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, 1º 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 Atividdes de Simulção Atividdes com o Kit Rel... 12

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 dividids em dus ctegoris: Atividdes de Simulção e Atividdes no Kit Didático. 3.1 Atividdes de Simulção Os progrms ds trefs seguir devem ser digitdos e compildos no simuldor MCU8051 e executdos no simuldor do kit didático do microcontroldor Operção do Motor de Psso com Inversão de Sentido Complete o progrm d Tbel 3 com subrotin de cionmento do motor de psso no sentido reverso, prtir d subrotin pr cionmento no sentido direto. A interrupção extern 1 é usd pr definir o sentido de rotção do motor de psso, pel complementção d flg F0. Tbel 3: Inversão do sentido de rotção de motor de psso usndo interrupção Rótulo Instrução Rótulo Instrução Rótulo Instrução ORG 00H ESCOLHA: JB F0,REVERSO ATRASO: MOV R0, #200 LJMP INICIO V2: MOV R1, #200 DIO: MOV P2,A DJNZ R1, $ ORG 13H LCALL ATRASO DJNZ R0, V2 CPL F0 RL A LCALL ATRASO SJMP ESCOLHA END CLR IE1 I REVERSO: INICIO: ORG 30H MOV SP,#2FH MOV IE,#84H MOV TCON,#04H MOV A,#11H SJMP ESCOLHA Como funcion o progrm d Tbel 3? Qul finlidde d instrução JB F0,REVERSO? Qul finlidde d instrução CPL F0?

9 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores Motor de Psso com Inversão de Sentido e Mensgem no LCD Edite, compile e simule o progrm d Tbel 4 em um microcontroldor Tbel 4: Inversão do sentido de rotção de motor de psso usndo interrupção Ord Rótulo Instrução Ord Rótulo Instrução 1 RS EQU P INSTR_WR: SETB EN 2 RW EQU P CLR RW 3 EN EQU P CLR RS 4 LCD EQU P0 59 MOV LCD, A 5 60 CLR EN 6 ORG 00H 61 LCALL ATRASO_LCD 7 LJMP INICIO ORG 13H 64 TEXTO_WR: SETB EN 10 CPL F0 65 CLR RW 11 LCALL ATRASO 66 SETB RS 12 CLR IE1 67 MOV LCD, A 13 I 68 CLR EN LCALL ATRASO_LCD 15 ORG 30H INICIO: MOV SP,#2FH MOV IE,#84H 72 LINHA1: MOV A,R7 18 MOV TCON,#04H 73 MOV DPTR,#MSG1 19 MOV R6,#11H 74 MOVC A,@A+DPTR 20 MOV R7,#00H 75 CJNE A,#0FFH,V1 21 LCALL INICIA 76 MOV R7,#00H 22 LCALL LINHA V1: LCALL TEXTO_WR 24 ESCOLHA: JB F0,REVERSO 79 INC R7 25 MOV DPTR,#MSG2 80 SJMP LINHA1 26 LCALL LINHA DIO: MOV A,R6 82 LINHA2: MOV A,# MOV P2,A 83 LCALL INSTR_WR 29 LCALL ATRASO 84 V4: MOV A,R7 30 RL A 85 MOVC A,@A+DPTR 31 MOV R6,A 86 CJNE A,#0FFH,V2 32 JNB F0,DIO 87 MOV R7,#00H 33 SJMP ESCOLHA REVERSO: MOV DPTR,#MSG3 90 V2: LCALL TEXTO_WR 36 LCALL LINHA2 91 INC R7 37 V7: MOV A,R6 92 SJMP V4 38 MOV P2,A LCALL ATRASO 94 ATRASO_LCD: MOV R4,#10 40 RR A 95 V6: MOV R5,#80 41 MOV R6,A 96 DJNZ R5,$ 42 JB F0,V7 97 DJNZ R4,V6 43 SJMP ESCOLHA INICIA: MOV A,#38H 100 ATRASO: MOV R0, # LCALL INSTR_WR 101 V3: MOV R1, # MOV A,#38H 102 DJNZ R1, $ 48 LCALL INSTR_WR 103 DJNZ R0, V3 49 MOV A,#0EH LCALL INSTR_WR MOV A,#06H 106 MSG1: DB 'MOTOR DE PASSO', 0FFH 52 LCALL INSTR_WR 107 MSG2: DB ' ANTI-HORARIO ', 0FFH 53 MOV A,#01H 108 MSG3: DB 'SENTIDO HORARIO', 0FFH 54 LCALL INSTR_WR END

10 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 10 Descrever finlidde do conjunto de instruções seguir: LINHA2: MOV A,#192 LCALL_INSTR_WR Qul finlidde ds instruções JNB F0,DIO, n linh 32 e JB F0,V7, n linh 42? Motor de Psso Operndo com Temporizdor O progrm ddo n Tbel 5 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 (há um chve conectd esse pino) 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 Rótulo Mnemônicos Comentários ORG 00H LJMP INICIO ORG 0BH LJMP TEMPO_R7s ; Chm subrotin que cont os tempos de 10 s e 5 s ORG 30H INICIO: MOV SP,#2FH ; Apontdor de pilh SP = 2FH MOV IE,#82H ; Hbilit interrupção do TEMP0 MOV TMOD,#01H ; Temporizdor 0 no modo 1 MOV TH0,#HIGH(19455) ; Contgem de MOV TL0,#LOW(19455) ; x 1,085 µs = 50 ms MOV R0,#20 ; Contdor pr fzer 20 x 50 ms = 1 s LIGA: JB P3.2,$ ; Enqunto P3.2=1, gurd com motor prdo CLR TR0 ; Deslig temporizdor CLR F0 ; Limp flg que indic fim de contgem de 10s ou 5s MOV R7,#10 ; Contdor pr contr 10 s (10 x 1 s) SETB TR0 ; Lig temporizdor 0 MOV A,#11H ; Vlor inicil do cumuldor DIO: MOV P2,A ; P2 recebe o conteúdo de A Motor girndo LCALL ATRASO ; Chm subrotin de trso no sentido RL A ; Rotcion conteúdo de A pr esquerd direto 10 s JNB F0,DIO ; Se F0 = 0, volt pr DIO ; se F0 = 1 (pós 10s), próxim linh Motor prdo por 5 s CLR TR0 ; Deslig temporizdor CLR F0 ; Limp flg que indic fim de contgem de 10 s ou 5 s MOV R7,#5 ; Contdor pr contr 5 s (5 x 1 s) SETB TR0 ; Lig temporizdor 0 JNB F0,$ ; Esper durnte 5 s. Após 5 s, F0 = 1; então vi pr próxim linh

