Principios de análisis instrumental

80 Capítulo 4 Electrónica digital y computadoras «< Oscilador a) 14 12 10 8 6 4 2 T P T P T P T P o L---~--~------------------------~ o o 1 MSB LSB b) FIGURA 4.8 Convertidor de señales analógicas en digitales por aproxi– mación sucesiva: a) diagrama de bloques del convertidor de señales analógicas en digitales (ADC), b) salida del convertidor de señales digitales en analógicas (DAC) durante el proceso de conversión. Puesto que es importante que no se modifique el voltaje que se desea medir durante el proceso de conversión, se usa casi siempre una memoria analógica rápida, llamada amplificador de muestreo y retención, para tomar muestras y conservar constante la señal que interesa durante el proceso de conversión. 4D COMPUTADORAS EINSTRUMENTOS COM PUTARIZADOS Las primeras computadoras que se utilizaron en los laboratorios de los años sesenta del siglo xx se fabricaron con piezas discre– tas, como transistores, diodos, resistores, capacitares, etc. Estas minicomputadoras eran difíciles de utilizar y programar y, con frecuencia, conectarlas a instrumentos era una tarea compleja y frustrante. Había muy pocos programas para el control de experi– mentos, la adquisición de datos y el análisis de éstos, de modo que los científicos tenían que convertirse en programadores para crear y usar instrumentos computarizados. En los años setenta la situación cambió de forma dramática con el surgimiento de los microprocesadores y la microcomputadora basada en microprocesadores. Un microprocesador es un circuito integrado a gran escala hecho de cientos de miles y hasta millones de transistores, resistores, diodos y otros elementos de circuito mi– niaturizados, todo esto instalado en una simple pieza de silicio (chip) de unos cuantos milímetros por lado. A menudo, un microprocesa- dor funciona como un componente aritmético y lógico, que se llama unidad central de procesamiento (CPU, por sus siglas en inglés) de la microcomputadora. Los microprocesadores también tienen amplia aceptación para operar diversos dispositivos, como instrumen– tos analíticos, sistemas de ignición de los automóviles, hornos de microondas, cajas registradoras y juegos electrónicos. Las microcomputadoras constan de uno o más microproce– sadores que están combinados con otros componentes de circuito que proporcionan las funciones de memoria, sincronización, entrada y salida. Las microcomputadoras se usan cada vez más para controlar instrumentos analíticos, y para procesar, alma– cenar y representar los datos generados. Existen por lo menos dos razones para conectar una computadora a un instrumento analítico. La primera es que se hace posible la automatización parcial o total de las mediciones. Por lo regular, con la automa– tización los datos se adquieren con mayor rapidez, lo cual reduce el tiempo que se necesita para realizar un análisis; o aumenta la precisión, ya que hay tiempo para repetir mediciones. Además, la automatización ofrece un control mejor y más rápido sobre las variables experimentales que el operador humano no puede lograr. El resultado son datos más precisos y exactos. Una segunda razón para conectar computadoras a instru– mentos es aprovechar sus tremendas capacidades de cálculo y manejo de datos. Estas capacidades hacen posible que se utilicen ciertas técnicas de manera rutinaria, lo cual sería impráctico de otro modo debido a los largos tiempos de cómputo que se reque– rirían. Notablemente entre estas aplicaciones están los cálculos de transformada de Fourier, promedios de señales y las técnicas de correlación en espectroscopia para extraer pequeñas señales analíticas de ambientes con mucho ruido de fondo. La conexión de estos dispositivos a los instrumentos es un tema demasiado largo como para tratarlo en forma minuciosa en este libro. Sin embargo, hay muchos avances en las tarjetas de interfaz y en los programas que las controlan. En la actualidad, hay equipos y programas fáci les de conseguir que permiten lle– var a cabo interconexiones para ejecutar tareas complejas en tanto que los químicos realizan experimentos. El estudio en este libro se limita a las generalidades de la terminología de las computadoras, a algunas piezas y programas útiles que se utilizan en las aplicaciones instrumentales, y a las ventajas de usar estos dispositivos notables. 40.1 Terminolog-ía de las computadoras Uno de los problemas que enfrenta el que apenas entra al campo de las computadoras y sus aplicaciones es la sorprendente canti– dad de términos nuevos, acrónimos y siglas, como CPU, RAM, ROM, BIOS, FTP, GUI, HTTP, USB, WiFi, LAN, firewall y TCP/ IP. Por desgracia, estos términos no están definidos ni en publica– ciones básicas. Algunos de los términos y abreviaturas más impor– tantes se definen en esta sección; otros se definirán a medida que aparezcan en los temas posteriores de este capítulo. Bits, bytes y palabras En las computadoras, los bits se representan por dos estados eléc– tricos (HI/LO, o bien, 1/0) que difieren uno de otro casi siempre por 2 a 5 V. Un grupo de ocho bits se llama byte. Una serie de bytes acomodados en una sucesión para representar un trozo de infor– mación o una instrucción se llama palabra. La cantidad de bits o