Prototipo de un Sistema de Diseño y Manufactura asistido por Computadora, controlada por Archivos...

ESCUELA DE COMPUTACIÓN Y ELECTRÓNICA

TESIS

PPPRRROOOTTTOOOTTTIIIPPPOOO DDDEEE UUUNNN SSSIIISSSTTTEEEMMMAAA DDDEEE DDDIIISSSEEEÑÑÑOOO YYY MMMAAANNNUUUFFFAAACCCTTTUUURRRAAA AAASSSIIISSSTTTIIIDDDOOO PPPOOORRR

CCCOOOMMMPPPUUUTTTAAADDDOOORRRAAA,,, CCCOOONNNTTTRRROOOLLLAAADDDAAA PPPOOORRR AAARRRCCCHHHIIIVVVOOOSSS DDDEEE IIINNNTTTEEERRRCCCAAAMMMBBBIIIOOO DDDEEE DDDAAATTTOOOSSS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

PRESENTA: DDIIEEGGOO ZZAAVVAALLAA TTRRUUJJIILLLLOO

ACUERDO N° 2002189 LEÓN, GUANJUATO 2005

Agradecimientos

Agradezco al Creador por darme vida, por tener y crecer en una

familia que ha permanecido unida.

Hace un cuarto de siglo, mí mamá y mí papá me trajeron al mundo,

regalándome amor y comprensión. Apoyándome en mis proyectos de vida y

de crecimiento personal. A mis padres, les quiero agradecer, por el cariño

con el que me han educado, por estar siempre a mi lado, por las enseñanzas

que me han dado, por todas las cosas que han sacrificado para la realización

de sus hijos, por permitirnos crecer junto con ellos y dejarnos volar, volar a

un destino. Ahora, el bebe que amamantaron, el niño con quien jugaron, el

adolescente que escapo, el soñador que realizó, es un joven adulto que

junto y gracias a ustedes estamos concluyendo una etapa más de mi

existencia.

A mi hermana Barbara, que me ha apoyado, que me ha enseñado a

ver las situaciones desde otras perspectivas, que ha colocado la estrella del

norte. Gracias hermana porque has permitido que naveguemos juntos por

los mares que cubren la superficie y con cariño hemos logrado muchas

cosas.

A mi asesor, el Ing. Chuy, quiero agradecer por su apoyo

incondicional en este proyecto y demás situaciones, por despertarme cuando

cabeceaba a la luz del día. Por su amistad, estima y cariño que ha

demostrado.

A mi amiga Erandi, con quien he vivido situaciones de alegría y

tristeza, de éxito y fracaso, que a pesar de que nuestra amistad comenzó

con un dedazo, creció y se convirtió en algo muy especial, te agradezco.

二

A mi amigo Alfredo, le agradezco el que no me halla vuelto más loco

al invitarme y despejarme en paralelo con mi formación universitaria. Por los

momentos y aventuras que hemos pasado ya años atrás. Por el tiempo que

ha pasado y que vendrá.

A Margarita, que me ha enseñado otras perspectivas de la vida que

son importantes en mi realización, por escucharme y entablar una

conversación, por compartir instantes, reacciones y emociones. Gracias

Margarita.

A Lizbeth, quiero agradecer por su apoyo que me dio durante los años

universitarios. Por su cariño que me radió, sus conocimientos que me

transmitió y por haberme inducido a la danza flamenca.

Agradezco a Industrias Scalini, por el apoyo que me otorgó durante

mi época de estudiante, por la confianza que se me ha tenido y por las

oportunidades que me han dado. En especial a mi tío Lalo que tiene plena

confianza en mí, regalándome su apoyo y energía.

Agradezco y comparto este trabajo a toda mi familia, Zavala Vargas,

Trujillo Padilla, abuelos, tíos, primos, sobrinos y ahijado, ya que cada uno a

colocado de una manera muy especial varias piezas en mi ser y mi sentir.

A mis compañeros de la carrera le agradezco, Aaron, Abraham, Aldo,

Alfredo, AlmaSara, Coco, Chuy, Erandi, Filiberto, Giselle, Hector, Hugo,

Israel, Jonathan, Jorge, Juventino, Lizbeth, Marco, Marcochio, Moreliano,

Nadia, Perla, Paco, Rodolfo, Victor, Xochitl y Juanito, ya que cada uno me

enseño a conectar de manera distinta un diodo.

三

A todos mis profesores les agradezco por haber compartido sus

conocimientos para mi crecimiento profesional, en especial al Profe Ricardo,

la Maestra Conchita, Ing. Jose Antonio, Ing. Araiza, Luís García, Ing.

Palacios.

A todas las personas que colocaron un tornillo, una resistencia en este

trabajo de tesis, que me impulsaron a continuar, a despertar, a tomar otras

opciones, en especial al Ing. David, Ing. Marrufo, Jimy.

Agradezco a mi maestra de flamenco María y a mi profesor de

capoeria Poncho por haber compartido sentimientos artísticos que utilicé

como un método de relajación y de dispersión de mi mente, cuerpo y alma.

A mi Universidad y Escuela por su formación dada, INDIVISA MANENT.

Índice

Prólogo__________________________________________ i

Justificación _____________________________________ iv

Objetivo ________________________________________ vi

Objetivo general______________________________________vii

Objetivos particulares _________________________________vii

Metodología _____________________________________ ix

Capítulo 1 ________________________________________ 1

Introducción______________________________________ 1

1.1 Sistema CAD – CAM _______________________________2

1.2 Control Numérico _________________________________3 1.2.1 Definición de control numérico ___________________________ 3 1.2.2 Elementos de un sistema de CN __________________________ 4 1.2.3 Sistema de control ____________________________________ 5

Capítulo 2 ________________________________________ 6

Comunicación serial ________________________________ 6

2.1 Comunicación Serial Asíncrona_______________________7

2.2 Comunicación Serial Síncrona________________________7

2.3 Comunicación Serial Isocrónica ______________________8

2.4 Características de los medios de transmisión ____________8

2.5 Interfaz RS-232 __________________________________9

Capitulo 3 _______________________________________ 15

Archivos de intercambio estándar ____________________ 15

3.1 Archivos IGES –Initial Graphics Exchange Specification- __17

3.2 STEP __________________________________________20

b

3.3 Archivo DXF –Data eXchange Format- ________________21 3.3.1 Descripción del rango del código de grupo _________________ 23 3.3.2 Descripción de la sección de entidades____________________ 23

Capítulo 4 _______________________________________ 28

Motores de pasos _________________________________ 28

4.1 Confiabilidad ___________________________________30

4.2 Par de giro _____________________________________31

4.3 Cableado y construcción interna_____________________34

4.4 Tipos de motores de pasos _________________________35 4.4.1 De reluctancia variable________________________________ 35 4.4.2 De imán permanente _________________________________ 36 4.4.3 Híbrido ____________________________________________ 37 4.4.4 Disco magnético_____________________________________ 38

4.5 Operación inicial y amortiguamiento _________________38

4.6 Modos de control ________________________________40 4.6.1 Excitación de una sola bobina___________________________ 41 4.6.2 Excitación de dos bobinas______________________________ 42 4.6.3 Excitación de una y dos bobinas_________________________ 43

4.7 Limitaciones ____________________________________45

4.8 Ventajas _______________________________________45

Capítulo 5 _______________________________________ 46

El microcontrolador MC68HC908GP32 _________________ 46

5.1 Descripción general ______________________________47

5.2 Reinicio e interrupciones __________________________48

5.3 Reinicio _______________________________________48 5.3.1 Efectos ____________________________________________ 49 5.3.2 Reinicio externo _____________________________________ 49 5.3.3 Reinicio interno______________________________________ 49 5.3.4 Registro ___________________________________________ 52

5.4 Interrupciones __________________________________54

c

5.4.1 Proceso____________________________________________ 54

5.5 Interrupción externa _____________________________57 5.5.1 Registro ___________________________________________ 59

5.6 Puertos de entrada / salida ________________________59 5.6.1 Registros __________________________________________ 61

5.7 Módulo de Interfaz de Comunicación Serial ____________62 5.7.1 Características ______________________________________ 62 5.7.2 Descripción del funcionamiento _________________________ 63 5.7.3 Registros __________________________________________ 71