11 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 11 CLR TR0 ; Deslig temporizdor CLR F0 ; Limp flg que indic fim de contgem de 10s ou 5s MOV R7,#10 ; Contdor pr contr 10 s (10 x 1 s) SETB TR0 ; Lig temporizdor 0 REVERSO: MOV P2,A ; P2 recebe o conteúdo de A Motor girndo LCALL ATRASO ; Chm subrotin de trso no sentido RR A ; Rotcion conteúdo de A pr direit reverso (10 s) JNB F0,REVERSO ; Se F0 = 0, volt pr REVERSO ; se F0 = 1 (10 s), próxim linh SJMP LIGA ; Desvi pr o início do progrm, pr gurdr novo cionmento ATRASO: MOV R6,#150 ; Subrotin de trso usd no cionmento do motor de psso V1: MOV R5,#250 ; R6 = 150 e R5 = 250 DJNZ R5,$ DJNZ R6,V1 TEMPO_R7s: DJNZ R0,SAI ; Subrotin que cont 5 s e 10 s (definido trvés de R7) MOV R0,#20 ; Recrreg R0 com vlor 20 DJNZ R7,SAI ; Verific se R7 = 0; Cso não sej, pens recrreg e si SETB F0 ; Set flg F0 qundo chegr o finl d contgem de 5 s ou 10 s SAI: MOV TH0,#HIGH(19455) ; Recrg do temporizdor zero pr contgem de pulsos MOV TL0,#LOW(19455) ; x 1,085 µs = 50 ms I END Explique como funcion subrotin TEMPO_R7s e função do registrdor R7 ness subrotin. Qul função d flg F0 nesse progrm?

12 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores Atividdes com o Kit Rel Os progrms ds trefs seguir devem ser executdos no kit didático rel do microcontroldor Motor de Psso com Inversão de Sentido e Mensgem no LCD Edite, compile e grve o progrm d Tbel 6 em um microcontroldor Tbel 6: Inversão do sentido de rotção de motor de psso usndo interrupção Rótulo Instrução Rótulo Instrução RS EQU P3.5 INSTR_WR: SETB EN RW EQU P3.6 CLR RW EN EQU P3.7 CLR RS LCD EQU P0 MOV LCD, A CLR EN ORG 00H LCALL ATRASO_LCD LJMP INICIO ORG 13H TEXTO_WR: SETB EN CPL F0 CLR RW LCALL ATRASO SETB RS CLR IE1 MOV LCD, A I CLR EN LCALL ATRASO_LCD ORG 30H INICIO: MOV SP,#2FH MOV IE,#84H LINHA1: MOV A,R7 MOV TCON,#04H MOV DPTR,#MSG1 MOV R6,#11H MOVC A,@A+DPTR MOV R7,#00H CJNE A,#0FFH,V1 LCALL INICIA MOV R7,#00H LCALL LINHA1 V1: LCALL TEXTO_WR ESCOLHA: JB F0,REVERSO INC R7 MOV DPTR,#MSG2 SJMP LINHA1 LCALL LINHA2 DIO: MOV A,R6 LINHA2: MOV A,#192 MOV P2,A LCALL_INSTR_WR LCALL ATRASO V4: MOV A,R7 RL A MOVC A,@A+DPTR MOV R6,A CJNE A,#0FFH,V2 JNB F0,DIO MOV R7,#00H SJMP ESCOLHA REVERSO: MOV DPTR,#MSG3 V2: LCALL TEXTO_WR LCALL LINHA2 INC R7 V7: MOV A,R6 SJMP V4 MOV P2,A LCALL ATRASO ATRASO_LCD: MOV R4,#10 RR A V6: MOV R5,#80 MOV R6,A DJNZ R5,$ JB F0,V7 DJNZ R4,V6 SJMP ESCOLHA INICIA: MOV A,#38H LCALL INSTR_WR ATRASO: MOV R0, #200 MOV A,#38H V3: MOV R1, #200 LCALL INSTR_WR DJNZ R1, $ MOV A,#0EH DJNZ R0, V3 LCALL INSTR_WR MOV A,#06H LCALL INSTR_WR MSG1: DB 'MOTOR DE PASSO', 0FFH MOV A,#01H MSG2: DB 'SENTIDO DIO', 0FFH

13 Lbortório de Microprocessdores e Microcontroldores 13 LCALL INSTR_WR MSG3: DB 'SENTIDO REVERSO', 0FFH END Por que o registrdor R6 é utilizdo ns rotins DIO e REVERSO? Motor de Psso Operndo com Temporizdor O progrm ddo n Tbel 7 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 (há um chve conectd esse pino) 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 7: 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 DIO: MOV P2,A 49 DJNZ R6,V1 24 Motor no LCALL ATRASO sentido direto RL A (10 s) JNB F0,DIO 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 I END Por que flg F0 é zerd ns linhs 18, 29 e 35?