Práctica de Taller 1 - · PDF fileSEGUIDOR SOLAR usando motores PAP y sensores de luz LDR I).- PROPUESTA DE DISEÑO. ... ESTRUCTURA DEL PANEL SOLAR [SEGUIDOR DE LUZ]

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

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DESARROLLLO AVANZADO CON MICROCONTROLADORES

INSTRUCTOR: ING. EULER DEZA FIGUEROA

1

Práctica de Taller 1

CURSO:TALLER DE DESARROLLO AVANZADO CON MICROCONTROLADORES FECHA:

INSTRUCTOR: ING. EULER DEZA FIGUEROA BLOQUE: GRUPO N°:

RUBRICA DE EVALUACIÓN POR CADA INTEGRANTE DEL GRUPO:

ALUMNO CRITERIO

[Apell y Nom]

C1:Puntualidad

e indumentaria

[0-5]

C2: Colabora

con el grupo

[0-5]

C3: Aporta

soluciones

[0-5]

C4:Respeto

y disciplina

[0-5]

Puntaje

TOTAL

[20 pts]

1. 2. 3. 4. 5. 6.

1. RUBRICA DE EVALUACIÓN GRUPAL

Rubrica de Evaluación

Para taller

Puntaje

máximo

Puntuaciones

Puntaje

obtenido 6

5 4 3 2 1

Se observa que hicieron un trabajo ordenado,

limpio y al finalizar la práctica dejaron su lugar

de trabajo en orden

2

Manipula y utiliza los equipos e instrumentos de

manera correcta

2

Detectan dificultades en la práctica, y dan

solución de manera creativa e inventiva,

aplicando técnicas aprendidas en clase, e

investigación del grupo

3

Implementan los diferentes circuitos

propuestos, con éxito

6

Presenta el proyecto final con estética y

operativo al 100%, en el tiempo establecido

4

Realiza un informe grupal del proyecto, en

donde además investigan cada dispositivo,

utilizado en dicho proyecto

3

TOTAL 20


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2

Práctica de Taller 1

Primeros programas con lenguaje assembler para

microcontroladores y diseño de panel seguidor solar

Objetivos:

Conocer la arquitectura interna de los microcontroladores PIC

Aprender y aplicar correctamente el juego de instrucciones de los uC’s PIC

Implementar Los diferentes circuitos basados en microcntroladores y componentes

electrónicos en protoboard.

Realizar el diseño de los algoritmos para los diferentes ejercicios propuestos

Aplicar los conocimientos adquiridos al diseño, control e implementacion de un

SEGUIDOR SOLAR usando motores PAP y sensores de luz LDR

I).- PROPUESTA DE DISEÑO


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3

II).- Materiales y equipos:

MULTIMETRO DIGITAL

GRABADOR DE PIC [COMPATIBLE CON PICKIT 2]

(2) PROTOBOARD

ALICATE PINZA [CON RESORTE]

ALICATE DE CORTE [CON RESORTE]

PELACABLE [OPCIONAL]

CUCHILLA / TIJERA / CINTA MASKETING

CAJITA PORTAHERRAMIENTAS

================

(1 De cada uno) PIC16F84A, PIC 16F877A, PIC16F628A

(1) Cristal de 4MHz

(1) Cristal de 20MHz

(4) Condensadores de 22pF

(10) Resistencias de 1.2 KOhm

(10) Resistencias de 220 Ohm

(10) Resistencias de 10 KOhm

(6) LDR

(8) Led de alto brillo (Colores rojo, blanco, verde)

(8) Pulsadores NA para protoboard

CABLECILLO PARA PROTOBOARD [NO EL UTP]

(1) 74HC47

(3) 74HC164

(3) 74HC373

(5) Display ánodo común

(2) Dip – Switch de 4 pines

(6) Transistores BC557 / (6) Transistores BC548

(2) Driver L293d | Regulador L7805

(2) CI 40106

TIP31 Y TIP32 [3 de C/U]

(3) Transistores 2N2222

(2) Transistores BD137 | BD135 | // (4) DIODOS DE 1Amp

CABLE JUMPER [OPCIONAL]

ESTRUCTURA DEL PANEL SOLAR [SEGUIDOR DE LUZ]

(2) MOTORES PAP [BIPOLAR DE PREFERENCIA]


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4

III).- Resumen :

PUERTOS: *

Puertos de Entrada/Salida

Pines de entrada/salida (I/O) de propósito

general

Mediante ellos, el micro PIC puede

monitorizar y controlar otros dispositivos.