5.8 Módulo de Interfaz del Temporizador ________________74 5.8.1 Características ______________________________________ 75 5.8.2 Nombres de las terminales_____________________________ 75 5.8.3 Descripción de las funciones del TIM _____________________ 76 5.8.4 Interrupciones ______________________________________ 80 5.8.5 Registros __________________________________________ 81

Capítulo 6 _______________________________________ 86

Algoritmos de programación_________________________ 86

6.1 Algoritmo de la computadora _______________________88

6.2 Algoritmo del microcontrolador _____________________98

Capítulo 7 ______________________________________ 114

Componentes del diseño___________________________ 114

7.1 Diseño electrónico ______________________________115

7.2 Diseño mecánico________________________________131

Capítulo 8 ______________________________________ 142

Resultados y Conclusiones _________________________ 142

8.1 Conclusiones __________________________________155

8.2 Mejoras ______________________________________156

Bibliografía_____________________________________ 157

d

Anexo 1 _________________________________________ I

Características técnicas del Prototipo___________________ I

Datos técnicos del microcontrolador ______________________ II

Datos técnicos de la Comunicación Serial___________________ II

Datos técnicos de la varilla roscada _______________________ II

Datos técnicos de los motores de pasos____________________ II

Anexo 2 _______________________________________ III

Circuitos integrados ______________________________ III

ST232 5V Powered Multi-Channel RS-232 Drivers and Receivers_IV

L6506 Current Controller for Stepping Motors _______________IV

L298 Dual Full Bridge Driver _____________________________V

H21A1 Phototransistor Optical Interruptor Switch_____________V

SN74LS14 Schimtt Trigger Hex Inverter ___________________VI

MC68HC908GP32 _____________________________________VI Rangos máximos de operación_______________________________VII Rangos de operación funcional_______________________________VII Características eléctricas –5 V- _____________________________ VIII Control de tiempo –5 V-___________________________________ VIII Componentes del Módulo Generador de Reloj ___________________ IX

e

Índice de figuras

Figura 1.1.- Control numérico...........................................................................5 Figura 2.1.- Comunicación Serial Asíncrona........................................................7 Figura 2.2.- Comunicación Serial Síncrona .........................................................8 Figura 2.3.- Conector DB9 ............................................................................. 12 Figura 2.4.- Conexión Null Modem .................................................................. 12 Figura 3.1 – Intercambio de archivos .............................................................. 16 Figura 3.2 – Ejemplo de un archivo IGES ......................................................... 20 Figura 4.1.- Respuesta a baja y alta frecuencia ................................................ 31 Figura 4.2.- Respuesta a alta frecuencia con fuente de corriente......................... 32 Figura 4.3.- Par – Velocidad........................................................................... 32 Figura 4.4.- Motor de pasos bipolar – unipolar.................................................. 34 Figura 4.5.- Motor de pasos de reluctancia variable........................................... 36 Figura 4.6.- Motor de pasos de imán permanente ............................................. 36 Figura 4.7.- Motor de pasos híbrido................................................................. 37 Figura 4.8.- Circuito amortiguamiento resistivo ................................................ 39 Figura 4.9.- Circuito amortiguamiento capacitivo .............................................. 40 Figura 4.10.- Posicionamiento del rotor al excitar una bobina ............................. 42 Figura 4.11.- Posicionamiento del rotor al excitar dos bobinas............................ 43 Figura 4.12.- Posicionamiento del rotor al excitar una y dos bobinas ................... 44 Figura 5.1.- Tiempos de la reiniciointerno ........................................................ 50 Figura 5.2.- Tiempos del reinicialización al inicializar el sistema.......................... 51 Figura 5.3.- Registro de estado del Reinicio SIM –SRSR -................................... 53 Figura 5.4.- Orden de almacenamiento al tener una interrupción ........................ 54 Figura 5.5.- Diagrama a bloques del módulo de IRQ.......................................... 58 Figura 5.6.- Registro de Estado y Control de la Interrupción Externa ................... 59 Figura 5.7.- Diagrama de un puerto con pull up (A, C y D – una sola E/S) ........... 60 Figura 5.8.- Diagrama de un puerto (B y E – una sola E/S) ................................ 60 Figura 5.9.- Registro Datos del Puerto............................................................. 62 Figura 5.10.- Registro de Dirección de los Datos............................................... 62 Figura 5.11.- Registro de Habilitación de Resistencias de PullUp ......................... 62 Figura 5.12.- Diagrama a bloques del módulo de comunicación serial.................. 64

f

Figura 5.13.- Formato del dato....................................................................... 65 Figura 5.14.- Transmisor de la Interfaz de Comunicación Serial .......................... 67 Figura 5.15.- Receptor de la Interfaz de Comunicación Serial ............................. 69 Figura 5.16.- Muestreo de recepción de datos .................................................. 70 Figura 5.17.- Registro de Control de la Interfaz de Comunicación Serial............... 71 Figura 5.18.- Registro de Control de la Interfaz de Comunicación Serial............... 72 Figura 5.19.- Registro de Datos de la Interfaz de Comunicación Serial................. 72 Figura 5.20.- Registro de Control de la Interfaz de Comunicación Serial............... 73 Figura 5.21.-Diagrama a bloques del Módulo de Interfaz de Temporizado, TIM ..... 77 Figura 5.22.- Periodo y ancho del pulso del PWM .............................................. 80 Figura 5.23.- Registro de estado y control del TIM ............................................ 82 Figura 5.24.- Registro de la parte alta del contador del TIM ............................... 82 Figura 5.25.- Registro de la parte baja del contador del TIM............................... 83 Figura 5.26.- Registro del modulo del contador del TIM parte alta....................... 83 Figura 5.27.- Registro del modulo del contador del TIM parte baja ...................... 83 Figura 5.28.- Registro del estado y control del TIM del canal 0 ........................... 84 Figura 5.29.- Registro del estado y control del TIM del canal 1 ........................... 84 Figura 5.30.- Registro de la parte alta del TIM del canal 0.................................. 85 Figura 5.31.- Registro de la parte baja del TIM del canal 0................................. 85 Figura 7.1.- Distribución de componentes en el circuito impreso ....................... 127 Figura 7.2.- Cara de soldadura del circuito impreso......................................... 128 Figura 7.3.- Medidas reales del prototipo ....................................................... 132 Figura 7.4.- Plano de doblez de la estructura.................................................. 133 Figura 7.5.- Mecanismos del eje “X” y “Y” ...................................................... 135 Figura 7.6.- Parte A .................................................................................... 136 Figura 7.7.- Parte B .................................................................................... 137 Figura 7.8.- Parte C .................................................................................... 138 Figura 7.9.- Parte D .................................................................................... 139 Figura 7.10.- Mecanismo del cabezal............................................................. 140 Figura 7.11.- Parte E y F.............................................................................. 141 Figura 8.1.- Interfaz.................................................................................... 143 Figura 8.2.- Tarjeta madre........................................................................... 144 Figura 8.3.- Mesa “TKGogh-079” .................................................................. 144 Figura 8.4.- Archivo DXF realizado en AutoCAD .............................................. 145

g

Figura 8.5.- Fotografía de los trazos realizado por el sistema............................ 146 Figura 8.6.- Acotación del rectángulo (mm) ................................................... 147 Figura 8.7.- Medición del rectángulo lado 1 (cm) ............................................ 147 Figura 8.8.- Medición del rectángulo lado 2 (cm) ............................................ 148 Figura 8.9.- Acotación del heptágono (mm) ................................................... 149 Figura 8.10.- Medición del heptágono (cm) .................................................... 149 Figura 8.11.- Acotación de la línea 1 (mm) .................................................... 150 Figura 8.12.- Medición de la línea 1 (cm)....................................................... 150 Figura 8.13.- Acotación de la línea 2 (mm) .................................................... 150 Figura 8.14.- Medición de la línea 2 (cm)....................................................... 150 Figura 8.15.- Acotación de la línea 3 (mm) .................................................... 151 Figura 8.16.- Medición de la línea 3 (cm)....................................................... 151 Figura 8.17.- Acotación del triángulo (mm).................................................... 152 Figura 8.18.- Medición del triángulo lado 1 (cm)............................................. 152 Figura 8.19.- Medición del triángulo lado 2 (cm)............................................. 153 Figura 8.20.- Medición del triángulo lado 3 (cm)............................................. 154

