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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL

TRABAJO DE TITULACIÓN EN OPCIÓN AL GRADO DE:

INGENIERO EN ELECTRÓNICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES

TEMA: GUÍA PRÁCTICA DE APOYO ACADÉMICO PARA LA REALIZACIÓN DE

MODULADORES DIGITALES ASK FSK Y PSK CONTENIDOS EN EL SILABO DE

LA ASIGNATURA COMUNICACIONES II DE LA CARRERA ELECTRÓNICA

DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA

ISRAEL, BASADO EN LA PLATAFORMA NI ELVIS II DE NATIONAL

INSTRUMENTS.

AUTOR: VLADIMIR FERNANDO CAICEDO CHÁVEZ

TUTOR: ING. DAVID CANDO, MG.

AÑO: 2016

I

INFORME FINAL DE RESULTADOS DEL PIC

CARRERA: ELECTRÓNICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES

AUTOR/A: CAICEDO CHÁVEZ VLADIMIR FERNANDO

TEMA DEL TT:

GUÍA PRÁCTICA DE APOYO ACADÉMICO PARA LA

REALIZACIÓN DE MODULADORES DIGITALES ASK FSK Y

PSK CONTENIDOS EN EL SÍLABO DE LA ASIGNATURA

COMUNICACIONES II DE LA CARRERA ELECTRÓNICA

DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD

TECNOLÓGICA ISRAEL, BASADO EN LA PLATAFORMA NI

ELVIS II DE NATIONAL INSTRUMENTS.

ARTICULACIÓN CON LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN INSTITUCIONAL:

INSTRUMENTACIÓN APLICADA AL DESARROLLO DE

CONOCIMIENTOS

SUBLÍNEA DE INVESTIGACIÓN INSTITUCIONAL:

INSTRUMENTACIÓN PARA EL DESARROLLO DE

HABILIDADES PARA LA FORMACIÓN TECNICO-

PROFESIONAL

ARTICULACIÓN CON EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN INSTITUCIONAL DEL ÁREA

GUÍA PRÁCTICA DE APOYO ACADÉMICO

COMUNICACIÓN DIGITAL

FECHA DE PRESENTACIÓN DEL INFORME FINAL:

19 Septiembre del 2016.

II


APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación certifico:

Que el Trabajo de Titulación: “GUÍA PRÁCTICA DE APOYO ACADÉMICO PARA LA

REALIZACIÓN DE MODULADORES DIGITALES ASK FSK Y PSK CONTENIDOS EN EL

SILABO DE LA ASIGNATURA COMUNICACIONES II DE LA CARRERA ELECTRÓNICA

DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL,

BASADO EN LA PLATAFORMA NI ELVIS II DE NATIONAL INSTRUMENTS”, presentado

por el señor Vladimir Fernando Caicedo Chávez, estudiante de la carrera de Electrónica

Digital y Telecomunicaciones, reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido

a la evaluación del Tribunal de Grado, que se designe, para su correspondiente estudio y

calificación.

Quito D.M. Septiembre del 2016. TUTOR ______________ Ing. David Cando, Mg.

III


AUTORÍA DEL PROYECTO DE TITULACIÓN.

El abajo firmante en calidad de estudiante de la Carrera de Electrónica Digital y

Telecomunicaciones, declaro que los contenidos de este Trabajo de Titulación, requisito

previo a la obtención del Grado en Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones, son

absolutamente originales, auténticos y de exclusiva responsabilidad legal y académica del

autor.

Quito, D.M. Septiembre del 2016

____________________________

Vladimir Fernando Caicedo Chávez

C.C. 1719395343

IV


APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO

Los miembros del Tribunal de Grado, aprueben el Trabajo de Titulación de acuerdo con

las disposiciones reglamentarias emitidas por la Universidad Tecnológica Israel para títulos

de pregrado.

Quito, D.M. Septiembre del 2016

Para constancia firman:

TRIBUNAL DE GRADO:

__________________________ PRESIDENTE.

_______________________ _______________________ MIEMBRO1 MIEMBRO 2

V

AGRADECIMIENTOS

Más que a nadie quiero dar gracias a Dios por haberme permitido llegar a esta instancia

en mi vida y poder cumplir una meta tan anhelada, agradezco profundamente a mi familia

quienes han sido motivo de inspiración constante convirtiéndose en un pilar fundamental

en mis actividades, de igual forma a la Universidad Tecnológica Israel institución que me

abrió sus puertas junto a sus profesores quienes supieron impartir sus conocimientos y

experiencias para llegar a la culminación de esta etapa.

VI

DEDICATORIA

Este trabajo está dedicado a mis padres Jorge y Edith quienes con su amor, buen

ejemplo y sabios consejos han sabido guiarme a cumplir los objetivos propuestos a pesar

de las circunstancias adversas que se puedan presentar, gracias por la confianza

depositada en mí.

Vladimir

VII

RESUMEN

El presente proyecto tiene como objetivo proporcionar una herramienta que permita

afianzar el conocimiento teórico práctico impartido en la asignatura comunicaciones II

mediante la utilización de equipos de instrumentación certificados que garanticen el

adecuado funcionamiento en un ambiente educativo y de esta forma potenciar

conocimientos fundamentales en el área de las telecomunicaciones.

La propuesta consta de una guía práctica de apoyo académico en la que se detallan la

realización de moduladores digitales ASK, FSK y PSK con elementos semiconductores

disponibles en el mercado local y con el uso de la plataforma educativa Ni Elvis II de

National Instruments con su tarjeta de telecomunicaciones Emona Datex, el uso de

instrumentación virtual permitirá interactuar en forma concreta y simplificada en un

laboratorio o aula de clases ya que se optimiza tiempo y recursos al tener instrumentos

importantes como osciloscopio, fuentes de voltaje, generadores de onda, analizador de

espectros etc.

Uno de los objetivos principales es permitir al docente y estudiante realizar

experimentaciones que refuercen la enseñanza recibida y se pueda proyectar desde un

computador los resultados obtenidos socializando información que permitirá obtener

conclusiones que servirán como base para la elaboración de futuras pruebas y

experimentación con circuitos.

VIII

ABSTRACT

This project aims to provide a tool to strengthen the theoretical and practical

knowledge imparted in the subject Communications II using equipment certified

instrumentation to ensure proper operation in an educational environment and thus enhance

fundamental knowledge in the area of telecommunications.

The proposal consists of a practical guide academic support in the realization of digital

modulators ASK, FSK and PSK are detailed with semiconductor elements available in the

local market and the use of educational platform NI ELVIS II National Instruments card

telecommunications Emona Datex, the use of virtual instrumentation allow you to interact in

concrete and simplified form in a lab or classroom because time and resources to have

important instruments such as oscilloscope, voltage sources, wave generators, spectrum

analyzer is optimized etc. .

One of the main objectives is to enable the teacher and student to perform experiments

that reinforce the teaching received and can project from a computer socializing the results

obtained information that will draw conclusions that will serve as a basis for the development

of future tests and testing circuits.

