Sistemas con Microprocesadores II

Sistemas con Microprocesadores II
1
Timer
Timer TMR1
Registro T1CON
Timer TMR2
2
Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
Modo de trabajo
En modo de captura
En modo de comparación
En modo PWM
Módulo CCP2
3
Motor de DC y Motoreductor
Motores
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Microcontroladores PIC
Noviembre, 2016
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El TMR1 es un Temporizador/Comparador ascendente de 16 bits.
Está implementado mediante dos registros: TMR1H y TMR1L
TMR1H:TMR1L contienen el valor de un conteo, desde 0000h a FFFFh.
Cuando se desborda regresa a 0000h y se activa (al ponerse en 1) la bandera
TMR1IF (PIR1<0>).
Se puede provocar una petición de interrupción al programar el bit TMR1IE
(PIE1<0>).
TMR1 (TMR1H:TMR1L) es un registro que puede leerse o escribirse en
cualquier momento.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El funcionamiento de TMR1 depende de la programación del registro T1CON.
El módulo TMR1 puede operar en uno de los tres modos:
- como temporizador sı́ncrono, utilizando como fuente de los pulsos del reloj el
oscilador interno.
- como contador sı́ncrono.
- como contador ası́ncrono.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El TMR1 puede habilitarse o desactivarse usando el bit de control TMR1ON
(T1CON<0>). Se activa cuando vale 1 y se desactiva cuando vale 0.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
Como fuente de los impulsos de reloj existen tres alternativas:
1.- Generación interna (Fosc/4).
2.- Generación mediante un oscilador externo controlado por un cristal que se conecta
a las terminales RC0/T1OSO/T1CKI y RC1/T1OSI/CCP2.
3.- Generación mediante impulsos externos que proceden de eventos y aplicados a la
terminal RC0/T1OSO/T1CKI.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El bit TMR1CS (T1CON<1>) elige la fuente de los pulsos:
- Cuando su valor es 1, estos proceden de una señal externa.
- Cuando su valor es 0, estos proceden de una señal interna.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
Pulsos de reloj generados mediante un oscilador externo:
En este modo, en las terminales RC0/T1OSO y RC1/T1OSI se conecta a un
circuito que involucra un oscilador de cuarzo de baja potencia (LP).
El circuito debe diseñarse para funcionar en frecuencias bajas (hasta 200 KHz),
más exactamente, para usar el cristal de cuarzo de 32,768 KHz.
El cristal de 32,768 KHz es usado en relojes de cuarzo debido a que es fácil de
obtener pulsos con intervalo de un segundo, al aplicar sencillas divisiones a esta
frecuencia.
Este oscilador no depende del reloj interno, por lo que sigue su funcionamiento
incluso en modo de bajo consumo SLEEP.
El usuario debe proporcionar un retardo de tiempo por software (unos
milisegundos) para asegurar un comienzo apropiado del oscilador.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
La figura muestra los valores de los capacitares recomendados para ser usados
con el cristal de cuarzo.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
Para TMR1CS = 1 (T1CON<1>), la fuente de los pulsos proceden de una señal
externa:
- Si el bit T1OSCEN (T1CON<3>), vela 1, actúan las terminales RC0/T1OSO y
RC1/T1OSI como entradas del reloj externo (oscilador).
- Si el bit T1OSCEN vale 0, los pulsos se introducirán por la terminal RC0/T1OSO.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El TMR1 opera como temporizador cuando el bit de control TMR1CS = 0.
En este modo se incrementa con cada ciclo de instrucción (Fosc/4).
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El TMR1 opera como contador sı́ncrono cuando el bit TMR1CS = 1 y
T1SYNC = 0 (T1CON<2>).
El TMR1 opera como contador ası́ncrono cuando el bit TMR1CS = 1 y
T1SYNC = 1.
En modo contador, TMR1 se incrementa con cada flanco de subida de la señal
de reloj externa, que se aplica a las terminales RC0/T1OSO y RC1/T1OSI, o
por impulsos aplicados a la terminal RC0/T1OSO.
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
La fuente de los impulsos de reloj se aplica a un divisor de frecuencias
(predivisor) que lo divide por 1, 2, 4 u 8, según el valor en T1CKPS1:T1CKPS0
(T1CON<5:4>).
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El reloj externo puede estar sincronizado o no con el interno, según el bit
T1SYNC, T1CON<2>.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
TMR1 en modo temporizador
La selección de este modo requiere que el bit TMR1CS = 0.
El registro de 16 bit se incrementará en cada pulso proveniente del oscilador
interno.
Para un cristal de cuarzo de 4 MHz, se incrementará cada milisegundo.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
TMR1 en modo temporizador
El bit de control de sincronización, T1SYNC (T1CON<2>), no tiene efecto en
este modo debido a que el reloj interno siempre es sı́ncrono.
