Una señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente y pueden tomar cualquier valor. En el caso de la corriente alterna, la señal analógica incrementa su valor con signo eléctrico positivo (+) durante medio ciclo y disminuye a continuación con signo eléctrico negativo (–) en el medio ciclo siguiente.
Un sistema de control (como un microcontrolador) no tiene capacidad alguna para trabajar con señales analógicas, de modo que necesita convertir las señales analógicas en señales digitales para poder trabajar con ellas.
La señal digital obtenida de una analógica tiene dos propiedades fundamentales:
- Valores. Que valor en voltios define 0 y 1. En nuestro caso es tecnología TTL (0 – 5V)
- Resolución analógica: nº de bits que usamos para representar con una notación digital una señal analógica:
En el caso de un arduino Uno, el valor de 0 voltios analógico es expresado en digital como B0000000000 (0) y el valor de 5V analógico es expresado en digital como B1111111111 (1023). Por lo tanto todo valor analógico intermedio es expresado con un valor entre 0 y 1023, es decir, sumo 1 en binario cada 4,883 mV.
Arduino Uno tiene una resolución de 10 bits, es decir, unos valores entre 0 y 1023.
Arduino Due tiene una resolución de 12 bits, es decir, unos valores entre 0 y 4095.
Diferencia entre señales analógicas y digitales:
Entradas Analógicas en Arduino
Los microcontroladores de Arduino contienen en la placa un conversor analógico a digital de 6 canales. El conversor tiene una resolución de 10 bits, devolviendo enteros entre 0 y 1023. Los pines analógicos de Arduino también tienen todas las funcionalidades de los pines digitales. Por lo tanto, si necesitamos más pines digitales podemos usar los pines analógicos. La nomenclatura para los pines analógicos es A0, A1, etc…
En arduino los pines analógicos se definen y tienen las propiedades siguientes: http://arduino.cc/en/Tutorial/AnalogInputPins
En arduino para tratar las entradas y salidas digitales usamos las siguientes funciones:
- analogReference() – configura la referencia de voltaje usada para la entrada analógica. http://arduino.cc/en/Reference/AnalogReference
- analogRead() – lee el valor del pin analógico especificado. http://arduino.cc/en/Reference/AnalogRead
- analogWrite() – escribe un valor analógico (onda PWM) al pin especificado. No en todos los pines digitales se puede aplicar PWM. http://arduino.cc/en/Reference/AnalogWrite
Otras funciones interesantes con entradas/salidas analóicas:
- map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh): http://arduino.cc/en/Reference/Map
- constrain(x, a, b): http://arduino.cc/en/Reference/Constrain
Salidas Analógicas. PWM
Como hemos dicho Arduino Uno tiene entradas analógicas que gracias a los conversores analógico digital puede entender ese valor el microcontrolador, pero no tiene salidas analógicas puras y para solucionar esto, usa la técnica de PWM.
Algunos pines digitales pueden usarse como salidas analógicas PWM:
Las Salidas PWM (Pulse Width Modulation) permiten generar salidas analógicas desde pines digitales. Arduino Uno no posee salidas analógicas puras, sin embargo el Arduino Due sí tiene salidas analógicas puras mediante dos DAC. El arduino due, posee dos salidas analógicas puras mediante dos conversores digital a analógico. Estos pines pueden usarse para crear salidas de audio usando la librería correspondiente.
La función para hacer una salida PWM en un pin es:
- analogWrite() – escribe un valor analógico (onda PWM) al pin especificado. No en todos los pines digitales se puede aplicar PWM. http://arduino.cc/en/Reference/AnalogWrite
La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés de pulse-width modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.
El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. duty cycle = (tiempo que la salida está a uno o HIGH)/ (periodo de la función)
Diferentes valores de una señal PWM:
En este ejemplo se ve cómo simular con PWM una onda sinusoidal analógica.
En Arduino la frecuencia de PWM es de 500Hz. Pero es un valor que puede modificarse en caso que lo necesitemos.
En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, por ejemplo para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones.
Definición de PWM en la web de Arduino: http://arduino.cc/en/Tutorial/PWM
Para ampliar un poco más de información sobre PWM ver: http://rufianenlared.com/que-es-pwm/
Función Tone()
No confundir PWM con la función tone() que es utilizada para generar una onda cuadrada de ciclo de trabajo 50% y frecuencia variable, con el fin de emitir sonidos audibles, modificando la frecuencia.
Más información de tone() en: https://code.google.com/p/rogue-code/wiki/ToneLibraryDocumentation
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