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EL MOTOR PASO A PASO en inglés Stepper Motor.

Creado por: V. García.

Introducción. Tanto los motores de corriente alterna como los de corriente continua, son utilizados cotidianamente en infinidad de máquinas. Uno de los problemas que presentan estos motores, consiste en la imposibilidad de controlar la inercia mecánica, lo cual, los deja fuera de un sector que la industria de alta precisión demanda con mayor insistencia cada día. Nos referimos al control de giro de un motor que no se vea influenciado por la mencionada inercia mecánica, dicho control se logra con la mayor exactitud posible inferior a 1º grado, mediante un sistema de control lógico sencillo. La industria necesitaba un motor que aunque no girara a grandes velocidades si lo hiciera con la precisión y estabilidad máxima, en la medida que esto se lograra más se utilizaría en las nuevas tecnologías. Asumimos cierto conocimiento básico por parte del lector en conceptos básicos de programación y electrónica. Lea con atención y sin prisas el contenido de este tutorial, nos proponemos describir cómo funcionan los motores paso a paso, de forma que se entienda, por lo que seguiremos estos puntos: Constitución de un motor de paso. Funcionamiento del motor de paso. Parámetros de los motores de paso. ¿Reconocer los polos de un motor de paso? Control de los motores paso a paso. Control de un motor pap con el PC. * El puerto paralelo * Ensamblador Control de un motor de paso con un PIC. Los motores paso a paso o también conocidos como motores de paso, han estado con nosotros desde los años 60. El inconveniente que tenía su uso, pasaba por lograr un sistema electrónico fiable y sencillo, de modo que la industria se autoabastece a si misma, día a día se iba logrando un mayor control, con mayor sencillez y de esta forma nos encontramos con sistemas tan sencillos de controlar como los que se utilizan en nuestros días. Las principales aplicaciones donde se pueden encontrar los motores de paso son: robótica, tecnología militar y aeroespacial, radar, antenas parabólicas, en control de discos duros y flexibles, en unidades de CD-ROM o de DVD e impresoras, en sistemas informáticos, manipulación y posicionamiento de herramientas y piezas en general.

Constitución de un motor de paso Los motores eléctricos de corriente alterna como los de continua, están constituidos básicamente por un estator y un rotor que gira libre y ambos están normalmente bobinados, su funcionamiento se basa en la fuerza que generan los campos electromagnéticos creados por la circulación de corrientes eléctricas por sus bobinados. En cambio, los motores paso a paso, en la actualidad están constituidos por unas armaduras como estator en las que se dispone un bobinado único y en otros

casos el bobinado dispone de una toma intermedia denominada común, por otro lado está el rotor habitualmente compuesto por un imán permanente. En este tutorial sólo contemplaremos el motor paso a paso de imán permanente, de seis cables o cinco, llamados unipolares.

Fig. p1 La figura p1 representa el esquemático y a la derecha, se muestra el estator de un motor paso a paso de un pequeño ventilador de refrigeración de la CPU. Este tipo, lleva en la placa de soporte un circuito integrado complementario que le proporciona la posibilidad de funcionar desde el exterior mediante los dos polos, positivo y negativo. Esto se puede describir mejor con una imagen, véase la figura p2, en la cual se puede apreciar lo descrito anteriormente. Podemos ver las dos armaduras (estator) y sus bobinados, veremos además que se pueden obtener dos modos de funcionamiento de este tipo de motor, debido a que sus bobinados están provistos de una toma media o común. El modo bipolar, no contemplaría la mencionada toma común, por lo que tendríamos un bobinado compuesto por F1-F3 y otro por F2-F4. El modo unipolar contempla el común y el bobinado F1, el común y F3, el común y F2 y el común y F4, un total de cuatro bobinas.

Fig. p2 Los motores paso a paso pueden ser muy precisos, la característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso por cada pulso que se le aplique. El grado de precisión de este paso puede variar desde los 90° por pulso, es decir, que se necesitarán 4 pasos para desplazar 90°, hasta pequeños pasos de tan solo 1.8°, es decir, se necesitarán 200 pulsos para completar un giro de 360°. Esto significa, a más pasos, más precisión. En el párrafo anterior está la respuesta a la pregunta como alguno hace de ¿cuantas vueltas o revoluciones da un motor de paso? una repuesta sería; recuerda que se llaman paso a paso de ahí su nombre y aunque no es su cometido, pueden girar más de 360º, incluso girar a bajas

revoluciones, los motores de los discos duros de última generación rebasan fácilmente las 7200 rpm. y aún no está todo dicho . Otra particularidad de estos motores es que, al contrario de lo que ocurre con los motores eléctricos tradicionales en los que su rotor queda libre cuando no están excitados, en éstos como digo, su rotor está bloqueado cuando se encuentra activo y permanece semifijo debido a la reluctancia magnética que ejerce el imán permanente del rotor sobre los polos del estator. Por cierto, cuando se disponga de un motor p. a. p. usado o bien nuevo y no disponemos de sus hojas de datos. Es posible reconocer los polos de un motor de paso y el cable común en un motor unipolar de 5 o 6 cables, siguiendo las instrucciones que se detallan a continuación: Siguiendo la figura p4, un primer examen visual de los cables puede indicarnos cual es el común (si hay 5) o el par de comunes (caso de 6), también podemos utilizar una tensión de 5Vcc, probando el desplazamiento del rotor al aplicar el positivo al común y el negativo a uno de los cables, marcamos dicho cable con una señal y la dirección, a continuación procedemos con otro cable, lo marcamos y dirección, así podemos averiguar los cables y trazaremos el orden de los bobinados para su activación. Utilizando un polímetro podremos chequear la resistencia entre pares de cables, el cable común por ser la toma media del bobinado, será el que presente la mitad de la resistencia entre él y el resto de los cables.

Funcionamiento del motor de paso Vamos a tratar de describir el funcionamiento de este tipo de motores de paso, como ya se ha dicho, básicamente están compuestos por bobinados que se pueden activar de forma independiente. Sugerimos que se tenga en mente el esquema de la figura p2, ya que a él nos referiremos en su seguimiento. Para comprender mejor el funcionamiento vamos a dividir en dos partes el modo de activar estos bobinados. La disposición de varios bobinados como estator en los motores de imán permanente, permite diferentes formas de agrupar para su alimentación dichos bobinados. Estas formas de conexión permiten clasificar los motores paso a paso en dos grupos: 1. Los motores bipolares, por que disponen de dos bobinados independientes. 2. Los motores unipolares, con 4 bobinados los cuales disponen de 5 o 6 u 8 terminales de salida. Los motores del primer grupo no lo vamos a considerar por lo que directamente entramos en el grupo de los unipolares. Tengamos en cuenta que los motores unipolares de 6 u 8 hilos, podremos conectarlos como motores bipolares, si no utilizamos las tomas centrales o comunes, en cambio no ocurre lo mismo con los de 5 hilos. Así pues, además de los hilos extremos de los bobinados hay otros terminales que corresponden a las tomas intermedias de las bobinas, los cuales se conectan directamente al positivo de la fuente de alimentación para su correcto funcionamiento. Aclarados estos puntos, pasaremos a describir con más profundidad su funcionamiento por lo que podemos considerar los siguientes puntos:

 Tomemos el bobinado F1 de una de las armaduras, el contacto a utilizar será F1 y su Común.  Por otro lado de la segunda armadura tomaremos el contacto F3 y su Común.  En tercer lugar disponemos del contacto F2 y el Común.  Y por último el contacto F4 y por supuesto su Común.

De modo que se puede decir que en el primer paso, activaríamos F1, que hará girar el rotor 90º, en el segundo paso F2, lo que produciría un salto del rotor sobre su eje de 90º hasta obtener el máximo flujo magnético, el tercer paso activaríamos F3, lo que haría girar otros 90º el eje y por último activaríamos F4, completando así los 90º restantes del giro de 360º. Analicemos más detenidamente esto a continuación. De forma que en el primer paso, al conectar la bobina F1, el campo electromagnético generado al circular la corriente eléctrica por el estator, el rotor girará como máximo 90º, hasta equilibrar su flujo magnético orientando sus respectivos polos opuestos con el estator. En el segundo paso, conectaremos la bobina F2 y como respuesta el rotor volverá a girar esta vez 90º. El tercer paso, esta vez conectemos la bobina formada por F3, lo que hará girar de nuevo 90º más en la misma dirección y por último al conectar F4, se producirá un nuevo paso de 90º con lo que se habrá completado el giro de 360º. Observar que hemos necesitado 4 pasos (o pulsos) para lograr los 360º. Quizás en la figura p3 se puede comprender mejor la secuencia de lo descrito. Si nos fijamos en la primera línea de la figura, veremos que, otra posible secuencia sería conectar en el primer paso los bobinados F1-F2 en el segundo paso F2-F3, en el tercer paso F3-F4 y en el cuarto paso F4-F1.

Fig. p3 Con en estas secuencias, si mediante un sistema eficaz unimos ambas secuencias, podemos entender que hemos logrado una secuencia de 8 pasos para completar un giro, a todas luces se comprende que habremos conseguido una mayor exactitud a la hora de posicionar el eje de nuestro motor de paso. Desde el punto de vista de su construcción diremos que existen 3 tipos de motores paso a paso: 

De imán permanente: es el modelo que hemos analizado en párrafos anteriores; el rotor

es un imán permanente en el que se mecanizan un número de dientes limitado por su estructura física. Ofrece como principal ventaja que su posicionamiento no varía aún sin excitación y en régimen de carga. 

De reluctancia variable: este tipo de motores poseen un rotor de hierro dulce que en condiciones de excitación del estator y bajo la acción de su campo magnético, ofrecen menor resistencia a ser atravesado por su flujo en la posición de equilibrio. Su mecanización es similar a los de imán permanente y su principal inconveniente radica en que en condiciones de reposos (sin excitación) el rotor queda en libertad de girar y, por lo tanto, su posicionamiento de régimen de carga dependerá de su inercia y no será posible predecir el punto exacto de reposo. 

Híbridos: Son la combinación de los dos tipos anteriores; el rotor suele estar constituido por anillos de acero dulce dentado en un número ligeramente distinto al del estator y dichos anillos montados sobre un imán permanente dispuesto axialmente.

Parámetros de los motores paso a paso. Conozcamos el significado de algunas de las principales características y parámetros que se definen sobre los motores paso a paso:  Par dinámico de trabajo ( Working Torque): Este depende de sus características dinámicas, son el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algún impulso de excitación del estator y dependiendo, siempre de la carga. Generalmente el fabricante ofrece, curvas denominadas de arranque sin error (pull-in), que relacionan el par en función el número de pasos. Debe tenerse en cuenta que, cuando aumenta la velocidad de rotación del motor, se produce un aumento de la f. c. e. m. generada por dicho giro, por tanto, se produce una disminución de la corriente absorbida por los bobinados del estator y como consecuencia de todo esto, disminuye el par motor.  Par de mantenimiento (Holding Torque): Es el par exigido para desplazar, en régimen de excitación, un paso el rotor cuando la posición anterior es estable, es mayor que el par dinámico y actúa como freno para mantener el rotor en una posición estable dada. 

Para de detención ( Detention Torque): Se llama al par de freno propio de los motores de imán permanente, es debido a la acción de la reluctancia del rotor cuando los devanados del estator están desactivados.  Angulo de paso ( Step angle ): Se define como el avance angular de un paso que, se produce en el motor por cada impulso de excitación. Se mide en grados  Momento de inercia del rotor: Es el momento de inercia asociado que se expresa en gramos por centímetro cuadrado.

Todos estos parámetros que acabamos de definir, se miden en miliNewtons por metro cuadrado.

Control de los motores paso a paso.