h

Índice de tablas

Tabla 2.1.- Especificaciones del RS-232........................................................... 11 Tabla 2.2.- Asignación de terminales............................................................... 12 Tabla 2.3.- Descripción de las terminales......................................................... 13 Tabla 3.1 - Tipos de datos IGES...................................................................... 18 Tabla 4.1.- Excitación de una sola bobina ........................................................ 41 Tabla 4.2.- Excitación de dos bobinas.............................................................. 42 Tabla 4.3.- Excitación de una y dos bobinas ..................................................... 44 Tabla 5.1.- Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR ....................................... 52 Tabla 5.2.- Fuentes de interrupción................................................................. 55 Tabla 5.3.- Registro de interrupción externa..................................................... 59 Tabla 5.4.- Registros de puertos de entrada / salida.......................................... 61 Tabla 5.5.- Registros de la Interfaz de Comunicación Serial................................ 71 Tabla 5.6.- Preescaladores de la taza de baudios .............................................. 73 Tabla 5.7.- Selección de la taza de baudios...................................................... 74 Tabla 5.8 .- Nombre del las terminales ............................................................ 75 Tabla 5.9.- Registros del Módulo de Interfaz de Temporizado ............................. 81

i

Índice de diagramas de flujo

Diagrama de flujo 6.1.- Lectura del archivo DXF ............................................... 89 Diagrama de flujo 6.2.- Captura de cordenadas................................................ 91 Diagrama de flujo 6.3.- Cálculos de distancias, frecuencias y dirección................ 95 Diagrama de flujo 6.4.- Transmisión serial ....................................................... 97 Diagrama de flujo 6.5.- Rutinas del algoritmo de control.................................... 99 Diagrama de flujo 6.6.- Inicialización de los módulos ...................................... 100 Diagrama de flujo 6.7.- Asignación de puertos ............................................... 102 Diagrama de flujo 6.8.- Configuración del SCI ................................................ 103 Diagrama de flujo 6.9.- Configuración del IRQ................................................ 104 Diagrama de flujo 6.10.- Configuración del TIM .............................................. 105 Diagrama de flujo 6.11.- Detección de límites ................................................ 106 Diagrama de flujo 6.12.- Activación del motor en Z......................................... 107 Diagrama de flujo 6.13.- Interrupción de recepción 1...................................... 108 Diagrama de flujo 6.14.- Interrupción de recepción 2...................................... 109 Diagrama de flujo 6.15.- Interrupción de transmisión...................................... 110 Diagrama de flujo 6.16.- Interrupción del TIM 1 ............................................. 111 Diagrama de flujo 6.17.- Interrupción del TIM 2 ............................................. 112 Diagrama de flujo 6.18.- Interrupción del IRQ................................................ 113

j

Índice de diagramas esquemáticos

Diagrama esquemático 7.1.- Fuente de voltaje............................................... 116 Diagrama esquemático 7.2.- Microcontrolador MC68HC908GP32 ...................... 118 Diagrama esquemático 7.3.- Etapa de potencia del motor de pasos en X ........... 119 Diagrama esquemático 7.4.- Etapa de potencia del motor de pasos en Y ........... 120 Diagrama esquemático 7.5.- Etapa de potencia para el motor de CD en Z.......... 122 Diagrama esquemático 7.6.- Detector de origen y fin de área........................... 123 Diagrama esquemático 7.7.- Etapa de la comunicación serial con la PC ............. 125 Diagrama esquemático 7.8.- Monitoreo del sistema ........................................ 126

Prólogo

“Siempre que caigas deberás de levantarte para la desesperación de los malvados”

Dale Wasserman

ii

La tecnología hoy en día está abarcando más y más en nuestra vida

diaria. Al despertarnos para empezar un nuevo día, al prepararnos algo de

comer, al transportarnos a nuestro destino, al comunicarnos con una cierta

persona, al realizar alguna tarea o reporte, al apagar la luz y acostarnos a

descansar por el día que ha terminado, entre otras actividades.

Cuando uno menos lo espera, ya está en el mercado algún dispositivo

esperando ser utilizado por nosotros para la realización de una tarea, ya sea

laboral, de entretenimiento, de aprendizaje, de relajación, o para tener

mayor comodidad.

Aprovechando el avance tecnológico, con una visión y un espíritu de

desarrollo ingenieril, universitario, profesional y social, se propone el

desarrollo mecánico, electrónico e informático, de un sistema en el cual

involucre el diseño y la manufactura asistida por computadora, controlada

por archivos de intercambio de datos, tomando el mayor aprovechamiento

de las máquinas que se han ido incorporando a nuestras vidas día con día.

El sistema propuesto, realiza la tarea de trazar líneas rectas en un

área no mayor a 122,500 mm2 (350 mm x 350 mm), a partir de un archivo

tipo vector, Data eXchange File, diseñado en el programa AutoCAD, que será

leído, entendido, procesado y codificado por un programa que diseñado

sobre un lenguaje visual llamado Borland C++ Builder 5. Este programa se

encuentra hospedado en una computadora con plataforma de Windows 98

segunda edición.

iii

Por otra parte se tiene un microcontrolador de la familia HC908 de

FreeScale, que estará en comunicación con el programa que se hospeda en

la computadora mediante la interfaz RS-232. Recibiendo una serie de datos

que ayudará a la máquina a realizar el trazado de las líneas rectas,

controlando los motores de pasos sobre los ejes “X” y “Y”, el motor de

corriente directa en el eje “Z” y monitoreando los límites del área de

trabajo.

Justificación

"Nadie ha hecho jamás

las cosas que yo he hecho,

ni ha soñado mis sueños.

La mitad de lo que hacemos,

está determinada

por los recuerdos que llevamos dentro"

John Powel

v

En la actualidad al asociar los términos “Tecnología” - “México”, nos

damos cuenta, que México es una nación en la cual se ensambla o se

importa tecnología ajena.

Poco a poco, la tecnología mexicana, se ha ido introduciendo a la

industria nacional e internacional, compitiendo con otros países

desarrollados.

En cuanto a los Sistemas de Diseño y Manufactura Asistido por

Computadora en la industria nacional, tienden a ser maquinaria importada

de Estados Unidos de Norteamérica, Francia, Italia, Alemania y Japón.

Por tal motivo, se presenta una propuesta en donde basada en los

productos que existen en el mercado, se desarrollará e implementará una

tecnología ideada y realizada por mexicanos. Lo cual dará un impulso a

futuros desarrollos tecnológicos dando una baja en el estado monetario de

su producción y adquisición.

Industrias en México quisieran invertir en estos sistemas, pero no

todas están en un nivel económico para poder adquirirlos, dándole ventaja a

la industria extranjera en cuanto a tiempo, productividad, calidad,

competitividad y precio.

Este prototipo propuesto como tema de tesis, puede llegar a un

desarrollo más exhaustivo e innovador para realizar tareas más específicas y

de mayor precisión, que la industria mexicana o extranjera requiera.

Objetivo

”Adoro en todo la voluntad de Dios para conmigo”

San Juan Bautista de la Salle

vii

Objetivo general

Desarrollo de un sistema en el que se involucren las áreas abarcadas

dentro de la Licenciatura de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones,

tomándolas como base y tratándolas a profundidad.

Este sistema se inclina al diseño y la manufactura asistida por

computadora, donde se entenderá y codificará un archivo de intercambio de

datos a dos dimensiones, encontrando solo líneas rectas y trazará el diseño

a pluma sobre una cartulina a una escala 1 a 1 teniendo un error casi nulo.

Objetivos particulares

1. Investigar patrones de archivos de intercambio de datos que existen

hoy en día y que sean comunes entre los programas de diseño

asistido por computadora, seleccionando el más conveniente.

2. Desarrollar un algoritmo que sea capaz de leer, entender y codificar

el archivo de intercambio de datos generado por programas de

diseño asistido por computadora, hospedado en un ordenador.

3. Formular una codificación que sea entendida por el microcontrolador

MC68HC908GP32.

4. Establecer una interfaz serial entre la computadora y el

microcontrolador MC68HC908GP32 basada en el estándar RS-232.

