Adquisición_de_datos_medir_para_conocer_y_controlar_Carlos_Chicala

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Carlos Chicala
Adquisición de datos: 
Medir para conocer y controlar 
Handbook de adquisición de datos
Adquisición 
de datos: medir 
para conocer 
y controlar
HANDBOOK DE ADQUISICIÓN DE DATOS
PRIMERA EDICIÓN
Carlos Chicala
Revisión técnica: 
M. en I. Naomi Berenice Romero Mata 
Profesora del Departamento de Control y Robótica
Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional Autónoma de México
®
Adquisición de datos: 
medir para conocer y controlar. 
Handbook de adquisición de datos. 
Primera edición
Presidente de Cengage Learning 
Latinoamérica: 
Director Editorial, de Producción y de 
Plataformas Digitales para Latinoamérica:
Editora de Adquisiciones para 
Latinoamérica:
Gerente de Manufactura para 
Latinoamérica:
Gerente Editorial de Contenidos en 
Español:
Gerente de Proyectos Especiales:
Coordinador de Manufactura:
Editor: 
Diseño de portada: 
Imagen de portada:
Composición tipográfica:
Impreso en México
1 2 3 4 5 6 7 15 14 13 12
®
Adquisición de datos: medir para conocer y controlar. 
Handbook de adquisición de datos. Primera edición 
®
ISBN: 978-987-195-451-3
A la memoria de mis padres Alberto y Perla.
A mi amada esposa Graciela.
A mis queridos hijos Pedro, José, Ana y Virginia.
Contenido
Agradecimientos XIII
Prólogo XV
Presentaciones XVII
Parte I Hardware
INTRODUCCIÓN
Capítulo 1
Introducción a la adquisición de datos y al control 
de procesos basados en computadora 3
1.1 Breve historia de la instrumentación 3
1.2 Instrumentación virtual 4
1.3 Componentes de un sistema de adquisición o toma de datos 6
1.4 Computadoras 7
1.5 Hardware de adquisición de datos y control 9
Capítulo 2
Comunicación entre el sistema de adquisición de datos 
y la computadora: buses y protocolos 15
2.1 Preliminares 15
2.2 Buses 15
2.3 Protocolos de comunicaciones 18
2.4 Repetidores o extensores y convertidores 
de estándares 24
NOCIONES BÁSICAS 
Capítulo 3
Conceptos básicos: Acondicionadores de señal usando resistores 25
3.1 Preliminares 25
3.2 Ley de Ohm 25
3.3 Componentes pasivos 26
CONTENIDOVI
Capítulo 4
Conceptos básicos: Acondicionadores 
con L, C y R: filtros 33
4.1 Preliminares 33
4.2 Capacitores 33
4.3 Inductores o bobinas 41
4.4 Filtros compuestos por más de una etapa 46
4.5 Filtro pasa banda RLC 49
4.6 Filtro rechaza banda o filtro supresor de banda RLC 52
4.7 Filtros activos 55
Capítulo 5
Conceptos básicos: Acondicionamiento de señal y tarjetas DAQ: 
amplificadores operacionales 61
5.1 Nociones básicas de los amplificadores operacionales 61
5.2 Amplificador operacional básico 62
5.3 Tipos de amplificadores operacionales 62
5.4 Alimentación de potencia de los amplificadores 
operacionales 63
5.5 Ganancia de los amplificadores operacionales 63
5.6 Realimentación de los amplificadores operacionales 64
5.7 Impedancias de salida y de entrada de etapas construidas 
con amplificadores operacionales 67
5.8 Relación de rechazo de modo común 75
5.9 Características de los amplificadores operacionales reales 77
ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL 
Capítulo 6
Acondicionadores de señales analógicas: 
teoría, cálculo y sistemas reales 81
6.1 Análisis teórico y cálculos de algunos acondicionadores de señal 81
6.2 Filosofías de acondicionadores de señal reales del mercado 93
6.3 Aislación eléctrica de señales analógicas 99
6.4 Borneras y cables 100
Capítulo 7
Acondicionadores de señales digitales: 
teoría, diseño y sistemas reales 101
7.1 Interface con circuitos digitales de entrada y salida 101
7.2 Interfaz con interruptores o switches mecánicos 103
7.3 Rebote de contactos 103
VIICONTENIDO
7.4 Contactos secos 104
7.5 Señales digitales de variación lenta o de baja pendiente de cambio 104
7.6 Tratamiento de señales digitales de niveles incompatibles entre sí 108
7.7 Señales digitales de entrada y salida de alta corriente o de 
alto voltaje 109
7.8 Optoaislación digital para señales de entrada y salida 109
7.9 Switches o interruptores digitales: generalidades 110
7.10 Elementos interruptores 111
7.11 Tipos de relevadores 113
7.12 Filosofías de los acondicionadores de señales 
digitales del mercado 116
7.13 Tarjetas de adquisición de datos con el acondicionamiento de entradas 
y salidas digitales incorporadas en la misma tarjeta 118
7.14 Borneras y cables 118
Capítulo 8
Acondicionamiento de señales industriales: sensores 119
8.1 Consideraciones generales 119
8.2 Usos de las mediciones industriales 120
8.3 Entorno de medición industrial 120
8.4 Sensores y transmisores: definición 122
8.5 Linealización de sensores 124
8.6 Clasificación de sensores 126
8.7 Teoría de transductores o sensores más usados 127
Capítulo 9
Técnicas de reducción de ruido y aislación 135
9.1 Consideraciones generales 135
9.2 Fuentes de ruido 136
9.3 Técnicas para prevenir y evitar ruido eléctrico o para preservar 
la integridad de la señal de los sensores 139
9.4 Técnicas para eliminar el ruido presente en una señal adquirida 141
HARDWARE DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
Capítulo 10
Multiplexado en los sistemas de adquisición de datos: 
muestreo y almacenamiento (sample and hold, S/H) 143
10.1 Diagrama de bloques de un sistema DAQ 143
10.2 Multiplexores 144
10.3 Principio de funcionamiento de los interruptores electrónicos 145
10.4 Conmutadores electrónicos 146
CONTENIDOVIII
10.5 Necesidad del muestreo y almacenamiento 
(sample and hold, S/HH) 148
10.6 Funcionamiento de un circuito de muestreo 
y almacenamiento (S/H) 151
10.7 Circuitos de muestreo y almacenamiento (S/H) 
con componentes activos 152
10.8 Análisis de la frecuencia de un circuito con multiplexor 
y circuito S/H 154
10.9 Muestreando múltiples canales 156
10.10 Ganancia seleccionable por canal: seleccionador de ganancia por software 
versus secuenciador de ganancia por hardware 160
10.11 Impedancia del sensor y acondicionador y su efecto sobre 
la velocidad de multiplexado 161
10.12 Influencia del tiempo de respuesta del amplificador de instrumentación 
y la velocidad de conmutación del multiplexor 162
10.13 Especificaciones técnicas de los amplificadores de muestreo 
y almacenamiento (S/H) 164
Capítulo 11
Convertidores digital a analógico y analógico a digital: 
principios de funcionamiento 165
11.1 Introducción 165
11.2 Teorema del muestreo 166
11.3 Cuantificación 166
11.4 Convertidores DACs (digital a analógico) 168
11.5 Salidas bipolares y unipolares de un convertidor digital 
a analógico: formatos de entrada y salida 175
11.6 Convertidores ADCs (analógico a digital) 176
Capítulo 12
Señales 189
12.1 Definición y clasificación de las señales 189
12.2 Señales digitales 190
12.3 Señales analógicas 191
12.4 Una señal, cinco perspectivas diferentes de medición 195
12.5 Interacción entre los sensores, los acondicionadores 
y el sistema DAQ 195
12.6 Señales referenciadas o no referenciadas a tierra 
y técnicas de medición 197
12.7 Sensores o fuentes de señal referenciadas a tierra 197
12.8 Sensores o fuentes de señal flotantes de tierra 198
12.9 Sistemas de medición con entrada diferencial 198
12.10 Sistema de medición single-ended referenciado a tierra 200
12.11 Sistema de medición single-ended no referenciado 200
IXCONTENIDO
12.12 Conexión de fuentes de señal referenciadas a tierra 201
12.13 Conexión de fuentes de señal flotantes 202
Capítulo 13
Entradas analógicas de sistemas de adquisición de datos 205
13.1 Partes constitutivas y señales a ingresar en un sistema DAQ 205
13.2 Parámetros analógicos de entrada y salida 206
13.3 Consideraciones acerca de resolución, rango y ganancia 209
13.4 Velocidad de muestreo: alias de la señal adquirida 210
13.5 Prevención del problema de alias de señales en un sistema DAQ 212
13.6 Formas de adquisición a través de las entradas analógicas 213
13.7 Adquisición de datos continua o adquisición de datos 
con buffer circular216
13.8 Modos de inicio o disparo de la adquisición de datos: trigger 218
13.9 Archivar o guardar grandes volúmenes de datos 
a alta velocidad durante la adquisición 219
Capítulo 14
Salidas analógicas de sistemas de adquisición de datos 221
14.1 Salidas analógicas en los sistemas de adquisición de datos 221
14.2 Parámetros de salida analógica de los sistemas DAQ 221
14.3 Formas de salidas analógicas a través de un sistema DAQ 223
14.4 Adquisición y generación simultáneas de ondas analógicas: 
sincronismo de las mismas 228
Capítulo 15
Entradas y salidas digitales de sistemas 
de adquisición de datos 229
15.1 Entradas y salidas digitales en los sistemas DAQ 229
15.2 Agrupación de las funciones de entradas 
y salidas según su facilidad de uso 230
15.3 Líneas digitales: secuencia para lectura o escritura 
de líneas de entrada y salida digital usando funciones 
de fácil manejo (easy I/O) 230
15.4 Puertos digitales: secuencia para lectura y escritura 
de puertos digitales usando funciones avanzadas 232
15.5 Aplicación práctica de lectura de entradas digitales: 
lectura de un interruptor o switch de proceso 234
15.6 Aplicación práctica de escritura de salidas digitales: accionamiento 
o control de relevadores 235
15.7 Entradas y salidas digitales controladas o temporizadas: 
comunicaciones entre computadoras utilizando protocolos 
digitales especiales 235
CONTENIDOX
Capítulo 16
Contadores por hardware de sistemas de adquisición 