En un principio vamos a describir un sencillo control de motor paso a paso, que nos muestre donde pueden surgir los problemas cuando nos proponemos realizar este tipo de práctica. Para realizar un control de estos motores, será necesario como se ha descrito, generar una secuencia determinada de impulsos. Además, es necesario que estos impulsos sean capaces de entregar la corriente necesaria para que los bobinados del motor se exciten, en la figura de la derecha, se muestra el diagrama de bloques de un sistema híbrido de control para motores paso a paso. Se pueden apreciar los cuatro transistores de potencia con sus diodos de protección para evitar en lo posible la f.c.e.m. (fuerza contra-electromotriz) generada en las bobinas, por el efecto de los campos electromagnéticos implicados. En cuanto al modo de activar la carga se realiza en la secuencia Q1-Q3 y Q2-Q4, esta es una de las posibles formas de realizar una etapa de potencia. En la figura p4, para el circuito de potencia se ha utilizado un circuito integrado el ULN2003, se trata de un dispositivo con encapsulado DIL (dual in line), que alberga siete transistores de hasta 0'5A, que para muchos de los casos es suficiente al igual que nuestro caso. La diferencia entre el anterior y el ULN2803 es que éste tiene 8 pares de transistores en darlington. En la figura que sigue, la patilla 10 de este dispositivo normalmente se conecta al positivo para reducir los efectos de los bobinados del motor.

Fig. p4 Ahora, vamos a describir el circuito de control, la etapa que se encarga de realizar la secuencia de los impulsos que activarán los transistores de la etapa de potencia. El esquema completo del generador de impulsos en la secuencia que hemos descrito se puede apreciar a continuación, figura p5. En esta figura destacamos dos partes, las cuales están enmarcadas para realzar su relevancia.

Fig. p5 En primer lugar se aprecia un oscilador formado por dos inversores IC1a e IC1b y una red R/C, que ataca la entrada de reloj del CD4017, está compuesto por un contador Johnson de 5 etapas, con diez salidas que incluye un reset (pin 15) y una entrada inhibida (pin 14). Bien, el circuito utilizado como oscilador lo podemos sustituir por un circuito 555 conectado como astable, se puede ver en la figura de la derecha. Los valores de los componentes se elegirán de modo que la frecuencia, se pueda ajustar entre ciertos valores de los que dependerá la velocidad del motor paso a paso, ciertamente no puede ser elevada. Este oscilador nos parece más 'robusto', se trata de un circuito integrado al alcance de muchísima gente por sus prestaciones y costo, destaca su sencillez de manejo y que el lector ya habrá experimentado con él en otras aplicaciones. Utilizar el CD4017, es debido igualmente a su simplicidad a la hora de obtener unas salidas consecutivas de un pulso de igual amplitud que el aplicado a la entrada.

Fig. p6 Por último destacamos la etapa de registro de señales para la salida hacia el sistema de potencia elegido, corresponde al área enmarcada de la derecha figura p5. Esta etapa puede lograrse de distintas formas, siempre atendiendo a los medios que dispongamos para su realización, un modo es el de la figura p5. En la figura p7, se ha optado por utilizar el circuito integrado ULN2003, que puede sustituirse por el ULN2803 (8 transistores) y a su vez este circuito puede sustituirse por el viejo L293B, cuyo esquemático se muestra en la anterior figura p6.

Fig. p7 Repasando viejos esquemas y distintos circuitos que uno guarda en ciertos momentos, encontré uno que para ilustrar el presente trabajo creo que es idóneo figura p8.

Fig. p8 Como se puede ver es bastante sencillo y puede sernos bastante útil en muchas ocasiones ya que no exige muchos componentes para obtener un control relativamente fácil y lo mejor es que es económico ya que los sistemas comerciales son bastante más caros. Este circuito está hecho por componentes normalizados y puede adaptarse fácilmente para ser controlado por una computadora. Pueden utilizarse transistores para Q1-Q4 de mayor o menor potencia dependiendo del motor a utilizar y también intercalar el ULN2003. Por cada impulso de reloj que apliquemos a la entrada PASO, el motor avanzará un paso y mediante el conmutador S1, podremos decidir el sentido de giro.

Control de un motor paso a paso con el PC. Por cierto, todos estos sistemas de control para motores de paso descritos, una vez montados, experimentados y puestos a punto, son muy eficientes sin ninguna duda, pero en este tutorial no nos paramos aquí y vamos a abordar otro sistema de control para este tipo de motores realizado desde la consola o teclado de nuestra computadora personal o PC. Este tutorial pretende, cubrir en parte la necesidad de una guía práctica para la adquisición de datos y cierto control de dispositivos como una alternativa al uso de los PLC (Controladores Lógicos Programables) y tarjetas de Adquisición de Datos, de modo que los interesados puedan adquirir experiencias con sistemas en tiempo-real.Pretendemos dar a conocer algunos aspectos relevantes del puerto paralelo, de modo que se pueda utilizar como una interfase de entrada/salida que funcione de modo subordinado a nuestras rutinas de software, los puertos de E/S se constituyen en el medio por el cual el microprocesador de una computadora se comunica con el mundo de su entorno. El puerto paralelo de un computador personal (PC) es ideal para ser usado como herramienta para control de motores, relés, LED's, etc. El cual posee un bus de datos de 8 bits (pin 2 a 9) y muchas señales de control, algunas de salida y otras de entrada que también pueden ser usadas fácilmente. Las computadores generalmente poseen solo uno de estos puertos (LPT1) pero con muy

poco dinero se le puede adicionar una tarjeta con un segundo puerto paralelo (LPT2). Para lo cual tendremos que, revisar algunos conceptos sobre este elemento, en otros casos aprenderemos algunas de las posibilidades que nos ofrece ésta que, puede ser la herramienta que sirve para 'todo', estamos hablando del más conocido como PC. Una aclaración, el concepto de entrada/salida es respecto del punto de vista del PC. Lo que necesitamos es la consola en modo DOS (en la mayoría de los casos será suficiente), desde la que trataremos los programas en algunos casos a nivel de ensamblado en código máquina, puede que alguno disponga de otra herramienta como algún programa más sofisticado que permita hacer lo mismo desde una interfase más 'amigable'. De todos modos el tratamiento de datos para el control será similar. Antes de discutir el sistema de control y para los que no tengan muy claro el cometido del bus de salida de una computadora personal (PC), creemos que es conveniente revisar al menos teóricamente el bus paralelo que utilizamos normalmente para la impresora llamado también, puerto paralelo de impresora LPT. Como hemos dicho mediante el PC, es un modo adecuado de controlar este tipo de motores, con ayuda de un programa conseguiremos variar la velocidad, sentido de giro y ángulo de giro a placer; además también seremos capaces de programar una secuencia compleja de posicionamiento, velocidad y aceleración del motor. Pero lo dicho, vayamos por partes. RECORDATORIO. 1.- Se recomienda que antes de utilizar una interfase de cualquier tipo, se verifiquen a fondo todas y cada una de las conexiones y nunca nos cansaremos de advertir que se haga hincapié en las tensiones que se utilicen. Por este motivo recomendamos utilizar circuitos buffers para separar y preservar el bus del PC de cualquier posible error, lo que conlleva, la más que posible destrucción del puerto paralelo. 2.- Bajo ningún pretexto se deben rebasar los niveles TTL (tensión 0 a 5V), las corrientes de consumo deben llevar un circuito separador. La inversión de la tensión de alimentación, destruirá el puerto paralelo. 3.- Para la conexión o desconexión entre la interfase y el PC es imprescindible que ambos estén apagados.

El puerto paralelo. En la actualidad, muchos circuitos de control robótico usan el puerto paralelo del PC (conocido por Centronics) como medio flexible y fácil para programarlos de manera rápida y segura o como control y procesamiento de sistemas, evitando con ello circuitería complementaria. En ciertas aplicaciones también es habitual utilizar el puerto serie mediante una interfase RS232, que en este tutorial no se contemplará. Su apariencia es la siguiente:

Fig. p9 - Conectores paralelo Centronics PC/Impresora

Fig. p10 - Conector serie DB9 En resumen, el puerto paralelo está formado por las 17 líneas de señales y 8 líneas de tierra. Las líneas de señales, están formadas por estos tres grupos de registros: o o o

4 Líneas, registro de control 5 Líneas, registro de estado 8 Líneas, registro de datos

Todos estos pines no se controlan con un único registro de datos sino que, un puerto Centronics (LPT1, LPT2, etc...) dispone de 3 registros para poderlo controlar, esto es:   

Enviar Datos (salida) Entrar Datos (entrada) Registros de control

Para acceder a los tres registros de cada puerto al programar, nos hemos de referir a cada registro con una dirección de memoria implícita, fijada por la BIOS al botar el ordenador. Aunque aquí comentaremos las más usuales, sería conveniente disponer de un algoritmo que nos informase de la dirección de memoria de cada uno de los tres registros, ya que las máquinas difieren entre si. Pero comentemos cada registro con detalle:

Enviar Datos (salida) Como ya se ha comentado éste registro es de sólo escritura, por lo que es el medio que nos servirá para enviar datos a un dispositivo externo (motor pap) y nunca para recibirlos, y estos datos serán enviados byte a byte. Las direcciones más habituales, en hexadecimal de estos registros son para: LPT1 = 0x378 h o 78:03 (888 en decimal) y LPT2 = 0x278 h o 78:02 (632 en decimal). Esto se puede verificar fácilmente en el setup del PC o bien en la ventana que generalmente muestra el PC en el momento del botado. Por tanto, para escribir un dato en el bus de salida de datos pines 2 a 9, debemos escribir el byte correspondiente en la dirección hexadecimal 0X378 cuando trabajemos con el LPT1 y 0x278 cuando trabajemos con el LPT2. Los distintos pins (bits) de salida correspondientes al bus de datos no pueden ser escritos en forma independiente, por lo que siempre que se desee modificar uno se deberán escribir los ocho bits nuevamente. Además, esta función es la más conocida del puerto Centronics. Este registro controla los pines del 2 al 9, que son las líneas de datos de D0 a D7. El registro que lo controla es el siguiente: Registro de salida de datos

Peso de los Bits del 7 6 5 4 3 2 1 0 registro Nombre D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Nº de pin (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Entrada Datos Este es un registro de entrada, por tanto de sólo lectura, o sea, sólo nos servirá para recibir datos procedentes de un dispositivo externo y nunca para enviarlos, este registro es, únicamente modificable desde el exterior y por hardware. Ciertamente, la recepción de datos ya no resulta tan evidente como el envío, al parecer en los tiempos que se planificó la norma del puerto Centronics, no se pensó en que el dispositivo externo enviase datos de forma masiva al PC y solo se le dotó de 5 patillas al puerto para recibir datos del dispositivo externo. Peso

0 1 2 3 4 5 6 7

0 0

\

NO SE USAN 0 / Error pin 15 SLCT pin 13 PE pin 12 ACK pin 10 BUSSY pin 11

Para leer el estado de los pines de entrada (10, 12, 13 y 15) se debe realizar una lectura en la dirección hexadecimal 0x379 (889 en decimal) si trabajamos con el LPT1 o bien leer la dirección 0x279 (633 en decimal) si trabajamos con el LPT2. La lectura será devuelta en un byte, en cuyo bit 6

corresponde al pin 10, el bit 5 corresponde al pin 12, el bit 4 corresponde al pin 13 y el bit 3 corresponde al pin 15. Queda claro que, disponemos de sólo 5 pines de entrada, esto hace imposible que el PC en un ciclo de reloj, reciba un byte completo, desde el dispositivo externo. Lo que se suele hacer normalmente para salvar este problema, es usar un pin que haga las funciones de control, por ejemplo BUSY, con el que por cada flanco de subida o bajada, el PC interpretará que el dato de entrada es válido. De esta manera, en cada ciclo, el PC recibe un Nibble del dato, lo que conlleva la necesidad de dos ciclos para recibir un byte (8 bits). Nota.- Un byte, está compuesto como ya se sabe, por dos partes de 4 bits llamadas Nibble alto y Nibble bajo, por ejemplo la dirección del puerto 0378h, la de menor peso 78h y la de mayor peso 03h. Si consultamos desde DOS con el debug, la dirección del puerto se encuentra en forma invertida (78 03), entonces la dirección es 0378 en hexadecimal. Recordemos que para salir del debug, es necesario escribir en la línea de comandos, q y luego Intro.