5. Diseñar y fabricar un mecanismo con tres grados de libertad, una

mesa “XYZ”, con un área aproximada de 200,000 mm2 (400 mm x

500 mm), utilizando piezas recicladas o al alcance de un estudiante

de licenciatura.

viii

6. Investigar el funcionamiento de motores de pasos, su frecuencia, su

potencia, el par de giro, el consumo de corriente.

7. Elaborar un diseño electrónico con su esquemático y su circuito

impreso; etapa de comunicación serial, etapa digital, etapa de

potencia y etapa de monitoreo.

Metodología

"Al tener un PORQUE vivir, no nos importará el COMO vivir"

Friedrich Nietzsche

x

Al realizar una investigación bibliográfica y científica, se obtuvo la

siguiente metodología para el desarrollo de la tesis:

Se buscaron archivos estándar para el traslado de información entre

distintos programas de diseño; lo cual se revisó en libros, manuales e

Internet para confirmar la existencia de dichos archivos. Seleccionando el

archivo más conveniente para este proceso, tomándose en cuenta que tan

amigable y popular es el programa que lo genera, facilitando el diseño a los

usuarios.

Se diseñó un algoritmo capaz de leer el archivo seleccionado,

entendiéndolo y codificándolo. Apoyándose en fórmulas de geometría para la

obtención de los datos que serán codificados.

Se estableció una comunicación serial entre la computadora y el

microcontrolador, siendo éste la cabecilla del sistema.

Se controló y monitoreó los mecanismos de la mesa “TKGogh-079”,

mediante el microcontrolador en conjunto con el sistema digital y la etapa

de potencia.

Tomando los siguientes cuatro puntos, como los más importantes

para el funcionamiento del Prototipo de un Sistema de Diseño y Manufactura

Asistida por Computadora:

1. Algoritmo hospedado en la computadora.

2. Algoritmo hospedado en el microcontrolador.

3. Diseño mecánico del sistema, con tres ejes de libertad.

4. Diseño electrónico del sistema.

Capítulo 1

1 Introducción

Introducción

“Cuando te falte un amigo o alguien con quien hablar, mira hacia dentro y contigo

has de poder conversar”

Alberto Cortés

Capítulo 1

2

1.1 Sistema CAD – CAM

CAD/CAM son las siglas para Computer Aided Design / Computer

Aided Manufacturing, que en español significa Diseño Asistido por

Computadora / Manufactura Asistido por Computadora.

Simplifica las operaciones de los dibujantes y los diseñadores en el

cálculo de ecuaciones matemáticas para hallar tangencias, intersecciones,

posiciones de centro o complicadas superficies; permitiendo rápidos

resultados y cambios inmediatos por medio de herramientas de edición.

Son sistemas que han revolucionado a la industria desde las fases de

diseño y análisis hasta los procesos de producción. El uso de estos sistemas

ahorra tiempo, recursos de producción y costos, con un aumento de la

eficiencia y de la exactitud dimensional. Abarca el diseño gráfico, el manejo

de bases de datos para el diseño y la fabricación, control numérico de

máquinas - herramientas, simulación de procesos y robótica.

El desarrollo de los sistemas CAD/CAM, dotan a la programación de

control numérico de la capacidad de tomar información directamente de la

geometría de la pieza. Generar toda la geometría de la pieza mediante un

módulo de diseño o dibujo, siguiéndole, para definir el recorrido de la

herramienta mediante un módulo de Control Numérico. Todo ello con las

facilidades de visualización en pantalla de colores y desde diversos puntos

de vista de las piezas y de las trayectorias de mecanizado.

Capítulo 1

3

1.2 Control Numérico

El control numérico, CN, es una forma de automatización programable

en la cual el equipo de procesado se controla a través de números, letras y

otros símbolos. Estos números, letras y símbolos están codificados en un

formato apropiado para definir un programa de instrucciones y desarrollar

una tarea concreta.

El primer desarrollo en el área del control numérico se le atribuye a

John Parsons. El concepto de control numérico implicaba el uso de datos en

un sistema de referencia para definir las superficies de contorno de las

hélices de un helicóptero.

1.2.1 Definición de control numérico

Existen diversas definiciones de lo que es un control numérico, CN,

entre las que se pueden citar las siguientes:

1) Es todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un mecanismo,

en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son

elaboradas a partir de las instrucciones codificadas en un programa.

2) Es todo dispositivo que realiza un mando mediante números, haciendo

que las máquinas desarrollen su trabajo automáticamente mediante la

introducción en su memoria de un programa en el que se definen las

operaciones a realizar por medio de combinaciones de letras y números.

3) Es un sistema que en base a una serie de instrucciones codificadas,

programa y gobierna todas las acciones de una máquina o mecanismo al

Capítulo 1

4

que le ha sido aplicado, haciendo que éste desarrolle una secuencia de

operaciones y movimientos en el orden previamente establecido por el

programador.

4) "Sistema que aplicado a una máquina – herramienta, automatiza y

controla todas las acciones de la misma, entre las que se encuentran:

a. Los movimientos de los carros y del cabezal.

b. El valor y el sentido de las velocidades de avance y de corte o de

dibujo.

c. Los cambios de herramientas y de piezas a mecanizar.

d. Las condiciones de funcionamiento de la máquina (bloqueos,

refrigerantes, lubricación, etcétera).

e. El estado de funcionamiento de la máquina (averías,

funcionamiento defectuoso y de más).

f. La coordinación y el control de las propias acciones del CN (flujos

de información, sintaxis de programación, diagnóstico de su

funcionamiento, comunicación con otros dispositivos)."

1.2.2 Elementos de un sistema de CN

Los elementos básicos de un sistema de control numérico son:

1) El programa, que contiene la información precisa para que se

desarrollen las tareas. El programa se escribe en un lenguaje especial, un

código, compuesto por letras y números.

Capítulo 1

5

2) El control numérico CN, que debe interpretar las instrucciones

contenidas en el programa, convertirlas en señales que accionen los

dispositivos de las máquinas y comprobar su resultado.

3) El equipo de procesado, es el componente que realiza el trabajo útil.

Lo forman la mesa de trabajo, las máquinas herramienta así como los

motores y controles para moverlas.

1.2.3 Sistema de control

La arquitectura del sistema de control de un Control Numérico

comprende los siguientes elementos:

1) Unidad de entrada-salida de datos.

2) Unidades de memoria fija, ROM, y volátil, RAM.

3) Uno o varios microprocesadores.

4) Visualizador de datos.

5) Unidad de enlace con la máquina.

Figura 1.1.- Control numérico

Capítulo 2

2 Comunicación serial

Comunicación serial

“La diferencia entre lo ordinario

y lo extraordinario,

es un pequeño esfuerzo”

Jim Rohn

Capítulo 2

7

En la comunicación serial, la transmisión del carácter se da de un

punto “A” a un punto “B” por medio de una línea de transmisión. Por lo que

solo un bit del carácter puede ser transmitido durante un pulso de reloj;

también es llamada transmisión serial por bit.

2.1 Comunicación Serial Asíncrona

En la comunicación asíncrona, cada carácter se entrama entre un bit

de arranque y uno de final. El primer bit transmitido es el bit de inicio, que

siempre es un 0 lógico. Los bits del código de caracteres se transmiten a

continuación comenzando con el bit de menor significancia, LSB,

continuando hasta el bit de mayor significancia, MSB. El bit de paridad, si se

usa, se transmite después del bit de mayor significancia, MSB, del carácter.

El último bit transmitido es el bit de parada, el cual siempre es un 1 lógico.

Figura 2.1.- Comunicación Serial Asíncrona

2.2 Comunicación Serial Síncrona

En la comunicación síncrona, un carácter de sincronización único

llamado carácter SYN se transmite al comienzo de cada mensaje.

Posteriormente se envían los caracteres deseados, de 8 bits de longitud, y

un carácter que se usa para significar el final de una transmisión, este

dependerá del protocolo.

Capítulo 2

8

Figura 2.2.- Comunicación Serial Síncrona

2.3 Comunicación Serial Isocrónica

Esta comunicación es cuando los datos asíncronos son usados con

dispositivos síncronos. Por otro lado los datos síncronos nunca se usan con

los dispositivos asíncronos.

2.4 Características de los medios de transmisión

Velocidad.- Las ondas viajan a distintas velocidades, dependiendo

del tipo de onda y de las características del medio de propagación.

