Laboratório de Microprocessadores e Microcontroladores

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1 Escol de Engenhri Elétric, Mecânic e de Computção Universidde Federl de Goiás Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores Experimento 4: Motor de Psso e Motor de Corrente Contínu Alunos: Mtrícul: Prof. Dr. José Wilson Lim Nerys Goiâni, 2º semestre de 2018

2 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 2 SUMÁRIO 1 Motor de Psso Conceitos Básicos Acionmento do Motor de Psso Motor de Corrente Contínu Conceitos Básicos Vrição de Velocidde Medição Digitl de Velocidde Atividdes do Experimento Motor de psso Motor de Corrente Contínu... 11

3 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 3 1 Motor de Psso 1.1 Conceitos Básicos O motor de psso consiste de um esttor contendo bobins que são cionds usndo corrente contínu e um rotor de ímã permnente, que gir cd mudnç ds bobins cionds. A Fig. 1 ilustr, de mneir simplificd, o funcionmento de um motor de psso. El mostr 4 bobins concentrds; n prátic, s bobins são distribuíds o longo do esttor. O psso do motor, que corresponde o ângulo de rotção cd mudnç ds bobins cionds depende dess distribuição ds bobins o longo do esttor. Um ângulo de psso comum é 1.8º, o que signific que são necessários 200 pssos pr que o motor complete um volt de rotção. Tbel 1: vlores pr cionmento do motor de psso - psso completo Psso P3 P2 P1 P0 HEX Fig. 1: Esquem do motor de psso e tbel de cionmento A Tbel 1 mostr um exemplo de vlores que devem ser envidos os pinos de cionmento de cd bobin. Nesse exemplo s bobins são cionds individulmente, ms els tmbém podem cionds de dus em dus. 1.2 Acionmento do Motor de Psso O esquem d Fig. 1 é o circuito típico utilizdo no cionmento de motor de psso, entretnto, há pstilhs integrds que são tmbém utilizds pr ess função. Um circuito integrdo que pode ser usdo pr esse fim é o ULN2803A, mostrdo n Fig. 2. Trt-se de um conjunto de trnsistores do tipo drlington, com cpcidde de corrente de 500 ma. Cd um ds 4 bobins do motor é ligd um ds síds (OUT) e o terminl comum (COM), que é conectdo à fonte de limentção do motor de psso, que não precis, necessrimente, ser mesm do microcontroldor. Fig. 2: Driver pr motor de psso - ULN2803A

4 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 4 2 Motor de Corrente Contínu 2.3 Conceitos Básicos A Fig. 3 mostr o circuito básico de um motor de corrente contínu, onde os enrolmentos de cmpo e de rmdur são limentdos de form independente. As expressões básics tmbém são dds. R Rf E k V I E If Vf V R V I E RI k Fig. 3: Motor de Corrente Contínu O motor de corrente contínu consiste de um enrolmento de cmpo estcionário e um enrolmento de rmdur rottivo. O enrolmento de cmpo pode ser ciondo por corrente contínu, ou ind consistir de um esttor de ímã permnente, não sendo necessário limentção. A rmdur é ciond com corrente contínu trvés de escovs e um nel comutdor. A Fig. 4 mostr um circuito pr cionmento do motor de corrente em um único sentido de rotção. Um pulso lto n bse do trnsistor BC548 lev o trnsistor BD139 à sturção, o que cion o motor. Um pulso bixo lev esse trnsistor o corte, qundo então corrente do motor decresce circulndo pelo diodo 1N V 1N4001 P k BC548 BD139 Fig. 4: Driver pr cionmento do motor CC num único sentido A Fig. 5 mostr um configurção denomind de Ponte H, que permite o cionmento em mbos os sentidos de rotção. As chves A, B, C e D são normlmente trnsistores do tipo MOSFET ou IGBT. Pr o cionmento em um dos sentidos s chves A e B são cionds; pr o cionmento no sentido contrário s chves C e D são cionds. A lógic de cionmento desss chves não deve permitir o cionmento simultâneo ds chves A e D e ds chves C e B, o que resultri num curto-circuito d fonte de limentção. O driver de cionmento em ponte H usdo no lbortório (L298N Digrm n Fig. 6) permite o cionmento de um motor com corrente de té 1,5 A trvés de dois pinos de comndo e segue lógic d Tbel 2. É importnte observr que os diodos são fundmentis pr o retorno d corrente, qundo qulquer um ds chves é desligd. No momento de desligmento ds chves, há energi rmzend ns indutâncis do motor; sem os diodos s chves poderim ser dnificds por sobretensão.

