control con micros

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

CONTROL CON MICROPROCESADORES

2015- A

Ing. Jhon Pilataxi

Ing. Jhon PilataxiCONTROL CON MICROSGR1- 2015A

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OBJETIVOS

• Diseñar algoritmos de control basados en microcontroladores, que permitan resolver problemas prácticos .

• Construir sistemas de control, integrando hardware y

software, que brinden una alternativa de solución a problemas prácticos.

• Fortalecer el espíritu de investigación, razonamiento y compañerismo.

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN


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INTRODUCCIÓN

• Los microcontroladores son el elemento central de varios sistemas como:– Sistemas de alarmas.– Sistemas de regulación (caudal, nivel, iluminación,

velocidad).– Sistemas Robóticos (manipuladores).– Domótica.– Sistemas de conteo.– Etc.


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SISTEMAS DE COMUNICACIÓN

• Comunicación con otros dispositivos:– Paralelo: rápida, mas sensible al ruido, distancias cortas.

– Serial.• Síncrona (señal de reloj) o Asíncrona• Balanceada (RS232) o Desbalanceada (RS485)• Simplex, Half Duplex, Full Duplex


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COMUNICACIÓN SERIAL ASINCRONICA

• uC AVR presenta interfaz USART• Establecer protocolo de comunicación:

– # bits de inicio– # bits de datos– Paridad– # de bits de parada– Velocidad (Baud Rate) configurar a la del dispositivo más

lento.


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INTERFAZ RS232

• Ideada en los 60s para comunicar un equipo Terminal de datos o DTE (Data Terminal Equipment, PC) y un equipo de comunicación de datos o DCE (Data Communication Equipment, modem).

Parámetros Condiciones Min Max Units

Driver Output Voltage Open Circuit

25 V

Driver Output Voltage Loaded

3k < RL < 7 k ±5 ±15 V

Driver Output Resistance Power Off

-2V<V°<2V 300

Slew Rate 4 30 V/µS

Maximum Load Capacitance

2500 pF

Receiver Input Resistance

3 7 k

Receiver Input Threshold:

V

Output = Mark -3

Output = Space 3

+/-15 V con lógica invertida.1L desde -3V a -15 V0L desde +3 V a +15 Vmas empleada +/-12V.


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RS232, Conectores, distribución de pines

Señal Descripción

DTR(+12V)

Línea por la cual computador indica al modem que está activo para comunicarse

DSR Línea por la cual el modem indica al computador que es listo para comunicarse

RTS (-12V) Solicitud de envío

CTS Listo para enviar.


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Acoplamiento RS232/TTL

– CI• MAX232 o MAX233


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• CI


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INTERFAZ RS485• Presenta impedancia características de 120 Ω:

– 10 Mbit/s a 12 metros– 100 kbit/s en 1200 metros.

• En este interfaz se puede colocar varios transmisores y receptores (hasta 32 trabjando entre300 y 19 200 bit/s), en una configuración maestro esclavo (half duplex).

• Trabaja con +/- 5V con lógica invertida: 0L = +5V; 1L = -5V


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RS485, CaracterísticasParameter Conditions Min Max Units

Driver Output Voltage Open Circuit

1.5

-1.5 6

-6 VV

Driver Output Voltage Loaded

RL= 100 1.5-1.5

5-5

VV

Driver Output Short Circuit Current

Per output to common

±250 mA

Driver Output Rise Time

RL = 54 CL = 50 pF

30 % of bit width

Driver Common-Mode Voltage

RL = 54 ±3 V

Receiver Sensitivity

-7V <VCM< 12 V ±200 mV

-7 12 V

Receiver Input Resistance

12 k


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Protocolo de comunicación

Donde:SOH Cabecera, inicio de comunicaciónADR DirecciónLEN LongitudMENSAJE Comando y parámetrosCRC Chequeo de errores


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Otras interfaces de comunicación

• USB / UART BLUETOOTH ZegBee

• Módulos Ethernet, otros módulos de RF. • (Ejercicio)

CIRCUITOS AUXILIARES


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Circuitos Auxiliares

• Funcionamiento optimo del sistema:– Fuentes– Reset– Respaldo de fuente– Respaldo de datos


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FUENTE

• Protección EMI y brindar autonomía

Evitar extensos lazos de corriente.