de datos 237
16.1 Necesidad de los contadores por hardware 
en un sistema DAQ: usos y aplicaciones 237
16.2 Características de las señales que ingresan a un contador 238
16.3 Partes que componen un contador por hardware 238
16.4 Secuencia de funcionamiento de un contador por hardware 239
16.5 Conexión de contadores en cascada 240
16.6 Agrupación de las funciones de contadores por hardware 
de un sistema DAQ según su facilidad de uso 242
16.7 Función para contar eventos o medir tiempos 242
16.8 Tipos de pulsos y características de los mismos 243
16.9 Medición de parámetros de un pulso (ancho o retraso) 
y medición del periodo 244
16.10 Medición de frecuencias desconocidas usando 
contadores por hardware 245
16.11 Encoders ópticos: medición de ángulos de giro usando 
contadores por hardware y encoders ópticos 246
Parte II Software
SOFTWARE DE ADQUISICIÓN DE DATOS
Capítulo 17
Software de base o software driver de sistemas DAQ 251
17.1 Importancia del software de bajo nivel o software 
driver de sistemas DAQ 251
17.2 Funcionamiento de los buffer de memoria: memorias FIFO 256
Capítulo 18
Software de aplicación final del usuario: lenguajes de alto nivel para 
sistemas de adquisición de datos 261
18.1 Sistemas de software de aplicación final del usuario 
y lenguajes de alto nivel para sistemas DAQ 261
18.2 Sistemas de entorno abierto versus sistemas de entorno cerrado 262
18.3 Clasificación de los software de aplicación y los 
lenguajes de alto nivel para sistemas DAQ 266
18.4 Accesorios o toolkits de LabVIEW para análisis 
específicos de adquisición de datos 280
XICONTENIDO
Capítulo 19
Adquisición de datos desde sistemas SCADA 285
19.1 Concepto de SCADA/HMI 285
19.2 Arquitecturas de SCADA/HMI 286
19.3 Módulos funcionales que debe tener un software SCADA 290
19.4 ¿Qué es OPC? 292
19.5 Arquitectura actual de un sistema de control industrial 293
19.6 Adquisición de datos desde SCADA 293
Parte III Curso de LabVIEW 297
PRÁCTICAS
Capítulo 20
Entorno y arquitectura de LabVIEW: comenzando con LabVIEW 299
20.1 Introducción 299
20.2 Panel frontal 300
20.3 Diagrama de bloques 303
20.4 Principales elementos o componentes del panel frontal 306
20.5 Principales elementos o componentes del diagrama de bloques 309
20.6 Paleta de herramientas 313
20.7 Ayuda de LabVIEW 315
Capítulo 21
Creación, edición y depuración de un VI: creando su primer VI 
con LabVIEW 317
21.1 Su primer VI 317
21.2 Secuencia de ejecución de los diagramas de flujo 328
Capítulo 22
Creación de una subrutina (SubVI) en LabVIEW: creando su primer SubVI 
con LabVIEW 331
22.1 Introducción 331
22.2 Su primer SubVI 331
22.3 Creación de la primera subrutina para calcular la 
pendiente de una recta 334
22.4 Una forma fácil y rápida de hacer subrutinas 348
CONTENIDOXII
Capítulo 23
Estructuras de iteración: “While loop”, “For loop” y gráficos de tipo “Charts” 
o gráficos históricos o de tendencias en LabVIEW 351
23.1 Introducción 351
23.2 Estructura “While loop” (estructura de iteración condicionada 
al valor de una variable) 352
23.3 Estructura “For loop” (estructura de iteración que se repite 
un número prefijado de veces) 368
Capítulo 24
Estructuras de decisión y tipos de datos 375
24.1 Estructuras de decisión: estructura de casos y función selectora 375
24.2 Tipos de datos en LabVIEW 380
Capítulo 25
Arreglos y gráficos de forma de onda 385
25.1 Arreglos en LabVIEW 385
25.2 Generando arreglos con las estructuras de iteración (For loop, 
While loop). 397
25.3 Gráfica de forma de onda o waveform graph 400
Capítulo 26
Cadenas de caracteres ASCII (Strings) y escritura y lectura de 
archivos (File I/O) en LabVIEW 405
26.1 Cadenas de caracteres (strings) en LabVIEW 405
26.2 Lectura y escritura de archivos en LabVIEW (File I/O) 413
Capítulo 27
Funciones de adquisición de datos: entradas analógicas 419
27.1 Introducción 419
27.2 Adquisición de entradas analógicas 419
27.3 Adquisición de entradas analógicas usando Express Vis 433
Capítulo 28
Funciones de adquisición de datos: salidas analógicas 437
28.1 Actuación sobre las salidas analógicas 437
28.2 Salidas analógicas usando VIs Express 450
Glosario 453
Agradecimientos
-
-
-
-
-
Carlos Daniel Chicala
Prólogo
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
PRÓLOGOXVI
-
Carlos Daniel Chicala
Presentaciones
-
-
-
-
-
-
-
Adquisición de datos: 
medir para conocer y controlar. Handbook de adquisición de datos -
-
Ing. Victor Mieres
PRESENTACIONESXVIII
-
-
Ing. Eloisa Acha
1
PARTE I
Hardware
3
1.1 Breve historia de la instrumentación
La instrumentación ha ido evolucionando a través del tiempo y siempre haciendo uso de los 
últimos avances de la tecnología en cada momento de la historia. Podemos observar esto en la 
figura 1.1, en la que se ha graficado la evolución de la instrumentación en función del tiempo, 
teniendo en cuenta el aumento de flexibilidad o funcionalidad de la misma.
Partiendo de la premisa que hemos enunciado, los instrumentos que miden los fenómenos 
eléctricos toman lo más avanzado de la tecnología de cada época para su funcionamiento, 
con ello podemos analizar la gráfica antes mencionada 
de la siguiente forma.
Cuando comienza el estudio de las ciencias eléctricas 
en el siglo XIX, lo más avanzado tecnológicamente era 
la relojería. De ésta, los instrumentos toman los ele-
mentos para su diseño, y es así que los componentes 
de los mismos son agujas, resortes antagónicos, coji-
netes de rubí, etc. Posteriormente, con la aparición de 
los receptores de radio los instrumentos toman de éstos 
elementos tales como potenciómetros, condensadores 
variables, válvulas rectificadoras de vacío (diodos), etc. 
El aporte más importante es el tríodo, que como ele-
mento amplificador permite la amplificación de señales 
débiles para luego poder medirlas. Aparecen también 
los primeros osciladores o generadores de onda que ha-
Introducción a la adquisición de 
datos y al control de procesos 
basados en computadora
Capítulo
Figura 1.1
Evolución de la instrumentación.
F
le
xi
b
ili
d
ad
PC
TV
Radio
Relojería
Tiempo
INTRODUCCIÓN
PARTE I HARDWARE4
cen uso de la realimentación positiva. Años más tarde, con el advenimiento de la televisión 
los instrumentos adoptan para su funcionamiento el tubo de rayos catódicos y la exhibición 
en video para indicar las mediciones, y entonces aparecen los primerososciloscopios, anali-
zadores de espectros, analizadores de video, etcétera.
Al mismo tiempo, con la aparición de la computadora y luego de la computadora personal, 
los instrumentos sacaron el máximo potencial de las mismas. Así se abren camino dos nuevos 
conceptos muy importantes: la instrumentación virtual y los sistemas de adquisición o 
toma de datos.
Observemos en la figura 1.1 que a lo largo del tiempo la instrumentación ha ido ganando en 
flexibilidad y funcionalidad. Esto ha ocasionado que los productos se impongan y, obvia-
mente, sean adquiridos por los distintos tipos de clientes: la industria, laboratorios, centros 
de investigación, universidades, escuelas técnicas, entre otros.
1.2 Instrumentación virtual
La aparición de la computadora personal generó este nuevo término, pero para comprender 
qué es, comencemos por analizar la instrumentación tradicional.
Se entiende por instrumento tradicional todo aquel instru-
mento tipo hardware rígido que se puede adquirir de distin-
tos fabricantes y cuya funcionalidad viene definida por éstos. 
Los instrumentos que observamos en la figura 1.2, y todos los 
instrumentos semejantes que generalmente son anteriores 
a la aparición de la computadora personal en la figura 1.1, 
son de los llamados tradicionales (osciloscopios, analizadores 
de espectro, frecuencímetros, etc.). Ejemplo de éstos son los 
instrumentos que podemos encontrar en algún laboratorio de 
electrónica.
Una vez explicado el término instrumentación tradicional, 
veamos ahora qué significa instrumentación virtual, para lo 
cual haremos uso de la figura 1.3.
Analicemos el diagrama en bloques de cualquier instrumento 
tradicional, como el de un osciloscopio digital. Se observa que 
tiene unos bornes de entrada en los que ingresa, dependiendo 
del número de canales, la señal a un bloque amplificador y 
acondicionador de la misma. A continuación, la señal es con-
vertida en digital a través de un convertidor análogo digital. La 
señal digitalizada es procesada por un microprocesador, el cual 
tiene memoria RAM para guardar los datos adquiridos y pone 
en funcionamiento algoritmos conforme a un programa que se 
ejecuta y reside en memoria ROM, estos algoritmos realizarán 
análisis y cálculos de la señal adquirida. Los datos procesados 
por este CPU son luego enviados a un bloque de video que ex-
hibe la señal en un TRC (tubo de rayos catódicos), donde final-
mente el operador observa los valores leídos y realiza el ensayo.
Dejando por ahora de lado el amplificador y el convertidor 
analógico-digital, todos los bloques antes mencionados están 
contenidos en cualquier computadora de escritorio, incluso 
Figura 1.3
Instrumentos virtuales.
Instrumento tradicional
Alta velocidad de CPU
MemoMemoriaria RAMRAM eexpanxpandibldiblee 
Adquisición on-line
Generación de reportes on-line
Conectividad LAN e internet
Software gráfico modificable
Instrumento virturr al
basado en PC
Figura 1.2
Instrumentos tradicionales.
