Fundamentos de Señales, Adquisición de Datos y Lógica Digital en Electrónica

Conceptos Fundamentales: Señales y Traductores

Se denomina señales a la información que representa una determinada magnitud física y su evolución en el tiempo.

Señales Analógicas

Son aquellas en las que la variable estudiada es una función continua del tiempo. Las técnicas usadas para la síntesis de los sistemas de control con este tipo de señales son independientes de la naturaleza de la señal y pueden llevarse a cabo de diversos modos:

Métodos de Estudio de Señales Analógicas

• Matemático: Se puede efectuar en el dominio del tiempo y la frecuencia.
• Gráfico: Utiliza características y gráficos de los componentes que se usan.
• Informático: Requiere ordenadores más potentes y programas más complejos que simulan el funcionamiento de los componentes.

El Traductor (Transductor)

Es un elemento capaz de transmitir una señal desde un sistema que se encuentra en su entrada hasta otro situado en la salida. Transforma una determinada magnitud de entrada en otra de salida que sea más fácilmente procesable.

Señales Digitales

Son aquellas en las que la variable estudiada solo toma valores discretos, generalmente codificados según un sistema.

Ejemplo de Control Discreto (Termostato)

• Cuando se inicia el proceso, la temperatura inicial es inferior a la temperatura de referencia (*Termostato OFF*).
• Cuando la temperatura alcanza el umbral de referencia, el termostato pasa a la posición *ON* y la resistencia se conecta.
• Cuando la temperatura transpone de nuevo el umbral de referencia y se sitúa por debajo de este, el termostato pasa a la posición *OFF* y la resistencia vuelve a conectarse.
• El ciclo se repite indefinidamente cada vez que la temperatura alcanza el umbral de referencia.

Sistemas de Codificación Digital

• Código Gray: Representa números, por lo que utiliza las 16 combinaciones posibles. La asignación de bits se caracteriza porque entre un número y el siguiente solo cambia un dígito.
• Código ASCII: Empleado en informática, utiliza 8 bits para cada dato, lo que permite hasta 2⁸ = 256 combinaciones.
• Álgebra de Boole: Es la estructura algebraica que corresponde a un conjunto de elementos que pueden tomar los valores 0 y 1.

Adquisición y Procesamiento de Datos

Los sistemas de adquisición de datos están formados por una serie de elementos que se encargan de la transformación de la señal.

Etapas del Sistema de Adquisición de Datos

1. Acondicionamiento de la Señal: Consiste en la modificación de la señal de entrada para adecuarla a las características de las etapas sucesivas. Para ello se utiliza un *amplificador operacional*.
2. Conversión de Datos (A/D): Una vez acondicionada, la señal de la que disponemos es analógica y es necesario convertirla en digital para que posteriormente pueda ser tratada.
3. Procesado Digital: La señal digital obtenida ha de ser procesada para poder dar una respuesta conveniente.
4. Conversión de Datos (D/A): Una vez procesada, la señal tiene que volver a ser utilizada en el mundo real; por lo tanto, es necesario volver a convertirla en analógica.
5. Transmisión de Datos: La nueva señal, ahora convertida en analógica, es transmitida hasta el lugar donde se encuentra.

Fundamentos del Control Digital y Funciones Lógicas

Lo que caracteriza al control digital es que la magnitud que varía lo hace en torno a dos estados:

• No activo: 0; OFF; L; bajo.
• Activo: 1; ON; H; alto.

Estados Lógicos

• Cuando el circuito esté activado, el interruptor deberá estar cerrado y la lámpara encendida (valor 1).
• Cuando el circuito esté desactivado, el interruptor deberá estar abierto y la lámpara apagada (valor 0).

Función Lógica F

Es una expresión algebraica formada por una combinación de sumas y productos lógicos de diversas variables.

Funciones Lógicas Elementales

Son aquellas a partir de las cuales se pueden constituir el resto de las funciones lógicas, por complicadas que sean:

• AND (Y): Producto lógico. Su símbolo es (*).
• OR (O): Se identifica con la función lógica de suma. Símbolo algebraico (+).
• NOT (NO): Función complementaria o negación. Se representa mediante una rayita colocada sobre el valor de la variable.
• NAND (NO Y): Función complementaria o negación de la función AND. Símbolo: rayita en la parte superior de la expresión de la función AND.
• NOR (NO O): Función complementaria y negación de la función OR. Símbolo: añadiendo la rayita en la parte superior de la expresión OR.
• ORex (O Exclusiva): Función dilema. Su símbolo es el + circunscrito.

La ecuación lógica se deriva de una combinación de funciones AND, OR y NOT.