El oscilador del microcontrolador no opera durante el modo de sleep, debido a
que el circuito de sincronización se apaga, por lo que no producirá un sobreflujo
el registro y no causará ninguna interrupción.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
TMR1 en modo contador sı́ncrono (oscilador)
El consumo de potencia de un microcontrolador se reduce a los niveles más bajos
en un estado o modo de ’dormido’ (sleep). Al punto de detener el oscilador.
Es fácil colocar al microcontrolador en ese estado - al escribir en el programa la
instrucción SLEEP.
El problema se tiene cuando se desea despertar al microcontrolador debido a que
solo una interrupción lo puede hacer.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR1
TMR1 en modo contador sı́ncrono (oscilador)
Después de que el microcontrolador se encuentra en un estado ’dormido’, un
dispositivo electrónico externo debe generar un disparo que active la
interrupción para despertar al microcontrolador.
Todo se complica si es necesario que el microcontrolador tenga que despertar a
intervalos regulares de tiempo.
Para resolver este problema, se utiliza un circuito independiente con un oscilador
de cuarzo de baja potencia (Low Power ) y que se encuentra asociado al TMR1.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
TMR1 en modo contador de eventos (ası́ncrono)
El TMR1 comienza a operar como contador al establecer a uno los bit de control
TMR1CS y T1SYNC.
Esto significa que el TMR1 se incrementa con cada flanco de subida de la señal
de reloj externa, que ha pasado por el predivisor.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR1
Registro TMR1
El TMR1 también tiene una entrada de reset interna, la cual puede ser generada
por un módulo CCP.
Si el módulo CCP se configura en modo de comparación, puede poner a 0
(resetear) TMR1 cuando se produce una captura o una comparación. Para
utilizar esta posibilidad, TMR1 debe haber sido configurado como temporizador
o contador sı́ncrono. El reset no se produce si TMR1 está configurado en modo
ası́ncrono.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Registro T1CON
Registro T1CON
bit5:4 : T1CKPS1:T1CKPS0. Selección del predivisor para TMR1.
bit 3 : T1OSCEN. Activación del oscilador por cristal para TMR1.
T1OSCEN = 1. Oscilador activado.
T1OSCEN = 0. Oscilador desactivado.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Registro T1CON
Registro T1CON
bit 2 : T1SYNC. Control de sincronización del reloj externo con el interno.
T1SYNC = 1. Reloj externo no sincronizado.
T1SYNC = 0. Reloj externo sincronizado.
bit 1 : TMR1CS. Selección del reloj para TMR1.
TMR1CS = 1. Externo por la terminal RC0/T1OSO/T1CKI (flanco
ascendente).
TMR1CS = 0. Interno (Fosc/4).
bit 0 : TMR1ON. Activación del TMR1.
TMR1ON = 1. TMR1 activado.
TMR1ON = 0. TMR1 desactivado.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
El TMR2 es un temporizador ascendente de 8 bits diseñado para usarse
conjuntamente con el circuito de modulación por ancho de pulsos (PWM) y con
el puerto serial sı́ncrono (SSP).
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
El funcionamiento de TMR2 depende de la programación del registro T2CON.
bit 2 : TMR2ON. Activación del TMR2.
TMR2ON = 1. TMR2 activado.
TMR2ON = 0. TMR2 desactivado.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
bit6:3 : TOUTPS3:TOUTPS0. Selección de salida del postdivisor para TMR2.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
bit1:0 : T2CKPS1:T2CKPS0. Selección del predivisor para TMR2.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
Se incrementa al ritmo de los pulsos que se le aplican (Fosc/4), que pueden ser
divididos por 1, por 4 ó por 16 mediante el predivisor.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
El registro de perı́odo PR2 es un registro especı́fico de lectura y escritura.
La función de PR2 es generar un pulo de salida EQ cuando el valor de TMR2
coincide con el del PR2 (registro de perı́odo).
Cuando coinciden TMR2 y PR2, se resetea TMR2 pasando a 00h, mientras que
PR2 se carga con el valor FFh.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Timer
Timer TMR2
Registro TMR2
El temporizador TMR2 puede generar una petición de interrupción al programar
el bit TMR2IE (PIE1<1>).
El predivisor y el postdivisor se borran tras un reset y cada vez que se escribe
sobre el TMR2 o el T2CON.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
Modo de trabajo
Módulo Captura/Comparación/PWM
El módulo Captura/Comparación/PWM es un periférico que permite al usuario
temporizar y controlar diferentes eventos.
Los microcontroladores de la gama media (por ejemplo el PIC16F887) disponen
de dos de estos módulos, llamados CCP1 y CCP2, que se controlan con los
registros CCP1CON y CCP2CON respectivamente.
Los módulos CCP1 y CCP2 son prácticamente iguales, salvo en la parte de la
modalidad de disparo especial.