5Capítulo 1 Introducción a la adquisición de datos y al control de procesos basados en computadora
con una potencialidad mucho mayor. Esto se debe a que el CPU o unidad central de proceso 
de cualquier computadora supera a la de cualquier instrumento digital del mercado en los 
siguientes puntos: velocidad, número de instrucciones, mayor versatilidad a la hora de defi-
nir cantidad de entradas y salidas, mayor memoria RAM y ampliable fácilmente, memoria 
ROM que es todo un disco duro en donde se guardan los programas, que luego van a poder 
ejecutarse y editarse fácilmente, un mejor procesador de video por su tamaño, resolución y 
paleta de colores que puede manejar. Finalmente, y refiriéndonos a la salida de la computado-
ra, ésta puede ser conectada a un proyector de cañón y mostrar la imagen convenientemente 
ampliada sobre una pantalla.
Como dijimos anteriormente, lo único que le faltaría a nuestra computadora para ser un ins-
trumento, desde el punto de vista del hardware, serían el amplificador y el conversor análogo 
digital. Cabe mencionar que estos elementos de hardware están contenidos justamente en lo 
que se conoce como tarjeta de adquisición o toma de datos o tarjeta DAQ. Con respecto al 
software se pueden incorporar a las computadoras programas similares e incluso mucho más 
poderosos que los que corren en cualquier osciloscopio.
Ahora estamos en condiciones de definir lo que se entiende por instrumentación virtual: es 
toda computadora en la cual se ha insertado o conectado, interna o externamente, un dispo-
sitivo de adquisición de datos rodeado de un software lo suficientemente poderoso y flexible 
como para sacar el máximo provecho de ese hardware. Observemos que al software se le ha 
puesto la condición de ser lo suficientemente poderoso y flexible. Generalmente éstos son 
calificativos contrapuestos, pero recordemos que nuestras computadoras actuales soportan 
sistemas operativos de tipo gráfico, como Windows, Mac, etc., en los cuales es posible dise-
ñar software gráficos poderosos y flexibles.
En la figura 1.4 se muestra una comparación entre la instrumentación tradicional y la instru-
mentación virtual. La funcionalidad de la primera está definida por el fabricante, mientras 
que la versatilidad de la instrumentación virtual radica en que 
su funcionalidad es definida por el usuario final. Esto repre-
senta una gran ventaja, ya que quién mejor que el usuario final 
para saber lo que necesita del instrumento y, por lo tanto, de-
terminar sus características.
Algunas otras ventajas de la instrumentación virtual son:
a) Fácilmente escalable: teniendo entradas disponibles en 
la tarjeta de adquisición de datos puede ampliarse la can-
tidad de entradas al instrumento virtual, simplemente 
con una modificación en el software. Otra opción es co-
locar un multiplexor o añadir otra tarjeta y sincronizarlos 
si fuera necesario.
b) Fácilmente reciclable: si se dispone de un instrumento virtual funcionando como 
osciloscopio y se desea pasar a un analizador dinámico o un registrador de da-
tos (datalogger), se puede hacer uso de la misma tarjeta. Simplemente hay que 
cambiar o modificar el software, ya que en éste reside la funcionalidad del ins-
trumento.
c) Fácilmente conectable con el mundo exterior: todos sabemos que la computadora 
en la que se basa cualquier instrumento virtual es fácilmente conectable a una LAN, 
a una intranet o a internet, de esta manera el dato adquirido puede estar disponible 
fácilmente en cualquier parte donde sea necesario.
Figura 1.4
Instrumentación tradicional vs. instrumentación virtual
Instrumento tradicional Instrumento virturr al
Funcionalidad definida
por el vendedor
Funcionalidad definida
por el usuario final
PARTE I HARDWARE66
d) Facilidad para configurar el instrumento virtual: se pueden guardar las configu-
raciones (settings) de ese instrumento en el mismo disco duro de la computadora, 
incluso con el nombre de cada proyecto que se va haciendo. Esto permite repetir 
cualquier proyecto, sin perder tiempo en recalibrarlo, retomando los controles del 
instrumento con sólo rescatar el archivo de configuraciones.
e) Bajo costo por canal de adquisición: como los fabricantes de computadoras compi-
ten en el ámbito mundial, tenazmente entre ellos, la instrumentación virtual aprove-
cha estas ventajas de la competencia comercial: costos cada vez más bajos, equipos 
cada vez más rápidos, con mayor capacidad de memoria RAM y discos duros con 
mayor almacenamiento. Esto permite que las empresas de adquisición de datos pue-
dan generar hardware o software cada vez más económicos, lo que garantiza un 
costo bajísimo por canal adquirido.
Todo lo antes mencionado demuestra que con la instrumentación virtual se aumenta la flexi-
bilidad o funcionalidad a menores precios, lo cual parece ser la clave del éxito que la misma 
ha tenido y aún tiene en el campo de la industria y de los laboratorios.
1.3 Componentes de un sistemade adquisición o toma de datos
Se define como un sistema de adquisición o toma de datos a todo sistema compuesto por 
los siguientes componentes:
a) Computadora: en ésta se lleva a cabo todo el procesa-
miento de la información, la cual una vez adquirida pue-
de ser exhibida en tiempo real, guardada en un archivo 
con algún formato de intercambio, transmitida a través 
de una LAN (Local Area NetWork) o a través de internet. 
La información adquirida puede ser analizada por medio 
de una computadora con algún cálculo complejo previo, 
como integración, derivación, transformaciones de Fou-
rier, estadísticas, etcétera.
b) Software de adquisición: este elemento corresponde al 
lenguaje de programación a usar, en el que se programará 
o configurará el software encargado de llevar a cabo la 
funcionalidad deseada por el sistema de adquisición de 
datos. Normalmente hay dos o más niveles de software. Si 
los niveles son dos, como mínimo, se tendrá un driver o 
software de bajo nivel que comunica la tarjeta de adquisi-
ción de datos con el sistema operativo de la computadora y 
un lenguaje de desarrollo generalmente gráfico o utilitario 
también llamado software de alto nivel, donde se progra-
mará o configurará la aplicación final con la que interac-
tuará el operador al hacer los proyectos o mediciones.
c) Bus de conexión o puerto de conexión: este elemento tiene como función conectar la 
computadora con el adquisidor de datos, encontrándose variantes como el bus PCI, 
ISA, PCMCIA, puerto serial, puerto paralelo, puerto GPIB, USB, Ethernet, etcétera.
d) Adquisidor de datos: este elemento es el que toma los datos del acondicionador 
y hace la conversión análoga a digital de la información. Hay que tener en cuenta 
que puede ser un elemento interno o externo a la computadora. Cabe aclarar en este 
Figura 1.5
Componentes de un sistema de adquisición de datos basado en 
tarjetas DAQ insertadas en la computadora.
Software de adquisición de datos
TarjetTT a DAQ
Computadora
A los sensores
Acondicionador de señal
6
7Capítulo 1 Introducción a la adquisición de datos y al control de procesos basados en computadora
punto que el enlace entre el equipo de cómputo y el elemento adquisidor de datos no 
tiene que ser permanente, puede haber momentos durante los cuales esté conectado 
y otros no. Cuando esté conectado el equipo descargará del adquisidor todos los 
datos que éste ha almacenado.
e) Acondicionador de señal: la función del acondicionador es adaptar la señal que se recibe 
del sensor, amplificándola, linealizándola, filtrándola, etc. Puede alimentar el sensor si 
éste requiriera alimentación, como en el caso de los RTDs y los extensómetros.
f) Sensores: el sensor va a convertir un parámetro físico, o químico, como temperatura, 
presión, fuerza, luz, desplazamiento, pH, CO2, etc., en un fenómeno eléctrico capaz 
de ser medido.
Se debe tener en cuenta que en muchos casos es posible distinguir las componentes ante-
riormente citadas y en otras no, ya que en una misma caja se puede encontrar todo incluido, 
como ocurre con algunos sistemas modernos.
Ya que estamos obteniendo información a través de la adquisición de datos, poseemos los 
elementos para hacer también el control del sistema. Así, el concepto crece y podemos co-
menzar a hablar de adquisición de datos y control basados en computadora. Los términos en 
inglés equivalentes que normalmente escuchamos son data acquisition and control, test and 
measurement, measurement and control, etcétera.
1.4 Computadoras
Recordemos que en este producto existe gran variedad de ofertas. Computadoras cada vez 
más rápidas, con más memoria RAM, mayor capacidad de disco duro o HD, manejo de video 
y monitor.
Al definir un sistema de adquisición de datos se debe considerar que las computadoras pueden 
ser de distintas características. La calidad de las mismas se mide por parámetros tales como el 
MTBF (tiempo medio entre fallas, en miles de horas de funcionamiento). Sabemos que las fallas 
de hardware en la computadora pueden ser tan simples, como el que se “detenga” sin ningún mo-
tivo del software, o tan graves, como que se dañe el microprocesador, la memoria, la fuente, etc. 
Teniendo en cuenta lo anterior y comenzando de menor a mayor exigencia de funcionamiento, 
podemos agrupar a las computadoras en tres grupos, con sus ventajas e inconvenientes.
Figura 1.6
Elementos de un sistema de adquisición de datos: funcionalidades del hardware y del software.