Para añadir flexibilidad al micro, muchos de

sus pines de entrada/salida están

multiplexados con funciones alternativas.

Para la mayoría de los puertos, la dirección

del pin I/O es controlada por el registro de

dirección de datos, llamado TRIS. TRISX<n>

controla la dirección del pin n del puerto X.

El registro PORT funciona como un latch para los datos de

salida. Cuando el registro PORT se lee (Ej, MOVF PORTB,

W), el micro lee los niveles presentes en los pines de I/O

(no en los latches).

Cuando una función está multiplexada en un pin de I/O de

proposito general, la funcionalidad de un pin puede

cambiar para acomodarse a los requisitos del módulo

periférico. Por ejemplo, si un micro tiene un conversor

A/D, los pines asociados a este módulo están configurados

en un RESET como entradas analógicas para evitar un

consumo de corriente excesivo en el buffer de dicho pin si

este estuviera configurado como entrada digital y el valor

de tensión en el pin estuviera a un nivel

intermedio.

Estructura típica de un puerto de entrada/salida

de propósito general.

El valor de RESET de los registros TRIS suele ser un „1‟,

de forma que por defecto los pines estén configurados como

entradas evitando posibles cortocircuitos en la alimentación

que podrían dañar el micro o el resto del sistema.

* REFERENCIA:©ATE-Universidad de Oviedo [TEMA 4]

EL ABC DEL HARDWARE ELEMENTAL DEL PIC *

Comencemos por decir que el Microcontrolador por ser una

máquina secuencial, necesita para funcionar de un generador

de pulsos de onda cuadrada, a los cuales se denominan

pulsos de clock. Dichos pulsos pueden ser generados de 3

formas diferentes:

Usando un Oscilador de Onda Cuadrada Externo

(EC)

Usando un resonador, Cristal de cuarzo o red RC

colocada en OSC1 y OSC2

Usando el Oscilador interno del Microcontrolador.

Las fuentes generadoras del clock para alimentar la CPU y

los Periféricos pueden ser distintas:

Si usamos un cristal o un resonador externo, este lo

podemos conectar entre los terminales OSC1 y OSC2. En

caso de usar cristales, estos deben ser configurados en los

bits de configuración como HS, XT o LP, según el rango de frecuencias donde trabajen.

Para esto Microchip nos da una tablita de referencia:

En estos casos el hardware se realizará no solo conectando

el respectivo cristal entre los terminales, sino también 2

capacitores del tipo cerámico, preferentemente NP0

respecto a masa, para estabilizar la frecuencia, y eliminar

armónicos indeseados

REFERENCIA: Aprendiendo a programar Microcontroladores

PIC en Lenguaje C con CCS [Por Andrés Raúl Bruno Saravia

y Datasheet 16F84a]


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5

Los nuevos PIC incorporan un juego de 3

osciladores internos, denominados

HFINTOSC de 16MHz, MFINTOSC de

500KHz y LFINTOSC de 31KHz. De estos

por medio de un divisor de frecuencia

programable, podemos obtener distintas

frecuencias para excitar a la CPU y los

periféricos. E incluso es posible derivar la

salida del divisor de 8 MHz , para pasarla

por el PLL y de esta forma tener 32 MHz

de frecuencia de clock. En esta modalidad

la CPU puede alcanzar su velocidad máxima

de procesamiento para estos micros; 8

MIPS (8 Millones de Instrucciones Por

Segundo).

Esta opción del PLL no solo la activamos

para el oscilador interno sino también para

los cristales externos, sin embargo debe

cuidarse de no superar los 32Mhz internos

al CPU.

Otra de las opciones internas que tiene

este microcontrolador es la posibilidad de

activar el BROWOUT RESET, el cual

reseteará el microcontrolador en caso de

detectar una variación de la tensión de

alimentación del microcontrolador.