Fig. p11

Registros de control (externo) Este registro, contrariamente a los anteriores, es del modo Lectura/Escritura y normalmente es usado para el caso concreto donde el dispositivo externo es una impresora, aunque hay algún pin que nos servirá, como ya veremos al describir las patillas. Peso de los Bits 0 1 2 3 4 5 6 7

STROBE * (pin1) AUTO FEED (pin 14) INIT * (pin 16) SLCT IN (pin 17) IRQ ENABLE

Estos pines tienen funciones concretas, como descripción general podemos considerar una impresora como dispositivo de salida.

STROBE *

Esta línea se activa a 0, esto indica a la impresora que hay un carácter correcto a la salida del conector Centronics. Pero esta señal para que la impresora no lea el carácter dos veces, debe desaparecer inmediatamente.

BUSY

Es una línea de entrada que utiliza la impresora para indicar al PC que está ocupada (busy) y así, evitar que el PC le envíe mas caracteres. Habitualmente la impresora usa este recurso justo después de reconocer STROBE, y procesar el dato recibido con tiempo.

ACK

La señal de Acknowledge (reconocido), es de entrada y la manda la impresora al PC, para indicarle que ha recibido correctamente el dato enviado por éste.

Esta señal a 1, le indica a la impresora si debe avanzar una línea después de cada retorno de carro, ya que hay impresoras que de no hacerlo así, machacarían una línea tras otra. Le AUTO FEED indica, si ha de enviar automáticamente un LINE FEED después de cada CARRIAGE RETURN (código ASCII nº 13). INIT *

Con esta línea, el PC tiene la posibilidad de realizar una inicialización o RESET a la impresora. Este bit está a 1 y brevemente debe ponerse a 0 para volver a cargarse con un 1, ya que sino, la impresora realizaría un reset tras otro indefinidamente.

SLCT IN

Esta línea debe de estar normalmente a 1. Mediante esta línea el ordenador puede poner a la impresora en modo Off-Line y realizar pausas.

IRQ ENABLE

Esta línea es una señal de interrupción habilitada que envía la impresora cuando ocurre alguna interrupción inesperada.

SLCT

Esta señal corresponde normalmente al interruptor ON-LINE de la impresora, para que el usuario pueda seleccionarla.

D0 - D7

Estas son las 8 líneas de datos del registro de salida, ya comentadas anteriormente.

PE

Esta línea de entrada sirve para que la impresora comunique al PC que se ha quedado sin papel (PAPER END). Esta señal diferente a la señal de ERROR *, normalmente es procesada dando como resultado una pausa en la impresión, para dar tiempo al usuario a poner más papel. En un dispositivo que no sea una impresora, ambas señales podrían ser tratadas como diversos niveles de error del sistema.

ERROR *

Como ya se ha comentado antes, se trata de un error irrecuperable y suele ser debido a fallos de transmisión y recepción u otros más graves.

Funcionamiento mediante el BIOS y el MS-DOS. El BIOS (Basic Input Output System) de IBM, en el momento del arranque o POST (Power On Seft Test) crea una tabla con 4 direcciones base de puerto paralelo de impresora, en el espacio de la memoria principal (RAM), estos se almacenan como 4 bytes empezando con la dirección de memoria 408h. Durante el arranque, el BIOS comprueba si hay puertos paralelos en las direcciones base 3BCh, 378h y 278h, en ese orden y almacena la dirección base de cualesquiera que hayan sido encontrados en posiciones consecutivas de dicha tabla. Las posiciones que no son usadas pueden estar a 0, o como algunos BIOS lo hacen, le asignan la dirección del primer puerto encontrado. Algunos programas pueden ignorar esta tabla, aunque ésta es utilizada al menos por el propio BIOS (mediante la interrupción INT 17, de E/S de impresora) y por el MS-DOS. El BIOS detecta estos puertos escribiendo AAh en el registro de datos (en la dirección de E/S Base + 0) y luego, si en el registro de datos se lee AAh, significa que hay un puerto activo. Asignación de direcciones:

Dirección

Nombre

3BCh

lpt1

378h

lpt2

Ubicación Adaptador de impresión primario Adaptador de impresión secundario

Las referencias a cada registro del puerto se realizan de la siguiente forma: Permite acceder a los siguientes bits Registro de datos Estado Control

Base (datos)=base+0 Estado=base+1 Control=base+2

Base (datos)=378h Estado=379h Control=37Ah

D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 S3, S4, S5, S6, S7 C0, C1, C2, C3

Ensamblador. A continuación se darán las funciones a utilizar para leer y escribir puertos en ensamblador. En MsDOS no tenemos ningún tipo de restricción de acceder a los puertos. En Windows 3.x, 9x y Me tampoco hay restricciones normalmente a no ser que el puerto esté bajo el control de un controlador de dispositivo virtual. En Windows NT, el sistema operativo tiene control total sobre la máquina por lo que hay que pedir un permiso que se hace mediante un driver. Los opcodes IN y OUT permiten leer y escribir, respectivamente, datos a un puerto cualquiera. La secuencia a seguir podría ser. Para leer: mov dx,Puerto ’DX = Puerto (puede ser ctte. o ref. de memoria si es variable. in al,dx ’Leer del puerto DX y lo guardo en AL Y para escribir: mov dx,Puerto variable. out dx,al

’DX = Puerto (puede ser cte. o ref. de memoria si es ’Manda AL al puerto DX

La interfase. Para utilizar el puerto paralelo descrito, será necesario procurarnos una interfase. Como puede que en el comercio no encontremos este tipo de interfase, es preciso que nos dispongamos a realizar un pequeño trabajo artesanal, pero no por ello, menos interesante y al mismo tiempo efectivo ya que, será un elemento hecho a medida como el de la figura p12.

Fig. p12

La placa de interfase, nos presenta tres conectores, uno de 8 salidas TTL, uno con 7 salidas de potencia (500mA) y un tercero de cuatro entradas TTL. Es importante tener en cuenta que las

Motores paso a paso implementación Posted on 04/11/2012 by vicente

Diferentes tipos de bobinado de los motores.

El motor paso a paso es un componente que se usa mucho en proyectos de robótica y informática. Si queremos hacer practicas con estos motores hay bastantes aparatos de los que podemos reciclar, como disqueteras y discos duros antiguos, impresoras, escaners y fotocopiadoras. En la imagen de la izquierda podemos ver tres de los principales bobinados con los que nos podemos encontrarnos. En el del motor 1 y motor 2 son los llamados unipolares iguales a excepción de que en el motor 2 se han unido los dos pares de bobinas por un extremo, este

extremo común sera el que llevemos a la alimentación, generalmente positiva y el valor mas usual es de +12V. El número de cables puede ser de 5, 6 ó 8 cables según este unido internamente. El motor 3 es el llamado bipolar generalmente tienen cuatro cables de salida y son un poco mas difíciles de controlar.

Un problema que podemos encontrarnos a la hora de trabajar con estos motores si no tenemos los datos del fabricante es la conexión de los bobinados, aunque hay muchos fabricantes que trabajan con los colores de las listas que veremos a continuación. Aquí podéis ver como se conecta un motor y circuitos de ejemplo. En el motor 2 las salidas vienen marcadas con los siguientes colores:      

1 = Amarillo. 2 = Rojo. 3 = Naranja. 4 = Marrón. 5 = Rojo. 6 = Negro.

Motor paso a paso de 6 cables. O también en el caso de que el motor paso a paso sea de 8 cables: En el motor 2 las salidas vienen marcadas con los siguientes colores:     

1 = Amarillo. 2 = Rojo. 3 = Naranja. 4 = Marrón. 5 = Rojo.



6 = Negro.

Motor paso a paso de 8 cables.

Para practicar con motores paso a paso, tendremos que montar una etapa de potencia para excitar el motor. Esta

Circuitos para controlar un motor paso a paso. La excitación de los bobinados del motor la podemos hacer con transistores o por circuitos integrados tipo ULN28xx o ULN20xx que nos ahorraran trabajo a la hora de montar el circuito, porque ya llevan integrados los diodos supresores de picos inversos de las bobinas y la polarización de los transistores. Otra peculiaridad es que son adaptables a cualquier tipo de salida.

Circuito de activación de un motor paso a paso mediante un ULN2801.

¿Cómo buscar los cables en los motores paso a paso? En el caso de motores paso a paso bipolares, estos tienen casi siempre 4 cables de salida, la identificación es más sencilla. Con un tester en modo ohmios comprobaremos los cables hasta identificar los dos bornes de cada bobina, con tres comprobaciones máximo nos bastara. Una vez tengamos identificados los bornes de cada bobina del motor paso a paso, tendremos que cerciorarnos de si la polaridad es correcta, esto lo comprobaremos poniendo el motor en marcha, en su circuito o de forma manual excitando cada bobina y viendo el avance que experimenta el eje del motor. Cuando no sepamos las características del motor es mejor empezar a probar a velocidades muy bajas y casi sin carga de arrastre. Si el sentido de giro es inverso a lo esperado, simplemente se deben invertir las conexiones de ambas bobinas. SERVOS

TEORIA

Descripción: El servo es un pequeño pero potente dispositivo que dispone en su interior de un pequeño motor con un reductor de velocidad y multiplicador de fuerza, también dispone de un pequeño circuito que gobierna el sistema. El recorrido del eje de salida es de 180º en la mayoría de ellos, pero puede ser fácilmente modificado para tener un recorrido libre de 360º y actuar así como un motor. Funcionamiento: El control de posición lo efectúa el servo internamente mediante un potenciómetro que va conectado mecánicamente al eje de salida y controla un pwm (modulador de anchura de pulsos) interno para así compararlo con la entrada pwm externa del servo, mediante un sistema diferencial, y asi modificar la posición del eje de salida hasta que los valores se igualen y el servo pare en la posición indicada, en esta posición el motor del servo deja de consumir corriente y tan solo circula una pequeña corriente hasta el circuito interno, si forzamos el servo (moviendo el eje de salida con la mano) en este momento el control diferencial interno lo detecta y envía la corriente necesaria al motor para corregir la posición. Para controlar un servo tendremos que aplicar un pulso de duración y frecuencia específicos. todos los servos disponen de tres cables dos para alimentación Vcc y Gnd y otro cable para aplicar el tren de pulsos de control que harán que el circuito de control diferencial interno ponga el servo en la posición indicada por la anchura del pulso. En la siguiente tabla están indicados los valores de control y disposición de cables de varias marcas que comercializan servos. Duración pulso (ms) Fabricante min. neutral. máx.. Hz Futaba Hitech Graupner/Jr Multiplex Robbe Simprop

0.9 0.9 0.8 1.05 0.65 1.2

1.5 1.5 1.5 1.6 1.3 1.7

2.1 2.1 2.2 2.15 1.95 2.2

50 50 50 40 50 50

disposición de cables + -batt pwm. batt rojo negro blanco rojo negro amarillo rojo marrón naranja rojo negro amarillo rojo negro blanco rojo azul negro

Para hacer funcionar un servo por primera vez y ver su PRACTICA recorrido me tuve que idear una simple rutina con la que pude experimentar sin problemas con distintas duraciones de pulsos y así poder comprobar el recorrido del servo standard FutabaS3003 que compré por un precio de 3900 Pts. Mediante un interruptor introduciremos dos ordenes básicas al pic que serán pon el servo en posición de 0º y pon el servo en posición de 180º con estas dos posiciones tendremos un circuito practico de comprobación del recorrido de cualquier servo. El esquema de conexionado es el siguiente.:

La rutina se basa en un bucle continuo de comprobación de la línea RA0 a la que le he conectado un interruptor de palanca, si el interruptor esta abierto entonces llega un 0 lógico a RA0 y el servo gira hasta la posición 0º y si el interruptor esta cerrado por tanto llega un 1 a RA0 y el servo gira a la posición máxima de 180º. El tren de impulsos saldrá por la patita RB0 del PIC y conectará directamente con la entrada de pulsos del servo. La anchura del pulso viene definida por el retardo creado por software y que mantendrá a nivel lógico 1 la salida durante la duración de este. Una vez pase a nivel lógico 0 entrará en funcionamiento otra rutina de retardo con el tiempo suficiente para completar los 20 ms para obtener la frecuencia de 50 Hz necesaria, y se repetirá el proceso indefinidamente. Los retardos han sido calculados con el programa CalDelay

servocrt.asm

Para descargar el archivo clikea sobre el armario, para verlo clikea sobre el texto

MOTORES CC

TEORIA

Descripción: El motor eléctrico es un dispositivo electromotriz, esto quiere decir que convierte la energía eléctrica en energía motriz. Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor. Funcionamiento: El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida será lo único que gire. Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor. Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado.