Señales de
los sensores
Adquisición
IngIngresreso yo y
acondiciona-
miento de
la señal
Cálculo 
Formateo
Interfaz de usuario
Coppia imppresa o hard coppyy
Archivo I/O
Interprocesos de comunicación
Networking
Instrumento
TarjetTT as DAQ
IEEE488 (GPIB)
VXI
RS-232
Hardware Softwff are
Análisis Presentación
PARTE I HARDWARE8
a) Computadora “clon” o sin marca: este tipo de equipos no tienen marcas y vienen 
de fábrica sin ninguna línea de modelo. Son fruto de un importador que compra en 
Estados Unidos o en Taiwán lo más económico posible en cuanto a tarjeta madre o 
motherboard, procesador o CPU, memoria RAM, gabinete, fuente de alimentación y 
disco duro. Se adquieren las partes al menor precio posible, se arman las computado-
ras “clon”, que aunque son las más baratas del mercado tienen la mayor posibilidad 
de falla, o sea el menor MTBF (tiempo medio entre fallas). Estas fallas pueden ser 
simplemente detenerse sin ninguna explicación, hasta el daño grave de algunos de 
sus componentes. La única ventaja de este tipo de equipos es que su precio es muy 
económico. Usos: generalmente se usan en pequeñas aplicaciones o sistemas DAQ 
no críticos, sistemas DAQ educativos para universidades, escuelas técnicas, etcétera. 
b) Computadora de marca: llamamos así a las fabricadas por alguna firma responsa-
ble, como IBM, Apple, etc., con marca y una línea de modelos definida. Esto ga-
rantiza que ese modelo está normalizado en el sentido de que fue diseñado con tal 
tarjeta madre, cierto tipo de memoria RAM, cierta marca de disco duro, etc.; ade-
más, ese conjunto fue probado bajo diferentes condiciones y durante miles de horas 
de ensayos, pudiendo en sus especificaciones fijar una cierta calidad. Al adquirir 
en algún negocio este tipo de equipo conviene respetar la configuración original tal 
como viene el modelo de fábrica. No se recomienda solicitar el agregado de memo-
ria RAM o más capacidad de disco duro, ya que si hacemos esto, probablemente 
el vendedor agregue o inserte otra memoria u otro disco duro que pueden no ser 
totalmente compatibles con el resto del hardware e incluso de otra marca. Entonces, 
a pesar de haber pagado por una computadora de marca, se termina en realidad adqui-
riendo una que se comporta como un “clon”, ya que no puede garantizarse la absoluta 
compatibilidad entre los elementos originales del modelo y los elementos añadidos. 
Usos: es una buena solución para sistemas medianos y no críticos; tienen un buen 
desempeño. Pero recordemos que fueron concebidas para ser utilizadas en oficinas y 
no son aptas para entornos industriales, donde las condiciones de polución, polvo, 
elementos agresivos, etc., pueden dañarlas.
c) Computadora industrial: son específicamente usadas en sistemas críticos, tienen un 
elevado MTBF (tiempo medio entre fallas) y vienen en diferentes formatos, desde:
c-1. Computadora de panel (panel PC): toda la computadora está incluida en el mo-
nitor, resultando sumamente compacta. Tienen posibilidad de expansión de 1 slot 
(ranura) PCIe o 1 slot PCI. Son a prueba de condiciones industriales agresivas, como 
polvo o salpicaduras de líquidos, y la cubierta o carcasa puede ser de plástico o de 
metal, el cual resulta mucho más resistente. Este equipo se muestra en la figura 1.7. 
c-2. Computadora estándar (compact PCI): este tipo de compu-
tadora industrial se basa en la idea de rotar 90º el bus PCI, 
con lo que se obtiene un chasis en el que se pueden conec-tar y desconectar las tarjetas simplemente insertándolas o 
extrayéndolas por la parte frontal del mismo sin necesidad 
de abrirlo, como sucede en una computadora de escritorio. 
La tarjeta madre o motherboard es una más de las tarjetas 
que se insertan. Como extensión del estándar compact PCI 
se generó el PXI. En consecuencia, todos los conectores de 
las tarjetas DAQ quedan en la parte frontal del chasis, lo que 
es ideal para ciertas aplicaciones, como su uso en laboratorios 
de medición, telecomunicaciones, etc., y ambientes donde es 
necesario cambiar frecuentemente conexiones a través de un 
fácil acceso.
Figura 1.7
Computadora de panel de uso industrial.
9Capítulo 1 Introducción a la adquisición de datos y al control de procesos basados en computadora
c-3. Computadora para rack de 19″: este tipo de computado-
ra industrial quizá sea el más popular y el más usado (véase 
figs. 1.8 y 1.9). Consta de un chasis donde hay un backplane 
con conectores ISA o PCI, con modelos por ejemplo para 20 
slots PCI. En el mencionado backplane se inserta, como si fuera 
una tarjeta más, el SBC (single board computer), que en reali-
dad es una tarjeta madre en sí misma. Habitualmente, en cual-
quier computadora de escritorio, cuando se desea cambiar la 
plataforma del procesador para incrementar la velocidad de 
procesamiento se debe cambiar la tarjeta madre completa. 
Esto es un inconveniente, porque los nuevos modelos de tarje-
ta madre que se consiguen en el mercado cambian la cantidad 
de slots ISA o PCI con respecto a los de la vieja tarjeta, obli-
gando a remplazar no solamente ésta, sino también las tarje-
tas insertadas en ella; es decir, que si se disponía de algunas 
tarjetas ISA, deberán ser remplazadas por PCI. Además del 
costo que supone adquirir una nueva tarjeta madre se deberá 
afrontar el costo adicional de cambiar las tarjetas insertadas 
en ella, lo cual en aplicaciones industriales o de adquisición 
de datos implica un elevado costo extra.
Este problema se soluciona con la filosofía que usan las compu-
tadoras para rack de 19″, que tienen la ventaja de cambiar de 
manera simple la SBC y no se toca para nada el backplane, con 
lo que se mantiene la misma configuración anterior, pero con un 
nuevo procesador más poderoso y más veloz. Cabe mencionar, 
respecto a los SBC, que pueden tener un solo microprocesador 
(single processor) o dos microprocesadores (dual processor). 
Dentro de los backplanes hay modelos para tener dentro de un 
chasis más de una SBC, hasta por ejemplo cuatro SBC. Esto 
permite tener en un mismo chasís cuatro computadoras funcio-
nando independientemente, y así disminuir el volumen que im-
plicaría tener cuatro armazones de computadoras de escritorio. 
También, en sistemas complejos se puede definir una de las cuatro como respaldo o backup 
de las otras. Usos: sistemas de adquisición de datos y control industrial críticos y complejos; 
sistemas de telecomunicaciones; usos nucleares, satelitales o aeronáuticos; defensa, etcétera.
Como conclusión acerca del tema de los equipos de cómputo hay que mencionar que para la 
mayoría de las aplicaciones de adquisición de datos y control no es necesario usar lo último 
en computadoras del mercado. Generalmente, con uno o dos modelos anteriores es suficiente 
para la mayoría de las aplicaciones del mercado, incluso teniendo en cuenta ampliaciones de 
corto plazo. Por otro lado, la diferencia de precio es bastante grande entre el último modelo del 
mercado y uno o dos modelos anteriores. Lo que sí es aconsejable al elegir una computadora 
es definirla con la mayor memoria RAM que sea posible. Esto hace que el sistema operativo 
no haga frecuentes intercambios (swapping) a disco duro, sino que los datos son transferidos 
a la memoria RAM y la eficiencia y velocidad del sistema se ve de esta forma incrementada.
1.5 Hardware de adquisición de datos y control
Acerca del hardware de adquisición de datos y control, es posible dividirlo en varios grupos. A 
su vez, dentro de cada grupo los modelos se diferenciarán entre sí por la velocidad de muestreo, 
número de canales, resolución, precisión y costo. Teniendo en cuenta lo anterior podemos 
clasificar al hardware de adquisición de datos de la siguiente manera:
Figura 1.9
Chasis y backplane para computadoras industriales de 19”.
Chasis
Backplane
Figura 1.8
SBC o single board computer, componente de las computadoras 
industriales de 19”.
PARTE I HARDWARE10
1.5.1 Tarjetas de adquisición de datos
Estas tarjetas son dispositivos similares a los módems, tarjetas de expansión, tarjetas de sonido 
o de video que se insertan en una computadora para añadirle nuevas posibilidades. Se trata de 
funcionalidades tendientes a adquirir señales y hacer su posterior conversión análoga-digital.
Las mencionadas tarjetas de adquisición de datos están diseñadas para ser montadas en los 
diferentes tipos de buses disponibles en cualquier computadora. Así pueden estar confeccio-
nadas para trabajar a través del viejo bus ISA (Industry Standard Architecture) que todavía se 
sigue usando en algunos entornos industriales, o a través del más actual bus PCI (Peripheral 
Component Interconnect) y también del último modelo de bus del mercado: el bus PCI Ex-
press, que se está convirtiendo en el nuevo estándar para placas de adquisición de datos para 
computadoras. Las tarjetas de adquisición de datos también han sido desarrolladas para otros 
buses más específicos, como el EISA, IBM MicroChannel y varios buses para Apple, como el 
caso de la computadora Mac que se muestra en la figura 1.10.
Es muy importante destacar que las tarjetas de adquisición 
de datos o tarjetas DAQ ofrecen no solamente entradas ana-
lógicas, sino también salidas analógicas, entradas digitales, 
salidas digitales y contadores por hardware. Estas tarjetas 
generalmente tienen una gran cantidad de canales de entrada, 
alta velocidad de muestreo, adecuada sensibilidad para medir 
señales de bajo nivel a un costo relativamente bajo por canal 
adquirido.
Con respecto a las tarjetas DAQ podemos entonces resumir 
las siguientes características:
a) Representan uno de los métodos más económicos al ha-
cer adquisición de datos y control, teniendo en cuenta el 
costo por canal.
b) Desarrollan una alta velocidad de muestreo: de 100 kHz 
a 1 GHz y más.
c) Son muy aconsejables para desarrollos de adquisición pequeños y medianos. 
d) Tienen un adecuado desempeño en la mayoría de las aplicaciones, aunque habrá que 
tomar precauciones cuando se intente medir señales de muy bajo nivel, ya que el 
circuito de entrada y el convertidor análogo a digital está dentro de la computadora. 
Esto podría generar un gran ruido eléctrico incompatible con mediciones de señales 
de este tipo.
e) Permiten rangos de valores para las entradas analógicas del orden de ±10 V, para 
las digitales y los contadores por hardware de 5 V nivel TTL. Esto obliga a que 
cuando no se tengan esos niveles de señal, haya que colocar acondicionadores ex-
ternos, con lo que se incrementa el costo del sistema.
f) Si la aplicación de adquisición es muy grande, se necesitará usar más de una tarjeta. 
Esto tiene como inconveniente que, salvo que se use una computadora industrial, la 
cantidad de slots de conexión estará limitada por la capacidad de la computadora. 
Además, si se agregan placas se consumirán más recursos de la computadora, como 
interrupciones, direcciones DMA, etc., con la consiguiente disminución en el des-
empeño del sistema de adquisición de datos.
Figura 1.10
Distintos tipos de tarjetas de adquisición de datos.