5 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 5 A C A C D B D B Fig.5: Driver pr cionmento do motor CC em mbos os sentidos Tbel 2: Pinos de controle d ponte H In 1 In 2 Efeito 0 0 Motor prdo 0 1 Gir no sentido direto 1 0 Gir no sentido reverso 1 1 Motor prdo Figur 6: Digrm de blocos prcil do L298N 2.4 Vrição de Velocidde Um form de vrir velocidde do motor CC é vrindo tensão de rmdur. Um form de vrir tensão de rmdur é usr modulção PWM, que consiste n definição de um período de cionmento fixo e, dentro desse período, estbelecer um período ligdo e outro desligdo. A Fig. 7 ilustr esse processo. O motor usdo é de 12 V e, portnto, tensão de limentção deve vrir de zero 12 V pr obter-se vrição de velocidde de zero té o vlor máximo. Isso é feito chvendo-se um trnsistor um frequênci lt, por exemplo, 5 khz, que corresponde um período de 0,2 ms ou 200 s. T V mx V T ON V mx T V mx V Fig. 7: Gerção do sinl PWM pr controle do motor de contrente contínu Pode-se preferir definir o período como 255 s, por exemplo, o que corresponde um frequênci de chvemento de 3,92 khz. A vrição de velocidde pode então ser obtid vrindo-se o período ligdo (T ON) de s, o mesmo tempo em que o período desligdo (T OFF) deve vrir de 255 s 0, pr mnter constnte o período totl (T). Ess contgem do período ligdo e desligdo pode ser feit trvés de um dos temporizdores do 8051, operndo no modo 2 (modo de recrg utomátic). TON TOFF

6 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 6 O microcontroldor 8051 possui dois temporizdores/contdores, que podem operr em 4 modos diferentes: modo de 13 bits (modo 0), modo de 16 bits (modo 1), modo de 8 bits com recrg utomátic (modo 2) e 2 modos independentes de 8 bits (modo 3). O modo de recrg utomátic (modo 2) pode ser usdo pr gerr o sinl PWM pr o controle do motor CC. Nesse modo contgem é feit trvés de TL ( primeir contgem começ no vlor inicil de TL) e o vlor de TH é usdo pr definir o início d próxim contgem. Se o temporizdor começ sempre no vlor ddo em TL e vi té FFh (255), e sendo T ON = T T OFF, e sendo ind escolhido T = 255, o procedimento usdo no progrm é: 1. Pr o período ligdo fz-se TL = T OFF; dess form, o temporizdor cont de T OFF té 255, o que corresponde o período ligdo; 2. Pr o período desligdo fz-se TL = T ON; dess form, o temporizdor cont de T ON té 255, o que corresponde o período desligdo. 3. No início do progrm deslig-se o motor (CLR P2.2 e CLR P2.3) e fz-se TL = T ON = 09H, o que fz com que o temporizdor, n primeir contgem já conte o período desligdo, que começ em T ON e vi té Após fzer TL = T ON, encontr-se o complemento de T ON (CPL A), ou sej, T OFF, e crreg-se em TH. Dess form, próxim contgem começrá em T OFF, o que signific que o temporizdor contrá o período ligdo. 5. Cd vez que subrotin de controle é executd define-se o próximo vlor de recrg, TH. 6. Pr umentr velocidde ument-se o período ligdo T ON. Pr diminuir ument-se T OFF. 2.5 Medição Digitl de Velocidde Estão disponíveis no lbortório dois tipos de fotosensores: um com nível lógico normlmente lto e outro com nível lógico normlmente bixo. Os dois modelos são mostrdos n Fig. 6. O primeiro tipo foi montdo com um circuito uxilir moduldor que diminui influênci d luz mbiente sobre o fotosensor. Esse circuito emite um luz de cerc de 1 khz, que o ser refletid stur o fototrnsistor. É utilizdo o decodificdor de frequênci NE567. O segundo modelo não us circuito moduldor. () (b) Fig. 6: Sensor de presenç () com circuito uxilir moduldor e (b) sem circuito moduldor A diferenç básic entre os sensores usdos, lém do circuito de modulção, está no encpsulmento. Em um deles (Fig. 7) o encpsulmento fz com que o fototrnsistor fique normlmente cortdo (sem presenç de luz); ele entr em sturção qundo luz do LED é refletid em um obstáculo. Assim, o sinl de síd V o pss de nível lógico lto pr bixo, n presenç de um obstáculo. No outro tipo de encpsulmento (Fig. 7b) luz do LED incide diretmente sobre o fototrnsistor, fzendo com que ele fique normlmente sturdo, ou sej, o sinl de síd V o fic inicilmente em nível lógico bixo; n presenç de um obstáculo entre os dois componentes o fototrnsistor é levdo o corte e o sinl de síd vi pr o nível lógico lto.

