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
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL
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
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL
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
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL
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
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.
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
Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 471
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)
Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 473
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
Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 479
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
Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 479
21
(a) (b)
Figura 15. Modulador BPSK, (a) diagrama fasorial, (b) diagrama de constelación
Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 479
Figura 16. Relación fase de salida en función del tiempo en un modulador BPSK
Fuente: Tomasi, Wayne (2003) pág. 473
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
Fuente: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with
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
Fuente: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with
Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2.
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
Fuente: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with
Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2.
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.
Complementar el desarrollo de la práctica con la plataforma NI ELVIS II.
3.2.2.2 MARCO TEÓRICO
Modulación digital FSK, generación de señales portadoras, señales cuadradas.
3.2.2.3 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.
3.2.2.4 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.
32
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 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,
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.
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
Fuente: Barry, Duncan, EMONA DATEx Lab Manual, Volume 1, Experiments with
Modern Analog & Digital Telecommunications for NI ELVIS 2.
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.
3.2.1.5 CONCLUSIONES
Exponga sus conclusiones respecto a la práctica de modulación digital FSK.
3.2.1.6 RECOMENDACIONES
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.
Complementar el desarrollo de la práctica con la plataforma NI ELVIS II.
3.2.3.2 MARCO TEÓRICO
Modulación digital PSK, generación de señales portadoras, señales cuadradas.
3.2.3.3 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.
3.2.3.4 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.
36
8. Ejecute en la PC el icono del NI ELVISmx Instrument Launcher previamente
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,
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, 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.
3.2.3.5 CONCLUSIONES
Exponga sus conclusiones respecto a la práctica de modulación digital PSK.
3.2.3.6 RECOMENDACIONES
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
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
Almacenamiento, cursores, autoescala
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
Almacenamiento, cursores, autoescala
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.
+
Top Related