11Capítulo 1 Introducción a la adquisición de datos y al control de procesos basados en computadora
g) La maniobra de conectar y desconectar canales de la tarjeta DAQ insertada puede 
ser un poco incómoda a la hora de operar, ya que el conector se encuentra disponible 
siempre en la parte posterior de la computadora, siendo esto de difícil acceso. Paraestos casos es mejor usar equipos Compact PCI o PXI, en los que las señales se 
conectan y desconectan por el panel frontal de los mismos.
Cabe destacar que respecto a las tarjetas de adquisición de datos hay dos filosofías a nivel 
mundial bastante contrapuestas, que son:
Filosofía americana de adquisición de datos: esta filosofía genera tarjetas con entradas 
analógicas de ±10 V como máximo, entradas digitales de 5 V nivel TTL. Si se necesita algo 
diferente se requerirá colocar acondicionadores externos, con el consiguiente aumento de 
costo y volumen del sistema. Lo mismo sucede si en lugar de conectar voltaje se desea co-
nectar una señal de corriente de 4 a 20 mA en una entrada analógica. También ocurre con las 
tarjetas de expansión de puertos seriales: dentro de esta filosofía americana existen tarjetas de 
2, 4 u 8 puertos RS232 o 2, 4 u 8 puertos RS485 en forma independiente; pero si el sistema 
necesitara puertos RS232 y RS485 juntos en una computadora, sería indispensable colocar 
más de una tarjeta.
Filosofía europea de adquisición de datos: esta filosofía tiene como concepto base el que 
todos los elementos de adquisición de datos sean reciclables y reusables. Cabe citar, a modo de 
ejemplo, que es posible encontrar las tarjetas con entradas de voltaje ±10 V y con entradas 
de 4 a 20 mA mezcladas en la misma tarjeta, con lo que no haría falta acondicionamiento 
externo. Lo mismo sucede con las tarjetas de puertos seriales, donde se puede armar a medida 
una tarjeta con un puerto RS232, dos puertos RS485 y un puerto RS422. Luego de usarla con 
esta configuración, la misma tarjeta se puede reciclar y ser usada con cuatro puertos RS232, 
simplemente cambiándole unos módulos SIMM. Esta filosofía también ha dado origen a tar-
jetas para control de procesos, en las que la cantidad total de canales está dividida en cuatro 
y tienen la posibilidad de que cada cuarta parte de la mencionada tarjeta puede programarse 
mediante un software y obtener así entradas o salidas digitales, contadores, lectores de en-
coders, frecuencímetros, etc. Es posible utilizar la tarjeta de una forma, y si en el futuro se 
necesita otra configuración distinta, se puede redefinir la funcionalidad del hardware simple-
mente ejecutando un software que provee el fabricante.
1.5.2 Sistemas de adquisición de datos externos
Los sistemas de adquisición de datos externos proveen mayor cantidad de canales de adqui-
sición y un ambiente eléctricamente menos ruidoso, para efectos de la adquisición, que las 
tarjetas DAQ insertadas en la computadora.
Estos sistemas pueden ser divididos en cuatro grupos:
Adquisidores externos. Son módulos o gabinetes que, dependiendo del proveedor y del mo-
delo, únicamente tienen entradas analógicas, salidas analógicas, entradas digitales, salidas 
digitales y contadores por hardware. No realizan ninguna función lógica entre entradas y 
salidas, es decir, no pueden realizar control stand alone. Estos adquisidores están conectados 
a una computadora mediante algún tipo de interfaz estándar o propietaria, dependiendo del 
proveedor y el modelo. Si a través de ellos se desea adquirir y realizar control, éste tendrá que 
residir, indefectiblemente, en la computadora. Si el control lo realiza esta última, comunicán-
dose con el adquisidor a través de algún tipo de interfaz (por ejemplo RS485, Ethernet, etc.), 
y por alguna circunstancia se perdiera la comunicación con ella, la computadora perdería el 
control sobre el sistema. Para evitar este inconveniente, algunos proveedores han dotado a 
PARTE I HARDWARE12
sus adquisidores externos de “estados seguros” o safety state, que permiten definir un estado 
seguro para las salidas en caso de perder la comunicación. Se puede predeterminar entonces 
que el estado seguro para las salidas analógicas sea que se sitúen en 7 mA, por ejemplo, si 
son de 4 a 20 mA, y para las salidas digitales el estado seguro podría ser on u off, según el 
sistema.
Adquisidores externos con control embebido. Este tipo de adquisidores permite adquirir 
los datos analógicos o digitales y actuar como control analógico o digital sobre el sistema, 
sin que el control radique en la computadora. Ya que todo el algoritmo de control reside en el 
adquisidor, si se pierde la comunicación con la computadora el adquisidor puede continuar 
con el control. No se trata de estados seguros, sino de control; es decir, si hay variación del 
parámetro a controlar, hay variación del parámetro controlado. La misión de la computadora 
es únicamente adquirir los datos en función del tiempo, almacenarlos y brindar al usuario 
una interfaz SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) para tener una visión de lo 
que pasa en el sistema que está siendo adquirido y controlado, pero repetimos: no se realiza 
el control en la computadora, el control reside en el adquisidor.
Sistemas de adquisición externos con control embebido y con memoria de almacena-
miento incorporada. Este tipo de adquisidores son similares a los anteriores, con el aña-
dido de un área de memoria ampliable que permite, además de adquirir y hacer el control, 
almacenar los valores históricos adquiridos dentro del dispositivo. Cuando se desee, estos 
datos almacenados se pueden descargar en la computadora. Estos sistemas son usados cuan-
do el equipo no está permanentemente conectado al sistema. Por ejemplo, en el monitoreo 
de parámetros muy distribuidos, como pueden ser los de un gasoducto, oleoducto, etc., los 
adquisidores pueden estar en sitios muy remotos. Los adquisidores realizarán el control y 
almacenarán los datos históricos. Periódicamente pasará un operario a descargar los datos, 
o en determinados días, cuando la tarifa sea más barata, se establecerá una conexión satelital o 
telefónica desde dichos adquisidores.
Sistemas de adquisición de datos y control en tiempo real. Para aplicaciones críticas, estos 
sistemas DAQ son generalmente externos y propietarios. Tienen un sistema operativo em-
bebido en tiempo real e incluso tienen un lenguaje de programación propio. Estos sistemas 
mantienen una conexión con la computadora con el objetivo de transmitirle al operador las 
novedades que se van suscitando, pero el control en tiempo real reside exclusivamente en el 
sistema DAQ externo.
Cualquiera de los cuatro grupos de adquisidores antes mencionados se conecta a la compu-
tadora a través de una interfaz estándar, lo que permite conectar sobre la misma red produc-
tos de diferentes proveedores y no quedar cautivo de una marca o tipo de producto.
Dentro de las interfaces llamadas estándar podemos citar la interface RS232, RS485, RS422, 
GPIB o IEEE488, puerto paralelo, USB, Ethernet, etcétera.
También existen adquisidores externos con interfaces propietarias. La ventaja de estos pro-
ductos puede ser alguna mejora en el desempeño, pero su principal desventaja es la impo-
sibilidad de conectar productos de otros proveedores sobre dicha interfaz. Esto hace que al 
adquirir un sistema de tipo propietario el usuario quede cautivo de una marca o un modelo, 
con lo que las posibilidades de expansión quedan acotadas a esa marca y modelo y, por su-
puesto, a los precios que el fabricante quiera fijar a esos productos.
Dentro de estos adquisidores externos se han derivado algunos estándares, como por ejemplo 
MXI, VXE, VXI. A continuación se desarrollará el último de estos sistemas, dando una breve 
explicación sobre el mismo.
13Capítulo 1 Introducción a la adquisición de datos y al control de procesos basados en computadora
Los sistemas VXI surgen como iniciativa de las principales empresas de instrumentación que 
generaron este estándar para reducir el volumen de los instrumentos tradicionales destinados 
a aplicaciones muy complejas, como la aeronáutica, las telecomunicaciones, las nucleares, 
etc. Dichas empresas de instrumentación venden los mismos instrumentos stand alone, como 
por ejemplo osciloscopios, analizadores de espectro, generadoresde frecuencia, etc., pero en 
su versión VXI. Éstos son exactamente iguales, en cuanto a su electrónica, a los tradicionales, 
pero carecen de panel frontal y de sus elementos, como el tubo de rayos catódicos, los boto-
nes, potenciómetros, etc. Se minimiza así el volumen del instrumento, el cual queda reducido 
a una tarjeta que se inserta en una ranura de un chasis con capacidad para varios de éstos. En 
una de las ranuras de ese mismo chasis que cumple con el estándar VXI también se inserta la 
placa madre en formato VXI adquirido en el mercado con diferentes microprocesadores (por 
ejemplo Intel, Mac, Sun, etc.) y con diferentes desempeños. Se completa el sistema conectan-
do al chasis VXI que tiene la computadora VXI y los instrumentos VXI antes mencionados, 
además de un mouse, un teclado y un monitor estándar. El sofisticado sistema VXI resultante 
puede tener conexión Ethernet, GPIB, etc., con lo que se puede comunicar con otras compu-
tadoras u otros sistemas locales o remotos, todo esto se muestra gráficamente en la figura 
1.11. Observe que en el chasis VXI, además de instrumentos VXI se pueden conectar tarjetas 
de adquisición de datos formato VXI, con lo que se obtiene un sistema de medición muy 
completo, versátil y compacto.
Figura 1.11
Componentes de un sistema VXI.
Softwff are de aplicación (va a emular mi panel del instrumento tradicional)
PC VXI como un slot más
Borneras o
conectores
Cables
Chasis VXI
Instrumentos de diferentes
proveedores estándar VXI
y tarjetas DAQ formato VXI
Driver de
instrumentos
Software I/O 
1.5.3 Sistemas de adquisición o toma de datos 
basados en instrumentos estándares
Estos sistemas fueron el inicio de la adquisición de datos. Algunos fabricantes de instrumen-
tos, entre ellos Hewlett Packard, fueron los precursores. Con posterioridad a la incorporación 
del puerto serial en los instrumentos, se diseña en los mismos una interfaz paralela más rápi-
da que la serial, que en un comienzo se denominó HPIB. Esta interfaz tenía por finalidad co-
nectar la computadora estándar con uno o más instrumentos, de tal forma que pudiera ver los 
datos leídos por el o los instrumentos y además controlarlos, haciendo cambios de escalas, 
entradas leídas, funciones solicitadas, etc. Este estándar luego cambió su nombre de HPIB a 
GPIB, que no es ni más ni menos que la IEEE488. Las características de estos sistemas son:
PARTE I HARDWARE14
a) Prestaciones muy buenas cuando se requiere medir bajos niveles de señal con gran 
resolución, como sistemas patrón o calibradores. Tienen mejor resolución y pre-
cisión que las tarjetas DAQ que se insertan en la computadora y además son más 
inmunes al ruido eléctrico.
b) Ideales para una baja cantidad de canales, ya que el costo por canal es elevado. 