7 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 7 () (b) Fig, 7: () fototrnsistor normlmente cortdo e (b) fototrnsistor normlmente sturdo Pode-se fzer uso do fotosensor d Fig. 7(b) pr medir velocidde de um motor de form digitl, ssocindo-se o fotosensor um rod com 60 furos (Fig. 8). O sinl resultnte do fotosensor, com rotção d rod de 60 furos, é um ond qudrd (Fig. 9). Esse sinl pode ser conectdo um dos dois pinos de interrupção. A interrupção deve ser configurd pr tur por trnsição (n pssgem de nível lógico 1 pr 0). A cd interrupção o registrdor com o número tulizdo de pulsos é incrementdo em 1.. Fig. 8: conjunto fotosensor/rod de 60 furos Fig. 9: Sinl de síd do sensor de velocidde A medição de velocidde é feit estbelecendo-se um tempo de mostrgem, ou sej, um tempo fixo em que o registro de pulsos é lido. Mostr-se seguir que o fto de ter 60 furos n rod fz com que o número de pulsos registrdos por segundo (frequênci) sej correspondente à velocidde em rotções por minuto (rpm). 1 rotção/segundo 60 furos/segundo 1 rotção/segundo 60 rotções/minuto 60 rpm 60 furos/s X rpm X furos/s ω (rpm) f (Hz) Um tempo de mostrgem menor que 1 segundo pode ser dotdo, e é conselhável em muits plicções. Sendo ssim, deve-se fzer devid trnsformção de número de furos lidos no tempo de mostrgem pr rotções por minuto.

8 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 8 3 Atividdes do Experimento 4 As tividdes deste experimento estão estruturds de modo serem relizds simulções seguids de uso do kit didático rel. 3.1 Motor de psso Simulção e Operção no Kit Didático No código d Tbel 3 o pino P3.3 é usdo pr ligr/desligr o motor de psso e o pino P3.2 é usdo pr inverter o sentido de rotção do motor. Tbel 3: Inversão do sentido de rotção de motor de psso Linh Rótulo Instrução Linh Rótulo Instrução Rótulo Instrução 1 ORG 00H 12 HORA: MOV P2,A ATRASO: MOV R0, #200 2 LJMP INICIO 13 LCALL ATRASO V2: MOV R1, # RL A DJNZ R1, $ 4 ORG 30H 15 SJMP V1 DJNZ R0, V2 5 INICIO: MOV SP,#2FH 16 RET 6 MOV A,#11H 17 ANTI-H: MOV P2,A 7 18 LCALL ATRASO END 8 V0: JB P3.3,$ 19 RR A 9 JNB P3.3,$ 20 JB P3.3, V JNB P3.3,$ 11 V1: JB P3.2,ANTI_H 22 SJMP V0 Simule no simuldor digitl o código d Tbel 3 e, em seguid, grve o código em um microcontroldor e verifique seu funcionmento no kit rel. Questão 1: Explique finlidde ds dus instruções, em sequênci, ns linhs 8 e 9 e ns linhs 20 e 21. Questão 2: Qul é finlidde d instrução d linh 11? Questão 3: Como o motor de psso é desligdo?

