Secretaría/División: Área/Departamento: Manual de prácticas del Laboratorio de Dispositivos de Almacenamiento y de Entrada/Salida División de Ingeniería Eléctrica Departamento de Computación Control de un motor de pasos usando el puerto paralelo de una computadora. Práctica 8.
Laboratorio de Dispositivos de Almacenamiento y de Entrada Salida. Control de un motor de pasos usando el puerto paralelo de una computadora. N de práctica: 8 Nombre completo del alumno Firma Número de brigada: Fecha de elaboración: Grupo: Elaborado por: Revisado por: Autorizado por: Vigente desde: 2
Seguridad en la ejecución Peligro o fuente de energía Riesgo asociado 1 Tensión alterna Electrocución 2 Tensión continua Daño a equipo PRECAUCIÓN: Conectar dispositivos al puerto paralelo implica el riesgo de daños permanentes a la tarjeta madre de la PC, tenga siempre presente extremar precauciones al trabajar en el puerto paralelo. Lea el contenido de la práctica y asegúrese de comprenderlo. Se recomiendan conocimientos sólidos en electrónica y programación para manipular el puerto paralelo. En la construcción del buffer de potencia de la figura 2, se manejan dos tierras (1) y (2). La tierra (1) pertenece a la etapa de baja potencia, mientras que la tierra (2) pertenece a la etapa de potencia. Ambas tierras son independientes. Objetivo de la práctica. Conocer y emplear el puerto paralelo de la computadora, como medio sencillo y a la vez poderoso, para el diseño de interfaces (entrada /salida) y el control de dispositivos externos Operar un motor de pasos, por medio del puerto paralelo y algún lenguaje de programación (C, Vbasic, VC++, ensamblador, etc.) Introducción. El motor de pasos, también conocido como motor paso a paso, es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de girar una cierta cantidad de grados, (1.8, 3.6, etc.) dependiendo de sus entradas de control. Estos motores presentan la ventaja de tener precisión y repetividad en cuanto al posicionamiento, por lo que son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. 3
Tienen la característica de moverse un paso a la vez por cada pulso que se aplique. El movimiento puede variar de 1.8 a 90. En el laboratorio se utilizarán motores de pasos del tipo imán permanente y giro por paso de 3.6. Están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deben ser manejadas externamente por un controlador. Se anexa tutorial sobre motores paso a paso. Desarrollo. 1) Pruebe en forma manual la operación del motor de pasos y determine el orden de encendido de los cables, que deberá usar. 2) Utilizando algún lenguaje de programación de su elección, generar la secuencia que moverá un motor de pasos según la tabla 1. En la cual, dependiendo del valor de Data IN (Dato leído en el registro de estado, BASE+1 ó BASE+2) el programa producirá (al registro de datos de salida del puerto paralelo) la secuencia del movimiento que corresponda según la tabla 1. El programa deberá mostrar en la pantalla el dato de entrada (BASE+1 ó BASE+2), y el movimiento a producir correspondiente, una vez terminado el proceso, preguntar siguiente entrada. El programa a presentar deberá mostrar en un ambiente gráfico el movimiento correspondiente según el dato de entrada seleccionado, véase la tabla 1. 4
Data IN Movimiento 1100 720º izq 0010 180º der 0101 270º izq 1111 45º der Tabla 1. Data IN y movimiento que debe realizar. Una de las aplicaciones de los motores de pasos es que permiten el control óptimo de la posición angular de su eje de giro en el intervalo de velocidades de 0 a 60 rpm. Este tipo de motor funciona básicamente mediante una secuencia de 4 pasos, para cuatro señales de entrada (SW1 a SW4) lo que hace girar al eje y que por lo regular es de 1.8 grados por paso, pero en el laboratorio sólo se cuenta con motores de 3.6º por paso (tomarlo en cuenta). A continuación en la figura 1 se presenta la secuencia para controlarlo y el diagrama esquemático del motor de pasos. 5