Cada uno de los módulos consta de un registro de trabajo de 16 bits formado
por la concatenación de dos registros: CCPRxH:CCPRxL.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
Modo de trabajo
Módulo Captura/Comparación/PWM
Este módulo tiene tres modos de trabajo:
1.- Modo de Captura. En este modo el periférico permite temporizar la duración
de un evento. Captura el contenido de 16 bits del estado actual del TMR1
(registro que constantemente cambia su valor) cuando se produce un evento
determinado en la terminal RC2/CCP1 y/o en el RC1/CCP2.
2.- Modo de Comparación. Compara los valores contenidos en dos registros (una
pareja de registros del módulo CCPx con el TMR1), en algún momento
particular, es decir, cuando se produce un evento en RC2/CCP1 y/o
RC1/CCP2. Este circuito también permite que el usuario dispare un evento
externo cuando una cantidad predeterminada de tiempo ha expirado.
3.- Modo PWM. Modulación por Ancho de Pulso. Modula o controla el intervalo
de tiempo en el que alterna de 1 a 0 una terminal del microcontrolador,
modificando el tiempo que se mantiene a 1. Puede generar señales de frecuencia
y ciclos de trabajo variables.
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Timers - PWM . . .
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo de captura
Módulo CCP: Modo de captura
En este modo el registro CCPRxH:CCPRxL de 16 bits captura (copia) el valor
contenido en el TMR1, siempre que ocurra uno de los siguientes eventos en la
terminal RCy/CCPx del puerto C, que previamente ha tenido que configurarse
como entrada en el registro TRISC:
1.- Un flanco ascendente.
2.- Un flanco descendente.
3.- Cuatro flancos ascendentes.
4.- Cada 16 flancos ascendentes.
Los cuatro bits CCPxM3:CCPxM0 del registro CCPxCON selecciona el evento
adecuado en el módulo CCPx.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo de captura
Módulo CCP: Modo de captura
Al realizar una captura, se activa la bandera CCPxIF del registro PIR1 ó PIR2
Si se programan adecuadamente el bit de permiso en PIE1 ó PIE2 (CCPxIE), se
genera una interrupción.
Cuando se carga en CCPRxH:CCPRxL el valor de TMR1, ya se puede leer el
valor del registro CCPRx.
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Timers - PWM . . .
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo de captura
Módulo CCP: Modo de captura
Cuando se produce una captura y no se ha leı́do el contenido de
CCPRxH:CCPRxL, se borra y pasa a contener el nuevo.
Si se van a modificar las condiciones en las que se va a efectuar la captura,
conviene detener o desactivar el módulo CCP para que no se produzca falsas
interrupciones durante la operación.
Al desactiva CCP o dejar de funcionar el módulo en modo captura, se borra la
programación del predivisor determinado por CCPxM3:CCPxM0.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo de captura
Módulo CCP: Modo de captura
Una aplicación del modo de captura puede ser la medición de los intervalos de
tiempo que existen entre los impulsos que llegan a la terminal RCy/CCPx
configurada como entrada.
En este modo de trabajo, TMR1 debe usarse como entrada de reloj externo
sincronizado, nunca en modo ası́ncrono.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo de comparación
Módulo CCP: Modo de comparación
El contenido del registro CCPRxH:CCPRxL se compara continuamente con el
TMR1, que debe trabajar en modo temporizador o contador sı́ncrono.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo de comparación
Módulo CCP: Modo de comparación
Cuando coinciden ambos valores, el de TMR1 con el de CCPRxH:CCPRxL, la
terminal RCy/CCPx (que previamente se habrá configurado como salida), según
la programación de CCPxM3:CCPxM0, puede ocurrir que alterne a 1, a 0 ó bien
no variar, pero se activará la bandera CCPxIF. En tal caso, si el bit de permiso
está activado, se provocará una interrupción.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
La terminal RCy/CCPx, que se ha programado como salida, alterna entre 0 y 1
a intervalos variables de tiempo.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Cuando el valor del registro PR2 coincide con los 8 bits de TRM2, dicha
terminal pasa a 1, TRM2 toma el valor 00 y reanuda la cuenta.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
El contenido de CCPRxL pasa a CCPRxH y se compara con TRM2.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Cuando ambos coinciden, es decir, cuando el valor de TRM2 es igual que el de
CCP1, la terminal RCy/CCPx pasa a 0 y se repite la secuencia.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Variando el valor de PR2 y CCPRxL se varı́a el intervalo de tiempo que la
terminal está alternando de 1 a 0, respectivamente.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Ejemplo: Control de un circuito de potencia
Si el cero lógico (0) se representa como un switch desactivado.
Si el uno lógico (1) se representa como un switch activado.
La potencia de carga obtenida será directamente proporcional a la duración del
pulso.