9 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores Operção com Interrupção O código d Tbel 4 é prcil e deve ser executdo, inicilmente, no kit rel, de modo permitir identificção do psso do motor. Tbel 4: Acionmento do motor 100 pssos no sentido nti-horário. Ord Rótulo Instrução Ord Rótulo Instrução 1 ORG 00H 15 ANTI_HORA: MOV R7,#100 2 LJMP INICIO 16 V1: MOV P2,A 3 17 LCALL ATRASO 4 ORG 03H 18 RL A 5 LJMP ANTI_HORA 19 DJNZ R7,V CLR IE0 7 ORG 30H 21 RETI 8 INICIO: MOV SP,#2FH 22 9 MOV IE,#81H 23 ATRASO: MOV R0, # MOV TCON,#01H 24 V3: MOV R1, # MOV A,#11H 25 DJNZ R1, $ DJNZ R0, V3 13 SJMP $ 27 RET END Ângulo de rotção em 100 pssos Ângulo de cd psso Use o ângulo do motor de psso, clculdo n tividde nterior, pr completr Tbel 5 (linh 15) de form que o motor de psso gire 1 volt complet no sentido horário. Execute o código no simuldor digitl e no kit rel. Tbel 5: Rotção do motor de psso Ord Rótulo Instrução Ord Rótulo Instrução 1 ORG 00H 15 HORARIO: MOV R7,# 2 LJMP INICIO 16 V1: MOV P2,A 3 17 LCALL ATRASO 4 ORG 13H 18 RR A 5 LJMP HORARIO 19 DJNZ R7,V CLR IE1 7 ORG 30H 21 RETI 8 INICIO: MOV SP,#2FH 22 9 MOV IE,#84H 23 ATRASO: MOV R0, # MOV TCON,#04H 24 V3: MOV R1, # MOV A,#11H 25 DJNZ R1, $ DJNZ R0, V3 13 SJMP $ 27 RET END Questão 4: Qul é finlidde d instrução CLR IE1 n linh 20?

10 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores Operção com Temporizdor O código ddo n Tbel 6 cion o motor de psso com o temporizdor zero no modo 1. O temporizdor é usdo pr contr 1 s. Inicilmente o progrm entr em um lço infinito, gurdndo o pino P3.2 mudr do nível lto pr o nível bixo. Após chve em P3.2 ser pressiond, o motor gir em um sentido por 10 s; pr por 5 s; gir no sentido contrário por 10 s e volt pr o lço de esper. Tbel 5: cionmento do motor de psso com temporizção Ord Rótulo Mnemônicos Ord Rótulo Mnemônicos 1 ORG 00H 30 2 LJMP INICIO 28 CLR TR CLR F0 Motor prdo 4 ORG 0BH 30 MOV R7,#5 por 5 s 5 LJMP TEMPO_R7s 31 SETB TR JNB F0,$ 7 ORG 30H 33 8 INICIO: MOV SP,#2FH 34 CLR TR0 9 MOV IE,#82H 35 CLR F0 10 MOV TMOD,#01H 36 MOV R7,#10 11 MOV TH0,#HIGH(19455) 37 SETB TR0 12 MOV TL0,#LOW(19455) MOV R0,#20 39 REVERSO: MOV P2,A Motor no LCALL ATRASO 15 LIGA: JB P3.2,$ 41 sentido reverso RR A (10 s) JNB F0,REVERSO 17 CLR TR CLR F0 44 SJMP LIGA 19 MOV R7,# SETB TR0 46 ATRASO: MOV R6,# MOV A,#11H 47 V1: MOV R5,# DJNZ R5,$ 23 DIRETO: MOV P2,A 49 DJNZ R6,V1 24 Motor no LCALL ATRASO 50 RET 25 sentido direto RL A (10 s) JNB F0,DIRETO 52 TEMPO_R7s: DJNZ R0,SAI MOV R0,# DJNZ R7,SAI SETB F0 56 SAI: MOV TH0,#HIGH(19455) 57 MOV TL0,#LOW(19455) 58 RETI END Questão 5: Explique como funcion subrotin TEMPO_R7s e função do registrdor R7 ness subrotin. Questão 6: Qul é função d flg F0 nesse progrm? Questão 7: Por que flg F0 é zerd ns linhs 18, 29 e 35?