Normalmente un instrumento estándar tiene un solo canal de entrada. Cuando se 
necesita leer un gran número de canales se acude al uso de multiplexores o matrices 
de switcheo, las cuales están también controladas por la computadora.
c) Usan protocolos de comunicación estándares, como el IEEE488, IEEE488.2 (más ve-
loz que el anterior) y el novísimo IEEE HS488 (o de alta velocidad). Además, pueden 
usar estándares como el USB, RS232, FireWire, etc., permitiendo distancias bastante 
considerables desde los instrumentos a la computadora.
d) Velocidad de adquisición mucho más lenta que las tarjetas DAQ.
e) Más costosos que las tarjetas DAQ, considerando el costo por canal.
f) Ideales para medir corrientes, voltajes, resistencias, capacidad, etc., pero no resul-
tan adecuados a la hora de medir parámetros de uso industrial, como por ejemplo 
una celda de carga, un RTD, un termopar o sensores. Estas últimas aplicaciones 
requieren el agregado de un condicionador, por lo que se disminuye la resolución 
propia del instrumento.
1.5.4 Sistemas de adquisición de datos híbridos
Éstos han surgido recientemente en el mercado. El fabricante provee el instrumento tradicio-
nal, como puede ser un multímetro, pero con la posibilidad de insertar en él algunas tarjetas 
DAQ específicas con el objetivo de mejorar su desempeño. Estas mejoras tienen lugar, por 
ejemplo, al ampliar la cantidad de entradas analógicas que puede leer dicho instrumento o 
por la provisión de los acondicionamientos respectivos, como para poder leer parámetros de 
uso preferentemente industrial, como termopares, frecuencias, contadores por hardware, etc. 
Algunas de sus características son las siguientes:
a) Gran resolución en las mediciones: entre 18 y 22 bits. 
b) Bajo costo por canal.
c) Visualización de los datos en el mismo instrumento.
d) Posibilidad de almacenar en una memoria interna los datos leídos, como una RTU 
o registrador de datos.
e) Conexión estándar a través de IEEE488 con cualquier equipo de cómputo y software 
incluido para facilitar la comunicación y la adquisición de datos con la computadora.
f) Son más lentos que las tarjetas DAQ en cuanto a la velocidad de muestreo. 
g) Tienen limitada su capacidad de expansión.
Comunicación entre el 
sistema de adquisición de 
datos y la computadora: 
buses y protocolos
2.1 Preliminares
Se han implementado muchos buses y protocolos estándares y propietarios para comunicar 
el sistema de adquisición de datos con la computadora.
Cuando se habla del término buses, se hace referencia a los conectores de los equipos de 
cómputo donde se insertan las tarjetas de adquisición de datos. Ejemplos de estos buses son 
el bus ISA, PCI, PCMCIA, etcétera.
En cambio, el término protocolo de comunicación define el tipo de enlace de comunicación 
con el que se va a conectar un sistema externo de adquisición de datos con una computadora, 
esta comunicación puede llevarse a cabo utilizando algunos de los siguientes protocolos de 
comunicación: RS232, RS485, USB, Ethernet, etcétera.
2.2 Buses
A lo largo de la historia de la computadora personal se han desarrollado una variedad de dife-
rentes buses, como el ISA, el PCI, el IBM Micro Channel Architecture (MCA), el Enhanced 
Industry Standard Architecture (EISA), el Video Electronics Standard Association (VESA) 
local Bus, entre otros.
15
Capítulo
INTRODUCCIÓN
16 PARTE I HARDWARE1616
De estos buses, dos son los más populares: el ISA (Industry Standard Architecture) y el ac-
tual PCI (Peripheral Component Interconnect). Añadiremos a nuestro estudio el tratamiento 
del PCMCIA, que fue líder en lo que respecta a notebooks y laptops en sus inicios, y por 
supuesto, hablaremos del último bus para computadoras, el bus PCI Express.
2.2.1 Bus ISA
Este bus fue creado por IBM para la primera computadora personal que comercializaron.
Inicialmente el bus ISA manejaba sólo 8 bits y 4.77 MHz, lo cual era suficiente para el procesa-
dor Intel 8088. Cuando se introduce en el mercado el procesador Intel 80286, para la versión AT 
de la computadora personal, dicho bus pasa a manejar 16 bits a 8 MHz, ampliando su conector 
para poder soportar los 16 bits. Cabe mencionar que ambos tipos de buses se conocen como 
bus ISA, aunque en algunos ambientes se le llama bus XT al de 8 bits y al de 16 bits se le 
conoce directamente como bus ISA. Está claro que pueden insertarse tarjetas de 8 bits en 
los slots de 16 bits, pero las tarjetas de 16 bits pueden insertarse sólo en slots ISA de 16 bits.
Funcionalidades del bus ISA: el DMA (Direct Memory Access) y el PnP (Plug and Play) son 
modalidades introducidas con el bus ISA.
El DMA se encarga de buscar áreas libres de memoria RAM sin utilizar la ayuda del CPU 
(Unidad Central de Proceso). Esto acelera el desempeño de las computadoras que poseen 
esta funcionalidad.
El PnP fue, en realidad, introducido con el bus ISA, pero se requirió del advenimiento de un 
sistema operativo como Windows 95 para poder manejar esta funcionalidad. El PnP opera 
de la siguiente forma: primero se debe cargar el driver correspondiente a la tarjeta que se va 
a insertar, luego se debe apagar y desconectar el equipo de laalimentación de red, abrir el 
gabinete y después insertar la nueva tarjeta, teniendo cuidado de no tocarla directamente; 
el operador debe estar conectado a tierra para evitar que la electricidad estática que el ope-
rador pueda tener en su cuerpo dañe la tarjeta. Luego de insertada la tarjeta se debe cerrar 
el gabinete, conectar el equipo a la alimentación de red y encenderlo. Cuando un sistema 
operativo del tipo PnP, como por ejemplo Windows 98, se cargue, detectará la presencia de la 
nueva tarjeta y asignará las direcciones de I/O, las interrupciones (IRQ) y demás parámetros 
necesarios para que la nueva tarjeta esté funcionando sin necesidad de intervención del ope-
rador. Para que lo anterior sea posible, la tarjeta a insertar tiene que ser tecnología PnP con un 
entorno de sistema operativo que soporte esa tecnología y con una BIOS de la computadora 
que también maneje el PnP.
Si no se poseen las funcionalidades PnP, instalar una tarjeta ISA en una computadora puede 
ser una operación que entraña un cierto trabajo adicional por parte del operador, ya que de-
berá colocar manualmente los switches de las direcciones de I/O y el IRQ de la tarjeta. En 
algunos modelos de tarjeta estas operaciones se hacen por medio de software, pero siempre 
hay que verificar, desde el sistema operativo, que no haya conflicto entre los recursos selec-
cionados y otros ya habilitados. Finalmente, se recomienda probar el funcionamiento de la 
tarjeta DAQ instalada con algunos programas de prueba o test que generalmente acompañan 
al driver de la tarjeta. Con esta prueba final se da por terminada la instalación de la tarjeta 
ISA PnP.
Cabe mencionar que aún las tarjetas DAQ más antiguas, es decir las que tienen un bus ISA de 
8 bits, muestran un desempeño suficientemente aceptable para la mayoría de aplicaciones 
de adquisición de datos y control que normalmente no necesitan una velocidad de muestreo 
y adquisición demasiado rápidas.
17Capítulo 2 Comunicación entre el sistema de adquisición de datos y la computadora: buses y protocolos
2.2.2 Bus PCI
El bus PCI (Peripheral Component Interconnect) de 32 bits fue introducido en el mercado 
por Intel en el año 1993, con la aparición del procesador Pentium. También se observó en 
algunas versiones de los últimos modelos de tarjetas madre para Intel 486.
Este bus maneja 32 bits a una velocidad de 33 MHz e incorpora mejoras sustanciales en las 
capacidades PnP. Sin necesidad de puentes o jumpers, este bus selecciona automáticamente 
las direcciones de I/O, el DMA y las IRQ, permitiendo que diferentes dispositivos PCI pue-
dan compartir las interrupciones.
También introduce la tecnología de “bus mastering”, que al igual que el DMA, pero tecno-
lógicamente superior, permite a los dispositivos PCI tomar el control del bus PCI y manejar 
directamente las transferencias a la memoria sin intervención del CPU. El PCI también per-
mite la funcionalidad de “bus mastering” entre varios dispositivos PCI.
Los slots PCI se encuentran fácilmente disponibles en las tarjetas madre de las computadoras 
de última generación que hemos denominado “clon” y en las “computadoras de marca”. No 
sucede lo mismo con los slots ISA, que tienden a desaparecer 
en este tipo de equipos.
En las computadoras industriales la tendencia no es la mis-
ma, ya que éstas se pueden adquirir con backplanes diseñados 
tanto para ISA como para PCI, e incluso con todos los slots 
para bus ISA: 20 o 22 slots, dependiendo del modelo. Esto 
se debe a que muchos sistemas industriales conservan en la 
actualidad equipos con placas especiales con bus ISA. Estas 
placas resultarían inservibles si los nuevos equipos no dispu-
sieran de estos slots a la hora de invertir en un nuevo modelo 
de computadora, generando un excesivo costo de recambio.
Ésta es la razón por la que los fabricantes de computadoras 
industriales mantienen en el mercado variados modelos de 
backplanes permitiendo todas las combinaciones posibles, in-
cluso con viejos modelos de tarjetas para bus ISA.
2.2.3 Bus PCMCIA
El bus PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) introducido 
en las notebooks y laptops, permite la conexión en las mismas de tarjetas de adquisición de 
datos, interfaces GPIB, RS485, RS422 y cualquier otro periférico PCMCIA.