IX

ÍNDICE GENERAL

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA INVESTIGADO ......................................................... 1

1.1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1

1.2 PROBLEMA PRINCIPAL .............................................................................................. 1

1.3 OBJETIVO GENERAL: ................................................................................................. 1

1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ....................................................................................... 2

1.5 HIPÓTESIS .................................................................................................................. 2

1.6 DESCRIPCIÓN TEÓRICA ............................................................................................ 2

1.7 METODOLOGÍA ........................................................................................................... 2

1.8 RESULTADOS ESPERADOS DEL PROYECTO ......................................................... 3

2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ..................................................................................... 4

2.1 INTRODUCCIÓN AL EQUIPO NI ELVIS II ............................................................... 4

2.2 TARJETA DE TELECOMUNICACIONES EMONA DATEx ....................................... 4

2.2.1 CARACTERÍSTICAS .......................................................................................... 6

2.3 INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL DEL NI ELVIS II ..................................................... 6

2.3.1 GENERADOR DE FUNCIONES ........................................................................ 7

2.3.2 OSCILOSCOPIO ................................................................................................ 8

2.3.3 MULTÍMETRO DIGITAL DMM ........................................................................... 9

2.3.4 FUENTE VARIABLE DE VOLTAJE .................................................................. 10

2.4 MARCO TEÓRICO USADO EN LA GUÍA PROPUESTA ........................................ 11

2.5 CIRCUITO INTEGRADO XR-2206 ......................................................................... 11

2.6 CIRCUITO INTEGRADO 74HC4066 ...................................................................... 12

2.7 CIRCUITO ASK ...................................................................................................... 12

2.8 MODULACIÓN FSK ................................................................................................ 14

2.8.1 TRANSMISOR FSK.......................................................................................... 16

2.9 MODULACIÓN PSK ............................................................................................... 18

2.9.1 MODULACIÓN BPSK ....................................................................................... 18

2.9.2 TRANSMISOR BPSK ....................................................................................... 19

3. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS .......................................................................... 23

3.1 CONEXIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA PLATAFORMA NI ELVIS II ............. 23

3.1.1 CONEXIÓN TARJETA EMONA DATEX ........................................................... 24

X

3.1.2 Instalación del software NI ELVISmx Instrument Launcher .............................. 26

3.2 GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO ........................................................... 26

3.2.1 PRÁCTICA 1: MODULADOR ASK ................................................................... 26

3.2.2 PRÁCTICA 2: MODULADOR FSK ................................................................... 31

3.2.3 PRÁCTICA 3: MODULADOR PSK ................................................................... 35

CONCLUSIONES ............................................................................................................ 39

RECOMENDACIONES .................................................................................................... 40

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 41

ANEXOS ............................................................................................................................ 1

ANEXO 1: CARACTERÍSTICAS DE LA PLATAFORMA NI ELVIS ..................................... 1

ANEXO 2: CONEXIÓN EN TARJETA EMONA DATEX MODULACIÓN ASK Y FORMAS

DE ONDA ........................................................................................................................... 5

ANEXO 3: CONEXIÓN EN TARJETA EMONA DATEX MODULACIÓN BPSK Y FORMAS

DE ONDA ........................................................................................................................... 6

ANEXO 4: CONEXIÓN EN TARJETA EMONA DATEX MODULACIÓN FSK Y FORMAS

DE ONDA ........................................................................................................................... 7

XI

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.Base principal NI ELVIS II……………………………………………………………… 4

Figura 2. Tarjeta Emona DATEx…………………………………………………………………. 5

Figura 3. Software NI ELVISmx Instrument Launcher………………………………………… 6

Figura 4. Conexión FGEN en la base principal del NI ELVIS II………………………………. 7

Figura 5.Generador de Funciones………………………………………………………………..7

Figura 6. Osciloscopio…………………………………………………………………………….. 8

Figura 7. Multímetro Digital DMM………………………………………………………………... 9

Figura 8. Conexión en la base principal del NI ELVIS II……………………………………...10

Figura 9. Fuente variable del NI ELVIS II……………………………………………………… 11

Figura 10. Modulación por desplazamiento de amplitud ASK, (a) entrada binaria, (b) forma

de onda de salida OOK………………………………………………………………………….. 14

Figura 11. Formas de onda entrada y salida binaria FSK…………………………………… 15

Figura 12. Modulador FSK: tb, tiempo de un bit = 1/fb; fm, frecuencia de marca; fs,

frecuencia de espacio; T1, periodo del ciclo más corto; 1/T1, frecuencia fundamental de la

onda cuadrada binaria; fb, rapidez de entrada de bits (bps)…………………………………18

Figura 13. Diagrama de bloques transmisor BPSK…………………………………………...19

Figura 14. Modulador BPSK, tabla de verdad………………………………………………… 20

Figura 15. Modulador BPSK, (a) diagrama fasorial, (b) diagrama de constelación………. 21

Figura 16. Relación fase de salida en función del tiempo para un modulador BPSK……. 21

Figura 17. Parte posterior de la plataforma NI ELVIS II………………………………………23

Figura 18. Forma correcta de sujetar la tarjeta Emona DATEx…………………………….. 24

Figura 19. Forma correcta de inserción la tarjeta Emona DATEx………………………….. 25

Figura 20. Switch Control Mode en la tarjeta Emona DATEx……………………………….. 25

Figura 21. Mensaje del software NI ELVISmx Instrument Launcher e icono en el

computador……………………………………………………………………………………….. 26

Figura 22. Circuito Modulador ASK……………………………………………………………..28

Figura 23. Valores en la fuente de voltaje…………………………………………………….. 29

Figura 24. Generador de Funciones…………………………………………………………… 30

Figura 25. Circuito Modulador FSK…………………………………………………………….. 32

Figura 26. Valor en la Fuente de Voltaje………………………………………………………. 33

Figura 27. Selección de Señal Modulante Digital…………………………………………….. 34

Figura 28. Circuito Modulador PSK……………………………………………………………..36

Figura 29. Valores en la fuente de voltaje…………………………………………………….. 37

XII

Figura 30. Selección de Señal Modulante Digital…………………………………………….. 38

1

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA INVESTIGADO

1.1 INTRODUCCIÓN

Desde el punto de vista de que cualquier forma de educación está incompleta sin un

medio en el cual probar las teorías aprendidas en el aula de clases, el proceso educativo

de la materia Comunicaciones II impartida en la carrera Electrónica Digital y

Telecomunicaciones de la Universidad Tecnológica Israel, considera ambientes de trabajos

físicos y virtuales. Entre estos se encuentra la realización de laboratorios, clases prácticas

y conferencias interactivas.

1.2 PROBLEMA PRINCIPAL

El uso de métodos actuales requiere una mejora respecto al afianzamiento del

conocimiento teórico-práctico, por lo que se ha considerado necesaria la elaboración de

una guía práctica de apoyo para el Laboratorio de Comunicaciones Digitales de la carrera

Electrónica Digital y Telecomunicaciones de la Universidad Tecnológica Israel, basado en

la plataforma NI Elvis II de National Instruments. La implementación sobre este equipo

desarrolla una serie de prácticas basadas en el contenido académico de la asignatura, al

optimizar tiempo al docente en la implementación de aulas presenciales o virtuales, y crear

un punto de partida para experimentaciones con mayor grado de complejidad

convirtiéndose en importante fuente de investigación en el futuro, dado su carácter aplicado

al actual campo tecnológico, sumado a la posibilidad de proyectar desde un computador o

vía web de manera interactiva gráficas, señales en tiempo real, y potenciar conocimientos

fundamentales en el área de las telecomunicaciones.

