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Instituto Tecnológico Superior de Teziutlán Reporte de Práctica “MICROCONTROLADORES” Manejo de puertos, control de giro de un motor DC

PRESENTADA POR: Bandala Escobar Erick Alejandro Del Valle Morales Misael Landa Mujica David León NO. DE CONTROL:

13TE0352 13TE0526 12TE0371 ACTIV 07 INICIAL DEL ALUMNO UNIDAD V GRUPO “A”

LICENCIATURA EN: INGENIERÍA MECATRÓNICA DE LA ESPECIALIDAD EN: AUTOMATIZACION DE PROCESOS

DOCENTE: I.R.I. MARIO EDUARDO AGUILAR ORTHA Teziutlán, Puebla; Mayo 2016

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TEZIUTLÁN

Contenido Ilustraciones .......................................................................................................................................................... 3 Introducción .......................................................................................................................................................... 4 Justificación ........................................................................................................................................................... 5 Antecedentes ......................................................................................................................................................... 6 Microcontroladores PIC ...................................................................................................................................... 6 Historia ................................................................................................................................................................ 7 PIC 18F4550 ....................................................................................................................................................... 7 Pines del PIC 18F4550 ........................................................................................................................................ 8 Puertos del PIC 18F4550 .................................................................................................................................... 8 Registros Asociados Con Los Puertos ................................................................................................................ 9 Lenguaje C .......................................................................................................................................................... 9 Motor DC .......................................................................................................................................................... 10 Teclado Matricial 4x4 ....................................................................................................................................... 11 Puente H ............................................................................................................................................................ 12 Desarrollo Practico .............................................................................................................................................. 14 Conclusión ............................................................................................................................................................ 20 Bibliografía ........................................................................................................................................................... 21

Ilustraciones Ilustración 1 PIC 18F4550 ........................................................................................................................................ 6 Ilustración 2 Pines del PIC 18F4550 ......................................................................................................................... 8 Ilustración 3 Ejemplo general de lo que sucede durante la compilación de programa de un lenguaje de programación de alto nivel a bajo nivel ................................................................................................................ 10 Ilustración 4 Esquema del funcionamiento de un motor de C.C. ........................................................................... 11 Ilustración 5 Teclado Matricial .............................................................................................................................. 12 Ilustración 6 Estructura de un Puente H Marcado en color Rojo........................................................................... 13 Ilustración 7 Diagrama 1 ....................................................................................................................................... 14 Ilustración 8 Diagrama 2 ....................................................................................................................................... 15 Ilustración 9 Diagrama 3 ....................................................................................................................................... 16 Ilustración 10 Software MPLAB X IDE.................................................................................................................... 17 Ilustración 11 Selección del compilador XC8 ......................................................................................................... 17 Ilustración 12 Parte del código .............................................................................................................................. 18 Ilustración 13 Simulación ...................................................................................................................................... 18 Ilustración 14 Simulación 2 ................................................................................................................................... 19 Ilustración 15 HIDBOOTLOADER ........................................................................................................................... 19

Introducción

Las técnicas de control de motores DC son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico de electrónica de potencia. La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje. La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregará más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada. Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor.

Justificación Para la siguiente práctica se busca que el estudiante logre conocer el funcionamiento de un puente H además también de aprender sobre el en base de la hoja de datos justo también el control con nuestro PIC puesto que con este podemos hacer que nuestro puente H invierta el giro de nuestros motores, podemos realizar giros hacia la derecha e izquierda, además de un avance.

Antecedentes Microcontroladores PIC PIC es una familia de Arquitectura de Harvard modificados microcontroladores fabricados por Microchip Technology, derivados de la PIC1650 desarrollado originalmente por General Instrument División de Microelectrónica 's. El nombre de CFP se refirió inicialmente al controlador de interfaz de periféricos. Las primeras partes de la familia estaban disponibles en 1976; para el año 2013 la compañía había vendido más de doce millones de piezas individuales, que se utilizan en una amplia variedad de sistemas embebidos. Los primeros modelos de PIC había memoria (ROM) o EPROM programable en campo para almacenamiento de programas, algunos con posibilidad de borrar la memoria de sólo lectura. Todos los modelos actuales utilizan memoria flash para almacenamiento de programas y modelos más nuevos permiten reprogramar el PIC a sí mismo. La memoria de programa y memoria de datos se separan memoria de datos es de 8 bits, 16 bits y en los últimos modelos, de 32 bits de ancho. Las instrucciones del programa varían en el bit de recuento por la familia del PIC, y pueden ser de 12, 14, 16 o 24 bits de longitud. El conjunto de instrucciones también varía según el modelo, con chips más potentes añadiendo instrucciones de procesamiento de señales digitales funciones.