En cuanto a desempeño y velocidad, el bus PCMCIA está más cerca del bus ISA que del 
bus PCI, pero añade las funcionales de PnP y de “hot swapping”. Esto último se refiere a la 
capacidad que permite conexiones y desconexiones sin apagar la computadora.
Las tarjetas de adquisición de datos PCMCIA manejan los siguientes rangos de infor-
mación: entre 100 KS/s a 200 KS/s, resoluciones de 12 a 16 bits, entre 8 a 16 entradas 
analógicas, algunas salidas analógicas, entradas y salidas digitales y algunos contadores 
por hardware.
Cabe destacar lo compacto de esta tecnología: una tarjeta DAQ PCMCIA es del tamaño 
de una tarjeta de crédito. Son útiles para aplicaciones portátiles, imprescindibles a la hora de 
Figura 2.1
Tipos de buses de computadora.
VV lelocid didad
Rendimiento máximo
(MB/s)
Rendimeinto sostenido de datos
a 12 bits en memoria de sistema
18 PARTE I HARDWARE
hacer mediciones en campo. No son adecuadas para estar instaladas permanentemente en 
ambientes agresivos, ya que ni la notebook ni el sistema DAQ PCMCIA están pensados para 
aplicaciones industriales donde sea necesario un sistema robusto.
Recordemos que frecuentemente se necesitará agregar un acondicionador de señal. El punto 
débil de estas tarjetas termina siendo el cable de conexión entre la tarjeta y los acondiciona-
dores o borneras. Con todos los inconvenientes antes mencionados y con la aparición del prác-
tico y compacto estándar USB en las notebooks, es que desaparece en la notebook el PCMCIA, 
citándose en el presente texto con el fin de entender la evolución histórica de los diferentes 
buses de computadoras y notebooks.
2.2.4 Bus PCI Express
El bus PCI Express es el más reciente bus incorporado a los equipos de cómputo y está llegan-
do a convertirse en un nuevo estándar para tarjetas de adquisición de datos.
El bus PCI Express abandona la arquitectura de transferencia de datos en paralelo del bus 
PCI, por una arquitectura de transferencia de datos seriales de alta velocidad (2 Gbps), esto 
explica por qué el conector PCI Express es más pequeño y tiene una menor cantidad de con-
tactos que el conector PCI.
La máxima velocidad de transferencia de un bus PCI Express puede llegar a 32 Gbps. 
Se pueden adquirir en el mercado una variedad de modelos de tarjetas de adquisición de 
datos con bus PCI Express.
2.3 Protocolos de comunicaciones
Dentro de este tema se incluyen todos los protocolos de comunicaciones entre la computado-
ra y los sistemas externos de adquisición de datos.
Hablaremos en este punto sólo de los protocolos de comunicaciones estándar, como el 
RS232, RS485, RS422, GPIB (IEEE488), USB, FireWire y Ethernet.
Los protocolos propietarios no serán tratados en este libro, por tener un espectro de difusión 
más reducido.
2.3.1 Estándares de puertos seriales (RS232, RS485, RS422)
2.3.1.1 Estándar serial EIA (Electronic Industries Association’s) 
El RS232 apareció en el mercado en 1962. Sus características iniciales eran las siguientes: 15 m 
(50 pies) de distancia máxima, 19 200 baudios (bits por segundo) de velocidad de transmi-
sión máxima y conector de tipo DB-25 de 25 pines.
Con el transcurso del tiempo el conector migró al tipo DB-9 de 9 pines, manteniendo los 
contactos principales del antiguo conector DB-25 de 25 pines. En el mercado se consiguen 
convertidores de DB-25 a DB-9.
También con el paso del tiempo se incrementó en el estándar serial RS-232 la velocidad de 
transferencia y en la actualidad se han alcanzado velocidades de 115 a 230 Kbaudios.
19Capítulo 2 Comunicación entre el sistema de adquisición de datos y la computadora: buses y protocolos
La distancia máxima también se incrementóhasta 25 metros.
La posibilidad de obtener estas velocidades y distancias depende del cable que se use y de lo 
eléctricamente ruidoso que sea el entorno donde se realiza la comunicación. Cabe mencionar 
que nunca se logran ambos parámetros optimizados: máxima distancia y máxima velocidad 
de transmisión. Por el contrario, si se requiere máxima distancia se deberá reducir la veloci-
dad de transmisión y viceversa.
Recordemos que el RS232 es un estándar donde existen un transmisor y un receptor y no 
acepta la posibilidad de contar con múltiples dispositivos.
En el mercado se consiguen tarjetas de comunicaciones RS232 de 2, 4 y 8 puertos, tanto para 
bus ISA, PCI, PCMCIA, con diferentes UARTs y con o sin optoaislación. Se pueden cubrir 
así casi todas las necesidades del mercado actual.
2.3.1.2 Puerto serial RS422
Fue concebido teniendo en cuenta que la comunicación sería del tipo diferencial. Este tipo 
de conexión es altamente inmune al ruido eléctrico, lo que permite transmisiones a mayores 
distancias que el RS232. El estándar RS422 permite la conexión de hasta 10 dispositivos 
(multidrop) que se direccionan por medio de una dirección. Se pueden alcanzar velocidades 
de transmisión de hasta 115 Kbaudios y distancias de hasta 1220 metros (4000 pies).
Está claro, como ya se mencionó, que la máxima distancia no se puede obtener con la máxi-
ma velocidad de transmisión. Será una a expensas de la otra, es decir, que para obtener máxima 
velocidad se deberá disminuir distancia y viceversa.
Estas tarjetas RS422 también se consiguen de 2, 4 y 8 puertos, bus ISA, PCI, PCMCIA, con 
diferentes UARTs, y con optoaislación o sin ella, con lo cual se cubren casi todas las nece-
sidades del usuario.
Utilizando convertidores de RS232 a RS422, que se pueden adquirir en el mercado, se puede 
ingresar al puerto serial RS232 de cualquier PC desde una red RS422.
2.3.1.3 Estándar RS485
Al igual que el RS422, logra velocidades de hasta 115 Kbaudios, cubriendo una longitud 
máxima de 1220 m (4000 pies).
Añade la ventaja de poder direccionar sobre una red RS485 con 4 hilos, hasta 32 dispositivos 
(multidrop). También existe una extensión de la RS485 que permitiría, con sólo 2 hilos, tener 
una RS485 con 32 dispositivos.
Este estándar responde a lo ya dicho sobre optimización de velocidad y distancia de transmisión.
Similar a lo comentado para el estándar RS232 y RS422, sobre las tarjetas RS485 se puede 
decir que se consiguen de 2, 4 y 8 puertos; bus ISA, PCI, PCMCIA; con diferentes UARTs, y 
con optoaislación o sin ella, con lo cual se cubren casi todas las necesidades del mercado actual.
Utilizando convertidores de RS232 a RS485, que se pueden adquirir en cualquier compañía 
que se dedique a comunicaciones industriales, se puede ingresar al puerto serial RS232 de 
cualquier computadora desde una red RS485.
20 PARTE I HARDWARE
En la siguiente tabla se resumen las principales características de los tres estándares seriales 
que hemos mencionado.
Estándar serial
Distancia 
máxima
Velocidad 
máxima
Cantidad de 
dispositivos 
que se pueden 
conectar
Notas
RS232 15 m (50 pies) 115 Kbaudios 1
Puerto serial estándar de las 
computadoras.
RS422
1220 m 
(4000 pies)
115 Kbaudios 10
Se requiere un adaptador de 
RS422/RS232 o una tarjeta 
RS422 para comunicarse con 
una computadora.
RS485
1220 m 
(4000 pies)
115 Kbaudios 32
Se requiere un adaptador de 
RS485/RS232 o una tarjeta 
RS485 para comunicarse con 
una computadora.
2.3.2 Estándares de puertos paralelos
Este puerto, también conocido como estándar IEEE1284, nació para posibilitar la conexión 
entre la computadora y lo que se denominan impresoras centronics compatibles. Antes de 
su aparición, las impresoras se conectaban con la computadora a través del puerto serial. 
Dado lo lento de la comunicación serial, en aquellas aplicaciones donde se requería mayor 
velocidad de transferencia se recurría al protocolo IEEE488. Antes de la aparición del puerto 
paralelo propiamente dicho, el único puerto con comunicación de sus bits en paralelo era el 
IEEE488 o GPIB. Por lo tanto, colocando una tarjeta IEEE488 en la PC se podía establecer 
la comunicación entre la computadora y el puerto IEEE488 del que disponían las impresoras 
o escáneres de alta velocidad.
El estándar de puerto paralelo usa transmisión de 8 bits en paralelo (1 byte). Obtiene altas 
velocidades de transmisión pero con longitudes no superiores a 50 pies (15 metros). Este 
estándar ha sido y es usado no solamente por las impresoras, sino por otros dispositivos, 
como escáneres, lectoras, grabadoras de CD externas, equipos externos de respaldo como los 
discos ZIP, etcétera.
Después de su aparición, el estándar de puerto paralelo fue redefinido teniendo en cuenta 
cinco configuraciones diferentes, entre unidireccionales y bidireccionales. Las tres primeras 
configuraciones son unidireccionales y permiten velocidades de transferencia a través del 
puerto paralelo de 100 Kbytes por segundo.
Las dos últimas configuraciones son la EPP (Enhanced Parallel Port) y el ECP (Enhanced 
Capability Port), ambos son bidireccionales y logran altas velocidades de transmisión.
Las computadoras actuales incluyen directamente en su tarjeta madre un puerto paralelo 
EPP (Enhanced Parallel Port), y a pesar de estar muy difundido este estándar no ha alcan-
zado la difusión esperada en el campo de la adquisición de datos. Existen algunos adquisi-
dores por puerto paralelo, pero no cuentan con mucha difusión, ya que inevitablemente se 
enfrentan con el principal inconveniente de este estándar: la reducida distancia permitida 
21Capítulo 2 Comunicación entre el sistema de adquisición de datos y la computadora: buses y protocolos
entre el dispositivo y la computadora. Los estándares USB y FireWire han superado en 
cuanto a distancia y velocidad de transmisión al estándar de puerto paralelo. En las compu-
tadoras actuales ha desaparecido el puerto paralelo, además cuentan con puertos USB, estos 
dos factores han contribuido a provocar que desaparezcan del mercado los adquisidores de 
datos por puerto paralelo y sean remplazados por adquisidores de datos USB o Ethernet.