Se requiere incorporar una herramienta versátil con su respectiva guía, de uso general

del docente y alumno, en la que se encuentre las funciones necesarias a fin de afianzar

conocimientos adquiridos en la materia de comunicaciones digitales.

1.3 OBJETIVO GENERAL:

Implementar una guía práctica de apoyo académico para la realización de moduladores

digitales Ask Fsk y Psk contenidos en el silabo de la asignatura Comunicaciones II de la

carrera Electrónica Digital y Telecomunicaciones de la Universidad Tecnológica Israel,

2

basado en la plataforma NI ELVIS II de National Instruments, con la fundamentación teórica

adquirida en aulas y laboratorios.

1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Investigar con todos los componentes de la plataforma NI ELVIS II.

Experimentar con el uso de la plataforma NI ELVIS II con el complemento de

circuitos electrónicos que permitirán un mejor afianzamiento de las teorías propuestas

en la materia.

Realizar una guía práctica de apoyo para la materia de Comunicaciones II y facilitar

el entendimiento de criterios importantes de telecomunicaciones para su uso en el

laboratorio.

1.5 HIPÓTESIS

La implementación de una guía práctica de apoyo académico para la realización de

moduladores digitales Ask Fsk y Psk contenidos en el silabo de la asignatura

Comunicaciones II de la carrera Electrónica Digital y Telecomunicaciones de la Universidad

Tecnológica Israel, basado en la plataforma NI ELVIS II de National Instruments, permitirá

interactuar y conceptualizar el proceso de diseño de circuitos de comunicación digital con

el fin de ampliar el entendimiento de la teoría recibida y a la vez complementar las

habilidades del docente y estudiante.

1.6 DESCRIPCIÓN TEÓRICA

El presente proyecto se sustenta en la aplicación de conceptos de comunicación digital

en modulación ASK, FSK Y PSK, estas teorías de modulación son la base de procesos

internos en una infinidad de sistemas de telecomunicaciones, la integración del hardware

con el software de National Instruments potencia el uso en un ambiente de laboratorio.

1.7 METODOLOGÍA

Análisis y Síntesis: Usado en la verificación de elementos semiconductores con

disponibilidad en el mercado local, que cumplan con requerimientos específicos a fin de

realizar prácticas propuestas y su procesamiento resulte en señales digitales deseadas.

3

Simulación: Mediante este método se realizó el diseño de los circuitos utilizados

en las prácticas de laboratorio.

Experimental: La elaboración de la guía práctica de apoyo para el Laboratorio de

Comunicaciones Digitales de la carrera Electrónica Digital y Telecomunicaciones de la

Universidad Tecnológica Israel, basado en el equipo NI Elvis II de National Instruments

se utilizó el método experimental al controlar las variables en los circuitos de

modulación.

Medición: Mediante este método se pudo medir los resultados deseados, a fin de

verificar los niveles de señal requeridos.

1.8 RESULTADOS ESPERADOS DEL PROYECTO

Los resultados esperados al término de realizar la implementación de una guía práctica

de apoyo académico para la realización de moduladores digitales Ask Fsk y Psk contenidos

en el sílabo de la asignatura Comunicaciones II de la carrera Electrónica Digital y

Telecomunicaciones de la Universidad Tecnológica Israel, basado en la plataforma NI

ELVIS II de National Instruments, serán significativos debido a que se proporcionará una

herramienta actualizada, que permita usar el conocimiento teórico adquirido y plasmarlo de

forma experimental con la guía adecuada, al establecer criterios que serán usados en

futuras experimentaciones.

4

2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

2.1 INTRODUCCIÓN AL EQUIPO NI ELVIS II

El modulo didáctico NI ELVIS II es un set de laboratorio educativo de instrumentación

virtual (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) creado por National

Instruments que combina herramientas de hardware y software fundamentales para ser

usadas en ambientes educativos, su diseño se basa en el software Lab VIEW. El equipo

permite integrar una serie de tarjetas con distintos propósitos y áreas de aplicación esto a

partir de su base principal.

La figura 1 muestra la base principal del equipo NI ELVIS II.

Figura 1.Base principal NI ELVIS II

Fuente: http://www.quanser.com/products/rcptk/documentation/ni_elvis_ii_plus.jpg

2.2 TARJETA DE TELECOMUNICACIONES EMONA DATEx

Digital Analog Telecommunications Experimenter (DATEx), es una tarjeta que se integra

a la plataforma NI ELVIS II de la National Instruments, su función principal está relacionada

con la enseñanza de conceptos de telecomunicaciones desde un enfoque práctico,

permitiendo a los estudiantes mediante bloques de circuitos, elaborar sistemas de

comunicaciones análogos y digitales. Con estos fines, el módulo cuenta con más de 20

5

bloques de circuitos que se conectan mediante cables y la operación de señales análogas

y digitales en banda base como am, fm, y demás. La tarjeta es expuesta en la figura 2.

Figura 2. Tarjeta Emona DATEx

Fuente: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with

Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2, National Instruments,

2016.

La aplicación de conocimientos en telecomunicaciones de forma práctica sobre la

plataforma permite al estudiante la implementación de prototipos para el aprendizaje de

conceptos significativos. Dado que los libros de texto en telecomunicaciones de hoy en día

usan el diagrama de bloques como una notación estándar al describir la implementación de

ecuaciones matemáticas, modulación y combinaciones de códigos. Emona DATEx es una

combinación de bloques de construcción de una sola función como sumadores,

multiplicadores y palancas de fase. Hay una estrecha relación entre bloques funcionales

DATEx y el diagrama de bloques.

6

2.2.1 CARACTERÍSTICAS

La tarjeta Emona DATEx cuenta con las siguientes características:

Especificaciones eléctricas

Impedancia de entrada: típica 50 KΩ

Impedancias de salida

Señales analógicas: 330 Ω

Señales digitales: 47 Ω

Máximo voltaje de entrada: +/- 12V

Máximo voltaje de salida: +/- 12V

2.3 INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL DEL NI ELVIS II

La plataforma NI ELVIS II posee un software de integración llamado NI ELVISmx

Instrument Launcher que incorpora una serie de instrumentos virtuales entre los cuales se

cuenta con un generador de funciones, analizador de espectros multímetro digital,

osciloscopio, fuente variable de poder entre otros como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Software NI ELVISmx Instrument Launcher

Fuente: http://www.ni.com/white-paper/52437/es/

7

Este software se encuentra disponible en su versión para Windows en el siguiente link:

http://www.ni.com/download/ni-elvismx-14.0/4801/en/.

A continuación se efectuará una breve descripción de los instrumentos más relevantes

usados en las prácticas de la materia de sistemas de comunicaciones II.