Tener referencia a tierra

Cables adecuados (comunicación)

VI1 VO 3

GN

D2

U17805

C10.33uF C2

0.1uF


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RESET (Tipos)• ¿Que es reset?


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POR : Power on reset

• Al energizar el uC, estabilizar crystal


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Reset externo (manual)

• Pulso en pin RESET


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BOR: Brown Out Detection Reset

• Permite monitorear la alimentación, habilitación mediante fusibles.


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WDT-R: Watch Dog Timer Restet

• Al desbordarse contador interno (WDT), reset 1 CM, evito lazos inf; osc. de 128 kHz.

• Configurar Registro WDT CSR y activar fusible WDTON


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IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE RESET

• Atmega164P, registro MCUSR- MCU Status Register.

• PORTF: 1L con POR, se baja al escribir 0L.• EXTRF: 1L con reset manual, se baja con 0L o generando POR.• BORF: 1L con BOR, se baja con 0L, o con POR• WFRF: “”• JTRF: “”


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RESPALDO DE ALIMENTACIÓN• Se debe monitorear la fuente principal, en caso que se pierda deshabilitar

sistema de visualización y guardar datos importantes. Se debe guardar energía.

• FUENTE PRINCIPAL DE ALTERNA


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RESPALDO DE ALIMENTACIÓN

• Fuente principal de DC.– Detectar cuando baja de valor.


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RESPALDO DE DATOS.

• Almacenar datos en memoria no volátil.Dentro de las memorias no volátiles se tienen: NVRAM, EEPROM y FLASH a las cuales un microcontrolador puede acceder con facilidad. Estas memorias podrían estar incluidas en el mismo empaquetado del microcontrolador o ser externas a el (preferible).

EEPROM 100000 CICLOS DE ESCRITURA

Deber (consulta sd)Prepa

Ejercicios (Fusible EESAVE)

APLICACIÓN DE MICROCONTROLADOR EN

MODO EXTENDIDO, MANEJO DE ENTRADAS Y SALIDA


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SELECCIÓN DE uC

• Características de los periféricos: número de pines

• Análisis de I/O• Memoria de programa: menos importante

• Velocidad de procesamiento: según el proyecto

• Arquitectura del uP: 8 bits, 16 bits, 32 bits.

• Tipos de operaciones que se realizarán: punto flotante, 16 bits.

• Consumo de energía, limites de corriente.


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MICROCONTROLADOR EN MODO EXTENDIDO

• uC presenta interfaz para dispositivos I/O.• En caso de exceso de periféricos:

– Cambiar micro– Configuración como uP (usando buses)

• Lanch (perifericos de salida)• Buffer (perifericos de entrada)• Decodificador de direcciones (Mux)


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LATCH (74LS373)

• Manejo periféricos de salida.• 74ls373; 8 entradas 8 salidas (0L, 1L, Z)• Flip Flops tipo D (almacenaje de bits)

E OE D QH L H HH L L LL L X Q0X H X Z H=Alto; L= Bajo X= Cualquier estadoZ= Alta impedanciaQ0= estado anterior

E = CONTROLOE: CONECTAR A GND


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BUFFER (74LS244)

• Acopla dispositivos de entrada• 8 salidas – 8 entradas (dos grupos de 4)

• Decodificador de direcciones (Mux 3/8) 74ls132

G A B

L L L

L H H

H x Z


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Consideraciones Generales

• Deshabilitar Mux• Configurar como salida• Direccionar la salida • Colocar registro interno

“dato”• Habilito el Mux• Retardo• Deshabilito Mux

• Deshabilitar mux• Configurar como entrada• Direccionar dispositivo• Leer entrada• Deshabilitar mux

Escritura Lectura


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Ejercicio (Práctica 1 hoja guía anterior,)

• Realizar el circuito completo y el programa de control en lenguaje ensamblador para: leer 8 SW y ese valor mostrarlo en 8 Leds (binario) o en 3 Displays de 7 Segmentos (decimal), la selección del lugar donde se mostrará el resultado se lo hace con un pulsador, cada vez que este se presiona cambia el destino de la lectura. Todos los periféricos deben estar conectados al Puerto C a través de latch o buffers según el caso, el pulsador debe generar interrupcion.