Figura 1. Diagrama esquemático y secuencia para controlar al motor de pasos. Observando la tabla de información, note que si toma la secuencia ascendiente de la dirección 0, 1, 2, 3, 4, el sentido de giro del motor será a la derecha. Si se toma la secuencia descendiente de la dirección 4, 3, 2, 1, 0, el sentido de giro del motor será a la izquierda. En el diagrama anterior, puede verse que esta clase de motores mantiene dos de sus fases alimentadas y como su consumo de corriente es alto (cerca de 900 ma) en comparación al entregado por la computadora es necesario construir un buffer de potencia que suministre la corriente necesaria. 3) Construya el buffer de potencia y la interfaz de la figura 2 si usa el circuito TIL 111, y la figura 3 si desea usar el ULN2003, conecte al puerto paralelo y ejecute el programa diseñado en el inciso 2, llame al instructor para verificar el funcionamiento correcto. 6
Nota: El motor de pasos será proporcionado en el laboratorio. Figura 2. Interfaz de Potencia para operar motor de pasos, usando TIL111. 7
Material para la construcción de la interfaz de la figura 2. 4 Circuitos Optoacopladores TIL 111 4 Transistores TIP 32 5 Resistencias 330 ohms 5 Resistencias 100 ohms 5 Resistencias 1 K 1 Cable paralelo para impresora. 1 Conector CENTRONICS (hembra 36 pins). 10 Leds. En la figura 3, podemos apreciar el circuito correspondiente a la interfaz para el puerto paralelo: 8
Figura 3. Interfaz para el control de motor de pasos usando el CI. ULN2003 9
La interfaz anterior nos provee 8 salidas TTL, 7 salidas de potencia (500 ma) y cuatro entradas TTL. Es importante tener en cuenta que las salidas TTL entregan una tensión de 5v y sólo se les puede exigir un mínimo de corriente, apenas suficiente para activar un transistor o bien un par de compuertas TTL. Así mismo las entradas TTL deben ser alimentadas con una tensión máxima de 5v o de lo contrario el chip resultará dañado. Esta tensión se obtiene desde VDD a través del regulador U1 (78L05). El conector CN4: Las 7 salidas de potencia no son más que la amplificación mediante un arreglo de transistores Darlington (ULN2003) de las salidas TTL 0 a 6 (la salida 7 no es usada). Este chip puede drenar una corriente máxima de 500ma, lo que es suficiente para activar un LED, un relé y hasta un motor DC de bajo consumo o un motor de pasos pequeño. La teoría de funcionamiento es muy simple, sólo se usan unas compuertas TTL del tipo Buffer (74LS244 y 74LS245) para poder conectarnos con seguridad al puerto paralelo, y un arreglo de transistores Darlington (ULN2003) para brindar una salida de mayor potencia. Cabe aclarar que los dos integrados TTL (74LS244 y 74LS245) se alimentan del regulador de voltaje 78L05 ó bien de la fuente de poder del laboratorio, el cual se encarga de reducir la tensión de entrada (VDD) a 5v (Vcc). La tensión VDD debe estar comprendida entre 9 y 12v. La tensión de entrada VHH alimenta directamente al ULN2003 para obtener mayor voltaje en caso de querer manejar un relé o bien un pequeño motor de pasos. La tensión VHH debe estar comprendida entre 3 y 15v. VHH podrá conectarse directamente a VDD (y de esa forma usar sólo una fuente de alimentación), siempre que esto no provoque problemas de ruido. Notas: 1.-En la figura, la salida del conector CN5, se conecta el display de 7 segmentos (en caso de uso). 2.- El conector CN6 será el puerto de entrada de datos (abierto será 1 lógico) y cerrado el switch se pondrá a tierra, 0 lógico. (GND). 10
3.- En la figura, en lugar del regulador 78L05, use la fuente de poder del laboratorio a 5 volts. 4. El Conector CN4, se utiliza para conectar el MOTOR DE PASOS, ver datasheet de ULN2003. Material para la construcción de la interfaz de la figura 3. 1 CI. 74LS245 1 CI. 74LS244 1 CI. ULN2003 5 Resistencias de 5K Previo. 1. Crear un programa que ejecute el objetivo de la tabla 1 para producir el movimiento del motor de pasos en la secuencia indicada. Data IN = puerto de entrada de la PC, para activar el motor de pasos se usará el puerto de salida. (3 puntos) 2. Armar la interfaz de potencia de la figura 2. Describir en forma de bloques, el diseño del proyecto en general, en referencia a la tabla 1 y el puerto paralelo que controlará el movimiento del motor de pasos. (4 puntos) 3. Diferencias entre un motor de pasos bipolar y uno unipolar, describir el método para controlar el motor de pasos. (3 puntos) 11