Frecuencia.- Las oscilaciones de una onda electromagnética son

periódicas y repetitivas. Por lo que se caracterizan por una frecuencia. La

proporción en la que la onda periódica se repite es su frecuencia.

Taza de transferencia.- La capacidad de información de un sistema

de comunicación representa el número de símbolos independientes que

pueden pasarse, a través del sistema, en una unidad de tiempo

determinada. A lo que llamamos bits por segundo, bps.

Capítulo 2

9

Half duplex.- La transmisión de datos es posible en ambas

direcciones, pero no al mismo tiempo. También llamado de dos sentidos

alternados o líneas de cualquier sentido. Un ejemplo es la banda civil.

Full duplex.- Las transmisiones son posibles en ambas direcciones

simultáneamente, pero deben estar entre las mismas dos estaciones.

También llamadas de dos sentidos simultáneas, o líneas de dos sentidos. Un

ejemplo es el sistema telefónico.

2.5 Interfaz RS-232

RS-232 son las siglas para Recommended Standard–232, que en

español significa Estándar Recomendado–232, un estándar de interfase

que fue aprobado por Electronic Industries Alliance, EIA, para conectar

dispositivos serialmente. En 1987 la EIA lanzó una versión del estándar

y le llamó EIA-232-D. En 1991 se unió con Telecommunications Industry

Association, TIA, desarrollando una nueva versión, a la cual le llamaron

EIA/TIA-232-E. Actualmente es conocido solamente como RS-232.

En una interfase serial se tiene al dispositivo que se conecta a la

interfase llamado Equipo de Comunicación de Datos DCE, y otro dispositivo

al cual se conecta la interfaz llamado Equipo de Terminal de Datos, DTE, que

se encarga de controlar el flujo de información.

Existe un común entre el Equipo de Terminal de Datos y el Equipo de

Comunicación de Datos. Además contiene datos bipolares, lo que significa

que el nivel de la señal de salida oscila entre +12 volteos y -12 volteos. Al

tener una señal entre +3 y +12 volteos indica un estado de encendido o

“espacio–0 lógico”, mientras que de -3 a -12 volteos indica un estado de

Capítulo 2

10

apagado o “marca–1 lógico”. Algunos dispositivos ignoran el nivel

negativo y aceptan el voltaje de cero como un estado apagado. Existe un

área muerta entre +3 volteos y -3 volteos, la cual está diseñada para

absorber el ruido de la línea.

Las señales del RS-232 son representadas por niveles de voltaje con

respecto a un común, lo que llamamos tierra. El estado no activo contiene el

nivel da la señal negativa con respecto al común y el estado activo nos

indica el nivel del estado positivo con respecto al común.

El estándar RS-232 es un estándar para la comunicación serial que

marca las siguientes especificaciones: voltajes de la señal, tiempos de la

señal, funciones de la señal, protocolo para un intercambio de información y

los conectores. En la tabla 2.1 se describen las especificaciones

mencionadas anteriormente.

En la interfaz serial RS-232 se tiene varios tipos de conectores, como

son el RJ-45, el DB-9 y el DB-25, donde solo se maneja comunicación

asíncrona, debido a la falta de una terminal de reloj. En la tabla 2.2 se

muestra la correspondencia del conector DB-9.

Capítulo 2

11

Tabla 2.1.- Especificaciones del RS-232

Especificaciones RS-232

Modo de operación Un solo destino

Nodos 1 receptor

1transmisor

Longitud máxima del cable 15.24 m

Velocidad máxima de transferencia 20 kbs

Voltaje máximo de transmisión ± 25 volteos

Nivel de la señal de salida de transmisión,

con carga ± 5 volteos a ± 15 volteos

Nivel de la señal de salida de transmisión,

sin carga ± 25 volteos

Impedancia de la carga de transmisión 3 kΩ a 7 kΩ

Corriente máxima de transmisión en estado

de alta impedancia, encendido N / A

Corriente máxima de transmisión en estado

de alta impedancia, apagado ± 6 mA @ ± 2 volteos

Velocidad máxima de picos 30 volteos por 1 µSeg

Voltaje máximo de entrada en recepción ± 15 volteos

Sensibilidad de entrada en recepción ± 3 volteos

Resistencia de entrada en recepción 3 kΩ a 7 kΩ

Capítulo 2

12

Tabla 2.2.- Asignación de terminales

Número de

terminal Descripción Abreviatura

Pin 1 Data Carrier Detect CD

Pin 2 Receive Data RD o RX o RXD

Pin 3 Transmitted Data TD o TX o TXD

Pin 4 Data Terminal Ready DTR

Pin 5 Signal Ground GND

Pin 6 Data Set Ready DSR

Pin 7 Request To Send RTS

Pin 8 Clear To Send CTS

Pin 9 Ring Indicator RI

Figura 2.3.- Conector DB9 Figura 2.4.- Conexión Null Modem

Capítulo 2

13

A continuación se menciona la función de cada terminal:

Tabla 2.3.- Descripción de las terminales

Descripción Función

Data Carrier

Detect

Señal que manda el Equipo de Comunicación de Datos

al Equipo de Terminal de Datos para indicar que se ha

recibido una señal portadora desde el Equipo de

Comunicación de Datos.

Receive Data Datos enviados por el Equipo de Comunicación de

Datos.

Transmitted

Data Datos enviados por el Equipo de Terminal de Datos.

Data Terminal

Ready

Originado por el Equipo de Terminal de Datos para que

el Equipo de Comunicación de Datos prepare y

configure una conexión.

Signal Ground

Tierra de referencia entre el Equipo de Comunicación de

Datos y el Equipo de Terminal de Datos. Tiene un valor

de cero volteos.

Data Set Ready

Es originado por el Equipo de Comunicación de Datos,

nos indica que está operando adecuadamente y que el

canal de comunicación esta habilitado..

Request To

Send

Originado por el Equipo de Comunicación de Datos para

inicializar la transmisión por el Equipo de Comunicación

de Datos.

Capítulo 2

14

(Continuación) Tabla 2.3.- Descripción de las terminales

Descripción Función

Clear To Send

Enviado por el Equipo de Comunicación de Datos como

una petición hacia el pin de petición para mandar, para

informar al Equipo de Terminal de Datos que puede

empezar la transmisión.

Ring Indicator

Es una señal que va desde el Equipo de Comunicación

de Datos hasta el Equipo de Terminal de Datos para

indicarnos que existe una llamada telefónica.

Los conectores de la comunicación serial RS-232, manejan distintas

conexiones. Una de ellas es la conexión Null Modem, que se describe en la

figura 2.4. Este tipo de conexión es usualmente utilizada entre dos Equipo

de Terminal de Datos, en comunicaciones asíncronas. Puede solo utilizar tres

cables, Transmisión de Datos, Recepción de Datos y la Señal de Tierra.

Esta conexión hace pensar a la computadora que está conectada a

otra por medio de un MODEM, por eso la terminal DTR está en lazo cerrado

con las terminales DSR y CD. Así cuando el DTR da luz verde, las otras dos

terminales DSR y CD se activan, la computadora recibe la señal en la que

recibe el mensaje de que el MODEM virtual al cual esta conectado esta listo

y que ha detectado la portadora del otro MODEM.

Mientras que las terminales RTS y CTS no son necesarias, ya que las

dos computadoras se encuentran en una misma taza de transferencia, por lo

que el control de flujo no es necesario, y estas dos terminales, también se

encuentran en lazo cerrado.

Capitulo 3

3 Archivos de intercambio estándar

Archivos de intercambio estándar

"La formulación de un problema, es más importante que su solución"

Albert Einstein

Capítulo 3

16

Debido al rápido crecimiento de programas CAD-CAM se tuvo que

llegar a un acuerdo para estandarizar la información, ya que hubo una época

en la que existían ( )1−× NN formatos de archivos; entonces se tenían que

utilizar traductores especiales de un tipo de archivo que manejaba el

programa X al tipo de archivo que manejaba el programa Y, la solución del

intercambio de datos fue el pasar de un tipo de archivo que maneja un

programa A, a un archivo de formato neutral y después de este formato

traducirlo al archivo que maneja el programa B.

Figura 3.1 – Intercambio de archivos

El archivo de formato neutral debe de ser un estándar internacional.