PRACTICA

Control de dirección por medio del Circuito Integrado L293B

Descripción: Control basado en el driverl293b de 4 canales capaz de proporcionar en cada una de sus salidas hasta 1A y dispone de entrada de alimentación separada para los drivers. Funcionamiento: Cada canal o driver es controlado por medio de una señal de control compatible TTL (no superior a 7V) y los canales se habilitan de dos en dos por medio de las señales de control EN1 (canal 1 y 2) y EN2 (canal 3 y 4), en la siguiente tabla vemos el funcionamiento de las entradas y como responden las salidas. ENn H H L L

INn OUTn H H L L H Z L Z

H=Nivel Alto "1" -- L=Nivel Bajo "0" -- Z = Alta Impedancia

Así pues, vemos que poniendo a nivel alto la entrada de habilitación "EN" del driver, la salida de este "OUT" pasa de alta impedancia al mismo nivel que se encuentre la entrada del driver "IN" pero amplificado en tensión y en corriente, siendo esta de 1A máximo. La tensión de alimentación del circuito integrado no es la misma que se aplica a las carga conectada a las salidas de los drivers, y para estas salidas se a de alimentar el driver por su patita número 8 (Vs), la tensión máxima aplicable a estas patitas es de 36V Como este integrado no dispone de disipador, se recomienda hacer pasar una pista ancha de circuito impreso por las patitas de masa que junten todas estas y al mismo tiempo haga de pequeño disipador térmico, aunque para grandes cargas lo mejor es usar un disipador como el mostrado en la pagina 9 del datasheet. Aplicación práctica: Con un L293B podemos tener control bidireccional con 2 motores o control unidireccional con 4 motores, a continuación vamos a ver como se han de conectar los motores. Control Unidireccional: En la siguiente figura vemos las dos formas de conectar un motor para control unidireccional, M1 se activa al poner la entrada del driver conectado a este, a nivel bajo "0", mientras que M2 se activa al poner la entrada del driver a nivel alto "1" y se para al ponerla a nivel bajo "0".

La entrada enable es como un interruptor general y deberá ponerse a nivel alto "1" para poder operar con los drivers que controla, o a nivel bajo "0" si se quiere desconectar el control de estos. "Vs" será la tensión de alimentación necesaria para los motores. Los diodos modelo 1N4007 son para proteger el circuito de los picos de arranque y parada de los motores debido a la corriente inversa inducida por estos. Control Bidireccional: En el siguiente circuito vemos el modo de conectar un motor para permitir controlarlo tanto hacia

delante como hacia atrás.

Para tener el control de dos direcciones o bidireccional se usan dos de drivers del l293b conectando sus salidas a los polos del motor, entonces podremos cambiar la polaridad de alimentación del motor con tan solo cambiar de estado las entradas de los drivers. Por ejemplo, para que el motor gire hacia la derecha pondremos la entrada "A" a nivel alto "1" y "B" a nivel bajo "0" y para hacer girar el motor a la izquierda tendremos que invertir las señales de entrada de tal menera, la entrada "A" a nivel bajo "0" y "B" a nivel alto "1". Los diodos son como en el caso anterior para proteger el integrado de corrientes inversas.

MOTORES AC

MOTORES PaP

TEORIA

Descripción: Un motor Paso a Paso (PaP en adelante) se diferencia de un motor convencional en que en este se puede posicionar su eje en posiciones fijas o pasos, pudiendo mantener la posición. Esta peculiaridad es debida a la construcción del motor en si, teniendo por un lado el rotor constituido por un imán permanente y por el otro el stator construido por bobinas, al alimentar estas bobinas se atraerá el polo del magnético puesto rotor con respecto al polo generado por la bobina y este permanecerá es esta posición atraído por el campo magnético de la bobina hasta que esta deje de generar el campo magnético y se active otra bobina haciendo avanzar o retroceder el rotor variando los campos magnéticos en torno al eje del motor y haciendo que este gire. Funcionamiento: Los motores PaP pueden ser de dos tipos, según se muestra en la siguiente imagen:

Bipolar: Este tipo de motor lleva dos bobinados independientes el uno del otro, para controlar este motor se necesita invertir la polaridad de cada una de las bobinas en la secuencia adecuada, para esto necesitaremos usar un puente en "H" o driver tipo L293b para cada bobina y de este modo tendremos una tabla de secuencias como la siguiente: Paso 1 2 3 4

A +Vcc +Vcc Gnd Gnd

B Gnd Gnd +Vcc +Vcc

C +Vcc Gnd Gnd +Vcc

D Gnd +Vcc +Vcc Gnd

Cada inversión en la polaridad provoca el movimiento del eje, avanzando este un paso, la dirección de giro se corresponde con la dirección de la secuencia de pasos, por ejemplo para avanzar el sentido horario la secencia seria 1-2-3-4,1-2-3-4.... y para sentido antihorario seria; 4-3-2-1,-4-3-2-1... Unipolar: El motor unipolar normalmente dispone de 5 o 6 cables dependiendo si el común esta unido internamente o no, para controlar este tipo de motores existen tres métodos con sus correspondientes secuencias de encendido de bobinas, el común irá conectado a +Vcc o masa según el circuito de control usado y luego tan solo tendremos que alimentar la bobina correcta para que avance o retroceda el motor según avancemos o retrocedamos en la secuencia.

Las secuencias son las siguientes: Paso A B C D

Paso simple: Esta secuencia de pasos es la mas simple de todas y consiste en activar cada bobina una a una y por separado, con esta secuencia de encendido de bobinas no se obtiene mucha fuerza ya que solo es una bobina cada vez la que arrastra y sujeta el rotor del eje del motor

Paso doble: Con el paso doble activamos las bobinas de dos en dos con lo que hacemos un campo magnético mas potente que atraerá con mas fuera y retendrá el rotor del motor en el sitio. Los pasos también serán algo mas

1

100 0

2

010 0

3

001 0

4

000 1

Paso A B C D

1

1100

2

0110

bruscos debidos a que la acción del campo magnético es mas poderosa que en la secuencia anterior, pero

3

0011

4

1001

Paso A B C D

1

1000

2

1100

3

0100

4

0110

Medio Paso: Combinando los dos tipos de secuencias anteriores podemos hacer moverse al motor en pasos mas pequeños y precisos y así pues tenemos el doble de pasos de movimiento para el recorrido total de 360º del motor.

PRACTICA

5

0010

6

0011

7

0001

8

1001

Unipolar: Para controlar un motor paso a paso unipolar deberemos alimentar el común del motor con Vcc y conmutaremos con masa en los cables del devanado correspondiente con lo que haremos pasar la corriente por la bobina del motor adecuada y esta generará un campo electromagnético que atraerá el polo magnetizado del rotor y el eje del mismo girará. Para hacer esto podemos usar transistores montados en configuración Darlington o usar un circuito integrado como el ULN2003 que ya los lleva integrados en su interior aunque la corriente que aguanta este integrado es baja y si queremos controlar motores mas potentes deberemos montar nosotros mismos el circuito de control a base de transistores de potencia. El esquema de uso del ULN2003 para un motor unipolar es el siguiente:

Las entradas son TTL y se activan a nivel alto, también disponen de resistencias de polarización internas con lo que no deberemos de preocuparnos de esto y podremos dejar "al aire" las entradas no utilizadas. Las salidas son en colector abierto. Bipolar: Para el control de motor bipolar usaremos un puente en H para invertir la polaridad de los devanados, también podemos usar un circuito integrado tipo L293b que contiene un puente en H integrado. El esquema será similar al siguiente:

CONTROL DE MOTOR PASO A PASO CON PIC16F84A

Siguiendo con las prácticas en Pic Basic Pro y utilizando el MicroCode Studio para nuestros Microcontroladores PIC, en esta ocasión será el control de un motor a pasos unipolar. Además es una pequeña demostración de la gran cantidad de formas en las cuales podemos utilizar el ya conocido PIC16F84A. El circuito es sencillo consta de un motor paso a paso dos pulsadores para hacerlo girar en ambas direcciones (izquierda o derecha) conectados al puerto A del PIC con sus debidas resistencias y también su oscilador a 4MHz con sus respectivos capacitores de 22pF, tiene su botón de Reset conectado al Master Clear, para acoplar se utiliza un integrado ULN2803 activado desde el puerto B del PIC. Recordar que los pines de alimentación del PIC son: 5 para GND y 14 para Vcc=5 Volts. Como se controla un motor paso a paso unipolar Estos motores suelen tener 6 o 5 cables, dependiendo de su conexión interna. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar por esta razón será el que utilicemos. En la siguiente figura podemos apreciar un ejemplo para controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es un arreglo de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Las entradas de activación se conectan directamente al un microcontrolador.

Dejo la lista de material para poder realizar este ejemplo y seguir aprendiendo de la programación. MATERIAL:

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1 PIC16F84A



1 ULN2803

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1 Motor a pasos unipolar (5 o 6 cables)

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3 Pulsadores

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3 Resistores de 330Ω a 1/2 W

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1 Cristal de cuarzo de 4MHz



2 Capacitores de 22pF

Secuencias para manejar motores paso a paso unipolares Existen tres secuencias posibles para activar este tipo de motores, las cuales se explican a continuación. Todas las secuencias comienzan nuevamente en el paso 1 una vez que alcanzan el último paso (4 u 8). Para hacer que el motor gire en sentido opuesto, simplemente basta con ejecutar las secuencias de manera inversa. Secuencia Normal: Esta es la secuencia más usada y la que generalmente recomienda el fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención.

Secuencia del tipo wave drive: En esta secuencia se activa solo una bobina a la vez. En algunos motores esto brinda un funcionamiento más suave. Pero al estar solo una bobina activada, el torque de paso y retención es menor.

Secuencia del tipo medio paso: En esta secuencia se activan las bobinas para brindar un movimiento igual a la mitad del paso real. Para ello se activan primero 2 bobinas y luego solo 1 así sucesivamente. Se puede decir que es una combinación de las dos formas anteriores, en este caso para lograr una vuelta tiene que hacer 8 pasos y no 4 como los anteriores.