INICIO:Configuro puertos e interrupción.LAZO:

Leer los pines del puerto C.Guardar los datos “binario”Comparo variable “control=0 ”

Si: Muestro en leds el valor de “binario”. Salto a salirNo: Transformo de binario a bcd. Transformo bcd a 7 segmentos. Muestro en display.Salir:

Regreso a LAZO

Interrupción:Complemento “control “.

Fin Interrupción.


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Deber

• Se desea diseñar un sistema microprocesado que maneje un ascensor de la FIEE.– Dipositivos:

• Pulsadores• Leds• Sensores (presencia, fin de carrera)• Motor• Displays (barrido)


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Ejercicio

• Se desa desarrollar un sistema que permita leer el estado de 8 sw y mostrar en 8 leds, se dispone de un uC Attiny13

• ¿Es posible?


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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

• 74LS595– Registro de desplazamiento de 8 bits, con salida tipo latch. – 1 Entrada serial, 8 salidas en paralelo (3 estados)– Dos registros (Shift register y storage register)

Pulso en SH: escritura de nuevo bit

Pulsoen ST: lanch la salida


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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO• 74ls165

– Registro de desplazamiento serial de 8 bits.– 8 bits entrada paralelo, salida serial.

• D Deber mensaje matriz de leds • (Lcd font maker)

Pulso en SH: lectura de entrada al registro de desplazamiento

Pulso CLK desplazo bit a bit del registro desplazamioento

MANEJO DE PERIFERICOS DE ENTRADA/SALIDA


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Dispositivos E/S

• Señales de control para EFC• On/off• Señales PWM y filtros


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Dispositivos E/S

• OPTOACOPLADORES– AISLAR CONTROL Y POTENCIA

• RELES

• TRANSISTORES (Drives amplificadores de corriente)

• OPTOACOPLADORES– EVITAR SOBREVOLTAJES

• FILTROS – RUIDO

SALIDA ENTRADAS


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Manejo de displays

• Display 7 segmentos– Led (ánodo o cátodo común)– LCD

• Se debería emplear timer para el barrido• Uso de drivers


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LCD alfanumerico

• Permiten mostrar caracteres numéricos, alfabéticos y otros caracteres (esta formado por una matriz de puntos)

• Existe compatibilidad entre los diferentes tipos de LCD (# líneas y # de caracteres)


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Pines LCD

Register Select0 : Registro de comandos (escritura). : Busy flag + puntero de RAM (lectura).1 : Registro de datos (escritura, lectura). Acceso a DDRAM o CGRAM.


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Memorias del LCD• CGROM - Character Generator ROM

– Se encuentran grabados los patrones de todos los caracteres que puede visualizar el LCD de fábrica. Tiene grabados cerca de 200 tipos de caracteres de 5×7 puntos.

• DDRAM - Display Data RAM– Almacena los códigos de las letras que se visualizan en la

pantalla del LCD. Tiene capacidad de 80 bytes, un byte por carácter si la fuente es de 5×7 puntos

• CGRAM - Character Generator RAM– La CGRAM es una RAM de 64 bytes donde el usuario puede

programar los patrones de nuevos caracteres gráficos.


