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La referencia analogica AREF

El pin Analog Reference

Objetivos

 

 

    • La resolución de los convertidores ADC.
    • Las referencias internas de comparación en Arduino.
    • La referencia externa AREF.

 

Material requerido.

 

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La conversión de analógico a digital

 

En una sesión previa ya dijimos que Arduino dispone de 6 convertidores analógico a digital (ADC)  que son los pines A0 a A5, y dijimos que son capaces de convertir valores de tensión hasta un máximo de 5V, que es la tensión de referencia en Arduino.

Ya dijimos también, que una de las características claves del convertidor, es su número de bits,  que define la finura con los que podemos cuantificar esa conversión a digital.  En el caso de Arduino, son 10 los bits que maneja en la puertas analógicas, lo que significa que su resolución es 210 =1.024 posibles valores.

Cuanto mayor sea esta resolución mejor es la capacidad de aproximación al valor real cuya conversión buscamos.

 
  • Es importante entender que una conversión a digital de una señal analógica es siempre una aproximación, y ni siquiera en el improbable caso de que el valor analógico fuese exactamente el que nos dice el convertidor, siempre tendremos una incertidumbre.
  • En un convertidor como los de Arduino con 10 bits de resolución, cada escalón de medida es de 5V/1024 = 0,0048828125 V, algo menos de 5mV, lo que significa que no puede discriminar entre valores de tensión cuya diferencia sea menor que esto.
 

Sin entrar en muchos detalles, conviene decir que lo que un convertidor ADC hace es comparar sucesivamente la señal que queremos cuantificar en la entrada, con una tensión de referencia contra la que hace las comparaciones.

Dicho de otro modo, un ADC no proporciona valores absolutos, sino que proporciona una comparación cuantificada con relación a un valor de referencia. Por eso, en la sesión Sensor de temperatura TMP36  hemos calculado la tensión de entrada en uno de los pines Analógicos como la lectura multiplicada por una relación entre el valor de la máxima de la entrada 5V con la máxima medida del conversor 1024.

Escalando la lectura del pin A0

Como las señales que normalmente manejamos en Arduino están alrededor de los 5V, comparar contra 5V es lo razonable, porque además la industria tiene una gama completa de sensores cuyo valor máximo devuelve 5V.

Pero cada vez más, la industria produce electrónica de 3,3V, el propio Arduino DUE es un ejemplo de ello, y si usamos nuestros ADC para digitalizar señales de pico 3,3V, estamos perdiendo precisión y resolución, porque estamos desperdiciando una parte de las posibles comparaciones, de hecho un tercio.

En la práctica, al ser 3,3V el máximo de la tensión de entrada compararlo contra 5V supone que nunca tendremos lecturas mayores de 1.024 * 3,3 /5 = 675 y seguiremos teniendo escalones de entrada de 5mV.

Pero si el convertidor es un comparador de tensiones, si pudiéramos cambiar el valor de tensión contra el que comparamos por una de 3,3V, los escalones serian de 3,3V/1024 = 0,00322265625 o sea 3,2 mV. Es decir hemos mejorado la resolución de nuestro convertidor y sin gastar un chavo.

Por eso en una situación ideal, la tensión de comparación contra la que realizamos la conversión de analógico a digital, debería ser el valor máximo posible de la señal de entrada. Porque es cuándo tendremos la mejor resolución posible con ese convertidor.

Los chicos de Arduino, eran conscientes de este asunto y por eso incluyeron un pin externo, que no habíamos usado hasta ahora, que permite conectar una tensión externa de referencia, contra la que se comparará la señal que leamos en nuestras puertas A0 a A5.

Este pin esta rotulado como AREF (Analog Reference o Referencia Analógica en cristiano) y está dos pines más arriba del digital pin 13:

 Referencia analogica

 

 

Usando la referencia analógica externa

 

La cuestión de la referencia analógica contra la que comparamos las muestras en las puertas A0-A6, es tan importante, que Arduino provee varias tensiones internas contra las que comparar y que podemos activar para cambiar dicha referencia.

Para activar una referencia interna de 1,1V en un Arduino UNO usa la instrucción

analogReference(INTERNAL);

Si por el contrario usas un MEGA puedes usar exclusivamente:

analogReference(INTERNAL1V1);
analogReference(INTERNAL2V56);

Que te activará referencias de 1.1V y 2.56V respectivamente.

Si usamos la clave DEFAULT, volvemos a la referencia estándar de 5V en prácticamente todos los modelos de Arduino.

analogReference(DEFAULT);
 
  • Cuidado con la referencia DEFAULT, porque en el DUE significa 3,3V porque es su tensión de referencia. Asegúrate de esto antes de usarlo alegremente.