Obviamente tendrá sus variaciones como en algunos sistemas, limitarán las

descripciones de las superficies en un polinomio cúbico mientras otros

sistemas utilizarán un polinomio de mayor grado.

Capítulo 3

17

3.1 Archivos IGES –Initial Graphics Exchange Specification-

El archivo IGES, es un estándar que especifica la estructura y la

sintaxis de un archivo neutral ASCII, un ASCII comprimido o un archivo con

formato binario.

Se divide en cinco secciones:

1) Sección de Inicio (Start Section): se programa manualmente por la

persona que esta inicializando el archivo IGES, contiene información que

ayudará al usuario que utilizará el archivo en el destino.

2) Sección Global (Global Section): aquí encontraremos los parámetros

necesarios para la traducción del archivo en veinticuatro campos. [3]

identificador del origen, [4] nombre del archivo, [5] identificación del

programa que produce el archivo, [6] versión del procesador de IGES. [7

al 11] precisión del entero, del punto flotante, [12] identificación del

destino, [13] escala del modelo, [14] unidades, [15] nombre de las

unidades, [16] número máximo del grosor de línea, [17] grosor máximo

de línea, [18] archivo de tiempo generado, [19] distancia mas pequeña,

[20] valor mas largo en coordenadas, [21 y 22] persona y organización

que crearon el archivo, [23] versión del IGES, [24] estándares.

3) Sección de Directorio (Directory Section): la cual es generada por el

ante proceso del IGES, que contiene una entrada para cada entidad, un

código representativo del tipo y subtipo de entidad.

4) Sección de Parámetros de Datos (Parameter Data Section):

contiene las especificaciones de las entidades como son las coordenadas,

anotaciones de texto, etcétera.

Capítulo 3

18

5) Sección Terminal (Terminal Section): marca el final del archivo y

contiene el subtotal de datos para la revisión al ser transmitidos.

Cada registro tiene un identificador en las columnas 73 a 80. El

primer carácter del identificador nos menciona la sección y el resto es un

número entero que inicia con 1 al principio de cada sección, el cual es usado

para referencias cruzadas.

Tabla 3.1 - Tipos de datos IGES

Entidades

Geométricas Entidades de anotación

Entidades de

estructura

100 Arco circular

102 Curva

104 Arco cónico

106 Datos largos

108 Plano

110 Línea

112 Curva spline

114 Superficie

spline

116 Punto

134 Nodo

202 Dimensiones

angulares

206 Dimensiones

diámetro

208 Bandera

210 Etiqueta general

212 Nota general

214 Flecha

216 Dimensiones lineales

218 Dimensiones

ordinarias

220 Dimensiones del

punto

222 Dimensiones del

radio

230 Área seccionada

302 Definición

asociativa

304 Definición de letra

de línea

306 Definición del

macro

310 Definición de letra

314 Definición del color

404 Dibujo

406 Propiedades

416 Referencia externa

600 –

699 Instancia del

macro

Capítulo 3

19

Ejemplo de un archivo IGES

EXAMPLE IGES FILE

1H,,1H;,,,9HMASTERCAM,1H1,16,8,24,8,56,,1.,1,4HINCH,1,0.01.

13H850101.010000,0.,100.,,,;

S0000001

G0000001

G0000002

116 1 1 1 1

116 0 3 1

124 2 1 1 1

124 0 3 1

100 3 1 1 1

100 0 3 1

110 4 1 1 1

110 0 3 1

0

00000000D0000001

D0000002

0

00000000D0000003

D0000004

0

00000000D0000005

D0000006

0

00000000D0000007

D0000008

116,100.,-100.,0;

124,1.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,0.,0.,1.,0

100,0.,100.,-100.,150.,-100.,150.,-99.99999;

110,135.3553,-135.3553,0.,206.066,-64.64465,0.;

S0000001G0000002D0000008P0000004

1P0000001

3P0000002

5P0000003

7P0000004

TP0000001

Capítulo 3

20

Figura 3.2 – Ejemplo de un archivo IGES

3.2 STEP

Usa un modelo formal para el intercambio de datos, el cual es descrito

usando el lenguaje EXPRESS, un lenguaje de modelaje de información que

fue desarrollado exclusivamente para STEP. El lenguaje EXPRESS puede ser

leído por nosotros y procesado por computadoras, es usado para especificar

los modelos de información para el STEP.

En STEP la información geométrica y de entidades es expresada en el

lenguaje EXPRESS y con él, mapas del archivo físico. El archivo físico no

necesita tener la definición de cómo se representa una cierta entidad, como

lo haría un archivo IGES, sino que los modelos EXPRESS están

representados en el archivo mismo.

Está compuesta de tres capas, que permiten aplicaciones múltiples e

implementaciones.

Capítulo 3

21

1ra.

Capa:

Aquí se hospedan las técnicas de implementación del STEP,

como es la relación de los modelos con el lenguaje EXPRESS y

el archivo físico.

2da.

Capa:

En esta capa se tiene el origen de la información de los

modelos que contienen información independiente, como son

las descripciones geométricas, la topología o la estructura del

producto.

3ra.

Capa:

En la última capa se encuentra lo que son los protocolos de

aplicación, que contienen información relacionada a

aplicaciones particulares como son el modo de dibujo, el

modelaje del producto eléctrico, etc.

3.3 Archivo DXF –Data eXchange Format-

El formato DXF, Archivo de Intercambio de Dibujo fue desarrollado

por AutoDesk para describir de manera precisa un archivo de dibujo

AuntoCAD en un formato de archivo de texto.

Es un formato con una representación de información de datos, en

donde cada dato en el archivo está precedido por un número entero que es

llamado código de grupo. El código de grupo indica que tipo de datos del

elemento será mostrado.

Se puede tener códigos de objetos o de entidades. Un objeto no tiene

representación grafica mientras que una entidad si.

Capítulo 3

22

El archivo DXF se divide en 7 secciones:

1) Sección de Cabecera (Header Section): aquí se tiene información

general del dibujo. Cada parámetro tiene un nombre y un valor asociado.

2) Sección de Clase (Classes Section): posee la información de

aplicaciones definidas, la cual esta permanentemente fija en la jerarquía

de clases.

3) Sección de Tablas (Tables Section): aquí se encontrará la descripción de los siguientes parámetros. Tablas de tipo de línea, tabla de capas, tabla de tipo de letra, tabla de vistas, tabla de UCS, tabla VPORT, tabla de DWGMGR.

4) Sección de Bloques (Blocks Section): contiene la definición de los

bloques como entidades, describiéndolos individualmente.

5) Sección de Entidades (Entities Section): en esta sección

encontraremos información de las figuras como entidades, objetos

gráficos, incluyendo cualquier referencia a un bloque.

6) Sección de Objetos (Objects Section): contiene la información de

objetos no gráficos del dibujo.

7) Sección de Imagen del dedo gordo (Thumbnailimage Section):

contiene información previa de las imágenes del dibujo.

8) Fin de archivo (End of file).

Capítulo 3

23

3.3.1 Descripción del rango del código de grupo

Rango del código de

grupo Valor

0 – 9 Cadena

10 – 59 Flotante

60 – 79 Entero

210 – 239 Flotante

999 Comentario, cadena.

3.3.2 Descripción de la sección de entidades

En esta sección tendremos el código de grupo para objetos gráficos.

A continuación se describirán algunos códigos, que son los utilizados

en el proyecto.

LÍNEA (Line)

Código de grupo Descripción

100 Subdass marker.(AcDbCircle)

39 Grosor.

10 Punto inicial en X.

20, 30 Punto inicial en Y - Z.

11 Punto final en X.

21, 31 Punto final en Y – Z.

210 Dirección de extrusión en X. (3D)

220, 230 Dirección de extrusión en Y – Z.

Capítulo 3

24

POLILÍNEA LW (LwPolyline)



90 Número de vértices.

70 Bandera polilínea. Definido 0; Cerrada 1; Plinegen 128.

43 Ancho constante.

38 Elevación.

39 Grosor.


20 Punto inicial en Y - Z.

40 Inicio de ancho.

41 Final de ancho.

42 Bulge.



Capítulo 3

25

MULTI LÍNEA (MLine)



2 Cadena. El estilo usado para la mline.

340 Puntero / ID del objeto MLINESTYLE.

40 Factor de escala.

70 Justificación. Arriba = 0; Zero = 1; Abajo = 2.

71 Bandera. 1 = tiene al menos 1 vértice; 2 = Cerrado; 4

= Inicio suprimido caps; 8 = Final suprimido caps.