Esta razón con frecuencia se le conoce como Ciclo de trabajo.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Con frecuencia se utiliza las señales PWM en circuitos para generar señales de
forma de onda arbitrarias, por ejemplo, la forma de onda senusoidal.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Para generar un pulso de manera arbitraria a la salida de la terminal CCPx, es
necesario determinar sólo dos valores, la frecuencia de los pulsos y su duración.
Dispositivos que operan en esta forma son frecuentemente utilizados en la
práctica como reguladores de conmutación que controlan la operación de
motores (velocidad, aceleración, desaceleración, etc.).
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
En modo PWM
Módulo CCP: Modo PWM
Perı́odo de la señal PWM
El perı́odo del pulso de salida (T) es especificado por el registro PR2 del TMR2.
El perı́odo de la señal PWM puede ser calculado como
Perı́odo PWM (T) = (PR2 + 1) * 4Tosc * Valor del predivisor del TMR2
Ciclo de trabajo PWM
Ancho del pulso = (CCPR1, DC1B1, DC1B0) * Tosc *
Valor del predivisor del TMR2
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
Módulo CCP2
Módulo CCP2
Excluyendo el nombre del registro y sus bits, este módulo es una copia al CCP1.
Sólo hay una diferencia entre ellos, cuando CCP2 opera en modo de
comparación.
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Módulo CCP (Captura/Comparación/PWM)
Módulo CCP2
Módulo CCP2
En el momento en que el valor del TMR1 y el registro CCPR2 son iguales, y si
el módulo A/D se encuentra habilitado, al mismo tiempo el TRM1 se resetea y
se inicia una conversión A/D.
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores
Los motores son mecanismos que transforman energı́a, ya sea quı́mica, eléctrica,
etc. en energı́a mecánica.
En el motor esta energı́a mecánica se manifiesta en la rotación de un eje, al que
se une el mecanismo que se quiere girar.
Existen varios tipos de motores como:
Motor eléctrico
Motor a reacción
Motor de combustión interna
Motor de vapor
Los motores de nuestro interés son aquellos que trabajan con energı́a eléctrica.
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Motores . . .
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores
El motor eléctrico es una máquina que funciona con energı́a eléctrica la cual la
transforma en fuerza y movimiento.
Está compuesto por una bobina.
La bobina es como un rodillo al que se enrolla un hilo de cobre muy fino, cada
extremo del alambre está sujeto a una especie de tambor pequeño llamado
colector.
La corriente eléctrica llega a los alambres, a través de unas pastillas de carbón
mineral llamadas escobillas que están colocadas en el colector.
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Motores . . .
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores
La bobina gira entre los polos de un imán, cuando la corriente eléctrica pasa a
través de la bobina, se forma un electroimán que activa un campo magnético
alrededor del alambre.
Algunos aparatos que funcionan con motores eléctricos son los
electrodomésticos: la licuadora, pulidora, ventilador y muchos otros como los
instrumentos usados por los odontólogos y profesionales de la salud, u otros.
Se identifican dos tipos de motores eléctricos:
Motores de DC
Motoreductor de DC
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
Cuando la corriente pasa a través del rotor del motor, se genera un par de
fuerzas por la reacción magnética, y el rotor gira.
La velocidad de un motor de corriente continua depende del valor medio de la
tensión aplicada en sus extremos.
El sentido de giro depende de la polaridad en sus terminales.
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
Para el control del motor de DC se necesita una etapa de potencia.
Se utiliza el C.I. L298N que ayuda a regular la corriente necesaria a los motores.
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
En su interior lleva integrados dos puentes H que soportan 2 A por cada uno.
El dispositivo cuenta con 4 canales independientes que son controlados por
habilitadores.
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
El C.I. L298N cuenta con 4 terminales de señal de control indicadas como In 1,
2, 3 y 4 y con 4 terminales de salida señaladas como OUT 1, 2, 3 y 4.
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Motores . . .
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
Las terminales señaladas como EN A y B sirven para habilitar los canales.
El En A controla los canales 1 y 2 y el En B controla los canales 3 y 4.
Estos canales se habilitan con niveles TTL y un alto significa que los canales
están habilitados.
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
En la Terminal señalada como VS , se aplica el nivel de voltaje que alimentara a
los motores.
La Terminal señalada como VSS es la alimentación normal de los TTL que es de
5V.
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Motores . . .
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motoreductor de DC
Es un motor de DC que tiene ensamblado una serie de engranes que logran
reducir la velocidad del eje.
Por ejemplo para un motoreductor de 1:220 vueltas, por cada 220 vueltas del
motor se observa una vuelta del eje.
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
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Motor de DC y Motoreductor
Motores
Motores de DC
Mauricio López V. (Ingenierı́a)
Motores . . .
Noviembre, 2016
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