ControllerSAR-A-D/es

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CONTROLADOR SAR - A/D = Procesador para Aplicaciones Multimedia JZ4725[1]

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[edit] Definición

Los circuitos embebidos son la consecuencia de la busqueda de eficiencia y aprovechamiento de potencia en los sistemas con multiples funcionamientos, el procesador JZ4725 es un dispositivo que lo comprueba, fabricado por Ingenic Semiconductor Co. Ltd[[2]], posee varios sistemas embebidos que trabajan con objetivos especificos, en adelante se aborda el sistema dedicado al controlador

Es el controlador tipo CMOS embebido dentro del procesador con el fin de comunicar las variables analogicas que llegan desde los perifericos del dispositivo y los bloques que trabajan dichas variables de manera digital.

Un convertidor analogico-digital toma un voltaje de antrada analogico y despues de cierto tiempo produce un codigo con salida digital que representa a la entrada analogica con una precision y resolucion determinada.

Este presenta gran rendimiento con un minimo en el consumo de potencia y en un pequeño paquete, haciendole ideal permitiendo ser alimentado con tension desde 1.8 V a 3.3 V.

Esta constituido con la arquitectura SAR que permite una mayor velocidad de registros, dando de cierta manera mejor resolucion a la señal digital produciada por la señal analoga.

Este registro tiene 3 modos diferentes de ingreso de datos:

  • Por la pantalla táctil[3]
  • Por consumo de bateria (Vigila la tensión de caida que presenta la bateria)
  • Por entrada externa (denomindada en el procesadorSADCIN)

[edit] TIPOS DEL ADC

Dado que el numero de bits que se obienen de un convertidor es finito, el codigo de salida debera ser siempre debera ser siempre el correspondiente al valor mas cercano que puede representarse mediante los bits, la conversion digital efectua una cuantificacion en la entrada analogica, acotandola entre dos niveles consecutivos cuya distancia es precisamente el grado de resolucion obtenido.

Existen diversos tipos de convertidores en igual forma utilizados para efectuar la conversion, en unos casos se efectua la conversion directa, por comparacion contra una tension de referencia, en otros casos se efectua una transformacion a una variable intermedia, como puede ser el tiempo, tambien puede efectuarse la conversion AD efectuando una conversion inversa DA, usando al mismo tiempo una estructura de retroalimentacion, si se usa lazo cerrado reciben entonces el nombre de servoconvertidores, segun sea el metodo utilizado se obtienen distintas caracteristicas de precision, rapidez de conversion y costo.

El proceso de conversion AD es generalmente mas completo y largo que el proceso inverso DA, se han creado y utilizado muchos metodos de convesion AD como es: Aproximaciones sucesivas.

Se discute unicamente el metodo de aproximaciones sucesivas ya que el que usa el ADC 0809, el metodo AD de aproximaciones sucesivas es uno de los tipos mas ampliamente utilizados. Los convertidores de aproximaciones sucesivas contienen un valor fijo en su tiempo de conversion que no depende del valor de la entrada analogica, la disposicion basica es semejante a la de ADC de rampa digital, sin embargo, el convertidor de aproximaciones sucesivas no utiliza ningun contador para dar la entrada en el bloque del convertidor DAC, pero en cambio usa un registro con logica de control que modifica el contenido del registro bit a bit hasta que los datos del registro son el equivalente digital de la entrada analogica.

El tiempo de convesion de los convertidores de aproximaciones sucesivas de "n" bits requieren "n" ciclos de reloj para ralizar su conversion sin importar la magnitud del voltaje que esta presente en su entrada, esto se debe a que los circuitos de control tienen que ensayar un 1 logico en cada posicion del bit para ver si se necesita o no, es por esto que los convertidores de aproximaciones sucesivas tienen tiempos de conversion muy rapidos, su uso en aplicaciones de sistems con adquisicion de datos permitiran que se adquieran mas valores de datos en un intervalo de tiempo dado. Esto puede ser muy importante cuando los datos analogicos cambian su valor rapidamente.

[edit] Metodo de Aproximaciones Susecivas

En el metodo de conversion AD por "Conversion Inversa", utiliza un convertidor DA y tiene la ventaja de su simplicidad, pero se obtiene el inconveniente del retardo de tiempo de conversion que se precisa para ralizar el contaje de los "n" bits, la adicion de un comparador adicional, para acelerar el contaje cuando e error es mayor que un cierto nivel, nos permite reducir apreciablemente el tiempo de conversion del orden de 2n al de orden 2n/2+1 ; tiempo que aun es posible de acotar si se efectuan "n" comparaciones sucesivas entre la tension de entrada Vx y la tension Vh generada durante la conversion, para esto se substituye el contador de "convertidor inverso" por una unidad logica de comparacion que determina la secuencia de conversion del diagrama de converision de un convertidor ADC de aproximaciones sucesivas.

La primera comparacion se debera efectuar entre la tension de entrada Vx y la tension Vh=Vmax/2, correspondiente a la palabra 1000, se Vh es mayor o igual a Vx, se determina que el bit de mayor peso debe ser uno, pero si Vh<Vx, se debe memorizar un cero en el registro de salida, en el siguiente impulso de reloj se efectua una segunda comparacion de Vh correspondiente a la palabra 1100, si la comparacion anterior habia dado positiva, o se compara contra 0100 en caso contrario, la salida del comparador determina el valor que debe memorizarse con un bit de peso Vmax/4, configurandose de esta forma, la palabra de salida digital una vez efectuadas las "n" comparacones sucesivas. El registro de aproximaciones sucesivas esta constituido basicamente por un contador y un decodificador, que efectua el direccionamiento de los "n" biestables del registro.

