Popular del Cesar
Ingeniería Electrónica
Comunicaciones I

RESUMEN
Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un a canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisión, a este proceso es al que llamamos modulación, La modulación es un proceso esencial para transmitir señales de forma eficiente y económica.

PALABRAS CLAVES
Portadora, Banda Base, FM, AM, DSB, DSB SC, PM, RF, SSB, VSB.



SUMMARY

The baseband signals produced by different sources of information are not always suitable for direct transmission through a given channel. These signals are sometimes strongly modified to facilitate their transmission, this process is what we call modulation. Modulation is an essential process to transmit signals efficiently and economically.

KEYWORDS


Carrier, Baseband, FM, AM, DSB, DSB SC, PM, RF, SSB, VSB.


INTRODUCCION
Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el mensaje, a este proceso es al que llamamos modulación.

La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación. (Tomado Modulación Analógica Evelio Martinez).

Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal como la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de banda base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en frecuencia (FM), o la modulación en fase (PM). La siguiente figura muestra una señal de banda base s(t) y las formas de onda de AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en proporción a s(t), y en FM, la frecuencia de la portadora varia en proporción a s(t).

MODULACION DE AMPLITUD
Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir. La modulación de amplitud es equivalente a la modulación en doble banda lateral con reinserción de portadora. Existen cuatro tipos de modulación por amplitud que son DSB, DSB SC, SSB y VSB.

DSB (Doble Banda Lateral)
La modulación de amplitud (AM) se define como el proceso en el cual la amplitud de la portadora varía en torno a un valor medio de forma lineal con la señal banda base.



DSB SC (Doble Banda Lateral Con Portadora Suprimida)
La señal portadora es completamente independiente de la información de la señal, por lo tanto transmitir la portadora significa un desperdicio de potencia. Sólo una parte de la potencia transmitida de una señal AM lleva información. Para solucionar esto, se puede suprimir la componente portadora de la señal modulada, dando lugar a una modulación doble banda lateral con portadora suprimida. Entonces, suprimiendo la portadora se tiene una señal que sería proporcional al producto de la portadora por la señal banda base.

La señal así modulada presenta un cambio de fase siempre que la señal cruce por cero. Ahora a diferencia del caso DSB, para DSB SC la envolvente de la señal no sigue a la señal moduladora.




SSB (Banda Lateral Única)
Las dos anteriores modulaciones desperdician ancho de banda ya que sus bandas laterales son idénticas es decir envían dos veces la misma información, por lo cual solo es necesario transmitir una sola banda lateral. La modulación SSB suprime la portadora y envía una sola banda la superior o la inferior con lo  cual consumimos un ancho de banda igual a la señal banda base y no el doble como en DSB y DSB SC, es decir ahorramos potencia y ancho de banda pero los circuitos se vuelven muy complejos debido a la separación de las bandas laterales. Si la señal original posee componentes muy bajas en frecuencia la banda lateral inferior y superior se juntan en la frecuencia de la portadora, en este caso la modulación SSB no es apropiada ya que es muy difícil aislar las bandas laterales.





VSB (Banda Lateral Vestigial)
Debido a que la modulación SSB no es muy eficiente en la transmisión de señales con muy bajas frecuencias, se busco otro tipo de modulación la banda lateral vestigial que ahorra potencia y envía casi completamente una banda lateral y un vestigio de la otra banda lo cual hace los circuitos de procesamiento de señal más sencillos, es decir no debemos separar por completo las bandas laterales de los filtros lo cual hace la banda de transición del filtro más suave permitiéndonos enviar señales de muy baja frecuencia.

MODULACION ANGULAR
La modulación angular consiste en hacer variar la fase o la frecuencia de una señal portadora debido a una señal moduladora (señal Mensaje). Dependiendo del parámetro que modifiquemos tendremos dos tipos de modulaciones, la modulación en Frecuencia (FM) y la modulación de Fase (PM).