Realizando el firmware para controlar nuestro motor Para este ejemplo utilizare la secuencia wave drive, el comando que se utilizara para mostrar el valor en el puerto B es LOOKUP. Los valores dentro de LOOKUP pueden ser en forma hexadecimal para ello el compilador requiere que se utilice el símbolo “$”, si se quisiera utilizar los números en binario se debe de agregar el “%” y para los decimales solo basta escribir el numero tal y como es, estas tres posibilidades deben de ir separadas por comas. Nosotros utilizaremos decimales. El código en Basic para este circuito es el siguiente:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

TRISA = 1 TRISB = 0 DIGITO var Byte PORTB = 0 INICIO: If PORTA = 1 Then For digito = 0 To 4 LookUp digito, [1, 2, 4, 8], PORTB pause 150 Next digito Endif If PORTA = 2 Then For digito = 0 To 4 LookUp digito, [8, 4, 2, 1], PORTB pause 150 Next digito Endif goto inicio end

Se declara el puerto B como salida, se declara la variable DIGITO, se inicializa el puerto B en cero, etiqueta de INICIO que es la principal, donde estará todo el código que haga que el motor funcione. La instrucción LOOKUP va mostrar una variable DIGITO en el puerto B y se tiene la siguiente sintaxis: LOOKUP DIGITO, [1, 2, 4, 8], PORTB Se utiliza la variable DIGITO para saber que dato es que se va a mostrar recordar que esta variable después de mostrarse se incrementa en uno, después de le coloca un retardo para dar tiempo entre paso y paso este tiempo se puede modificar para aumentar o disminuir la velocidad de giro. La variable DIGITO cuanta de 0 a 4 por que la secuencia utilizada solo tiene 4 pasos, cuando de utiliza la secuencia de 8 paso se debe de incrementar a 8 y de debe de modificar los valores dentro de la instrucción LOOKUP. Vídeo del circuito en acción. Como identificar las terminales de los motores unipolares

Cuando se trabaja con motores paso a paso usados o bien nuevos, pero de los cuales no tenemos hojas de datos. Es posible determinar la distribución de los cables a los bobinados y el común siguiendo las instrucciones siguientes: Identificando el común: Por lo regular los motores con 6 cables tienes dos cables para el común y generalmente son del mismo color (Negro), recomiendo unirlos para no confundirse en un futuro, para el caso de tener uno de 5 cables también aplica lo del color Negro. Identificando los cables de las bobinas (A, B, C y D): Aplicar un voltaje al cable común se puede usar 5V y manteniendo uno de los otros cables a tierra (GND) mientras vamos poniendo a tierra cada uno de los demás cables de forma alternada y observando los resultados. La nomenclatura de los cables (A, B, C y D) es totalmente arbitraria. 1. Seleccionar un cable y conectarlo a tierra. Ese será llamado cable A. 2. Manteniendo el cable A conectado a masa, probar cuál de los tres cables restantes provoca un paso en sentido horario al ser conectado también a tierra. Ese será el cable B. 3. Manteniendo el cable A conectado a tierra, probar cuál de los dos cables restantes provoca un paso en sentido antihorario al ser conectado a tierra. Ese será el cable D. 4. El último cable debería ser el cable C. Para comprobarlo, basta con conectarlo a tierra, lo que no debería generar movimiento alguno debido a que es la bobina opuesta a la A.

Puente H con Transistores NPN

El Puente H formado de transistores NPN se utiliza para cambiar de giro un motor de Corriente Directa(CD), a diferencia de los relés los transistores tienen un tiempo de reacción mucho mejor por no tener partes mecánicas que hagan contacto al aplicarles una corriente eléctrica, su funcionamiento es sencillo simplemente activamos la base de los transistores y estos dejan pasa la corriente, si aplicamos tensión en el Q1 y Q4 el motor dará el giro hacia la izquierda, por el contrario al

aplicar tensión en Q2 y Q3 el motor dará el giro hacia la derecha, este circuito esta diseñado para motores de 3V a 5V. Componentes: 4--Transistores 4--Diodos 4--Resistencias 2K Ohms. 1/4 Watt.

2N3904. 1N4007.

Controlador de dos motores paso a paso

Aquí se describe un circuito que nos permite controlar dos motores paso a paso mediante cuatro pulsadores, si queremos también lo podemos hacer desde el PC a través de un puerto serie con un programa hecho especialmente para ello. Si sabemos programar en alguno de los lenguajes habituales: Visual Basic, Delphi, C++ o cualquier otro que nos permita gestionar el puerto serie podemos hacer un programa de acuerdo a nuestras necesidades. Descripción y funcionamiento de un motor paso a paso: Los motores unipolares tienen una toma intermedia en cada bobina, esta vá a Vcc o a masa según sea el circuito de control, luego solo tenemos que alimentar la bobina correspondiente. Tienen 6 cables pero en algunos modelos los dos comunes están unidos internamente y solo tienen 5.

Los motores bipolares no tienen toma intermedia en las bobinas y para controlarlos se necesita invertir la alimentación de estas con un puente en "H" o un driver del tipo L293.

En los motores paso a paso se puede regular la velocidad y la dirección de giro como en los convencionales pero tienen la gran diferencia de que se pueden dejar

en una posición fija y se puede hacer un giro del número de grados o de vueltas que deseemos. El estator está hecho con varias bobinas y el rotor consta de un imán permanente con un número de polos que depende del ángulo de cada paso. El número de pasos por vuelta de estos motores suele ser de 200, 96, 48 o 24. El giro del motor se hace conectando secuencialmente las bobinas y atrayendo hacia ellas al rotor. Dependiendo de como se vayan activando esas bobinas podemos hacer girar el motor de tres modos diferentes:

Funcionamiento simple: Funcionamiento doble: Medio paso: Las bobinas se activan una a una por separado, de esta forma se consigue un poco menos de fuerza pero el consumo es menor.

Cada vez se activan dos bobinas, así el motor tiene más fuerza ya que son dos bobinas las que arrastran y sujetan el rotor.

Es una mezcla de las dos anteriores, primero se activa una bobina y luego dos, así el ángulo de los pasos se reduce a la mitad al igual que la velocidad.

Características del circuito:      

Permite controlar dos motores unipolares con 4 pulsadores o desde el PC. Velocidad regulable desde 1 a 255 milisegundos por paso. Dirección seleccionable. Modo de avance de medio paso o de paso completo. Desde el PC podemos activar en modo timer para que pare al cabo de un tiempo de 1 a 255 minutos. Desde el PC podemos enviar comando de avance de un número de pasos de 1 a 255.

Esquema:

Este circuito se ha diseñado pensando en los motores unipolares que son los más corrientes y más sencillos de manejar. El microcontrolador PIC16F627 es el componente principal, él se comunica con el PC a través de la UART a 9600 bps, recibe del PC las órdenes y contesta con el estado de los motores(velocidad, dirección, etc. Como el número de pines del PIC es limitado, dos de ellos(PB0 y PB3) se han usado para la conexión de los pulsadores P2 y P4 y además para el control de los indicadores LED1 y LED2, estos indican el estado de los motores, el LED1 indica el estado del motor 1 y el LED2 indica el estado del motor 2, si están parados los leds estarán apagados, si los motores están en pausa los leds estarán intermitentes y si están en marcha los leds estarán encendidos. La alimentación del circuito debe ir de acuerdo a la tensión de los motores que vamos a usar. Se ha puesto el diodo D1 para proteger el circuito ante las inversiones de polaridad.

El circuito integrado ULN2803 se compone de 8 drivers como el de la imagen que pueden manejar intensidades de hasta 500 mA., el PIC controla cada motor a través cuatro de estos drivers. Si no es suficiente intensidad para los motores que queremos controlar o se calienta demasiado necesitaremos poner cuatro transistores de potencia adecuados a la intensidad que consuma nuestro motor, pero normalmente el ULN ya es suficiente para la mayoría de motores.

Fu ncio nes de los

pulsadores: El pulsador P1 sirve para seleccionar el motor que vamos a controlar: si está sin apretar controlamos el motor 1 y si está pulsado controlaremos el motor 2, el resto de pulsadores P2, P3 y P4 nos permiten poner en marcha o parar el motor, variar la velocidad, etc.: Pulsador P1: Si no se pulsa se controla el motor 1 con el resto de pulsadores, si está apretado se controla el motor 2. Pulsador P2: Disminuye la velocidad si el motor está en marcha, si está parado lo pone en pausa y cada pulsación avanza un paso, si se mantiene apretado el motor girará continuamente a la izda. Pulsador P3: A cada pulsación pone en marcha o para el motor. Si se pulsa más de 5 segundos graba en la memoria del PIC el estado actual de los motores(velocidad, dirección, etc.) y será como estarán al encender. Si se mantiene pulsado y al mismo tiempo se pulsa P1 la dirección del motor será a la izda., y si en lugar de P1 se pulsa P4 irá a la dcha. Pulsador P4: Aumenta la velocidad si el motor está en marcha, si está parado lo pone en pausa y cada pulsación avanza un paso, si se mantiene apretado el motor girará continuamente a la dcha. Configuración del tipo de avance: Se enciende el circuito manteniendo un pulsador apretado, los leds se pondrán intermitentes para indicarlo; según el

pulsador que hayamos apretado el avance será de un paso o de medio, esta configuración será guardada permanentemente en la memoria del PIC: P1: Avance de medio paso en el motor 1.; P2: Avance de un paso en el motor 1.; P3: Avance de medio paso en el motor 2. ; P4 Avance de un paso en el motor 2.

Notas: 





  

Todos los motores tienen un límite para la velocidad máxima, dependiendo del tipo de motor y del número de pasos unos admiten más velocidad que otros. Para algunos motores el tiempo mínimo entre cada paso es de 5 milisegundos, si se pone menos vibran pero no giran. Las revoluciones por minuto dependen del número de pasos, a un motor de 200 pasos puesto a 2 milisegundos por paso le corresponden 150 R.P.M., a uno de 96 pasos 312 R.P.M., a uno de 48 pasos 625 R.P.M. y a uno de 24 1250 R.P.M. Si desde el ordenador queremos enviar un número de pasos determinado por ejemplo una vuelta- es mejor poner antes en pausa el motor para que esté alimentado antes y despues del giro y el eje quede sujeto. La diferencia entre pausa y paro es que en pausa el motor está alimentado y fijo en una posición, en paro el motor está sin alimentación y el eje libre. Si un motor está mucho tiempo en pausa puede calentarse demasiado especialmente si está en modo de avance doble. No todos los motores tienen unos cables de colores standart para distinguir las bobinas, pero algunos tienen naranja y amarillo para una bobina y marrón y negro para otra; otros tienen rojo y rojo-blanco para una y verde y verde-blanco para otra.

ontrolar la velocidad de un motor de 6 voltios con el 555 De:Veronica ... ([email protected]) Para: [email protected]

Saludandolo y agradeciendole su atención le escribo desde Lima para pedir su ayuda en un proyecto que me han dejado en la universidad, es sobre controlar la velocidad de un motor pequeño de 6 voltios reciclado, pero sin resistencias, sino por modulacion de ancho de pulso PWM, podemos usar los integrados que quisieramos. Gracias por su atención y tambien por su página de karate , gracias a ella le encontré en Facebook y me animé a escribirle.

Para controlar la velocidad de un motor entre un 5% hasta 95% de su marcha plena y no perder potencia se debe usar anchos de pulsos variables a voltaje constante, con esto no se pierde el torque del motor.

En este caso podemos usar el timer 555 en su forma astable controlando la carga y descarga de su condensador de temporización , esto lo conseguimos aislando los caminos de alimentación mediante diodos como se muestra en la figura:

Con el potenciometro de 5k controlamos la velocidad el BD679 es un par darlington en un solo envase y no es crìtico el reemplazarlo solo verificar que en colector pueda manejar la corriente que nos pide el motor, tambien se puede hacer una conexión darlington con un par de transistores defirentes siendo el de salida el que maneje la corriente de motor. El diodo en inversa se usa para encerrar los transitorios de desconexión de una carga inductiva como el motor y siempre debe estar presente antes de probar el circuito. Tambien es bueno desacoplar la fuente poniendo un condensador electrolitico de unos 220 uF entre + y - de la alimentación y muy cerca al integrado.

Reutilizar el motor de un lector CDROM Hoy tenemos un lector de CDROM para desguazar. Es un tanto antiguo, pero eso nos favorece. Como ya os podéis imaginar mientras más moderno es un cacharro, mayor grado de integración y más complicado es reutilizar sus componentes. Lo que me propongo es hacer funcionar el motor principal del CDROM, el que gira el disco a tropecientasmil revoluciones por minuto. Este tipo de motores son complicados de usar, ya que son prácticamente motores de AC trifásicos sin escobillas. Estos se componen de varias bobinas (generalmente 9) conectadas en triángulo, o también llamada configuración delta. En oposición a la configuración en estrella (wye) que permite un mayor torque a bajas velocidades, la configuración en triángulo permite más revoluciones, a costa de un arranque más lento. Además de las bobinas tienen algunos sensores de efecto Hall para determinar en qué posición está el rotor. Otro día haremos experimentos con estos sensores.

El truco es alimentar las bobinas en su momento oportuno o mejor, con un determinado desfase, pero NO es un motor paso a paso. Buscando por Internet encontraréis esquemas y proyectos que utilizan un micro para aplicar corriente alterna a las bobinas. El problema es que estos chismes están diseñados para funcionar con una señal sinusoidal y no cuadrada. Además si no usamos los sensores Hall seguramente no excitemos cada bobina a tiempo y tendremos unas pérdidas de aúpa.

