25.1: Introducción

Por muy útiles que sean los puertos de entrada/salida digitales, también existe la necesidad de puertos analógicos o variables continuamente. Los controladores son, por supuesto, dispositivos inherentemente digitales pero eso no significa que las señales analógicas estén fuera de los límites. Sin embargo, hay una variación considerable en lo que está disponible en cualquier microcontrolador dado. En algunas unidades, se deben agregar circuitos analógicos a digitales y digitales a analógicos al sistema controlador como dispositivos periféricos. Esto es particularmente cierto para controladores menos costosos o para aplicaciones más especializadas que requieren un rendimiento extremo (por ejemplo, una grabadora de audio digital de alta definición o un dispositivo de reproducción). La mayoría de los controladores de propósito general tienen un convertidor analógico a digital (ADC) y algunos también incluyen un convertidor digital a analógico (DAC). La resolución y la velocidad de estos convertidores pueden variar bastante de un controlador a otro. En este capítulo nos centraremos en el sistema ADC que se encuentra en la serie ATMega. Si bien nuestra discusión será bastante específica, los conceptos presentados se aplican a muchos otros controladores hechos por otros fabricantes. Solo los detalles de desempeño y operativos pueden diferir.

Un uso típico de un ADC es capturar el valor de un sensor externo o dispositivo de entrada de usuario en un punto particular en el tiempo. Por ejemplo, es posible que deseemos medir el voltaje de salida de un sensor de temperatura o luz. En cuanto a un dispositivo de interfaz de usuario, una posibilidad es medir el voltaje desarrollado a través de un potenciómetro (los terminales externos conectados a la alimentación y tierra, el limpiaparabrisas conectado al puerto de entrada analógica). A medida que el usuario gira la olla, el voltaje cambia. Este voltaje podría representar todo tipo de variables desde el ajuste de sonoridad para la reproducción de música hasta la velocidad de un motor. Este tipo de aplicaciones pueden considerarse “instantáneas” o usos de conversión única. Es decir, no pasamos todo nuestro tiempo convirtiendo continuamente el voltaje del puerto a valores digitales de la manera que lo haríamos con, digamos, un dispositivo de captura de forma de onda. En el caso de algo así como un sensor de temperatura, simplemente realizamos conversiones como las necesitamos. Para los dispositivos de interfaz de usuario, siempre y cuando podamos obtener valores a una velocidad suficientemente rápida, el control aparecerá continuo para el usuario. En algunas aplicaciones esto puede requerir no más de una docena de conversiones por segundo. Esto se compara con decenas de miles de conversiones por segundo para algo así como digitalizar señales de audio.

Por supuesto, es posible que necesitemos tener varios dispositivos de interfaz de usuario. Considera algo tan común como un receptor estéreo. Normalmente encontraríamos perillas para volumen, balance, graves, agudos y así sucesivamente. Sería muy poco práctico tener una sola perilla que controle todo y una serie de botones a su lado para indicar la función actual de la perilla. Como alternativa, en un entorno industrial, es posible que necesitemos monitorear las temperaturas en varias ubicaciones junto con otros parámetros ambientales. Si bien podríamos usar un ADC para cada uno de estos, tiene mucho más sentido usar un solo ADC y multiplexarlo a varios pines externos. Piense en estos como múltiples canales de entrada. Seleccionamos el canal (sensor) que queremos, hacemos la medición y continuamos.

Esto no quiere decir que solo usemos este modo “snapshot”. Existen otras aplicaciones que requieren monitoreo continuo de la señal externa y otras técnicas de obtención de la medición. En consecuencia, los sistemas ADC se pueden configurar para una única conversión bajo demanda como se indicó anteriormente, pueden ser de ejecución libre o la conversión puede ser desencadenada por algún otro evento. Debido a estas demandas, el circuito y la interfaz de programación para entradas analógicas tienden a estar mucho más involucrados (y mucho más flexibles) de lo que hemos visto para las entradas digitales. Por ejemplo, los sistemas ADC suelen tener varios registros y bits dedicados a especificar parámetros como el modo de adquisición de muestras, la velocidad de conversión, justificación de datos, multiplexación de pines, etc.