1 TUTORIAL III V2 (PaP) OBJETIVOS Conocer el manejo de los motores paso a paso. Reforzar conceptos sobre el manejo de puertos I/O. Realizar lecturas de puertos y toma de decisiones basadas en estas. INTRODUCCIÓN Los motores paso a paso (PAP) son motores muy utilizados en labores donde se requiere precisión más que torque. Su uso es muy extendido en unidades de computadora (discos duros, disqueteras, CDrom, etc) y en aplicaciones robóticas donde no se pretenda mover grandes cargas. El control de motores PAP con microcontroladores es muy utilizado y fácil de implementar, para ello solo se necesita generar una secuencia sencilla. Los microcontroladores como tal no están diseñados para suministrar grandes cantidades de potencia a cargas como motores, sus pines están diseñados para entregar pequeñas cantidades de corriente ya que estos son interfaces a circuitos digitales de baja potencia. Es por ello que se requiere una interfaz que permita suministrar potencia al motor, en esta práctica usaremos el circuito integrado ULN 2803 el cual permite manejar motores PAP de relativamente bajo consumo, para motores más grandes es necesario el uso de transistores discretos (Darlington, TIP). Los motores PaP pueden ser Monofásicos o Bifásicos según su diseño y conexión, de modo que pueden tener 5, 6 y 8 cables exteriores para su conexión. La razón de ser de tales opciones de cables exteriores es la siguiente: los PaP tienen 4 bobinas internas de 2 terminales cada una. Son en total 8 cables, que se pueden asociar de cierta manera para que se pueda dar una secuencia de movimiento. Así, todos los cables B se pueden conectar a Tierra y se alimenta con V+ por los terminales A de cada bobina. También se puede por ejemplo conectar todos los terminales A a V+ y activar el movimiento conectando secuencialmente los B a tierra. Identificar los terminales A y B de un PaP es fácil, y depende del número de Cables externos del motor: 8 cables implican que al multímetro una pareja de cables mostrara una resistencia de 5 a 10Ω que corresponde a una de 4 bobinas y cada uno de los cables de esa pareja resistencia infinita con las otras bobinas ya que no están conectadas. 1
2 6 cables implica que hay 2 cables que son comunes cada uno a dos bobinas, como si se conectaran por ejemplo 2 terminales A de dos bobinas y dos terminales A de las otras dos bobinas. Entonces para ese par especial de cables al multímetro, cada uno mostrará de 5 a 10Ω de resistencia con otros dos cables que, para el ejemplo, corresponden a los B de las dos bobinas a los que están conectados. 5 cables se consigue al unir los cables Aa y Ab mostrados en la figura para 6 cables. Esto simplifica mas las cosas ya que conectando tal terminal A a V+ ponemos los terminales B a tierra para activar los pasos. O lo contrario, A a tierra y activamos por líneas B con pulsos de V+. Con el multímetro la resistencia entre A y el resto de cables es diferente de 0, por lo que es de fácil localización. Una vez dicho esto se pueden enunciar las secuencias de pulsos que mueven correctamente los motores PaP (Asumiendo que la activación se hace enviando pulsos de V+ a los terminales B) SECUENCIAS A SER GENERADAS: En esta práctica manejaremos tres tipos de secuencia para el movimiento de un motor PaP. La secuencia normal, la secuencia wave drive y la secuencia de medio paso. Se busca que por medio de swiches en pines de entrada del microcontrolador se controle cual de las secuencias va a ser ejecutada. Las secuencias serian las siguientes, el motor se supone conectado de tal forma que al accionar los siguientes pines se garantiza movimiento continuo en una dirección. Secuencia normal: RD0 RD1 RD2 RD3 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 Y se repite. Secuencia wave drive: RD0 RD1 RD2 RD3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 Y se repite. 2