El ciclo se inicia mediante un impulso de inicio de conversion, que pone a cero el contador al mismo tiempo que se desbloquea el oscilador, durante cada fase, mientras que el reloj esta en nivel alto, el biestable direcionado es puesto en estado " 1 " y al bajar a cero la señal de reloj, queda memorizado el estado del comparador, al quedar abierta la entrada R del biestable correspondiente, de esta forma, al sucederse los " n " impulos de reloj se producen las sucesivas aproximacioanes de la palabra de salida.

Los convertidores de aproximaciones sucesivas tienes la presicion del convertidos DAC que contienen y poseen un tiempo de conversion que puede llegar a se del orden de 0.1 µsg, estos bajo tiempos de conversion y su relativamente bajo costo, hacen que sean los convertidores de 8, 10 y 12 bits mas utilizados, incluso en la mayoria de los sitemas de adquisicion de datos en que se requiere de exploracion de todas las entradas con un reducido tiempo de ciclo.

La señal de entrada proviene de un instrumento transmisor, este Tx produce una corriente que se encuentra en el rango de isntrumentacion estandar de 4 mA a 20 mA, esta corriente se convierte facilmente a una señal de tension en la entrada del " Convertidor ADC " por medio del circuito convertidor de corriente a voltaje, esta tension en proporcional a la señal del Tx se envia directamente al microcircuito ADC0803, este circuito produce en su salida un codigo binario natural que cumple la siguiente tabla :

El codigo resultante en la salida del Convertidor ADC se introduce a un sitema con micropocesador a traves del puerto de entrada.


[edit] Características

El controlador esta constituido por:

  • 6 Canales
  • Resolución de 12 bits
  • Desviación integral no lineal: ±0.5 LSB. [4]
  • Desviación diferencial no lineal: ±0.4 LSB.[5]
  • Relación Resolución-Velocidad : hasta 12bit / 187.5ksps.
  • Frecuencia Máxima: 6.0MHz.
  • Corriente de Apagado: 1uA.
  • Soporte de medición para pantalla táctil: (pin XP, XN, YP, YN).
  • Soporte de medición para voltaje: (pin PBAT).
  • Soporte para entrada SAR-ADC externa: (pin SADCIN).
  • Separación de canales por modo de conversión.
  • Modo de Conversión diferencial y de unico fin.
  • Medida de posición automática por X/Y, X/Y/Z y X/Y/Z1/Z2.

[edit] Descripción Física

El controlador está embebido en en el procesador, ubicado por cercania de trabajo entre los bloques que controlan el LCD y él de la camara, y junto al procesador de video, a los que convergen varias de sus salidas, que en adelante explicaremos.

Diagrama de Bloques.JPG

Diagrama de Bloques del Procesador JZ4725

[edit] Descripción del Registro

La estructura interna del controlador SAR-A/D tiene una serie de registros que cumplen funciones distintas cada uno.

Todo registro tiene una respectiva direcciòn de 32 bits y la función detallada de cada registro se describe a continuación:

[edit] Descripción de los Registros del Controlador

La siguiente tabla resume las caracteristicas de los registros, sin embargo cada registro es explicado especificamente, con su descripción física.

1.JPG

[edit] ADENA

El registro ADENA se usa como trigger para poner a funcionar el controlador análogo digital.

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[edit] ADCFG

El registro ADCFG se usa para configurar el controlador

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[edit] ADCTRL

El registro ADCTRL se usa para el control del funcionamiento

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[edit] ADCSTATE

El registro ADCSTATE se usa para mantener el estado de la pantalla Táctil.

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[edit] ADSAME

El registro ADSAME se usa para guardar el intervalo de tiempo que tardan en repetirse 2 puntos de muestreo.

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[edit] ADWAIT

El registro ADWAIT se usa para guardar el intervalo de tiempo de espera de presión del lápiz, o como intervalo de tiempo entre 2 puntos diferentes.

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[edit] ADTCH

El registro ADTCH es de solo lectura de 32 bits FIFO, mantiene los datos para la pantalla táctil. Se configura así: de 0-11 bits son datos, el bit 15 es tipo de dato, del 16 – 27 bits son datos y el bit 31 es el tipo de dato. Cuando se escribe en el registro, los datos se borrarán.

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[edit] ADBDAT

El registro ADBDAT es de solo lectura de 16 bits, mantiene el dato tanto para el modo de PBAT como para el modo de control de canal único. De 0-11 bits son para el dato.

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[edit] ADSDAT

El registro ADSDAT es de solo lectura de 16 bits.

Mantiene el dato. De 0-11 son posiciones para el dato.

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[edit] ADDPIN

El registro ADDPIN es de solo lectura de 16 bits. Transfiere los datos como vienen de la salida SADC IP directamente. Se usa para controlar el dato IP.

11.JPG

[edit] Como Funciona?

Una simple operación con la pantalla táctil.

Lápiz -> Datos -> Lapíz

Se ajustan los registros: ADTCRL (se enmascara), DMA (este da lectura), ADCFG.SPZZ, ADCFG.EX_IN y ADCFG.XYZ (se coloca en modo de muestra), Se establece ADCFG.CLKDIV (se activa la frecencia del Reloj), Ajusta ADWAIT (la espera), Se establece ADSAME (el muestreo), ADENA.TCHEN (se inicializa),

Los registros cambian conforme al movimiento del lápiz.

Finalmente se coloca ADENA.TCHEN (se apaga).

[edit] Un ejemplo de funcionamiento

Aprovechando el contador TSC para el teclado en caso de que deshabilita la pantalla táctil se instala el teclado matricial en SADCIN este calcula el comando dada la resistencia causada.

12.JPG

Ajuste de Registros:

ADENA.TCHEN = 1

ADCFG.EX_IN = 1

ADCFG.XYZ = 00

[edit] Referencias

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