Ilustración 1 PIC 18F4550

Historia El CFP original fue construido para ser utilizado con el de General Instrument nueva CP1600 de 16 bits Unidad central de procesamiento (CPU). Aunque, en general una buena CPU, la CP1600 tenía mala E/S de rendimiento, y el PIC de 8 bits fue desarrollado en 1975 para mejorar el rendimiento de todo el sistema mediante la descarga de tareas de E/S de la CPU. El PIC usa sencilla micro código almacenado en la memoria ROM para llevar a cabo sus tareas, y aunque el término no se utiliza en el momento, que comparte algunas características comunes con RISC diseños. En 1985, General Instrument escindió su microelectrónica división y el nuevo propietario canceló casi todo - que para entonces era en su mayoría fuera de fecha. El PIC, sin embargo, se ha actualizado con una interna EPROM para producir un programable controlador de canales. Hoy en día, una gran variedad de fotos está disponibles con varios periféricos a bordo (comunicación en serie módulos, UART, los huesos de control de motores, etc.) y la memoria de programa de 256 palabras para 64k palabras y más (una "palabra" es una instrucción de lenguaje de montaje, variando en longitud de 8 a 16 bits de, dependiendo de la PIC específico micro familia). PIC y son marcas registradas de Microchip Technology. En general se cree que el CFP es sinónimo de controlador de interfaz de periféricos, aunque siglas originales general Instruments para los dispositivos iniciales PIC1640 y PIC1650 era "Controlador de Interfaz Programable". El acrónimo fue rápidamente reemplazado por "Computer inteligente programable". El Microchip 16C84 (Pic16f84), introducido en 1993, fue la primera CPU del microchip con memoria EEPROM en el chip. En 2013, Microchip estaba enviando más de mil millones microcontroladores PIC cada año. (www.rakeshmondal.info/pic18f4550, 2011)

PIC 18F4550 El PIC18F4550 es uno de los más populares microcontroladores cuando de conectividad USB se trata, tiene más memoria RAM EEPROM, y FLASH que el común de la familia PIC16F. Ideal para pequeñas potencias (nanovatio) y aplicaciones de conectividad que benefician de la disponibilidad de los tres puertos seriales: FS-USB (12 Mbit / s), I²C ™ y SPI ™ (hasta 10 Mbit/s). Su gran capacidad de memoria RAM para almacenamiento temporal y su memoria FLASH de programa mejoradas hacen que sea ideal para el control integrado y aplicaciones de monitoreo que requieren conexión periódica con un ordenador personal a través de USB para la carga / descarga de datos y / o actualizaciones de firmware. Principales Características: 

Puerto USB V2.0 que puede trabajar en modo low speed (1.5 Mb/s) y Full speed(12 Mb/s).



RAM 1-Kbyte accesible por USB.



Reloj externo hasta de 48 MHz.



Oscilador interno de 31 KHz – 8 MHz configurable por software.



Pines con salida de alta corriente de hasta 25 mA.



4

timers

de

los

cuales:

hasta

2

pueden

ser

utilizados

como

módulos

de

captura/comparación/PWM. 

Puerto USART con soporte para comunicaciones MSSP, SPI e I²C.



Hasta 13 canales ADC de 10 bits.



Memoria FLASH con 100,000 ciclos de lecturas escritura típicos.



Memoria EEPROM con 1,000,000 ciclos de lectura escritura típicos y retención de datos de hasta 40 años.



Programación con código de protección.



Programación ICSP vía dos pines.

Pines del PIC 18F4550

Ilustración 2 Pines del PIC 18F4550

Puertos del PIC 18F4550 Los 40 pines del PIC se dividen en 5 puertos, de estos pines 35 son Input/Output. Puertos Número de pines Pin Nombre: 

PORTA 7 RA0-RA6



PORTB 8 RB0-RB7



PORTC 7 RC0-RC2, RC4-RC7(Compruebe el diagrama de pines)



PORTD 7 RD0-RD7



PORTE 4 RE0-RE3

Registros Asociados Con Los Puertos TRISx: donde X es el nombre de los puertos ya sea de A, B, C, D, E. Por ejemplo, TRISA, etc. Este registro TRISB asigna la dirección de los pasadores (entrada o salida). Por ejemplo "TRISB = 0xF0", para poner todos los pines en el puerto B a la salida. LATx: El pestillo registra rojos y modifica la operación de escritura en el valor del pin de E / S y almacena los datos de salida que se va a pasar en el hardware externo. PORTx: Lee el nivel de dispositivo, almacena el nivel de entrada de los pasadores y lee y registra la señal de entrada desde el dispositivo externo si el pin es configurado como entrada. (pic18f4550+microcontroller)

Lenguaje C El microcontrolador ejecuta el programa cargado en la memoria Flash. Esto se denomina el código ejecutable y está compuesto por una serie de ceros y unos, aparentemente sin significado. Dependiendo de la arquitectura del microcontrolador, el código binario está compuesto por palabras de 12, 14 o 16 bits de anchura. Cada palabra se interpreta por la CPU como una instrucción a ser ejecutada durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las instrucciones que el microcontrolador puede reconocer y ejecutar se les denominan colectivamente Conjunto de instrucciones. Como es más fácil trabajar con el sistema de numeración hexadecimal, el código ejecutable se representa con frecuencia como una serie de los números hexadecimales denominada código Hex. En los microcontroladores PIC con las palabras de programa de 14 bits de anchura, el conjunto de instrucciones tiene 35 instrucciones diferentes. El lenguaje C dispone de todas las ventajas de un lenguaje de programación de alto nivel (anteriormente descritas) y le permite realizar algunas operaciones tanto sobre los bytes como sobre los bits (operaciones lógicas, desplazamiento etc.). Las características de C pueden ser muy útiles al programar los microcontroladores. Además, C está estandarizado (el estándar ANSI), es muy portable, así que el mismo código se puede utilizar muchas veces en diferentes proyectos. Lo que lo hace accesible para cualquiera que conozca este lenguaje sin reparar en el propósito de uso del microcontrolador. C es un lenguaje compilado, lo que significa que los archivos fuentes que contienen el código C se traducen

a lenguaje máquina por el compilador. Todas estas características hicieron al C uno de los lenguajes de programación más populares.