72 Número de vértices.

73 Número de elementos en la definición de MLINESTYLE.


20, 30 Punto inicial en Y - Z.



11 Coordenada del vértice en X.

21, 31 Coordenada del vertice en Y – Z.

12 Dirección del vector del segmento empezando en este

vértice. X

22, 32 Dirección del vector del segmento empezando en este

vértice. Y – Z

13 Dirección del vector del miter en este vértice. X

23, 33 Dirección del vector del miter en este vértice. Y – Z

74 Número de parámetros para este elemento.

41 Parámetros del elemento.

75 Número de los parámetros del área llenada.

42 Parámetros del área llenada.

Capítulo 3

26

PUNTO (Point)


100 Subdass marker.(AcDbPoint)

39 Grosor.

10 Posición del punto en X.

20, 30 Posición del punto en Y - Z.

50 Angulo del eje X para UCS .



Capítulo 3

27

POLILÍNEA (Polyline)



66 Una bandera de seguimiento.

10 Siempre 0.

20 Siempre 0.

30 Elevación de la polilínea.

39 Grosor.

70 Bandera de la polilínea. Predefinido 0. 1 = Polilínea

cerrada; 2 = Se ha adherido acoplamiento de curvas e

vértices; 4 = Se ha adherido acoplamiento de spline e

vértices; 8 = Una polilínea en 3D; 16 = Un polígono en

3D; 32 = El polígono esta cerrado en dirección N; 64 =

La polilínea es un policaras; 128 = El patrón de tipo de

línea es generado continuamente alrededor de los

vértices.

40 Ancho predefinido inicial.

41 Ancho predefinido final.

71 Polígono mesh M vértices contados.

72 Polígono mesh N vértices contados.

73 Smooth surface M density.

74 Smooth surface N density.

75 Curves and smooth surface type.



Capítulo 4

4 Motores de pasos

Motores de pasos

"Un momento antes de escribir,

el corazón no sabe lo que va a dictar la inteligencia,

un momento después de haber escrito,

la inteligencia no sabe lo que ha escrito el corazón"

Ernesto Espinoza

Capítulo 4

29

Los motores de pasos consisten de un eje rotatorio magnetizado

permanentemente, llamado rotor, y otra parte fija electromagnetizada que

rodea al rotor, llamado estator. Para mover el rotor, los campos

electromagnéticos en el motor deben ser activados en el orden correcto.

Cada cambio en este proceso mueve al motor un paso; en el orden en que

son activadas, será la dirección.

Los motores de pasos son dispositivos que convierten pulsos

eléctricos en movimientos mecánicos rotativos discretos. En otras palabras

movimientos angulares discretos cada vez que se cambie la polaridad de

un embobinado. Se aplica una serie de pulsos a los embobinados del motor.

Cada pulso hace que el rotor gire un grado exacto; a estos pulsos se les

llama pasos.

Se usan en aplicaciones donde la posición del rotor del motor es

crítica además de que se necesite medir con precisión. La velocidad del rotor

está limitada aproximadamente 2000 revoluciones por minuto.

La resolución de un motor paso a paso viene determinada por el

número de polos en el estator y el rotor. Se le conoce como el número de

pasos que se necesitan para dar una vuelta completa. La relación entre el

movimiento angular de un motor de pasos y el número de pasos viene dada

por:

NA °= 360

(4.1) N Número de pasos por vuelta

A Ángulo de paso

Capítulo 4

30

El par es una función del ángulo entre los polos del estator y del rotor.

El par del motor es más grande cuando los polos están alineados. El par

máximo, se le conoce como el par de retención del motor. Al aumentar la

resolución mediante micropasos se reducirá el par de retención.

4.1 Confiabilidad

Los motores de pasos tienen una confiabilidad de ± 5% por

movimiento angular sin que sea acumulable. Es a lo que llamamos

repetibilidad de paso a paso. Esta confiabilidad va a depender mucho del

funcionamiento mecánico y de la precisión de sus partes ensambladas.

La confiabilidad en cuanto a posicionamiento va a depender tanto de

la repetibilidad como de la fricción e inercia que tenga la carga del motor de

pasos, creando un error de posicionamiento, posición verdadera – posición

real.

La fricción es una fuerza tangencial, paralela a la superficie que se

encuentra en contacto, en otras palabras una resistencia al movimiento

debido a que dos superficies se encuentran rozando.

La inercia es la oposición que presentan los cuerpos al variar su

estado, ya sea de reposo o de movimiento. En otras palabras una resistencia

a cambios en la velocidad angular del motor de pasos.

Capítulo 4

31

4.2 Par de giro

Los factores que harán depender el par en los motores de pasos son:

a) La frecuencia de los pasos.

b) La corriente en los embobinados.

c) El diseño del controlador.

En los motores de pasos el par es desarrollado cuando se desplaza el

flujo magnético del rotor y del estator de un lugar a otro. El par de salida es

proporcional a la intensidad del flujo magnético generado al energizar los

embobinados. Puede ser aumentado al incrementar la corriente ó el

embobinado.

El par disminuye al aumentar la frecuencia debido a que no alcanza a

recuperarse de los cambios rápidos, figura 4.1.

Figura 4.1.- Respuesta a baja y alta frecuencia

Capítulo 4

32

Para que trabaje a una frecuencia mayor se debe tener una

resistencia limitadora de corriente y un generador de corriente limitante,

figura 4.2. En esta figura se puede observar la recuperación de la corriente

de la carga, IL, gracias a la resistencia limitadora y la fuente de corriente

constante.

Figura 4.2.- Respuesta a alta frecuencia con fuente de corriente

En la figura 4.3 Se muestra la gráfica velocidad / par de giro. Esta

gráfica es muy significativa para la selección de los motores de pasos, de su

etapa de potencia y de su control.

Figura 4.3.- Par – Velocidad

Capítulo 4

33

Par de detención, (Holding torque): es el par máximo que tiene un

motor de pasos al estar en estado de reposo.

Curva del par interno, (Pull in curve): es la curva que define una

región de inicio y paro. Indica la frecuencia máxima en la cual un motor de

pasos puede iniciar y parar con una carga, instantáneamente sin perder la

sincronía.

Curva del par externo, (Pull out curve): es la curva que define la

región de cambio brusco de un motor de pasos. Indica la frecuencia máxima

a la cual el motor de pasos puede operar con carga sin perder la sincronía,

se aplica una señal rampa, incrementando y decrementando en esta región.

Frecuencia máxima de cambio, (Maximum slew rate): es la

frecuencia máxima de operación de un motor de pasos sin carga.

Frecuencia máxima de inicio, (Maximum start rate): es la

frecuencia máxima de inicio de un motor de pasos sin carga.

Par de fábrica, (Residual torque): es el par que se tiene cuando un

motor de pasos se encuentra desenergizado. Normalmente solo lo poseen

los motores de pasos de imán permanente y posee un valor aproximado de

1/10 del par de detención.

Par dinámico, (Dynamic torque): es la relación del par con la razón

de pasos, frecuencia. En otras palabras el par que tiene un motor de pasos

al estar en funcionamiento.

Capítulo 4

34

4.3 Cableado y construcción interna

Existen motores de pasos bipolares con dos fases, una fase por

embobinado, y motores de pasos unipolares, que tienen una fase por

embobinado, con un punto de referencia central. En la figura 4.4, se

muestra la diferencia en porcentaje del par que se tiene en un motor bipolar

y un motor unipolar, observando que los motores bipolares tienen un 40 %

más de rendimiento en el par.

Figura 4.4.- Motor de pasos bipolar – unipolar

El estator y el rotor de un motor de pasos poseen una serie de polos,

en otras palabras, una región donde la densidad del flujo magnético es

concentrada dentro de un cuerpo magnetizado. Como ya se menciono,

según sea el número de polos que tenga tanto el rotor como el estator,

nuestra resolución de pasos aumentará por cada revolución, disminuyendo

el ángulo de giro.