Además en los nuevos PIC es posible

conmutar el oscilador en el momento de

arranque, para ello existe un fusible de

configuración mediante llamado IESO el

cual habilita la conmutación o no.

La conmutación de la fuente del oscilador

se usa por lo general cuando se quiere

ahorrar energía, por ejemplo, se arranca

en el modo de cristal externo de alta

velocidad, y luego se pasa al oscilador

interno de baja frecuencia.

En este caso el sistema utiliza un bit

denominado SCS (System Clock Select ), el

cual se encuentra dentro de un registro

interno que controla al oscilador y que se

denomina OSCCON. Este bit permite

realizar la conmutación por software desde

el oscilador externo al interno y viceversa

Por lo general, excepto que se este

diseñando una aplicación donde se debe

ahorrar al máximo los recursos de energía,

la opción del IESO no se utiliza.

Otro recurso novedoso es el detector de la

falla del oscilador primario o externo FSCM

(Fail-Safe Clock Monitor). Este modulo,

cuando se activa, monitorea el oscilador

primario (LP, XT,HS, EC, RC y el Oscilador

del Timer1).

REFERENCIA: Aprendiendo a programar Microcontroladores

PIC en Lenguaje C con CCS [Por Andrés Raúl Bruno Saravia

y Datasheet 16F84a]


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6

REGISTRO W

Registro de trabajo

Recibe los resultados de las

operaciones ejecutadas por la ALU

Puede ser escrito

Se usa para las transferencias

indirectas entre registros y

ubicaciones de memoria

Por ejemplo: Puede usarse para

transferir datos a la pila y ejecutar

un “Push” o un “Pop”

ALU (Unidad Aritmética-Lógica)

Ejecuta las operaciones con los

operandos de entrada

Tiene un registro acumulador “W”

donde sealmacenan los resultados

El registro W puede realimentar su

valor como dato de entrada a la ALU

Ejecuta operaciones según el código

que reciba en las entradas de

control.

Registro STATUS

Ubicado en 03h,83h,103h y 183h

Resume las condiciones en que se

encuentra el microcontrolador

Bits:

IRP: Selecciona bancos altos (2 y 3) cuando

vale 1 y bancos bajos (1 y 0) cuando vale 0

RP1 y RP0: Selectores de bancos para

acceso directo.

00: Banco 0

01: Banco 1

10: Banco 2

11: Banco 3

#TO: Bit de “Time Out”. Se pone en 0

cuando hay un “RESET”

#PD: Bit de “Power Down”. Se pone en 0

cuando entra en “SLEEP”

Z: Bandera del Cero. Se pone en 1 si el

resulatado de la última operación realizada

es un 0.

DC: Bandera de Acarreo Intermedio. Se

pone en 1 si hay un carry de los 4 bits

menos segnificativos a los 4 bits más

significativos.

C: Bandera de Acarreo. Se pone en 1 si el

resultado de una operación excede la

capacidad de 8 bits y requiere de un

acarreo.

MUX de direcciones

Define si a la RAM ingresa la

dirección directa o la indirecta

La dirección directa se lee de la

memoria de programa

La dirección indirecta se construye a

partir de condiciones en el registro

“FSR”.

Por ejemplo: Saltos condicionados

RAM: Memoria de Datos

Memoria destinada para

almacenamiento temporal de datos.

Dividida en 4 bancos seleccionados

con los bits RP0 y RP1 del registro

“Status”

Cada banco es de 128 bytes

Las ubicaciones más bajas son

reservadas para registros de

control/configuración

Cada banco se constituye por

registros de propósito general.Cada

registro es una localidad de memoria

de 13 bits

Cada registro se accesa como

dirección de memoria, por ejemplo:

07F9h es una localidad válida de

memoria de datos


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7

RESUMEN

Arquitectura RISC de 35

instrucciones.

Operaciones de duración igual,

excepto saltos.

Compatible con otras familias de

PIC.

Pila de 8 niveles y 4

fuentes de interrupción.

Protección de código

programable.