2.3.1 GENERADOR DE FUNCIONES

El instrumento permite generar formas de onda de tipo senoidal, cuadrada y triangular

usadas en la experimentación de circuitos, su funcionamiento se basa en la conexión del

cable BNC a la base principal del NI ELVIS II, el conector BNC del generador de funciones

se aprecia en la figura 4.

Figura 4. Conexión FGEN en la base principal del NI ELVIS II

En la tarjeta el punto marcado como SYNC provee una señal digital de +5V, mientras

que por las terminales AM y FM se dispone de dos salidas para modulación en amplitud y

modulación en frecuencia respectivamente, del generador de funciones. En la figura 5 se

describe los controles del generador de funciones.

Figura 5.Generador de Funciones.

http://www.ni.com/download/ni-elvismx-14.0/4801/en/

8

1. Opción de control del generador desde los controles manuales del equipo o desde el

software.

2. Formas de onda disponibles en el generador, senoidal triangular y cuadrada.

3. Control de frecuencia.

4. Control de Amplitud.

5. Selección de señal principal.

2.3.2 OSCILOSCOPIO

El osciloscopio posee dos canales CH 0 y CH 1 que permiten la visualización de señales

en el dominio del tiempo, posee un ancho de banda máximo de entrada de 50 KHz y su

máxima velocidad de muestreo es de 500kHz/canal. La figura 6 describe los controles

principales del osciloscopio.

Figura 6. Osciloscopio.

1. Habilitación del canal y su visualización en la pantalla.

2. Selección de señal de entrada (base principal o tarjeta).

9

3. Acoplamiento de señal en AC o DC.

4. Ajuste Voltios/División en la señal reflejada en la pantalla.

5. Posición vertical de la señal reflejada en la pantalla.

6. Ajuste Tiempo/División.

7. Botón autoescala, permite una visualización adecuada de las señales en la pantalla.

8. Ajuste de propiedades de gráficos.

2.3.3 MULTÍMETRO DIGITAL DMM

Es una herramienta indispensable en cualquier ambiente de laboratorio y de

experimentación, el multímetro de la plataforma (figura 7) permite tomar medidas de los

siguientes parámetros:

Resistencia

Capacitancia

Voltaje AC y DC

Inductancia

Continuidad

Figura 7. Multímetro Digital DMM.

10

Es importante ubicar en donde se debe conectar las puntas al realizar las mediciones,

ya que de esto dependerá el correcto funcionamiento de la práctica propuesta, la figura 8

muestra la ubicación del DMM en la base principal del NI ELVIS II.

Figura 8. Conexión en la base principal del NI ELVIS II

Fuente: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with Modern

Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2, National Instruments, 2016.

2.3.4 FUENTE VARIABLE DE VOLTAJE

La fuente permite controlar de forma manual o por software la salida positiva o negativa

con valores desde 0 hasta +/- 12 V. El control se realiza mediante el software o la

manipulación del control existente en la base principal del NI ELVIS. Para una mayor

precisión se recomienda ajustar la fuente de voltaje desde el software del equipo y tener

una mayor exactitud. Se visualiza la fuente en la figura 9.

11

Figura 9. Fuente variable del NI ELVIS II

2.4 MARCO TEÓRICO USADO EN LA GUÍA PROPUESTA

El uso de la teoría recibida en aulas de clases es esencial en la aplicación de

conocimientos en la elaboración de circuitos y prácticas de laboratorio en la materia de

Comunicaciones II a continuación se revisará conceptos fundamentales sobre modulación

digital ASK, FSK y PSK propuestos en la elaboración de la guía práctica. En el desarrollo

de las prácticas se usa como elemento indispensable el generador de funciones XR-2206

el cual permite generar distintas formas de onda.

2.5 CIRCUITO INTEGRADO XR-2206

Este circuito fabricado por la empresa EXAR es un generador de funciones con distintas

formas de onda: senoidal, cuadrada, etc. Entre sus funciones genera señales AM, FM, PM,

FSK y PSK.

12

Internamente cuenta con un VCO que es controlado por una resistencia y capacitor

externos que permiten calcular la frecuencia a la cual oscila. El valor de frecuencia

resultante es usado como portadora en los circuitos de experimentación ASK, FSK Y PSK.

Se recomienda referirse al datasheet para la realización de experimentaciones con este

elemento.

2.6 CIRCUITO INTEGRADO 74HC4066

Este circuito cumple con la función de trabajar como switch bilateral tiene 4 switchs los

cuales pueden ser usados de acuerdo a sus estados (nY y nZ) y tiene una entrada activa

nE que cuando esta se encuentra en un nivel bajo el circuito integrado se apagará. Este

integrado permite la utilización de resistencias para la conexión de entradas a tensiones

con valores mayores a VCC.

2.7 CIRCUITO ASK

Se realiza una breve explicación de la teoría sobre este tipo de modulación.

La técnica de modulación digital por desplazamiento de amplitud ASK se considera la más

sencilla debido a que no es más que la modulación AM con señal portadora completa y dos

bandas laterales. (Wayne Tomasi, 2003, pág. 470)

Mediante la ecuación 2.1 se describe la modulación digital de amplitud con señal binaria:

Vam(t) = [1 + Vm(t)] [A

2cos(wct)] Ec. 2.1

En donde:

Vam(t) = Voltaje de la onda de amplitud modulada

A

2= amplitud de la portadora no modulada (volts)

13

Vm(t) = señal binaria moduladora (volts)

wc = frecuencia de la potadora en radianes (radianes por segundo)

En la ecuación 2.1 la modulante 𝑉𝑚(𝑡) es una señal binaria con la que se tiene 1V= uno

lógico, y -1V= cero lógico, lo cual implica que en 1 lógico la ecuación 2.1 se traduce a la

expresión de la ecuación 2.2 como se observa a continuación:

Vam(t) = [1 + 1] [A

2cos(wct)]

Vam(t) = A cos(wct) Ec. 2.2

En cero lógico la ecuación 2.1 es reducida a:

𝑉𝑎𝑚(𝑡) = [1 − 1] [𝐴

2cos(𝑤𝑐𝑡)]

Vam(t) = 0 Ec. 2.3

A fin de obtener como resultado un porcentaje de 100% de modulación se tiene que la

portadora estará encendida o apagada, debido a esta acción se la denomina como

modulación por manipulación encendida y apagada OOK de sus siglas en ingles on-off

keying. En ocasiones a este tipo de modulación se la llama de onda continua (CW, de

continuos wave) porque cuando se transmite la portadora, es decir está encendida, tiene

amplitud constante, frecuencia constante y fase constante.

La figura 10 refleja el resultado de las formas de onda de entrada y salida en un

transmisor digital con modulación AM. El uso de portadoras análogas de amplitud AM para

el transporte de señales digitales relativamente tienen características de baja calidad, costo

14

y son pocamente usados en sistemas de comunicaciones de gran eficiencia, capacidad y

rendimiento.

Figura 10. Modulación ASK, (a) entrada binaria, (b) onda de salida OOK.

Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 471

2.8 MODULACIÓN FSK

La modulación por desplazamiento o corrimiento de frecuencia FSK, es una destreza de

modulación digital con relativa sencillez y baja eficiencia, es considerada como modulación

en ángulo, al mantener una constante amplitud, y es muy parecida a la modulación de

frecuencia (FM), con la diferencia de que la señal modulante es binaria y varía únicamente

en dos valores discretos de voltaje, y no se tiene una forma de onda análoga cambiante de

forma continua. (Wayne Tomasi, 2003, pág. 471)

La ecuación 2.4 describe en general a la modulación FSK binaria:

𝑉𝑓𝑠𝑘(𝑡) = 𝑉𝑐𝑐𝑜𝑠{2𝜋[𝑓𝑐 + 𝑉𝑚(𝑡)∆𝑓]𝑡} Ec. 2.4

En donde:

15

𝑉𝑓𝑠𝑘(𝑡) = 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑏𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 𝐹𝑆𝐾

𝑉𝑐 = 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 (𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠)

𝑓𝑐 = 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 (𝐻𝑧)

∆𝑓 = 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝐻𝑧)

𝑉𝑚(𝑡) = 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 (±1)

A continuación la figura 11 muestra la forma de onda entrante y saliente binaria para FSK.

Figura 11. Formas de onda entrante y saliente binaria para FSK


16

Según lo expresado en la ecuación 2.4, el desplazamiento máximo de frecuencia de

portadora, Δf, es proporcional a la amplitud existente y al estado de polaridad de la señal

binaria de entrada. La señal moduladora [Vm (t)] prácticamente es una señal binaria

normalizada, en la que el 1 lógico=1, y el 0 lógico=-1. Así, en un ingreso de 1 lógico, Vm

(t)=1, la ecuación 2.4 toma la siguiente forma:

𝑉𝑓𝑠𝑘(𝑡) = 𝑉𝑐𝑐𝑜𝑠{2𝜋[𝑓𝑐 + ∆𝑓]𝑡} Ec. 2.5

Con 0 lógico en la entrada resulta lo siguiente:

𝑉𝑓𝑠𝑘(𝑡) = 𝑉𝑐𝑐𝑜𝑠{2𝜋[𝑓𝑐 − ∆𝑓]𝑡} Ec. 2.6

La señal binaria entrante desvía la frecuencia de la señal portadora. En el instante en el

cual la señal binaria que ingresa realiza un cambio de cero lógico hacia uno lógico y

viceversa, la frecuencia saliente se corre entre dos valores de frecuencia, de marca y de

trabajo o frecuencia de uno lógico (fm), adicional una frecuencia de espacio o de cero lógico

(fs). Las dos frecuencias de espacio y marca están espaciadas de la frecuencia de

portadora debido a la desviación máxima de frecuencia (fc ± Δf). Sin embargo, es relevante

notar que las frecuencias de marca y de espacio son asignadas de forma aleatoria, de

acuerdo al diseño de sistema existente. La figura 11 refleja una señal binaria entrante y la

forma de onda FSK saliente, de un modulador FSK. Se aprecia en la figura que al momento

de ingresar la señal binaria cambia de uno lógico a cero lógico y viceversa, la frecuencia

saliente FSK varía en frecuencia de marca (fm) a espacio (fs), y viceversa. En la figura 11,

la frecuencia de marca es la frecuencia mayor, fc + Δf, y la fr de espacio es la menor, fc -

Δf. (Wayne Tomasi, 2003, pág. 473)

2.8.1 TRANSMISOR FSK

En la figura 12 se observa un transmisor FSK binario de estado simplificado, muy similar

a un modulador típico FM, y con un valor elevado de frecuencia se convierte en un VCO

(Oscilador Controlado por Voltaje). La frecuencia central de portadora se elige de manera

que se encuentre en medio de los valores de frecuencia de marca y espacio. El uno lógico

desplaza a la salida del VCO hasta el valor de frecuencia de marca, y un cero lógico recorre

la salida del VCO hasta la frecuencia de espacio. Consecuentemente, en la variación de la

17

señal binaria de entrada, en los estados uno lógico y cero lógico, la señal saliente del VCO

se desvía entre las frecuencias de marca y espacio. En un modulador FSK binario se tiene

que Δf es la desviación máxima de frecuencia de portadora, y equivale al resultado de la

diferencia de las frecuencias de reposo de la portadora y de marca, (o la mitad de la

diferencia entre las frecuencias de marca y de espacio). (Wayne Tomasi, 2003, pág. 473)

Un modulador VCO-FSK puede funcionar en el modo de barrido, y se tiene que el desvío

máximo de frecuencia es el resultado del producto del voltaje binario de entrada por la

sensibilidad del VCO a la desviación. A continuación se expresa la desviación de frecuencia

en modo de modulación por barrido:

𝛥𝑓 = 𝑉𝑚(𝑡)𝐾1 Ec. 2.7

En donde:

𝛥𝑓 = 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (ℎ𝑒𝑟𝑡𝑧)

𝑉𝑚(𝑡) = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑏𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 (𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠)

𝐾1 = 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (ℎ𝑒𝑟𝑡𝑧 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑡)

Se tiene que la amplitud de la señal entrante en la FSK binaria, sólo puede tener como

resultado uno de dos valores: uno en una condición de 1 lógico y uno en una condición de

0 lógico. El valor de desviación de frecuencia es simplemente el producto más o menos el

voltaje máximo de la señal binaria, multiplicado por la sensibilidad del VCO a la desviación.

Al tener que el valor de voltaje máximo es el mismo en uno lógico que para cero lógico, la

magnitud de la desviación de frecuencia de la misma forma es igual en 1 lógico que para

un 0 lógico. (Wayne Tomasi, 2003, pág. 471)

18

Figura 12. Modulador FSK: tb, tiempo de un bit = 1/fb; fm, frecuencia de marca; fs,

frecuencia de espacio; T1, periodo del ciclo más corto; 1/T1, fr fundamental de la

señal cuadrada binaria; fb, rapidez de ingreso de bits (bps)


2.9 MODULACIÓN PSK

Es una técnica de modulación digital de forma angular que mantiene amplitud constante,

su característica principal es el desplazamiento de fase, en este tipo de modulación la señal

entrante es digital y binaria con la posibilidad de tener fases salientes en forma limitada.

(Wayne Tomasi, 2003, pág. 478).

2.9.1 MODULACIÓN BPSK

Este tipo de técnica de modulación digital tiene dos posibles fases salientes

dependientes de una sola frecuencia portadora, su característica es el corrimiento binario

en fase. La primera fase saliente representa al uno lógico, y la siguiente fase un cero lógico.

En la transición de estado de la señal de entrada digital, se tiene que la fase de la portadora

saliente cambia entre dos ángulos que se encuentran en desfase de 180°. La técnica BPSK

también es conocida como manipulación por inversión de fase PRK y modulación en bifase.

BPSK es considerada como una forma de modulación de onda cuadrada de una señal de

onda continua con portadora suprimida. (Wayne Tomasi, 2003, pág. 478).