Dentro de los diversos tipos que hay, podemos distinguir los que efectivamente cuentan con sensores Hall, y los que se sirven de la tensión inducida en las bobinas que en cada momento no estén activas, o miden la Fuerza Contraelectromotriz de cada bobina. El caso es que si queremos un circuito para alimentar al motor con el que podamos variar la velocidad de rotación y que sufra lo menos posible, los esquemas se complican. ¡Pero el motor funcionaba cuando estaba montado en su placa! Secuestrar el driver La solución técnicamente óptima es usar el propio driver que tenía la unidad lectora. Se tratará de un integrado como este:

Encontrar su datasheet es una tarea de chinos (a veces literalmente). Cada fabricante usa su propia referencia que no encontraréis en Google, o si la encontráis entenderéis por qué digo lo de chinos. Pero en realidad sólo hay un puñado de integrados diferentes y el resto son más o menos equivalentes. Buscad "spindle motor driver datasheet" y bajaos unos cuantos modelos. Después quedaos con la hoja que mejor se adapte al circuito que tengáis, en base a:  Número de patillas, forma y aspecto del integrado.  ¿El motor tiene sensores hall o no? Si los tiene, el driver debe incluir patillas para estos.  ¿Hay más motores que controle ese driver? Algunos integrados también llevan el motor del pick-up o de la bandeja. Si veis que esos motores van a parar al mismo integrado, debe indicarse en el datasheet.  Por último, casi todos los datasheet incluyen un ejemplo de aplicación. Y los fabricantes no le echan mucha imaginación, comprobad que en buena medida se corresponden. En mi caso descubrí que la referencia que veis arriba se corresponde con el patillaje del KA3020D. Cuyo datasheet podéis encontrar aquí. Y este esquema de ejemplo es muy parecido al que veo en la placa -es difícil asegurarlo, teniendo en cuenta que los componentes son SMD y el PCB tiene varias capas-.

Lo que vamos a hacer es, manteniendo el circuito soldado a la placa y sus componentes afines (alimentación, conectores, etc) tomaremos el control de algunas líneas. Las desconectaremos del microcontrolador principal y podremos controlar nosotros el motor. Para este propósito secuestraremos las siguientes líneas:  Start / Stop: Nos servirá para encender y apagar el motor.  Short Brake: Cuando está patilla se lleva a nivel alto, el driver aplica tensión a todas las bobinas por igual, frenando el motor. Esta no es la mejor forma de bajar gradualmente las revoluciones, pero dependiendo de la inercia de la carga y su velocidad, frenar utilizando torque inverso (lo vemos debajo) obliga al integrado a aguantar una corriente elevada hasta detener el motor, y puede calentarse más de la cuenta.  Ecr: Tensión de referencia.  Ec: Torque aplicado. Al variar esta tensión respecto a la de referencia, el integrado aplicará más o menos tensión al motor variando la velocidad. Cuando se aplica una tensión menor a Ecr el driver aplica un par de frenado (o torque inverso), que es menor que si aplicáramos la patilla de freno.

Con estas 4 líneas podemos aprovechar el driver mientras aún está en la placa del

CDROM. Basta con aplicar tensión a la placa procedente de una fuente de alimentación para PC y conectar nuestras líneas secuestradas:  Start/Stop a +5V.  Brake a 0V.  Ec: a 2.5V.  Ecr: potenciómetro para regular la velocidad. La velocidad es proporcional a Ecr - Ec.

Determinar la velocidad de rotación Ahora que somos dueños del motor, nos interesa saber la velocidad que alcanza a la máxima potencia. Hay muchas formas de medir esto, una que tenía más a mano es usar la tarjeta de sonido y el programa Xoscope. Si pudiéramos oír un 'tic' en cada vuelta del motor, sería inmediato determinar el periodo de rotación, y con él las RPM. Para oir ese 'tic' sin frenar el motor -eso es importante- atamos un hilo corto al eje y lo ponemos en marcha. Parte del hilo se enrollará mientras el extremo queda rotando con el motor. Ponemos una hoja de papel de forma que el hilo la toque de refilón en cada vuelta y visualizamos la señal en el PC.

En la imagen se aprecian picos de mayor amplitud (fruto del toque contra la hoja) y otros de menor amplitud, que no son otra cosa sino ecos del primero ya que el golpe contra la hoja no es seco. Medimos el periodo entre dos picos 'altos', y obtenemos 5056us. Lo que nos da un periodo de 197 vueltas por segundo o unas 11800 revoluciones por minuto. En esta tabla (tomada de Wikipedia), podemos ver la velocidad de giro en relación a la velocidad de lectura. El nuestro era un lector x52 por lo que esperaríamos un resultado de 10400 rpm. No obstante hemos obtenido más; es justo pensar que la limitación de x52 no está en el hardware que hace girar el CD sino en la misma circuitería del lector, además estamos girando en vacío, sin carga alguna por lo que esperamos más revoluciones. Discos de color Hay algunos experimentos curiosos con discos que giran. Aprovechando esta entrada

os voy a hablar de dos: el disco de Newton y el disco de Benham. El disco de Newton, como podéis ver debajo tiene varios colores pintados de tal forma que al girar da la sensación de ser blanco. Simplemente por la suma aditiva de luces. Con un prisma vemos que la luz blanca está compuesta por varios colores, aquí vemos el efecto contrario, componemos esa luz blanca a base de superponer colores a una velocidad mayor que el refresco de la retina.

El disco de Benham me resulta mucho más curioso. Se trata de una ilusión óptica por la cual un disco con un determinado diseño, pintado únicamente con tinta negra sobre fondo blanco, produce al girar la sensación de estar coloreado. Hay varios diseños, este que os pongo aquí es el que me ha dado mejor resultado.

Hay mucha información en Internet sobre ambos fenómenos y os animo a seguir investigando.

CIRCUITOS BASICOS En esta sección se colocaran circuitos sencillos de realizar y de bajo costo. Varios de ellos estan relacionados con los vistos en trabajos prácticos de la especilidad electrónica.

Amplificador con TDA 2002 El TDA 2002 es un amplificador integrado que puede entregar hasta 8

W con la alimentacion adecuada y sobre un parlante de 2 ohms. El circuito presentado a continuación corresponde al TDA 2002 alimentado con 12V y sobre un parlante de 4 ohms, utilizado en este caso como amplificador de un microfono electret. Se ha intercalado entre el MIC y el TDA un preamplificador de ganancia AV=-4. El potenciometro constituye el control de volumen. El sistema cuenta ademas con una entrada auxiliar sin control de volumen que es posible seleccionarla con una llave inversora. 

Esquema del circuito y plaqueta (PDF)

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Archivo de la plaqueta para Wincircuit (ZIP)

Todo el sistema se puede montar en una caja, incluyendo baterias recargables.

Interruptor por sonido El circuito en cuestion es una versión del ya conocido interruptor por sonido. Este permite por ejemplo encender un lámpara común de 220V 40W con el chasquido de los dedos o cualquier sonido del nivel calibrado por el potenciometro. Hay retención del estado, por lo tanto otro chasquido la apagará. Se puede colocar en un gabinete plastico de tamaño reducido y utilizar en la mesa de luz, ocupando poco lugar. Se recomienda emplear una fuente regulada (con 7812 por ejemplo) y rodear el sector del amplificador (los 2 transistores) con una pantalla metalica, impidiendo así la influencia de señales externas espureas que podrían disparar el circuito en forma no deseada. Es recomendable experimentar con el nivel de activación durante un tiempo, hasta lograr la calibración adecuada para el ambiente donde estará colocado..

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Esquema del circuito (PDF)

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Archivo de la plaqueta para Wincircuit (ZIP)

Programador de PIC Basico tipo JDM- Puerto serie. Existen, en Internet, muchos programadores de pics de uso libre, como el JDM, el TAIT, el PROPIC 2 y el TAFE, entre otros muchos. Sin embargo, antes de segir adelante debemos saber que ningún programador funciona sin un programa que lo opere, para ello existen también muchos utilitarios como el ICPROG, el PIC-ALL, el NOPPP, el PONY-PROG, etc. Cada programador y cada programa posee sus propias ventajas y desventajas, lo importante es escoger un programa que sea compatible con el programador elegido. PROGRAMADOR TIPO JDM En principio, para programar un PIC se requiere de una fuente de 5 volt para alimentarlo (Vdd) y otra fuente de 13 volt para programar o “quemar” el PIC (Vpp) lo que implica que debemos tener dos fuentes de voltaje para realizar la operación, lo que de entrada nos elevaría el costo. En el JDM (véase www.jdm.homepage.dk) cabe destacar “lo ingenioso del diseño” ya que emplea los voltajes disponibles del puerto serie de la computadora para que, mediante un arreglo con diodos y capacitares (llámese multiplicador de tensión integrado por D3, D4, D5, D6, C1 Y C2) se puedan obtener los más de 13V necesarios para programar cualquier PIC. Esto nos ofrece una gran ventaja, ya que no requerimos fuente de alimentación externa alguna convirtiendo el programador en un circuito “parásito” que en nuestro caso se alimenta del puerto serie de la computadora, logrando así abatir el costo más alto que representan las fuentes de alimentación. Otra ventaja que ofrece este programador es que no requerimos de un limitador de corriente para el caso de insertar un PIC dañado, ya que el circuito RS232 del puerto serie de la PC tiene su propio limitador de corriente. Sin embargo, no podemos tener toda la gloria, ya que para los que se dedican a la programación “in situ”, es decir, los que programan los PIC’s en el mismo circuito donde opera y el cual se diseña con un conector especialmente destinado para la programación, este programador o cargador de PIC’s no funciona ya que la tierra del circuito no es compatible con la tierra flotante de nuestro programador. Para tal caso, se supone que los que realizan este tipo de programación se dedican profesionalmente a ello, y por ende contarán también con un programador profesional que tenga sus propias fuentes de alimentación. Cabe recordar que el objetivo principal de nuestro prototipo es que sea económico, fácil de usar y confiable.

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Esquema del circuito (PDF)

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Archivo de la plaqueta para Wincircuit (ZIP)

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Tutorial para el uso del IC PROG_(PDF)

Vúmetro de cuatro leds El esquema del circuito mostrado es el de un vúmetro de cuatro leds basado en el uso de comparadores (se recomienda leer el apunte sobre el tema que se encuentra en la zona de descarga). Se fijan las tensiones de referencia mediante las resistencias en serie mostradas en el esquema. La adecuada selección de ellas determina la sensibilidad y el adecuado funcionamiento del circuito.

Por las carateristicas particulares del LM339 es necesario utilizar solo los semiciclos positivos de la señal vi, para lo cual se agrega el diodo 1N4001 mostrado. Este diodo junto con el capacitor de 100nf contituyen un rectificador de media onda. La buena elección del capacitor de 100 nf provoca una variacion suave de la iluminación de los leds, es posible cambiar ese capacitor a uno un poco mayor ( no mas de 10uf) para ajustar el efecto.La resistencia de 10K permite que el diodo se polarice adecuamente, ya que la poco corriente que toman los comparadores provocaría que esto no suceda. Es importante tambíen aclarar que las salidas de los comparadores del LM339 son del tipo open colector, por lo tanto siempre deberá colocarse una resistencia pull up a VCC ( en este caso 1K). La eleccion de esa resistencia depende de la carga que se desea alimentar,

pero se ha de tener en cuenta que cuando la salida pasa a cero esa corriente que antes la carga pedía cuando la salida estaba en uno, ahora debe absorberla el LM339 y por hojas de datos (current sink = coriente de sumidero) esta no debe superar 16 mA. Se recomienda obtener la hoja de datos de LM339. Se encuentra una copia en la zona de descarga.

Sonometro - Termometro - Timer (con PIC 16F818) El proyecto mostrado en la figura constituye una aplicacion del PIC 16F818, este incluye a diferencia del PIC16F84 un conversor analogico digital de 5 entradas multiplexadas. Lea la siguiente documentacion para conocer los detalles de este proyecto: Introduccion Click sobre la imagen para visualizar Plano esquematico del circuito

Apendice: Programa para PIC16F818 Tabla de niveles SPL y su efecto fisiologico Como elegir un sonometro?. Manual de un sonometro comercial Breve teoria del sonido

Archivo para Wincircuit de la plaqueta

IMPORTANTE EN XP Este es un parche para que el programa IcProg programas al Pic) funcione en Windows XP.