3 Secuencia de medio paso: RD0 RD1 RD2 RD3 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 Y se repite. En los pines RA0 y RA1 estará conectado dos swiches de modo que se seleccione la secuencia a ser ejecutada de la siguiente manera: RA0 RA1 Secuencia 0 0 Ninguna (todos los pines en cero) 0 1 Normal 1 0 Wave Drive 1 1 Medio paso Recuérdese introducir entre cada paso de la secuencia un retardo de aproximadamente 100ms, este retardo será el responsable de controlar la velocidad del motor, a mayor retardo el motor se moverá mas lentamente, un retardo demasiado pequeño puede ocasionar que el motor no se mueva y tienda a oscilar. La generación de las secuencias se puede realizar fácilmente como se vio en la primera parte de este tutorial, para la selección de la secuencia se pueden utilizar la instrucción if.. como se explica a continuación: LA INSTRUCCIÓN IF ELSE: La instrucción if (si condicional) se utiliza para preguntar, su sintaxis es la siguiente: Sintaxis: if(condición) ;Instrucciones a ejecutar ;solo si la condición es verdadera También existe la opción de ejecutar la instrucción if acompañada de la instrucción (si no) de esta manera: Sintaxis: if(condición) ; Instrucciones a ejecutar ; solo si la condición es verdadera 3
4 ; Instrucciones a ejecutar ; solo si la condición es falsa Si dentro del if o del se requiere colocar solo una instrucción se pueden obviar las llaves. Para definir la condición se hace uso de los siguientes operadores relacionales y de igualdad de C : == Igualdad < Menor que <= Menor o igual!= Diferente > Mayor que >= Mayor o igual También es necesario comprender los operadores lógicos: Ejemplos: && Y lógico & Y para expresiones binarias O lógico O para expresiones binarias ^ XOR para expresiones binarias if (RB7==1) RD0=1; RD0=0; En este fragmento de código se pregunta por el pin RB7 si está en 1 se pone en uno el pin RD0, si es cero se pone en cero el pin RD0. If ((RB7==1)&&(RB6==1)) RD0=1; RD0=0; En este código se pregunta si ambos (RB7 y RB6) son 1, en cuyo caso se pondrá en uno RD0, en caso contrario (alguno de ellos es cero o ambos) RD0 se pondrá en cero. 4
5 CÓDIGO DE EJEMPLO: A continuación se ilustra un código que realiza lo planteado, se da como ejemplo pero se espera que cada persona desarrolle su propio código. El diagrama de flujo (algoritmo) seria algo así, recuérdese, hay muchas formas de resolver el mismo problema. Inicio Configurar puertos Es RA0=0?? Es RA1=0?? Es RA1=0?? No secuencia Secuencia Normal. Secuencia Wave drive Secuencia medio paso #include <pic.h> #include "delay.h" #include "delay.c" void main (void) //Configuración de puertos TRISD=0b11110000; ADCON1=6; //Para poder usar PORTA TRISA=0b11111111; //PORTA son entradas opcional TRISB=0b00111111; //RB7-RB6 salidas //Ciclo infinito con el programa while(1) //Selección de la secuencia a ejecutar 5
6 if((ra0==0)) if(ra1==0) //00, no hay secuencia PORTB=0;//apaga los leds PORTD=0; //01, secuencia normal PORTB=0b01000000; //enciende led por el pin RB6 PORTD=0b00001100; PORTD=0b00000110; PORTD=0b00000011; PORTD=0b00001001; //Si no, osea RA0=1; if(ra1==0) //10, secuencia wave drive PORTB=0b10000000;//enciende led por el pin RB7 PORTD=0b00001000; PORTD=0b00000100; PORTD=0b00000010; PORTD=0b00000001; //11, secuencia medio paso PORTB=0b11000000;//enciende led de pines RB6 y RB7 PORTD=0b00001000; PORTD=0b00001100; PORTD=0b00000100; PORTD=0b00000110; PORTD=0b00000010; PORTD=0b00000011; PORTD=0b00000001; PORTD=0b00001001; NOTA IMPORTANTE: Cuando se trabaja con motores suelen aparecer problemas de interferencia en la fuente de alimentación, estos problemas debido a la conmutación de los motores pueden causar el reseteo del microcontrolador. 6
7 Para solucionar esto se deben colocar condensadores de bypass (entre Vcc y GND) bastante grandes (100uF en adelante). Así no se esté trabajando con motores es recomendable conectar condensadores de bypass tanto cerámicos como electrolíticos cerca de cada circuito integrado (incluyendo obviamente los microcontroladores). Además, a la hora de diseñar circuitos impresos se debe tener en cuenta ciertas normas para evitar la interferencia como son: planos de tierra, desacople de tierras, tamaño de las líneas de alimentación, etc. ESQUEMA DE CONEXIONES 7