19

2.9.2 TRANSMISOR BPSK

A continuación se observa el diagrama de bloques de un transmisor BPSK en forma

simplificada (figura 13). El modulador balanceado cumple la función de conmutador de

inversión de fase. La portadora es transferida a la salida, puede estar en fase o desfasada

en 180° con referencia al oscilador existente en la portadora, esto dependerá de la entrada

digital si es 1 o 0 logico. (Wayne Tomasi, 2003, pág. 478).

Figura 13. Diagrama de bloques transmisor BPSK


En BPSK son muy importantes las consideraciones de ancho de banda, la señal de

salida es el producto de las dos señales de entrada, un modulador balanceado se considera

un modulador de producto. En el proceso de modulación en BPSK, la señal portadora de

entrante es multiplicada por la señal de datos binarios. Al determinar +1 V al uno lógico y -

1 V al cero lógico, la señal portadora de entrante, sen ωct es multiplicada por 1 o por -1.

Consecuentemente se tiene que la señal saliente podría ser +1 sen ωct o -1 sen ωct; el

producto inicial simboliza una señal que se encuentra enfasada con el oscilador de

referente, y el producto último, refleja una señal que está en desfase de 180° respecto al

oscilador de referente. En cada cambio de la condición lógica entrante, varía la fase de la

señal saliente. Consecuentemente en BPSK, el valor de la tasa de cambio saliente

(baudios) es igual al valor de la tasa de cambio entrante (bps), el ancho de banda máximo

saliente se presenta cuando los datos binarios en la entrada son una secuencia alternada

de unos y ceros. El valor de frecuencia fundamental fa de una secuencia alternada de bits

uno y cero es equivalente a la mitad de la frecuencia de bits fb/2. En un modulador BPSK

la ecuación que se obtiene a la salida es proporcional a:

20

Salida BPSK = [sen(2πfat)]x[sen(2πfct)] Ec. 2.8

En donde:

𝑓𝑎 = 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 (𝐻𝑧)

𝑓𝑐 = 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝐻𝑧)

Al realizar el despeje del producto seno en la identidad trigonométrica.

1

2𝑐𝑜𝑠[2𝜋(𝑓𝑐 − 𝑓𝑎)𝑡] −

1

2𝑐𝑜𝑠[2𝜋(𝑓𝑐 + 𝑓𝑎)𝑡] Ec. 2.9

Asi el ancho de banda bilateral mínimo de Nyquist 𝐹𝑁 es:

(𝑓𝑐 + 𝑓𝑎) − (𝑓𝑐 + 𝑓𝑎)

O sea (𝑓𝑐 + 𝑓𝑎) − (𝑓𝑐 + 𝑓𝑎) = 2𝑓𝑎 Ec. 2.10

Se tiene que 𝑓𝑎 = 𝑓𝑏/2 siendo 𝑓𝑏 = 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑡𝑠,

𝐵 =2𝑓𝑏

2= 𝑓𝑏 Ec. 2.11

Al tener que B es el ancho de banda mínimo bilateral en Nyquist.

Figura 14. Modulador BPSK, tabla de verdad


21

(a) (b)

Figura 15. Modulador BPSK, (a) diagrama fasorial, (b) diagrama de constelación


Figura 16. Relación fase de salida en función del tiempo en un modulador BPSK


22

La relación de fase de salida en función del tiempo en una forma de onda BPSK es

mostrada en la figura 16. En un modulador BPSK el espectro de salida es solamente una

señal de doble banda lateral con portadora suprimida, en donde las frecuencias superior e

inferior son separadas de la frecuencia de portadora mediante un valor igual a la mitad de

la rapidez de bits. Consecuentemente, el mínimo ancho de banda,𝑓𝑁 requerido a fin de dar

paso la salida BPSK en casos deficientes es igual a la frecuencia entrante de bits. (Wayne

Tomasi, 2003, pág. 481).

23

3. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

En el presente capítulo se realiza una descripción del resultado obtenido para uso del

laboratorio y aula de clase, se señalará el uso adecuado de la plataforma NI ELVIS II y el

procedimiento correcto en la elaboración de prácticas de comunicación digital.

3.1 CONEXIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA PLATAFORMA NI ELVIS II

Al conectar la plataforma en la parte posterior cuenta con los siguientes elementos,

descritos en la figura 17.

Figura 17. Parte posterior del módulo NI ELVIS II

Fuente: http://www.ni.com/pdf/manuals/374629c.pdf

1. Switch de encendido/apagado.

2. Conexión a la fuente de alimentación AC/DC.

3. Puerto USB, que comunica la plataforma y la PC.

4. Ranura sujeta cables que evita cruce o desconexión de los mismos.

24

5. Conector de cable seguro antirrobo Kensington, mediante el cual se sujeta la

plataforma a un objeto estacionario.

3.1.1 CONEXIÓN TARJETA EMONA DATEX

Al realizar la inserción de la tarjeta Emona DATEx sobre la plataforma seguir los

siguientes pasos.

1. Asegúrese que la plataforma NI ELVIS II este apagada y desconectada del suministro

eléctrico.

2. Sujete la tarjeta Emona Datex como muestra la figura 18.

Figura 18. Forma correcta de sujetar la tarjeta Emona DATEx


Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2.

3. Cuidadosamente inserte la tarjeta sobre la plataforma NI ELVIS tal como se

observa en la figura 19.

25

Figura 19. Forma correcta de inserción la tarjeta Emona DATEx



4. Verifique la posición switch control mode ubicado en la parte superior derecha

(figura 20) colóquelo de acuerdo a su necesidad en Manual o PC Control.

Figura 20. Switch Control Mode en la tarjeta Emona DATEx



26

3.1.2 Instalación del software NI ELVISmx Instrument Launcher

En la instalación del software se debe seguir los siguientes pasos:

1. Descargue el software del siguiente link: http://www.ni.com/download/ni-elvismx-

14.0/4801/en/

2. Instale el software en el computador.

3. Conecte el cable USB a la plataforma NI ELVIS 2, y el otro extremo al computador.

4. Primeramente encienda la plataforma en la parte posterior y luego en su parte

frontal, al encender debe aparecer el mensaje de la figura 21 en su computador.

Figura 21. Mensaje del software NI ELVISmx Instrument Launcher e icono en el

computador

5. Realizar un click sobre el mensaje de la figura 21, en ese momento se desplegará

la instrumentación virtual disponible a utilizar en la realización de prácticas de

laboratorio.

3.2 GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

3.2.1 PRÁCTICA 1: MODULADOR ASK

3.2.1.1 OBJETIVOS

Familiarizarse con la técnica de modulación digital ASK.

Observar las formas de onda existentes en la modulación digital ASK.

Entender los principios de modulación ASK.

Complementar el desarrollo de la práctica con la plataforma NI ELVIS II.

27

3.2.1.2 MARCO TEÓRICO

Modulación digital ASK, generación de señales portadoras, señales cuadradas.

3.2.1.3 LISTADO DE MATERIALES Y EQUIPOS.

Un computador instalado el software NI ELVISmx Instrument Launcher.

Plataforma NI ELVIS II.

Tarjeta de Telecomunicaciones Emona DATEx.