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Set de InstruccionesInstrucciones del Display LCD

InstruccionesCódigo

RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

Instrucciones de comando

Clear Display 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

Return Home 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ×

Entry Mode Set 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S

Display ON/OFF Control 0 0 0 0 0 0 1 D C B

Cursor or Display Shift 0 0 0 0 0 1 S/C R/L × ×

Function Set 0 0 0 0 1 DL N F × ×

Set CGRAM Address 0 0 0 1 Puntero de RAM (CGRAM)

Set DDRAM Address 0 0 1 Puntero de RAM (DDRAM)

Read Busy Flag& RAM Pointer 0 1 BF Puntero de RAM (DDRAM o CGRAM)

Instrucciones de datos

Write to CGRAM or DDRAM 1 0 Escribir dato

Read from CGRAM or DDRAM 1 1 Leer dato

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#clear-display

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#return

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#entry-mode-set

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#display-on-off

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#cursor-display-shift

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#function-set

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#set-cgram

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#set-ddram

http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#read-busy



http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#write-data



http://www.cursomicros.com/avr/display-lcd/instrucciones-del-lcd.html#read-data




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Inicialización de LCD• Los LCDs tienen un circuito interno de reset que los inicializan

automáticamente tras la alimentación, sin embargo no es fiable. Por eso existe la inicialización por software, que permite una completa configuración de los parámetros del LCD.

• Además, cada nueva instrucción debe ser enviada al LCD asegurando de que no se encuentre ocupado. El LCD indica su disponibilidad mediante el llamado bit BF (Busy Flag). BF = 1 indica LCD ocupado y BF = 0 es LCD listo. BF es el MSbit del byte que se lee del LCD cuando el pin RS = 0


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Inicialización 4 bits

4 BITS

8 BITS

Decodificación de Teclados


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Teclado• Teclado más simple, formado por pulsadores necesita un pin

por cada tecla, rebotes (eliminarlos por hardware y sofware).

• Se puede emplear decodificación por hardware, en teclados

de mayor numero de teclas.12 nteclasdeNúmero


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Teclado matricial

• Decodificación por sofware (barrido de teclado).• Usando decodificadores. CI 74C922 para 16 teclas y

74C923 para 20 teclas.

MANEJO DE MOTORES

DCPASOS

ACControl de motores de pequeña potencia


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MOTORES DC

• Control de velocidad mediante PWM

• Frecuencia de la pwm acorde a las características del motor.


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CONTROL DE SENTIDO DE GIRO

• Se puede emplear el Puente H


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Drivers control de Motores

• L293D y L298 (control de corriente)

IN12

OUT13

OUT26

OUT311

OUT414

IN27

IN310

IN415

EN11

EN29

VS

8

VSS

16

GND GND

U1

L293D


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Servomotores• Tipo especial de motores DC, presentan capacidad de

colocarse en posición entre 0 y 180º• Presenta caja reductora, para disminuir velocidad y aumentar

torque.• Control de posición de palancas, piezas.


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Control servomotores


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MOTORES PASO A PASO

• Dispositivos electromecánicos que convierten señales eléctrica (serie de pulsos) en desplazamientos angular discretos.

• La resolución esta entre 0,72º y 90º. Presenta un error de paso menor a 5% no acumulable.

• Son ideales para control de posición; debido a su facilidad de control.


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MOTORES PAP BIPOLARES

• Presentan cuatro terminales.

• Requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento (mediante puente H).


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MOTORES PAP BIPOLAR

• Circuito de control.


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MOTORES PAP UNIPOLAR

• Presentan 5 o 6 terminales. El control es mas sencillo.


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CONTROL POR MICROPASOS

• Método capaz de posicionar el motor en posiciones intermedias (menor al ángulo nominal).

• En lugar de controlar que bobina se energiza y con que polaridad, se regula la intensidad de corriente que circula por la misma.

• http://www.orientalmotor.com/technology/articles/stepper-motor-basics.html


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CONTROL POR MICROPASOS

• El torque total inducido al eje se mantiene constante al aplicar diferentes niveles de corriente.


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CONTROL DE MOTORES DE ALTERNA

• Se utiliza inversores (conversores AC/DC), que permitan variar la frecuencia y el voltaje. Se puede emplear el inversor tipo puente.

COMINICACIÓN SERIAL SINCRONICA

USARTSPIIIC


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USART SINCRONICA

• Aparte de emplear Rx, Tx; empleamos la señal de reloj.


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IIC • Start: transición de ALTA a BAJO en SDA; cuando en SCL está en ALTO.• Stop: transición de Bajo a Alto en SDA; mientras SCL está en Alto

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