FM (Modulación de Frecuencia)
La modulación en frecuencia consiste en hacer variar la frecuencia instantánea de la señal conforme a la señal banda base, es decir la señal modulada cambia su frecuencia dependiendo de la señal mensaje. La modulación FM lleva la información en la frecuencia.  Este tipo de modulación utiliza poca potencia y poco ancho de banda pero necesita altas frecuencias lo cual la hace muy directiva.




PM (Modulación de Fase)
Consiste en hacer variar la fase instantánea de la portadora conforme a la señal mensaje, es decir que la información se encuentra en la fase de la señal modulada. La modulación PM es poco utilizada comercialmente debido a que es un poco más compleja que la FM.




MODULACIONES EN MATLAB
Matlab es un software matemático muy poderoso que nos permite realizar operaciones complejas de forma rápida. Este programa posee un modulo de comunicaciones el cual nos permite realizar muchas modulaciones de forma rápida entre estas las modulaciones analógicas, nombradas anteriormente.

referencias
[1]   Modulación En Amplitud, Marcos Martin Fernández
[3]   modulación Angular, Constantino Pérez Vega
[4]   Simulink communications toolbox












CODIGOS, SIMULACIONES Y RESULTADOS

%Modulación DSB
%Comunicaciones I
%2012 I
clc
clear all
fp=2000;
fmu=16000;
fmens=20;
amp=3;%amplitud señal mensaje
t=0:1/fmu:0.5;
port=5*sin(fp*2*pi*t);

grid
mens=amp*sin(fmens*2*pi*t);
subplot(3,1,1)
plot(t,mens);
grid
title('Señal Mensaje')

mod=port+mens;
subplot(3,1,2)
plot(t,mod);
grid
title('Señal Modulada en DSB')


dem=mod;
%Detector de envolvente
[m,n]=size(mod);%Elimina la parte  negativa de la señal
s=m*n;
for i=1:s
    if dem(i)<=0
        dem(i)=0;
       end;
end;

[num,den] = butter(10,200*2/fmu)
dem=filter(num,den,dem);
%

dem=2*dem-2*2,9; %ajuste de nivel dc y sele da una ganancia de dos
subplot(3,1,3)
plot(t,dem);
grid
title('Señal Demodulada')

figure;
plot(t,mens,'b-',t,dem,'r-');
legend('Señal Original','Señal Recuperada');
grid

Señal Mensaje, Señal Modulada y señal Demodulada

Señal Mensaje(A) y señal Demodulada (R)

Diagrama en simulink
                                               Señal Mensaje (R) y señal Demodulada(A) Señal Modulada (V)

Señal Mensaje (R) y señal Demodulada(A)




%%
%Modulación DSB SC
%Luis Fernando Salas Nuñez
%Comunicaciones I
%2012 I

clc
clear all
Fp = 10000;%Frecuencia de portadora
Fmu = 80000;%Frecuencia de muestreo
t = [0:1/Fmu:0.01];
mens = sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t); % Mensaje
subplot(3,1,1)
plot(t,mens)
grid
title('Señal Mensaje')

mod = ammod(mens,Fp,Fmu); % Modulador

subplot(3,1,2)
plot(t,mod)
grid
title('Señal Modulada en DSB SC')
[num,den] = butter(10,Fp*2/Fmu); % filtro pasabajo de orden 10

demod = amdemod(mod,Fp,Fmu,0,0,num,den); % Demod.
subplot(3,1,3)
plot(t,demod)
grid
title('Señal Demodulada')

figure;
plot(t,mens,'b-',t,dem,'r-');
legend('Señal Original','Señal Recuperada');
grid

Señal Mensaje, señal Modulada y Señal Demodulada

Señal Mensaje y Demodulada

Diagrama en simulink

Señal Modulada, Señal mensaje y Señal demodulada

Señal Mensaje(A) y Señal Demodulada(R)