Comunicación serie


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8

SET DE INSTRUCCIONES


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9

OSC1/CLKIN16

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/T0CKI3

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

U1

PIC16F84A

R1

10k

b7

b6

b5

b4

b3

b2

b1

b0

b7

b6

b5

b4

b3

b2

b1

b0

12

X1CRYSTAL

C1

22pF

C2

22pF

14

5

JUEGO DE LUCES EN ASSEMBLER

IV).- Implemente el siguiente circuito y desarrolle el programa correspondiente

[considerar los pines de alimentacion]

ESCRIBIR EL CODIGO, COMPILAR Y GRABAR EN EL MICROCONTROLADOR: [AGREGAR 10 EFECTOS]


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10

V).- Implemente el siguiente circuito y desarrolle el programa correspondiente [considerar

los pines de alimentacion]

- ESCRIBIR EL CODIGO, COMPILAR Y GRABAR EN EL MICROCONTROLADOR

- Aumentar a 12 efectos programables a través de 4 interruptores

- Generar efectos con repeticiones de 5 veces, 4 veces, etc [lo más dinamico posible]

OSC1/CLKIN16

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/T0CKI3

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

U1

PIC16F84A

VDD

R1

10k

12

X1CRYSTAL

C1

22pF

C2

22pF

R2

10k

R3

10k

220

14

5

JUEGO DE LUCES PROGRAMABLES EN ASSEMBLER

b7

b6

b5

b4

b3

b2

b1

b0

220

220

220

220

220

220

220

b7

b6

b5

b4

b3

b2

b1

b0


----------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------



11


----------------------------------------------------------------------

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12

VI).- Realizar el juego del más rapido, para 5 jugadores.

ESQUEMA PROPUESTO:

OSC1/CLKIN16

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/T0CKI3

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

U1

PIC16F84A

R1

10k

b4

b5

b6

b7

b7

b6

b5

b4

b3

b2

12

X1CRYSTAL

C1

22pF

C2

22pF

0

0

0

0

L3 L2 L1 SIRENA

J1

J2

J3

J4

EL JUEGO DEL MAS RAPIDO PARA 5 JUGADORES

0

0 J5

RESET

b1

b2

b3

L6 L5 L4

b1


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13

Ejemplo de implementacion en protoboard

Circuito con bateria de 9 VDC y regulador de voltaje 7805.


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14

Q2TIP31

Q3

TIP31

R2

3k0

B312V

Q4TIP32

Q5

TIP32

R4

27

Q62N2222A

R5

3k0

Q7

2N2222A

R3

27MOTOR DC

IN12

OUT13

OUT26

OUT311

OUT414

IN27

IN310

IN415

EN11

EN29

VS

8

VSS

16

GND GND

U6

L293D

0

0B55V

0

0

U6(VSS)V=4.99747

B5(+)V=4.99747

MOTOR DC

VII).- Manejo de Motores DC:

a) Implemente el Control de un Motor DC en dos sentidos [PUENTE H]:

b) Implemente el Control de un Motor DC en dos sentidos [PUENTE H CON

DRIVER L293D]:


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15

IN12

OUT13

OUT26

OUT311

OUT414

IN27

IN310

IN415

EN11

EN29

VS

8

VSS

16

GND GND

U1

L293D

0

0B212V

0

0

VI1

VO3

GN

D2

U27805

U2(VO)V=5.00403

U2(VI)V=11.9963

MOTOR DC

c) Implemente el Control de un Motor DC en dos sentidos [PUENTE H CON

DRIVER L293D]:

VIII).- Realizar el diagrama, la programcion, simulacion y finalmente implementelo

fisicamente la aplicación de test de motor PAP

- ESCRIBIR EL CODIGO, COMPILAR Y GRABAR EN EL MICROCONTROLADOR

OSC1/CLKIN16

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/T0CKI3

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

U1

PIC16F84A

X1CRYSTAL

C1

22pF

C2

22pF

R110k

IN12

OUT13

OUT26

OUT311

OUT414

IN27

IN310

IN415

EN11

EN29

VS

8

VSS

16

GND GND

U2

L293D

12

LDR1TORCH_LDR

1 2

U3:A

40106R210k

?