Ilustración 3 Ejemplo general de lo que sucede durante la compilación de programa de un lenguaje de programación de alto nivel a bajo nivel

Motor DC El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción que se genera del campo magnético. Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre un núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones). El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas. Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) también se utilizan en la construcción de servomotores y motores paso a paso. Además, existen motores de DC sin escobillas llamados brushless utilizados en el aeromodelismo por su bajo torque y su gran velocidad. Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas de control de motores CD.

Ilustración 4 Esquema del funcionamiento de un motor de C.C.

Teclado Matricial 4x4 Un teclado matricial es un simple arreglo de botones conectados en filas y columnas, de modo que se pueden leer varios botones con el mínimo número de pines requeridos. Un teclado matricial 4x4 solamente ocupa 4 líneas de un puerto para las filas y otras 4 líneas para las columnas, de este modo se pueden leer 16 teclas utilizando solamente 8 líneas de un microcontrolador. Si asumimos que todas las columnas y filas inicialmente están en alto (1 lógico), la pulsación de un botón se puede detectar al poner cada fila a en bajo (0 lógico) y checar cada columna en busca de un cero, si ninguna columna está en bajo entonces el 0 de las filas se recorre hacia la siguiente y así secuencialmente.

Ilustración 5 Teclado Matricial

Puente H Un Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos. El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor. Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4.

Ilustración 6 Estructura de un Puente H Marcado en color Rojo

Desarrollo Practico Para la realización de esta práctica es necesario primero realizar un diagrama de flujo que nos ayudara a visualizar de una manera más sencilla que es lo que necesitamos en nuestro programa.

Ilustración 7 Diagrama 1

Ilustración 8 Diagrama 2

Ilustración 9 Diagrama 3

Una vez que realizamos nuestro diagrama lo siguiente es realizar nuestro código con ayuda del software MPLAB X IDE.

Ilustración 10 Software MPLAB X IDE

Una vez que se ha abierto el programa lo que prosigue es realizar un nuevo proyecto, el cual al ser configurado se le asignara el nombre de MOTOR_1 y al seleccionar el compilador seleccionaremos XC8.

Ilustración 11 Selección del compilador XC8

Una vez que creamos nuestro proyecto se deben configurar algunas cosas con respecto a lo que estaremos utilizando y una vez que esto se realiza podemos comenzar a realizar nuestro código.

Ilustración 12 Parte del código

Una vez que tenemos nuestro código procedemos a hacer una simulación con ayuda del software ISIS Proteus.

Ilustración 13 Simulación

Ilustración 14 Simulación 2

Una vez que terminamos nuestro código lo que prosigue es cargar nuestro programa a la tarjeta PINGÜINO con ayuda del HIDBOOTLOADER.

Ilustración 15 HIDBOOTLOADER

Por último, una vez realizado el que se cargue el programa se puede observar su funcionamiento.

Conclusión Con la realización de esta práctica los alumnos tienen el conocimiento para poder realizar el control de motores a partir de la tarjeta de desarrollo pingüino, puesto que dependiendo del driver que ocupes para el tipo de motor pues hay que conocer la corriente máxima que soporta y así evitar daños en el circuito de control.

Bibliografía Electronica Basica. (2014). Obtenido de http://www.electronica-basica.com/luxometro.html NXP. (2015). NXP. Obtenido de http://www.nxp.com/products/discretes-and-logic/logic/schmitttriggers:MC_29503 pic18f4550+microcontroller. (s.f.). pic18f4550+microcontroller. Recuperado el 10 de MARZO de 2016, de pic18f4550+microcontroller: https://www.google.com.mx/webhp?hl=es-419#hl=es419&q=pic18f4550+microcontroller Poole, I. (2015). Radio-Electronics. Obtenido de http://www.radioelectronics.com/info/circuits/opamp_schmitt_trigger/op_amp_schmitt_trigger.php Sinha, S. (28 de Noviembre de 2011). Electronica: Teoría y Practica. Obtenido de http://electronicateoriaypractica.com/category/schmitt-trigger/ www.rakeshmondal.info/pic18f4550. (2011). www.rakeshmondal.info/pic18f4550. Recuperado el 10 de MARZO de 2016, de www.rakeshmondal.info/pic18f4550: https://translate.google.com.mx/translate?hl=es419&sl=en&u=http://www.rakeshmondal.info/pic18f4550-microcontroller&prev=search