(Para pasar los

(Primero hay quitarle que el modo compatibilidad windows95 o 98)

- Al usar el IcProg en Windows XP apareceráán los mensajes

"Privileged instruction" y "Acces violation at address XXXXXXXX in module 'icprog.exe'. Read of address 00000000"

- se tienen que aceptar, luego de lo cual sse debe cerrar el software ICProg.

- Abrir nuevamente el IC-Prog y en el menú seleccionar la opción

Settings/Options/Misc

"Enable NT/2000/XP Driver". Aparecerá el mensaje "Before this driver will work, you must restart ICProg. Do you want to restart IC-Prog now?".

- Aceptar y el software será reiniciado. Apparecerá el mensaje "IC-Prog driver is not installed. Do you want to install this driver now".

- Aceptar para terminar la configuración.

- Después de esto, el software IC-Prog quedda listo para ser utilizado

Documentación Motor Paso a Paso sebest — Mié, 04/06/2011 - 09:04

Introducción: El motor Paso a Paso (PaP) es un dispositivo electromecánico que convierte impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control.

Tipos: Si bien existen diferentes tipos de motores, las característica principales a tener en cuenta son: 

Tensión de alimentación máxima soportada



Configuración de sus bobinas Estos datos obviamente se encuentran detallados en las hoja de dato correspondiente a cada motor. En caso excepcional de no disponer de la misma podemos recurrir a algunas observaciones y mediciones básicas que nos permitan discernir el tipo de motor. Observaciones y Mediciones: Si se desconoce la tensión máxima soportada por el motor, lo recomendable es usar tensiones bajas para probar. Si bien algunos motores podrían no funcionar con poca tensión, este es un ensayo no destructivo. La configuración interna de la bobinas es muy importante, si el motor PaP tiene solo 4 conectores este seguramente será un motor Bipolar, mediante un multímetro medimos la continuidad entre los conectores de esta forma encontraremos 2 conectores que tienen continuidad y los otros 2 conectores que también dan continuidad, esto se debe a que este tipo de motores están fabricados con 2 bobinas separadas, de esta forma es posible encontrar que conectores son cada bobina. Si bien las bobinas pueden ser conectadas de cualquier forma la "orientación" de la bobina da la dirección del motor, en caso de que el motor gire exactamente al revés de lo esperado hay que dar vuelta una de las bobinas. Si el motor tiene 5 o 6 conectores estaremos en presencia de un motor Unipolar. Para identificar las bobinas aislamos el cable(s) común que va a la fuente de alimentación, en el caso de motores con 6 cables, estos poseen dos cables comunes, pero generalmente poseen el mismo color, por lo que lo mejor es unirlos antes de comenzar las pruebas. Usando un

multimetro para medir la resistencia entre pares de cables, el cable común será el único que tenga la mitad del valor de la resistencia entre este y el resto de los cables. Esto se debe a que el cable común tiene una bobina entre este y cualquier otro cable, mientras que cada uno de los otros cables tienen dos bobinas entre ellos. De ahí la mitad de la resistencia medida en el cable común. Aplicamos un voltaje al cable común (generalmente 12 volts, pero puede ser más o menos), elegimos uno de los otros 4 cables y lo etiquetamos como A y lo conectamos a masa. Manteniendo el cable A conectado a masa, probar cuál de los tres cables restantes provoca un paso en sentido anti horario al ser conectado también a masa. Ese será el cable B. Desconectamos de masa al cable B y buscamos con que otro cable conectado a masa (con el cable A conectado a masa) provoca un paso en sentido horario, este será el cable D, el cable restante será el cable C. Secuencias de motor Bipolar: Estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro está determinado por la secuencia seguida.

PASO

TERMINALES

A

B

C

1

+I

-I

+I

2

+I

-I

-I

3

-I

+I

-I

4

-I

+I

+I

NOTA: Existen otras configuraciones de secuencias, con las cuales se pueden modificar los torques de los pasos, o la vibración del motor, se pueden ver en la hoja de datos la secuencia recomendada por cada fabricante.

Secuencia de motores Unipolares: Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención.

PASO

Bobina A

Bobina B

Bobina C

1

ON

ON

OFF

2

OFF

ON

ON

3

OFF

OFF

ON

4

ON

OFF

OFF

NOTA: Existen otras configuraciones de secuencias, con las cuales se pueden modificar los torques de los pasos, o la vibración del motor, se pueden ver en la hoja de datos la secuencia recomendada por cada fabricante. Diseño de la etapa de potencia: La etapa de potencia es diferente según el tipo de motor que se quiera controlar, los motores Bipolares requieren de un puente H. En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados como son los casos del L293 Mientras que los motores Unipolares pueden ser conectados mediante transistores. Es recomendable el uso de un ULN2803, el cual es una array de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Observaciones finales Luego de realizar la etapa de potencia y el firmware de control, es posible que el motor no funcione como lo esperado. Problemas frecuentes: 

El motor gire en sentido contrario a lo esperado. Esto se debe a una inversión en las bobinas, una posible solución sería invertir los cables de las bobinas.



El motor se mueve pero no gira correctamente. Es posible que no hayan sido bien identificadas las bobinas



El motor no se mueve. Posiblemente se este ejecutando la secuencia de forma correcta, pero a una velocidad mucho mayor a la admisible por el motor, en estos casos el motor suele hacer una especie de zumbido



El motor no se mueve y se lo nota frenado. No se esta ejecutando ninguna secuencia En todos los casos es recomendable revisar con un multimetro todas las conexiones y las tensiones de salida.

MOTORES PASO A PASO.

Capítulo 1: Introducción.

En muchas ocasiones se hace necesario convertir una energía eléctrica en otra mecánica; cuando dicha energía mecánica se requiere en forma rotacional, un motor es el elemento ideal para tal conversión.

Cuando se requiere un control preciso de la trayectoria a seguir por la mano o herramienta de un robot manipulador, es más sencillo y económico usar motores paso a paso que servomotores de c.c. con realimentación. Se obtienen una elevada exactitud y una muy buena regulación de la velocidad, aunque su mayor inconveniente es su no muy elevada velocidad angular o de giro.

Sus principales aplicaciones se pueden encontrar en robótica, tecnología aeroespacial, gobierno de discos duros y flexibles en sistemas informáticos, manipulación y posicionamiento de piezas y herramientas en general.

El motor de paso a paso es un elemento capaz de transformar pulsos eléctricos (información digital) en movimientos mecánicos. El eje del motor gira un determinado ángulo por cada impulso de entrada. El resultado de este movimiento, fijo y repetible, es un posicionamiento preciso y fiable.

Un motor de paso a paso puede girar, en ambos sentidos, un número exacto de grados, con incrementos mínimos determinados por el diseño.

Capítulo 2: Interacción de los campos electromagnéticos.

El principio de funcionamiento de los motores de paso a paso es muy sencillo. Se basa en las fuerzas de atracción y repulsión ejercidas entre polos magnéticos.

Teniendo en cuenta que los polos magnéticos del mismo signo se repelen, si los bobinados del estator 1, se alimentan de tal manera que éste se comporta como un polo norte y el estator 2 como un polo sur, el rotor imantado (imán permanente), si es giratorio, se mueve hasta alcanzar la posición de equilibrio magnético.

Si cambiamos por algún método, al alcanzar el rotor la posición de equilibrio que el estator cambie la orientación de sus polos, aquél tratará de buscar la nueva posición de equilibrio; manteniendo dicha situación de manera continuada, se conseguirá un movimiento giratorio y continuo del rotor. El rotor girará 180º cada vez que cambian las condiciones.

Capítulo 3 : Principio de funcionamiento de los motores paso a paso.

Si el estator consta de dos polos situados uno respecto al otro un ángulo de 90º, tendremos que el rotor giratorio irá posicionándose de las siguientes direcciones:

Sin aplicar corriente a ninguno de los estator el rotor estará libre sin posición alguna, en la de reposo.

Si se hace circular corriente por ambos estator como se indica en el dibujo nº 1 el rotor evolucionará de esa manera . Si invertimos la polaridad de la corriente que circula por E1, se obtendrá la situación magnética

indicada en el dibujo nº2 y rotor se verá desplazado hasta la nueva posición de equilibrio, es decir, ha girado 90º en sentido contrario a las agujas del reloj.

Invirtiendo ahora la polaridad de la corriente en E2, se llega a la situación nº 3 habiendo girado el rotor otros 90º. Si por fin, invertimos de nuevo el sentido de la corriente en E1, el rotor girará otros 90º y se habrá obtenido una revolución completa de dicho imán (rotor) en cuatro pasos de 90º. El motor descrito recibe el nombre de bipolar ya que, para obtener la secuencia completa, se requiere disponer de corrientes de dos polaridades. Al necesitarse dos corrientes opuestas y ser un serio incoveniente, se solventará introduciendo otros dos estator más.

Será un motor de cuatro estator y la corriente circulará en un solo sentido por ellos.

Se inyectará corriente a dos estator cada vez mediante unos interruptores debidamente secuenciados en sus aperturas y cierres.

Si se aplica corriente a E1 y E2 cerrando los interruptores I1 e I2 se generarán dos polos norte que atraerán al polo sur del rotor hasta encontrar la posición de equilibrio entre ambos. Si se abre posteriormente I1 y se cierra I3, por la nueva distribución de polos magnéticos, el rotor evoluciona hasta la situación de la figura 2. Siguiendo la secuencia de las figuras 3 y 4, de la misma forma se obtienen avances del rotor de 90º.

Si las secuencias de excitación se generan en orden inverso, el rotor girará en sentido contrario. Es un motor reversible y muy útil en los posicionamientos del eje según las necesidades de avanzar o retroceder.

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Capítulo 4: Aspectos constructivos.

Para permitir una mejor resolución por paso, se añaden más polos al estator; además en dichos polos se mecanizan una serie de dientes, al igual que en el rotor.

La construcción de un motor práctico consiste en un estator de dos electroimanes con un número n de pares de polos cada uno. Los polos norte y sur de cada uno están desplazados entre sí medio paso polar, al tiempo que entre los dos electroimanes existe un desplazamiento de un cuarto de paso polar, entre polos del mismo nombre.

El rotor de imán permanente se magnetiza con el mismo número de polos de uno de los electroimanes del estator. La interacción entre los polos del estator y los del rotor hace que, al aplicarse dos ondas cuadradas, desfasadas un cuarto de período entre sí, a las dos bobinas de los electroimanes, el rotor gire un cuarto de paso polar por cada cambio de polaridad de la tensión aplicada a las bobinas. Así, para un motor con doce pares de polos por bobina del estator, se producirán 48 pasos con doce pares de polos por bobina del estator, se producirán 48 pasos por revolución, es decir,7,5º por paso (paso polar, 360/12= 30).

Los valores de ángulos más corrientes son:

Los tipos de motores paso a paso son tres:

1º. De imán permanente:

Está formado por un estator de forma cilíndrica, con un cierto número de bobinados alimentados en secuencia, que crean un campo magnético giratorio de manera discontinua. El rotor, concéntrico con el estator y situado sobre el eje, contiene un imán permanente magnetizado, que en cada instante tenderá a alinearse con el campo magnético creado.

Su principal ventaja es que su posicionamiento no varía aun sin excitación y en régimen de carga debido a la atracción entre el rotor y los entrehierros del estator.

2º. De reluctancia variable.

El estator presenta la forma habitual, con un número determinado de polos electromagnéticos. Sin embargo, el rotor no es de imán permanente sino que está formado por un núcleo de hierro dulce de estructura cilíndrica pero con un cierto número de dientes tallados longitudinalmente a lo largo de su superficie lateral.