+88.8

0

0 Izq

Der

TEST DE MOTOR PAP [BIPOLAR]


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-------------------------------------------------------------------------------



16


----------------------------------------------------------------------

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17

IX).- Realizar el diagrama, la programcion, simulacion y finalmente implementelo

fisicamente la aplicación de PANEL SEGUIDOR DE LUZ

Resumen :

1. Objetivo Principal: Diseñar un circuito digital, basado en microcontroladores capaz

gobernar un panel seguidor de luz, haciendo que éste siga una fuente de luz, para este

objetivo, el panel está dotado de dos motores PAP [uno de AZIMUT y otro de

ELEVACION], además de 4 sensores de LUZ LDR, estratégicamente dispuestos, que

guiarán el movimiento del panel.

2. Sensores: La estructura está dotado de Cuatro sensores de

luz capaces de detectar la fuente de luz

La salida de estos sensores es ’0’ cuando no hay luz y ’1’

cuando hay luz

3. Motores: Dos motores paso-paso [PAP, de referencia bipolar] que son controlados cada

uno mediante cuatro bits, descritos mediante la siguiente tabla de verdad

4. Especificaciones:

La estructura:

El esquema de la estructura es

el siguiente

ESTADO SENSOR No hay Luz 0

Luz 1

In1 In2 In3 In4 MOTOR

0 0 0 1 1 paso

0 0 1 0 1 paso

0 1 0 0 1 paso

1 0 0 0 1 paso

0 0 0 1 1 paso

Repite la Suencia …


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18

Los Sensores: Los sensores deben estar estratégicamente ubicados para detectar la

fuente de luz, para enviar la información al PIC, a ser procesada.

Diagrama de Bloques: Como primera fase del diseño tenemos que entender qué es lo que

se nos está pidiendo y determinar el aspecto que tiene el circuito que hay que realizar.

El circuito tendrá dos entradas provenientes de los sensores, S_Arriba, S_Abajo,

S_Der y S_Izq, ocho salidas 2 para cada motor PAP


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19

Tabla de verdad: Ahora hay que definir el comportamiento del circuito, utilizando una

tabla de verdad. Este comportamiento nos lo da el algoritmo de seguir la luz

La tabla de verdad es la siguiente:

Panel Seguidor de Luz [Mapeo]:

NRO SENS_ABAJO SENS_ARRIBA SENS_IZQ SENS_DER M_ELEVACION M_AZIMUT CASOS

0 0 0 0 0 STOP STOP CASO0

1 0 0 0 1 STOP M_DER CASO1

2 0 0 1 0 STOP M_IZQ CASO2


4 0 1 0 0 M_ARRIBA STOP CASO7

5 0 1 0 1 M_ARRIBA M_DER CASO8

6 0 1 1 0 M_ARRIBA M_IZQ CASO9

7 0 1 1 1 M_ARRIBA STOP CASO7

8 1 0 0 0 M_ABAJO STOP CASO4

9 1 0 0 1 M_ABAJO M_DER CASO5

10 1 0 1 0 M_ABAJO M_IZQ CASO6

11 1 0 1 1 M_ABAJO STOP CASO4


13 1 1 0 1 STOP M_DER CASO1

14 1 1 1 0 STOP M_IZQ CASO2


Interpretar adecuadamente esta mapeo de la información a procesar


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20

OSC1/CLKIN16

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/T0CKI3

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

U1

PIC16F84A

X1CRYSTAL

C1

22pF

C2

22pF

R110k

IN12

OUT13

OUT26

OUT311

OUT414

IN27

IN310

IN415

EN11

EN29

VS

8

VSS

16

GND GND

U2

L293D

1

0

12

LDR1TORCH_LDR

1 2

U3:A

40106R210k

?

+88.8

IN12

OUT13

OUT26

OUT311

OUT414

IN27

IN310

IN415

EN11

EN29

VS

8

VSS

16

GND GND

U4

L293D

+88.8

1

0

ANTENA ROBOTICA EN ASSEMBLER V2

S_Der

S_Izq

S_Abajo

S_Arriba

Motro 1 [azimut ]

Motor 2 [ Elevacion ]

Esquema Electrónico:

Programa Propuesto:

.... Continua siguiente pagina


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21


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22


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24

X).- Conclusiones y Recomendaciones

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