11 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores Motor de Corrente Contínu O código d Tbel 6 deve ser executdo pens no kit rel. Trt-se de um código pr leitur d velocidde de um motor de corrente contínu. O progrm fz leitur digitl d velocidde de um motor, em rotções por minuto, e mostr o resultdo em um disply LCD. No método utilizdo o timer 0 é usdo como gerdor do tempo de mostrgem, de 1 s, pr leitur do registrdor que gurd velocidde. Tbel 6: Progrm que fz leitur digitl de velocidde de um motor de corrente contínu Linh Lbel Instruções Linh Lbel Instruções 1 LCD EQU P0 69 INICIA_LCD: MOV A,#38H 2 EN BIT P LCALL INSTR_WR 3 RW BIT P MOV A,#38H 4 RS BIT P LCALL INSTR_WR 5 OFFSET EQU 14h 73 MOV A,#0EH 6 RPM_L EQU 10h 74 LCALL INSTR_WR 7 RPM_H EQU 11H 75 MOV A,#06H 8 76 LCALL INSTR_WR 9 ORG 00H 77 MOV A,#01H 10 LJMP INICIO 78 LCALL INSTR_WR RET 12 ORG 0BH LJMP AMOSTRA 81 TEXTO_WR: SETB EN CLR RW 15 ORG 13H 83 SETB RS 16 LJMP SPEED 84 MOV LCD,A CLR EN 18 ORG 30H 86 LCALL ATRASO_LCD 19 INICIO: MOV SP,#2FH 87 RET 20 MOV IE,# B MOV TCON,#04H 89 LINHA1: MOV A,OFFSET 22 MOV IP,# B 90 MOVC A,@A+DPTR 23 MOV TMOD,#01H 91 CJNE A,#0FFH,ENVIA 24 MOV TH0,#HIGH(19455) 92 MOV Offset,#00 25 MOV TL0,#LOW(19455) 93 RET 26 MOV R0,# LCALL ATRASO_LCD 95 ENVIA: LCALL TEXTO_WR 28 LCALL INICIA_LCD 96 INC OFFSET 29 LCALL ATRASO_LCD 97 SJMP LINHA1 30 MOV DPTR,#MSG LCALL LINHA1 99 MOSTRA: MOV A,# LCALL ATRASO_LCD 100 LCALL INSTR_WR 33 SETB TR0 101 LCALL ATRASO_LCD 34 SJMP $ 102 MOV A,#0f0h ANL A,RPM_H 36 AMOSTRA: MOV TH0,#HIGH(19455) 104 SWAP A 37 MOV TL0,#LOW(19455) 105 ORL A,#30H 38 DJNZ R0,SAI2 106 LCALL TEXTO_WR 39 CLR EA 107 LCALL ATRASO_LCD 40 MOV R0,# LCALL MOSTRA 109 MOV A,#0fh 42 MOV RPM_L,#0 110 ANL A,RPM_H 43 MOV RPM_H,#0 111 ORL A,#30H 44 SAI2: SETB EA 112 LCALL TEXTO_WR 45 RETI 113 LCALL ATRASO_LCD SPEED: MOV A,RPM_L 115 MOV A,#0f0h 48 ADD A,#1 116 ANL A,RPM_L 49 DA A 117 SWAP A 50 MOV RPM_L,A 118 ORL A,#30H 51 JNC SAI 119 LCALL TEXTO_WR LCALL ATRASO_LCD 53 MOV A,RPM_H ADD A,#1 122 MOV A,#0fh 55 DA A 123 ANL A,RPM_L 56 MOV RPM_H,A 124 ORL A,#30H

12 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores SAI: NOP 125 LCALL TEXTO_WR 58 RETI 126 LCALL ATRASO_LCD RET 60 INSTR_WR: SETB EN CLR RW 129 ATRASO_LCD: MOV R4,#10 62 CLR RS 130 V6: MOV R5,#80 63 MOV LCD,A 131 DJNZ R5,$ 64 LCALL ATRASO_LCD 132 DJNZ R4,V6 65 CLR EN 133 RET 66 RET MSG1: DB 'Velocidde (rpm)', 0ffh END Questão 8: Alimente o motor de corrente contínu com os três vlores indicdos n tbel e note velocidde registrd no LCD e frequênci do sinl no osciloscópio. Cso 1 Cso 2 Cso 3 Tensão no motor CC (V) 3,3 V 5,0 V 12,0 V Frequênci do sinl (Hz) Leitur no LCD (rpm) Questão 9: Explique o funcionmento d subrotin AMOSTRA, d Linh 36 à Linh 45. Questão 10: Explique o funcionmento d subrotin SPEED, d Linh 47 à Linh 58.