Cuando una corriente circula a través del bobinado apropiado, se desarrolla un momento que hace que el rotor gire a la posición en la cual la reluctancia del circuito sea mínima. Cuando se hace pasar una corriente a través de otro bobinado, el punto de reluctancia mínima se genera en otra posición, produciendo el giro del rotor a esa nueva posición.

En los dibujos siguientes se muestra un motor de paso a paso de reluctancia variable, constituido por tres devanados, E1, E2 y E3, excitados secuencialmente y por un rotor con cuatro dientes, D1,D2,D3 y D4.

Cuando el primer arrollamiento E1, recibe alimentación, atraerá al rotor hasta que el diente más cercano, por ejemplo, D1, se alinee con el campo. Al llegar la excitación a E2, el diente D2 será el más próximo, con lo que el rotor girará 30º. De la misma forma, con el siguiente impulso aplicado a E3, será el diente D3 el alineado, girando otros 30º. Al restituir la alimentación a E1, el atraído será D4, con lo que se vuelve a avanzar un ángulo similar a los anteriores.

La principal ventaja es su elevada velocidad de accionamiento. Y su principal desventaja es que en condiciones de reposo (sin excitación) el rotor queda en libertad de girar y, por tanto, su posicionamiento en régimen de carga dependerá de su inercia y no será posible predecir el punto exacto de reposo.

3º. Híbridos.

Son combinación de los dos tipos anteriores; el rotor suele estar constituido por anillos de acero dulce dentado en un número ligeramente distinto al del estator y dichos anillos montados sobre un imán permanente dispuesto axialmente. Se obtienen importantes pares de accionamiento, un gran número de pasos por vuelta y una frecuencia de trabajo elevada.

Capítulo 5: Características mecánicas.

Par dinámico o de trabajo :

Es el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algún impulso de excitación del estator y dependiendo, de lacarga .

El fabricante ofrece las curvas denominadas de arranque sin error y que relaciona el par en función del número de pasos.

Par de mantenimiento:

Es el par requerido para desviar, en régimen de excitación, un paso el rotor cuando la posición anterior es estable; es mayor que el par dinámico y actúa como freno para mantener el rotor en una posición estable dada.

Par de detención:

Es un par de freno que, siendo propio de los motores de imán permanente, es debido a la acción del rotor cuando los devanados estatóricos están desactivados. Estos momentos se expresan en miliNewton por metro.

Momento de inercia del rotor:

Es su momento de inercia asociado que se expresa en gramos por centímetro cuadrado.

Ángulo de paso:

Avance angular producido bajo un impulso de excitación, o sea, los grados de cada paso.

Números de pasos por vuelta:

Es la cantidad de pasos que ha de efectuar el rotor para realizar una revolución completa.

Frecuencia de paso máxima:

Es el máximo número de pasos por segundo que el rotor puede efectuar obedeciendo a los impulsos de control.

Capítulo 6: Características desfavorables de los motores paso a paso.

Rango de velocidad limitada: El bobinado del estator constituye una carga inductiva, que limita la velocidad de conmutación de la corriente del bobinado. Además el magnetismo remanente del rotor crea una caída de tensión inductiva que agrava la conmutación.

Estos efectos limitan la máxima velocidad con que el motor puede moverse, pero pueden mejorarse considerablemente utilizando un adecuado control de corriente.

Resonancia:

La característica no amortiguada de un motor paso a paso hace que trabajando con pasos incrementales pequeños el motor se mueva bruscamente. Con cada paso se provoca unas subidas de tensión que se amortiguan poco a poco.

Si la frecuencia del paso se hace igual a la frecuencia propia de oscilación del motor éste, inevitablemente, se pondrá en oscilación no amortiguada, con lo cual el eje se moverá enérgicamente en vaivén. Se han desarrollado dispositivos amortiguadores mecánicos para conseguir un movimiento más suave, pero estas cargas permanentes en el eje hacen, normalmente, que la eficiencia del motor paso a paso, que es de sí muy baja, caiga por debajo de niveles aceptables.

La mejora se consigue en un movimiento lineal si la forma de operación es por micropasos, de forma que puede utilizarse una serie de engranajes para transferir la potencia del motor.

Baja eficiencia:

Un motor paso a paso activado disipa una gran cantidad de energía en la parte resistiva de los arrollamientos del estator. Si se mantiene estacionario el eje, la resistencia es el factor limitador de la corriente de perdí-

das; también el par (momento de torsión) a la velocidad crítica es necesariamente alto. Los circuitos basados en excitación por corriente mejoran la característica dinámica de los estos motores en cierta medida pero, desafortunadamente, las fuentes de corriente lineales tienen un rendimiento francamente bajo.

Si se usan fuentes de corriente conmutadas de alto rendimiento, evitamos los problemas anteriores. La intensidad que atravesará los arrollamientos del estator es totalmente programable, el diseñador puede conseguir reducir significativamente la disipación total del motor parado.

Resolución limitada:

Los motores paso a paso se clasifican según el número de pasos que es capaz de dar por revolución (vuelta). Usando el modo de micropasos, esta especificación no tiene mucha importancia y un motor de tipo específico puede, por lo tanto, funcionar mucho mejor de lo que esta especificación indica.

Capítulo 7: Formas de alimentación.

De acuerdo con sus características, la alimentación requiere ciertas consideraciones a tener en cuenta según los distintos métodos:

A tensión fija:

Cuando un motor paso a paso se alimenta a tensión constante, el par decrece al aumentar la frecuencia de paso; ello es debido al aumento de las fuerzas contraelectromotrices, produciéndose simultáneamente una pérdida de potencia útil por el retardo que sufre el aumento de corriente hasta alcanzar su valor máximo.

A corriente constante:

Si el inconveniente anterior se trata de paliar con un aumento de la tensión de alimentación, la corriente de excitación aumentará creando problemas de disipación de calor, llegando incluso a la destrucción del motor. El sistema de corriente constante mantiene la corriente media a un valor fijo, mediante el troceado de la corriente de entrada, conectando y desconectando la alimentación. Este método es muy adecuado en aplicaciones que requieren aceleraciones rápidas o cambios de frecuencia.

A dos niveles de tensión:

Consiste en aplicar una tensión elevada durante los avances de paso para, una vez sacado del reposo el rotor, disminuir la tensión a un nivel considerablemente más bajo; con ello se consigue una reducción de la potencia disipada y un aumento del par en el arranque. Este método es ideal para aquellas aplicaciones donde la separación entre pasos sea elevada, reduciendo, por tanto, la potencia consumida y pudiendo conservar el par de mantenimiento.

Capítulo 8: Modos de funcionamiento.

Existen dos formas básicas de hacer funcionar los motores paso a paso atendiendo al avance bajo cada impulso de excitación y otra más compleja, llamada de micropasos:

Paso completo:

El rotor avanza un paso completo por cada pulso de excitación.

Medio paso:

El rotor avanza medio paso por cada pulso de excitación, presentando como principal ventaja una mayor resolución de paso, ya que disminuye el avance angular.

Micropasos:

El rotor avanzará un ¼, 1/8, 1/16, y hasta 1/32 de paso. El método para conseguir estos micropasos es transformar combinaciones digitales en valores analógicos de tensión mediante D/A que actuarán sobre PWM que inyectarán corrientes proporcionales a las anchuras de los impulsos.

Capítulo 9: Tipos de motores según el nº de bobinas del estator.

Motor bipolar:

Dispone de dos bobinas estatóricas independientes por las cuáles circulará corriente en ambos sentidos.

Motor unipolar:

Dispone de cuatro bobinas estatorias por las cuáles circulará corriente en un solo sentido.

Las conexiones según el fabricante pueden ser las descritas en los dibujos siguientes:

1ª: ocho hilos al exterior.

2ª: seis hilos al exterior.

3ª: cinco hilos al exterior.

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Capítulo 11: Circuito de control.

De lo expuesto anteriormente podemos deducir que un motor paso a paso requiere de una determinada secuencia para funcionar correctamente, aparte de unas peculiaridades de alimentación; sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones se pretende que un motor paso a paso avance pasos en función de una serie de pulsos de control u órdenes de mando a razón de un pulso, un paso o un medio paso, además de otras señales que indiquen sentido de giro, inhibición, etc.

En muchas aplicaciones, el propio circuito de control es incapaz de controlar el nivel de corriente suficiente para gobernar el motor, en

cuyo caso se hace necesario añadir una etapa de potencia que consiga su excitación. El sistema o dispositivo que se desee arrastrar o desplazar está representado por la carga mecánica, acoplada de alguna forma al rotor del motor.

Circuito de control, excitación y motor bipolar.

Conexión para motor unipolar.

¿Puede conexionarse un motor unipolar como uno bipolar? Un motor unipolar puede conectarse de tres formas diferentes, como se verá en las figuras.

El primer método, mostrado en la figura requiere menos corriente a través de los arrollamientos puestos en serie para evitar el sobrecalentamiento y/o saturación del motor. Además el aumento de la inductancia del estator produce un valor considerablemente más bajo de la corriente de arranque.

El segundo método está basado en crear una toma intermedia en el arrollamiento total. En principio este método hace que siempre esté cortocircuitado al positivo de la alimentación medio arrollamiento. Comparado con el método anterior, tiene la ventaja de una inductancia total menor pero el hecho de cortocircuitar medio arrollamiento trae como consecuencia un aumento significativo de la disipación de calor en el motor, debida a la inevitable corriente inductiva que se cortocircuita; ésta presenta como único beneficio el que se asegura una buena característica amortiguada, con lo cual el movimiento del eje se hace relativamente más suave.

La última forma de conexión se basa en el uso individual de los bobinados del estator como si de un motor bipolar se tratara. En el caso de que los dos arrollamientos del estator no estén conectados internamente en el motor, es preferible la conexión antiparalelo. Una conexión paralelo normal hará que los campos sean opuestos, con lo cual el eje del motor se mantiene parado.

Capítulo 12: Aplicación práctica del circuito integrado para control de motores paso a paso: SAA 1042.

Fases de la aplicación del SAA 1042.

Fase cero: ¿ del circuito?

Dónde puedo

encontrar

las

características

Actualmente con encontrar un ordenador conectado a INTERNET y usar un “ buscador “ y escribiendo la referencia del componente nos aparecerán las direcciones donde encontrar sus características.

1ª Fase de la aplicación: ¿ Quién controlará el circuito ?

El integrado va estar controlado por un microcontrolador cuya alimentación es de 5v.

2ª Fase: ¿ Hay compatibilidad en niveles de tensión entre los dos integrados?

Este integrado dispone de una circuitería lógica que puede ser conectada a 5v.

3ª Fase: ¿ El motor paso a paso que quiero usar qué tensión se le puede aplicar y qué corriente máxima puede circular por cada estator ?

El motor puede trabajar entre 5 y 6 voltios y consume unos 500 mA en funcionamiento estático.

4ª Fase: ¿ El driver del integrado puede hacer funcionar el motor ?

Este circuito puede hacer funcionar el motor ya que la tensión mínima del driver es de 6 voltios y puede controlar hasta los 500 mA poniéndole un disipador de calor a las aletas que trae de fabricación.

5ª Fase: Familiarizarse con el integrado SAA 1042.

a) a) Dirección de rotación del motor: 5v hacia la derecha y 0v hacia la izquierda por ejemplo, aunque depende de las conexiones hechas con los estator.

b) b) Habilitación de los drivers y del motor : se conecta la resistencia Rb a masa. Esto se suele hacer con un transistor funcionando como interruptor para conectar a masa la resistencia Rb.

El valor de Rb se determina en la gráfica nº 2 de las hojas de características. En nuestro caso : Vm= 6v, Imotor= 500 mA luego Rb= 10k.

c) c) Valor del diodo zener limitador de tensiones de pico en las bobinas al interrumpir la corrientes que las atraviesan.

Vclamp= Vmáx. Vmáx= Vm + 6 v. Vz= Vmáx - Vm - VF VF= V de los diodos de recirculación. VF=? Se mira la figura 4 y para una Im= 500 mA nos da VF= 3,5 v. El máximo voltaje permitido en la salidas es Vm + 6v. En esta aplicación, será pues 6v + 6v= 12 v.

Vz= 6v – 3,5= 2,5 v.