2.3.3 Estándar IEEE488 o GPIB
Este estándar nació en el año 1965 de la mano de Hewlett Packard y se llamó inicialmente 
Hewlett Packard Interface Bus (HP-IB). Su finalidad fue permitir la conexión entre la compu-
tadora y los instrumentos de laboratorios, registradores y demás equipos de medición.
Su difusión en el mercado fue tal que posteriormente la IEEE la adoptó, renombrándola 
GPIB, o sea “General Purpose Interface Bus”. En la actualidad a esta conexión se le conoce 
genéricamente como “IEEE488”. 
Posteriormente se generaron varias versiones de la IEEE488, siempre en busca de alcanzar 
mayor velocidad y mejor desempeño. Así aparecen la IEEE488.1 (1 Mb/s), la IEEE488.2 y 
la moderna HS488 (8 Mb/s), que es la GPIB de alta velocidad.
El estándar GPIB puede soportar hasta 14 dispositivos que pueden estar conectados en red 
lineal o en estrella radial.
Acepta una longitud de cable máxima de 20 metros y los conectores son los estándares del 
mercado.
Para trabajar con GPIB hace falta insertar en la computadora una tarjeta o dispositivo que 
tenga un puerto GPIB. Estas tarjetas o dispositivos se consiguen para bus ISA, bus PCI, bus 
PCMCIA, puerto paralelo, puerto serial, Ethernet, etcétera.
En cuanto se refiere a la adquisición de datos, la conexión a través de GPIB no es tan común 
ni está muy difundida. No obstante, hay adquisidores con entradas analógicas, salidas ana-
lógicas, entradas y salidas digitales que funcionan como una caja externa a la computadora 
y que están conectados a ésta mediante un puerto GPIB, lo que permite altas velocidades de 
transferencia.
Figura 2.2
Estándar IEEE488 o GPIB.
Computadora
Instrumentos GPIB
Interface GPIB
Cable GPIB
22 PARTE I HARDWARE
2.3.3.1 Estándar USB (Universal Serial Bus) 
Surgido en 1995, el USB fue diseñadopara soportar múltiples dispositivos sobre un solo 
puerto. Puede comunicarse a velocidades más altas que un RS232 e incluso suministrar ali-
mentación a los dispositivos conectados al puerto siempre que la potencia sea reducida.
Las cualidades más notorias del protocolo USB son: un dispositivo USB se puede conectar o 
desconectar sin necesidad de desenergizar la computadora, tampoco es necesario inicializar 
o bootear el equipo, ya que el USB es PnP.
El USB puede soportar y direccionar hasta 127 dispositivos.
El USB versión 1.1 comenzó con velocidades de transmisión de 12 Mb/s. En cambio, el USB 
versión 2.0 alcanza velocidades de 480 Mb/s, lo que representa tecnológicamente un incre-
mento de 40 veces la velocidad de transmisión.
Hay en el mercado una gran variedad de dispositivos USB, como escáneres, cámaras, impre-
soras, módems, etcétera.
Existen también convertidores de GPIB, serial y estándar paralelo a USB.
Los dispositivos de adquisición de datos con conexión USB representan actualmente un gran 
segmento del mercado, disponiéndose de una amplia variedad de adquisidores DAQ que se 
comunican utilizando el puerto USB. Estos adquisidores tienen entre sus características en-
tradas y salidas analógicas, entradas y salidas digitales, y contadores por hardware con una 
resolución de conversión A/D de 12, 14, 16, 18 y 24 bits, así como diferentes velocidades de 
muestreo.
2.3.4 Estándar IEEE1394 o FireWire
Este estándar serial de alta velocidad fue creado por Apple Computer para transmitir video 
digital, audio y aplicaciones que requieran transmisión de datos a alta velocidad.
El estándar FireWire desarrolla velocidades de transmisión de entre 100 a 400 Mb/s a una 
distancia de hasta 4.5 m (15 pies).
Se pueden conectar hasta 63 dispositivos sobre un puerto FireWire; también FireWire es PnP.
Es un protocolo que experimenta un gran desarrollo en lo que respecta a video y audio digital.
En el campo de la adquisición de datos se están desarrollando muchas aplicaciones, en las 
que FireWire va a remplazar a GPIB, hasta el punto en que se pueden transmitir comandos 
GPIB (SCPI) sobre un bus FireWire.
2.3.5 Estándar Ethernet 
Cuando se trata de sistemas de adquisición de datos distribuidos, hay dos soluciones que se 
van a implementar entre los sensores y el sistema de adquisición de datos.
Primer método: centralizar el sistema de adquisición de datos en la computadora. Convertir 
la señal de voltaje de los sensores a valores de corriente de 4 a 20 mA y transmitirla hasta la 
computadora donde está el sistema DAQ.
23Capítulo 2 Comunicación entre el sistema de adquisición de datos y la computadora: buses y protocolos
Este método tiene la ventaja de ser más económico, porque se trabaja con un solo sistema DAQ 
en la computadora, pero tiene la siguiente desventaja: aunque la señal de corriente de 4 a 20 
mA es de baja impedancia, sigue siendo analógica y, por lo tanto, se ve afectada por el ruido.
Otra desventaja es la longitud del conductor desde el sensor hasta el sistema DAQ: si el tramo 
es muy largo se vuelve relevante la resistencia óhmica del conductor y, por lo tanto, puede 
haber una atenuación importante de la señal. Además, el costo del cableado, si se trata de 
gran cantidad de sensores, puede ser considerable respecto al costo total del sistema DAQ.
Segundo método: consiste en digitalizar la señal de cada sensor localmente y luego transmi-
tirla usando algún protocolo, como RS485 o RS422, a la computadora. La señal transmitida 
así, desde el sensor hasta el equipo de cómputo, es altamente inmune al ruido, ya que es 
digital. Sin embargo, tiene la desventaja de requerir un sistema DAQ en cada sensor, por lo 
tanto, la configuración se torna más costosa.
Otro factor de importancia es la distancia máxima: hasta 1220 metros (4000 pies). Esta dis-
tancia puede prolongarse hasta algunos kilómetros usando los llamados módems para comu-
nicaciones industriales, pero no se pueden superar los 20 km.
¿Qué sucede si se requiere una distancia mayor? En ese caso se utilizan, con mucha frecuen-
cia, sistemas de adquisición de datos comunicados vía Ethernet usando el protocolo TCP/IP.
Recordemos que Ethernet y TCP/IP están siendo soportadas por diferentes sistemas operati-
vos, como Windows o UNIX.
En general, se puede decir que la ventaja más importante de Ethernet radica en que se puede 
usar localmente, aprovechando incluso el cableado para red de computadoras ya instalado en 
la empresa sin necesidad de hacer el tendido de un nuevo cableado.
La interfaz requerida en los equipos de cómputo es muy económica y fácil de conseguir. En 
muchas computadoras estándar del mercado la conectividad Ethernet ya viene incluida.
Ethernet también puede ser utilizada en sistemas distribuidos globales sin límite de distancia. 
En este caso el enlace se hará usando TCP/IP a través de una línea telefónica, de RF, de una 
conexión satelital o usando fibra óptica.
Sin importar el método usado, cualquier adquisidor DAQ con salida Ethernet puede ser mo-
nitoreado desde cualquier punto de nuestro planeta.
Para obtener un sistema de adquisición de datos a través de Ethernet se necesita una compu-
tadora con una tarjeta con salida Ethernet y un adquisidor de datos local con salida Ethernet, 
donde se conectarán los sensores necesarios.
Existe gran número de alternativas para este tipo de adquisidores. Incluso hay un modelo que 
trabaja como un Web Server de Internet, que pone a disposición páginas a las que se puede 
acceder en forma remota desde otra computadora usando cualquier Web Browser.
Con respecto a la posibilidad de implementar un sistema DAQ en aplicaciones industriales 
donde se desee realizar control en tiempo real, es oportuno aclarar que Ethernet no es “deter-
minístico”. Esto significa que no se puede garantizar que una comunicación se va a realizar 
en menos de cierto tiempo. Esta característica para sistemas de tiempo real es un verdadero 
inconveniente.
Afortunadamente ya hay diversos fabricantes de adquisidores DAQ con intenciones de desa-
rrollar sistemas con protocolos Ethernet determinísticos.
24 PARTE I HARDWARE
2.4 Repetidores o extensores y convertidores de estándares
Existen en el mercado diferentes dispositivos que permiten la adaptación entre los diferentes 
estándares, éstos son:
Repetidores o extensores. Permiten extender la distancia máxima que un protocolo puede 
soportar, manteniendo los niveles de señal e impedancias de éste, que de otra forma se de-
gradarían por el incremento en la longitud del cableado. Por ejemplo, usando repetidores o 
extensores de RS485 es posible prolongar la distancia máxima de ésta de 1.2 km (4000 pies) 
hasta aproximadamente 4 km, e incrementar el máximo número de dispositivos en algunos 
casos de 32 a 255 dispositivos. Estos repetidores y extensores generalmente están disponibles 
en el mercado para RS232, RS485 y RS422, para usarse con enlace cableado con cobre o 
con fibra óptica.
Convertidores. Su misión es convertir de un estándar a otro. Se consiguen en el mercado 
convertidores de RS232 a RS485, de RS232 a RS422, de RS232 a Ethernet, de GPIB a 
RS232, de GPIB a RS485, de GPIB a Ethernet, de GPIB a USB, de GPIB a puerto paralelo, 
etcétera.
En todos los casos el diseñador deberá evaluar, de acuerdo con el costo y las prestaciones que 
necesita, si conviene colocar un adaptador GPIB a RS232 o directamente adquirir una tarjeta 
GPIB bus PCI para insertar en la computadora, por ejemplo.
 
3.1 Preliminares
Este capítulo, y los siguientes de esta sección de nociones básicas, tiene por objetivo explicar 
todas las bases electrónicas sobre las que se soporta la adquisición de datos, desarrollando 
conceptos como voltaje, corriente, resistencia, capacidad, inductancia, amplificadores opera-
cionales, filtros, etcétera.
Este capítulo está dirigido fundamentalmente a programadores, analistas, mecánicos, per-
sonal de producción, personal de mantenimiento, biólogos