Protoboard y elementos semiconductores detallados en el diagrama esquemático.

Cables de conexión y conectores incluidos en el NI ELVIS II.

Cable USB.

3.2.1.4 PROCEDIMIENTO

Práctica:

1. Asegúrese que la plataforma NI ELVIS 2 este apagada y desconectada.

2. Inserte la tarjeta Emona Datex, sobre la plataforma NI ELVIS 2.

3. Setee el switch Control Mode (esquina superior derecha de la tarjeta Emona Datex),

a la posición PC CONTROL.

4. Instale en una computadora el software. NIELVISmx Instrument Launcher.

5. Conecte el cable USB a la plataforma NI ELVIS II, y el otro extremo a la

computadora.

6. Conecte el adaptador AC/DC a la plataforma.

7. Encienda la plataforma del switch en la parte posterior y luego del switch ubicado

en la parte frontal.

8. Ejecute en la PC el icono del NI ELVISmx Instrument Launcher previamente

instalado.

9. Implemente en un protoboard el circuito que es observado en la figura 22.

28

Figura 22. Circuito Modulador ASK

10. En el NIELVISmx Instrument Launcher seleccione la fuente variable de poder desde el

computador coloque el valor de 12 V, tanto en la fuente positiva como la fuente

negativa, esto se aprecia en la figura 23. Se debe tener presente que los valores deben

ser precisos ya que se debe polarizar todos los componentes del circuito con los

voltajes de alimentación requeridos para su funcionamiento.

29

Figura 23. Valores en la fuente de voltaje.

11. Alimentar al circuito con los valores previamente ajustados en la fuente de voltaje,

posteriormente seleccionar el osciloscopio en el NIELVISmx Instrument Launcher,

conectar el cable BNC en el CH 0 de la plataforma y verificar la salida en el pin 2 del

generador de funciones XR2206, a continuación grafique la forma de onda obtenida.

12. A continuación se generará la señal modulante digital o de información con la

plataforma NI ELVIS II para esto se debe elegir del NIELVISmx Instrument Launcher

el generador de funciones y ajustar su frecuencia al valor de 1 KHz con señal

cuadrada tal como se aprecia en la figura 24.

30

Figura 24. Generador de Funciones.

13. La señal modulante se obtiene del bloque Function Generator ubicado en la tarjeta

Emona DATEx, se debe conectar de la salida SYNC al pin 13 del 74HC4066, a

continuación grafique la señal reflejada en el osciloscopio.

14. Una vez ingresadas las dos señales modulante digital y portadora analógica se

puede apreciar la modulación ASK a la salida del pin 7 del amplificador operacional,

grafique la señal resultante modulada del circuito.

3.2.1.5 CONCLUSIONES

Exponga sus conclusiones respecto a la práctica de modulación digital ASK.

31

3.2.1.6 RECOMENDACIONES

Exponga sus recomendaciones respecto a la práctica de modulación digital ASK.

3.2.2 PRÁCTICA 2: MODULADOR FSK

3.2.2.1 OBJETIVOS

Familiarizarse con la técnica de modulación digital FSK.

Observar las formas de onda de la modulación digital FSK.

Entender los principios de modulación FSK.



Modulación digital FSK, generación de señales portadoras, señales cuadradas.







Cable USB.


Práctica:






32


computadora.





instalado.

9. Implemente en un protoboard el circuito que muestra la figura 25.

Figura 25. Circuito Modulador FSK

33

10. Una vez armado el circuito en el protoboard ejecute el NIELVISmx Instrument

Launcher seleccione la fuente variable de poder y coloque el valor de + 12 V, como

se aprecia en la figura 26.

Figura 26. Valor en la Fuente de Voltaje.

11. Alimentar al circuito con el valor previamente ajustado en la fuente de voltaje,



generador de funciones XR2206, a continuación grafique la forma de onda obtenida.

A continuación se generará la señal modulante digital o de información con la plataforma

NI ELVIS II, se usará el bloque Master Signals de la tarjeta Emona DATEx y se debe

seleccionar la salida digital de 2 KHZ como se aprecia en la figura 27, verifique la señal

obtenida en el osciloscopio y grafique.

34

Figura 27. Selección de Señal Modulante Digital



12. La señal modulante obtenida del bloque Master Signals ubicado en la tarjeta Emona

DATEx, se debe conectar de la salida pin 9 del XR22066.

13. Una vez ingresadas las dos señales modulante digital y portadora analógica se

verifique que forma de onda obtiene a la salida en el pin 7 del amplificador

operacional, grafique la señal resultante.

14. A continuación describa cual es la característica principal obtenida en esta forma de

onda.


Exponga sus conclusiones respecto a la práctica de modulación digital FSK.


Exponga sus recomendaciones respecto a la práctica de modulación digital FSK.

35

3.2.3 PRÁCTICA 3: MODULADOR PSK

3.2.3.1 OBJETIVOS

Familiarizarse con la técnica de modulación digital PSK.

Observar las formas de onda de la modulación digital PSK.

Entender los principios de modulación PSK.



Modulación digital PSK, generación de señales portadoras, señales cuadradas.







Cable USB.


Práctica:







computadora.




36


instalado.

9. Implemente en un protoboard el circuito que muestra la figura 28.

Figura 28. Circuito Modulador PSK

10. En el NIELVISmx Instrument Launcher seleccione la fuente variable de poder y

colocar el valor de 12 V tanto en la fuente positiva como en la negativa, esto se

observa en la figura 29.

37

Figura 29. Valores en la fuente de voltaje.

11. Alimentar al circuito con el valor previamente ajustado en la fuente de voltaje,



generador de funciones XR2206, graficar la señal obtenida en el osciloscopio.

12. A continuación selecciones el multímetro de la plataforma sobre el pin número uno

del generador de funciones XR2206, anote que voltaje obtiene en este pin, el valor

debe ser especifico ya que debe cumplir con requerimientos de fabricante.

13. A continuación se generará la señal modulante digital o de información con la

plataforma NI ELVIS II, se usará el bloque Master Signals de la tarjeta Emona

DATEx y se debe seleccionar la salida digital de 8 KHZ con una señal de reloj del

bloque Sequence Generator como se aprecia en la figura 30, grafique la señal

obtenida.

38

Figura 30. Selección de Señal Modulante Digital

14. La señal modulante obtenida del bloque Sequence Generator salida SYNC ubicado

en la tarjeta Emona DATEx, se debe conectar al pin 9 del XR22066.

15. Una vez ingresadas las dos señales modulante digital y portadora analógica se debe

apreciar la modulación PSK como señal resultante a la salida del pin 7 del

amplificador operacional, verifique con el osciloscopio y grafique la señal obtenida.


Exponga sus conclusiones respecto a la práctica de modulación digital PSK.


Exponga sus conclusiones respecto a la práctica de modulación digital FSK.

39

CONCLUSIONES

La elaboración de circuitos electrónicos de experimentación con el apoyo de

instrumentos educacionales tienen como resultado el afianzamiento del

conocimiento impartido por el docente.

Se verificó que el uso del laboratorio es un complemento indispensable en el

proceso enseñanza aprendizaje y vital en la formación de un profesional.