%%
%Modulación SSB
%Luis Fernando Salas Nuñez
%Comunicaciones I
%2012 I

clc
clear all
Fp = 12000;%Frecuencia de portadora
Fmu = 270000;%Frecuencia de muestreo
t = [0:1/Fmu:0.01];
mens = sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t); % Mensaje
subplot(3,1,1)
plot(t,mens)
grid
title('Señal Mensaje')

mod1 = ssbmod(mens,Fp,Fmu,0); % modulacion banda inferior
mod2 = ssbmod(mens,Fp,Fmu,0,'upper'); % Modulacion Banda Superior
subplot(3,1,2)
plot(t,mod1,'r-',t,mod2,'k--');
grid
title('Señal Modulada en SSB')
legend('Modulación Banda Superior','Modulación Banda Inferior')

dem1 = ssbdemod(mod1,Fp,Fmu); % Demodulación Banda inferior
dem2 = ssbdemod(mod2,Fp,Fmu); % Demodulación Banda superior

%figure;
subplot(3,1,3)
plot(t,dem1,'r-',t,dem2,'k--');
grid
title('Señal Demodulada')
legend('Demodulación Banda Superior','Demodulación Banda Inferior')

figure;
plot(t,mens,'b-',t,dem1,'r-',t,dem2,'g-');
legend('Señal Original','Señal Recuperada Banda Superior','Señal Recuperada Banda Inferior');
grid



Diagrama en simulink

Señal Modulada, Señal Mensaje y señal Demodulada

Señal Mensaje(A) y Demodulada(R)



%%
%Modulación FM
%Luis Fernando Salas Nuñez
%Comunicaciones I
%2012 I

clc
clear all

Fs = 32000; % Frecuencia de muestreo
Fc = 3000; % Frecuencia de portadora
t = [0:Fs-1]/Fs; % tiempo de muestreo
mens = sin(2*pi*300*t); % Canal 1
subplot(3,1,1)
plot(t,mens)
grid
title('Señal Mensaje')

%s2 = sin(2*pi*150*t)+2*sin(2*pi*900*t); % Canal 2
%x = [s1,s2]; % Dos canales
fdesv = 50; % Frecuencia de desviación
mod = fmmod(mens,Fc,Fs,fdesv); % Modulador.
subplot(3,1,2)
plot(t,mod)
grid
title('Señal Modulada en FM')


dem = fmdemod(mod,Fc,Fs,fdesv); % Demodulador.
subplot(3,1,3)
plot(t,dem)
grid
title('Señal Demodulada')

figure;
plot(t,mens,'b-',t,dem,'r-');
legend('Señal Original','Señal Recuperada');
grid

Señal Modulada, Señal Mensaje y señal demodulada

Señal Original y Demodulada

Diagrama en simulink

Señal Modulada, Señal Mensaje y señal demodulada

Señal Demodulada y mensaje



%%
%Modulación PM
%Luis Fernando Salas Nuñez
%Comunicaciones I
%2012 I

clc
clear all
Fs = 100; % Frecuencia de muestreo
Fc = 10; % Frecuencia de portadora
t = [0:2*Fs+1]'/Fs;

mens = sin(2*pi*t) + sin(4*pi*t);
subplot(3,1,1)
plot(t,mens)
grid
title('Señal Mensaje')

fasedesv = pi/2; % Desviación de fase

mod = pmmod(mens,Fc,Fs,fasedesv); % Modulada
subplot(3,1,2)
plot(t,mod)
grid
title('Señal Modulada en PM')

dem = pmdemod(mod,Fc,Fs,fasedesv); % Demodulada.
subplot(3,1,3)
plot(t,dem)
grid
title('Señal Demodulada')

figure;
plot(t,mens,'k-',t,dem,'g-');
legend('Señal Original','Señal Recuperada');
grid







Conclusiones

·         La modulación por amplitud necesita de una gran potencia para que la señal mensaje llegue al destino sin sufrir grandes modificaciones.

·         La modulación angular necesita menor potencia para transmitir la señal ya que la señal mensaje no se encuentra en la amplitud de la portadora.

·         La frecuencia modulada es el tipo de modulación en el que menos sufre cambios la señal mensaje.

·         La modulación por doble banda lateral es la más sensible a los cambios en la señal mensaje

·         La interferencia electromagnética puede modificar la información depositada en una modulación angular.

·         La señal mensaje se recupera mejor en las simulaciones con simulink que las hechas con código.

·         Las simulaciones con código se aproximan más a lo visto en la vida real.