 

Cuando conectemos una tensión de referencia al pin AREF, tenemos que avisar a Arduino de que queremos usarla. Y eso lo hacemos con la instrucción

analogReference(EXTERNAL);

Usad la cabeza cuando modifiquéis la referencia analógica, porque si no tenéis cuidado, cenareis Arduino a la brasa. Es relativamente fácil de liarla con ciertas acciones que parecen inocentes:

 
  • Asegúrate de que si usas una referencia externa los GND de Arduino y de la referencia sean el mismo uniéndolos. No hacer esto tiene muy mal pronóstico a la primera de cambio.
  • No uses bajo ninguna circunstancia menos de 0v en el pin AREF ( O una señal que varíe y pueda tener transitorios negativos) porque el resultado es impredecible.
  • Si conectas una tensión externa de referencia, no llames a analogRead() antes de ejecutar la instrucción analogReference(EXTERNAL), porque harías un cortocircuito entre la señal de comparación interna y la tensión externa en AREF, y posiblemente podrás aprovechar la ocasión para comprarte ese Arduino nuevo al que le tienes tantas ganas.
  • No conectes a AREF menos de 1V ni más de 5V, no puedes poner 12 y esperar que te dé un valor tranquilamente.
 

 

Circuito de prueba

 

Vamos a montar un circuito de prueba con un display I2C como vimos en la sesión.. y un potenciómetro. Pero en esta ocasión, conectaremos en los extremos del potenciómetro GND y 3,3V de modo que en el pin central que leeremos con A1, no puede nunca superar los 3,3V simulando un sensor con ese valor máximo.

Al ir girando el potenciómetro, leeremos una caída de tensión entre 0V y 3,3V. y la lectura del pin A1, dará valores entre 0 y 670, ya que estamos en el caso que definíamos un poco más arriba.

 

Conversion analogica a digital

 

El programa simplemente leerá el pin analógico A1 y enviara su valor a un display I2C de 16 caracteres por dos líneas tal y como vimos en la sesión….

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Aquí tenéis un minivideo con las lecturas del potenciómetro

 

Si ahora conectamos la tensión de 3,3V interna de Arduino al pin AREF, tendremos un circuito como este:

 

Conversion ADC con referencia externa

Veamos ahora el programa:

#include <Wire.h>
#include <LCD.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define I2C_ADDR 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR,2, 1, 0, 4, 5, 6, 7);

void setup()
  {  lcd.begin (16,2); // Inicializar el display con 16 caraceres 2 lineas
     lcd.setBacklightPin(3,POSITIVE);
     lcd.setBacklight(HIGH);
     lcd.home (); // vamos al principioe
     lcd.print("Prometec.net");

     analogReference(EXTERNAL);  // Atentos aqui
  }

void loop() 
  {  lcd.setCursor ( 0, 1 ); // Vamos a la segunda linea
     lcd.print(analogRead(A1)); 
     lcd.print(" ");          // Para borrar rastros en pantalla
   }

Aqui teneis un video con la diferencia:

 

Resumen de la sesión

 

En este curso arduino hemos aprendido lo siguiente:

 

 

    • Hemos insistido en la cuestion de la conversion analogica a digital y hemos visto que básicamente es una comparación contra un valor de referencia.
    • Hemos visto que podemos usar un valor interno o externo de tensión, distinto de los 5V habituales.
    • Ya sabemos las instrucciones precisas para activar esa referencia externa y las precauciones a adoptar cuando la usemos.

 

 

 

 

 

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(25) Comments

  • Avatar for Charly
    • Edgar

    Tengo una duda muy básica, puedo usar el aref para medir un solo sensor a un voltaje específico y luego cambiar con el default para usar las otras entradas con el voltaje del 328 (es decir 5v) cierto?

  • Avatar for Charly
    • Prueba TPV TPV

    Hola Jesus, no me atrevo a decirte nada sin poder jugar con eso

  • Avatar for Charly
    • JESUS VALDEZ

    Hola, soy Jesus de Tamaulipas mexico

    Estoy trabajado con el atmega328 fuera del arduino, tengo un circuito donde leo 3 señales analogas. El objetivo es detectar una rango de impedancia y avisar si se sale del rango, tengo 2 problemas,
    por cada pin analogo inyecto un voltaje poco menor a 5 v, y tambien esta conectada la resistencia variable que normalmente esta en circuito abierto, cuando se cierra el circuito de la resistencia, el voltaje cae en función de la impedancia inducida que no debe pasar de 35 Mohm, cuando la impedancia esta en 33M (buena) y/o a 37M(mala) las lecturas varian y se cruzan en momentos son iguales afectando a la salida (marca buena y mala). El otra problema es que cuando varia la impedancia en una entrada las lecturas de las otras entradas tambien se afectan, mi pregunta es si es relacionado al AREF, a la programacion o la electronica, agradesco si tienen algun comentario o idea?

  • Avatar for Charly
    • Ivan Uriarte

    Hola Raptr, parece un divisor de tención. Mira primero con el voltímetro que baje el voltaje a 5V y entonces te serviría.

  • Avatar for Charly

    estaba viendo este circuito que dice que puede soportar hasta 55v

    ¿Sera posible que de esa manera me lea el voltaje correctamente?

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