Se realizó la validación de conocimientos adquiridos mediante las guías propuestas

y experimentaciones con modulación digital, que serán la base de futuras prácticas.

Se aportó con una plataforma de instrumentación virtual para el laboratorio, que

amplía la posibilidad de experimentar en diferentes áreas de la electrónica y

telecomunicaciones.

Permite el perfeccionamiento de habilidades y destrezas al usar instrumentos de

medida virtuales que reforzarán teorías aprendidas.

40

RECOMENDACIONES

Se recomienda la manipulación cuidadosa del hardware de la plataforma ya que es

electrostáticamente sensible y la inadecuada manipulación generaría severos daños

en sus componentes.

Conecte la plataforma a una fuente de voltaje estabilizada a fin de evitar errores en

el momento de usar los instrumentos de medición del dispositivo.

Procure revisar los circuitos electrónicos armados previamente en el protoboard ya

que al momento de integrarlos con la plataforma se optimizará recursos y tiempo en

el análisis y experimentación de los mismos.

Se sugiere complementar el uso de toda la instrumentación virtual de la plataforma

NI ELVIS con la elaboración de circuitos propuestos y diseñados con la teoría

recibida en las aulas de clase, ya que se potencia el manejo de elementos

semiconductores y la habilidad de experimentación en aulas de laboratorio.

La adquisición de módulos adicionales en esta plataforma es viable, ya que se

puede complementar con habilidades propuestas por estudiantes y docentes al

explorar los variados campos que presenta la electrónica.

Se recomienda referirse a las indicaciones e información provistas en el desarrollo

de este documento para el buen uso de la plataforma, si es necesario información

más puntual de sus componentes por favor consultar en el manual del fabricante

ubicado en www.ni.com

41

BIBLIOGRAFÍA

Tomasi, Wayne (2003). Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, Cuarta Edición,

Pearson Education. ISBN: 970-26-0316-1.

Couch, LW. (2008). Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos (7a. Ed.).

México: Prentice Hall Hispanoamericana.

Duncan, Barry (2011). Experiments in Modern Analog & Digital Telecommunications

For NI ELVIS II, (Vols 1 y 2). Australia: EMONA Instruments.

Oppenheim, AV. (1997). Señales y Sistemas (2a. Ed.). México: Mc Graw Hill.

National Instruments. (2011). NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation

Suite II Series (NI ELVISTM II Series) User Manual (www.ni.com)

Software TINA: versión trial. http://es.tina.com/

Coughlin R. & Driscoll F. (1993). Amplificadores Operacionales y Circuitos

Integrados Lineales. Cuarta Edición, Prentice-Hall. ISBN: 968-880-284-0.

Texas Instruments, 2015, Datasheet TL074, Recuperado de:

http://www.ti.com/product/TL074

ANEXOS

ANEXO 1: CARACTERÍSTICAS DE LA PLATAFORMA NI ELVIS

La plataforma NI ELVIS II cuenta con las siguientes características:

Hardware del módulo NI ELVIS II

Estación de trabajo NI ELVIS II + (base)

Área de diseño NI ELVIS II (protoboard)

NI ELVIS mx y software controlador NI-DAQmx

Cable usb cable y fuente de alimentación

Osciloscopio

Dos canales

Almacenamiento, cursores, autoescala

Máximo ancho de banda en la entrada: 50kHz

Máxima velocidad de muestreo: 500kHz/canal

Rango +/-10V

Resolución de entrada 12 o 16 bits

Analizador de bode

Dibuja frecuencia y fase

Control del rango de frecuencia y pasos

Espaciado de frecuencia logarítmico o lineal


Rango de frecuencia 5Hz a 35kHz

Analizador dinámico de señal

Rango de entrada +/-10V

Resolución de entrada 12 o 16 bits

Analizador de impedancia

Rango de frecuencia medida 5Hz a 35kHz

Analizador corriente tensión a 2 hilos

Rango de voltaje +/-10V

Rango de corriente +/-10mA

Analizador corriente tensión a 3 hilos

Sólo transistores NPN BJT


Máximo voltaje de colector 10V

Mínimo incremento en la base 15μA

Multímetro digital

Resistencia: exactitud 1%

Rango 5Ω a 3MΩ

Voltaje CC: exactitud 0.3%

Rango +/-20V

Impedancia de entrada 1MΩ

Voltaje CA: Exactitud 0.3%

Rango +/-14 VRMS

Corriente

Exactitud CC 0.25%+/-3mA1

Exactitud CA 0.25%+/-3mA1

Rango +/-250mA

Resistencia Shunt 0.5Ω

Máxima tensión en modo común +/-20V

Rechazo en modo común 70dB

Capacitancia

Exactitud 2%

Rango 50pF a 500μF

Rango del tensión de prueba 1Vpp

Continuidad: resistencia umbral 15Ωmax

Inductancia

Exactitud 1%

Rango 100μH a 100mH

Frecuencia de prueba 950Hz

Tensión de frecuencia de prueba 1Vpp

Digital Input/Output

Resolución digital de entrada 8 bits

Resolución digital de salida 8 bits

Direccionamiento digital 4 bits

Fuente

Generador de funciones

Control manual o por software

Formas de onda seno, triangular, cuadrada

Barrido en frecuencia

Salida de pulsos sinc. ttl

Modulación am y fm

Rango de frecuencia 5Hz a 250kHz

Exactitud en frecuencia 3%

Amplitud de salida +/-2.5V

Resolución de amplitud por software 8 bits

Range offset +/- 5V

Voltaje AM 10 V max

Modulación en amplitud superior a 100%

Voltaje FM 10 V max.

Amplitud de rizado

A 50 Hz 0.5dB

A 250kHz 3 dB

Generador de onda arbitraria

Dos canales

Un disparo o generación continua

Editor de forma de onda

Amplitud +/-10V

Rango de frecuencia DC a 100kHz

Impedancia de salida: 1

Fuente de +/-15V

Salida de corriente Fusible de 500mA

Rizado y ruido 1%

Regulación de línea 0.5%max

Fuente de 5v

Salida de corriente Fusible de 2A

Rizado y ruido 1%

Regulación de línea 0.5%max

Fuentes variables de potencia

0 a +12V y -12v

Rizado y ruido 0.25%

Resolución por software 7 bits

Limitación de corriente 0.5V a 130mA

5V a 275mA

12V a 450mA

ANEXO 2: CONEXIÓN EN TARJETA EMONA DATEX MODULACIÓN ASK Y FORMAS

DE ONDA

La siguiente conexión está basada en: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual,

Volume 1, Experiments with Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2,

National Instruments, 2016.

ANEXO 3: CONEXIÓN EN TARJETA EMONA DATEX MODULACIÓN BPSK Y

FORMAS DE ONDA

La siguiente conexión está basada en: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2, National Instruments, 2016.

+

ANEXO 4: CONEXIÓN EN TARJETA EMONA DATEX MODULACIÓN FSK Y FORMAS

DE ONDA

La siguiente conexión está basada en: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual,

Volume 1, Experiments with Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2,

National Instruments, 2016.

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