En los motores de pasos de imán permanente tienen el mismo

número de polos en el estator y en el rotor. En los motores de pasos

híbridos, tiene un rotor dentado, el cual, está dividido por un imán

Capítulo 4

35

permanente en dos partes, una mitad es la parte del polo sur y la otra mitad

es la parte del polo norte. El estator también posee un dentado para

construir un número mucho mayor de polos equivalentes. La relación entre

el número de polos en el rotor, el número de polos equivalentes del estator

y el número de fases, determina el ángulo de giro del motor por paso:

NFNgirodeÁngulo

Ph

360360 =×

=

(4.2)

NPh

Número de polos

equivalentes por fase en el

estator, lo que es el

número de polos en el rotor

F Número de fases

N Número total de polos

4.4 Tipos de motores de pasos

4.4.1 De reluctancia variable

El rotor está formado por un material ferromagnético con dientes que

tiende a orientarse de modo que facilite el camino de las líneas de fuerza del

campo magnético generado por la bobinas del estator. La rotación ocurrirá

cuando los dientes del rotor sean atraídos por los polos del estator.

Debido a que no esta magnetizado, el rotor puede ser girado

libremente y su par solo existirá si las bobinas se encuentran energizadas.

Capítulo 4

36

Figura 4.5.- Motor de pasos de reluctancia variable

4.4.2 De imán permanente

El rotor, que posee una polarización magnética constante, gira para

orientar sus polos, Norte / Sur, de acuerdo al campo magnético creado por

las fases del estator. El rotor no tiene dientes y los polos magnetizados del

rotor nos proporciona una intensidad de cambio magnético mucho mayor, lo

que nos provocará un mayor par, esto al ser comparado con un motor de

pasos de reluctancia variable.

El motor de pasos de imán permanente trabaja a bajas velocidades y

con una resolución angular que puede variar entre 15º y 7.5º.

Figura 4.6.- Motor de pasos de imán permanente

Capítulo 4

37

4.4.3 Híbrido

El motor de pasos híbrido, combina las mejores características tanto

del motor de pasos de reluctancia variable como el motor de pasos de imán

permanente.

Consiste en un rotor dentado con un eje concéntrico magnetizado y

un estator dentado. Los dientes generan un camino que ayuda a guiar el

flujo magnético entre el estator y el rotor. Incrementando el par de paro, el

par dinámico y el par de detención.

El motor de pasos híbrido tiene una resolución angular que puede

variar entre 3.6º y 0.9º. Lo que equivale de 100 a 400 pasos por vuelta.

Pueden ser utilizados a velocidades un poco más altas que los motores de

reluctancia variable y de imán permanente. Otras ventajas de este tipo de

motores son el bajo ruido acústico y la baja resonancia.

Figura 4.7.- Motor de pasos híbrido

Capítulo 4

38

4.4.4 Disco magnético

El motor de disco magnético esta diseñado con un rotor en forma de

disco. Tiene la ventaja de poseer una baja inercia y un camino optimizado

de la corriente magnetizada sin ningún cople entre los dos embobinados del

estator.

El número de polos pueden ser grandes, debido a que no son

salientes. Cada segmento de imán permanente es norte en un lado del disco

y sur en el lado opuesto. Cuando un segmento de disco está alineado con el

polo A del estator en la parte superior, un espacio neutral está alineado con

el polo B del estator en la parte inferior. Por lo que al apagar un devanado

de polo del estator y al encender el otro devanado de polo del estator

simultáneamente, el rotor de disco pasa la distancia entre el área neutral y

un polo del rotor. Si el número de segmentos del rotor es de cien, la

distancia angular entre los polos es de 3.6º.

4.5 Operación inicial y amortiguamiento

Cuando el motor arranca, teniendo en cuenta el razonamiento

mecánico máximo, será necesario un control progresivo de la aceleración.

Del mismo modo, en una parada brusca, a fin de no sobrepasar en uno o

varios pasos la posición deseada como consecuencia de la inercia del motor,

será necesario prever una desaceleración progresiva algunos pasos antes de

llegar a la posición deseada. Hay que definir una velocidad máxima del

motor y separar cada paso mediante una temporización que corresponda a

esta velocidad. A esto se le llama impulso rampa.

Capítulo 4

39

El amortiguamiento es necesario para evitar que existan

sobrepasos, minimizándolos y suprimiendo la resonancia del motor de

pasos. Puede realizarse mecánicamente o electrónicamente.

Un amortiguamiento mecánico no es el recomendado, ya que se tiene

que agregar una carga con fricción, lo que dará un mayor consumo de

energía en el sistema.

Un amortiguamiento electrónico es mas efectivo. Existen varios tipos

de amortiguamientos electrónicos.

Amortiguamiento resistivo.- se conecta una resistencia al

embobinado del motor de pasos, permitiendo una corriente máxima en el

embobinado activo y reduciendo la corriente en el embobinado inactivo.

Reduce la velocidad del motor y aumenta la pérdida de energía.

Vcc

L1 Fase A

L2 Fase B

Q13

21

Q23

21

Q33

21

L3 Fase C

R1

R2R3

A

B

C

Figura 4.8.- Circuito amortiguamiento resistivo

Capítulo 4

40

Amortiguamiento capacitivo.- se coloca un capacitor en paralelo a

los embobinados del motor de pasos, los cuales controlan la desenergización

en la fase que acaba de ser apagada y en la fase que ha sido prendida se

pone en cortocircuito momentáneamente, suprimiendo el par directo al

principio del movimiento de paso.

Vcc

A

B

C

C1

C2

C3

L1 Fase A

L2 Fase B

Q13

21

Q23

21

Q33

21

L3 Fase C

Figura 4.9.- Circuito amortiguamiento capacitivo

4.6 Modos de control

Los controles típicos de un motor de pasos son:

1. Excitación de una sola bobina.

2. Excitación de dos bobinas.

3. Excitación de una y dos bobinas.

4. Micropasos

Capítulo 4

41

4.6.1 Excitación de una sola bobina

En este modo de control se energiza solamente una bobina por paso,

siguiendo una secuencia, A – C – B –D, tabla 4.1, y en la figura 4.11, se

muestra la posición del rotor 8 – 2 – 4 - 6.

Tabla 4.1.- Excitación de una sola bobina

No. Paso A B C D

1 1 0 0 0

2 0 0 1 0

3 0 1 0 0

4 0 0 0 1

Tiene la desventaja que en motores de pasos unipolares solo utiliza el

25% y en motores de pasos bipolares ocupa el 50% del total del

embobinado del motor de pasos por cada paso. Lo que significa que no se

esta utilizando el par máximo de salida del motor de pasos. Estos

porcentajes son en condiciones similares de los embobinados, tanto en el

unipolar como en el bipolar.

Capítulo 4

42

Figura 4.10.- Posicionamiento del rotor al excitar una bobina

4.6.2 Excitación de dos bobinas

En este modo de control se energiza dos bobinas por paso, siguiendo

la secuencia: AC – CB – BD – DA, tabla 4.2, y en la figura 4.12, se muestra

la posición del rotor 1 – 3 – 5 - 7.

Tabla 4.2.- Excitación de dos bobinas

No. Paso A B C D

1 1 0 1 0

2 0 1 1 0

3 0 1 0 1

4 1 0 0 1

Tiene el mismo movimiento angular que la excitación de una sola

bobina, pero su posición mecánica se encuentra medio paso delante de lo

que es un paso completo.

Capítulo 4

43

En condiciones similares de embobinado, los motores de paso

unipolares utilizan un 50% del embobinado, mientras que los motores de

paso bipolares utilizan el 100% del embobinado. Por lo que el par será

mayor en los motores de pasos bipolares.

Figura 4.11.- Posicionamiento del rotor al excitar dos bobinas

4.6.3 Excitación de una y dos bobinas

En este modo de control se energiza una o dos bobinas por paso,

siguiendo la secuencia, A – AC – C – CB – B – BD – D – DA, tabla 4.3, y en

la figura 4.13, se muestra la posición del rotor 8 – 1 - 2 - 3 - 4 - 5 – 6 - 7.

Capítulo 4

44

Tabla 4.3.- Excitación de una y dos bobinas

No. Paso A B C D

1 1 0 0 0

2 1 0 1 0

3 0 0 1 0

4 0 1 1 0

5 0 1 0 0

6 0 1 0 1

7 0 0 0 1

8 1 0 0 1

También es llamado polarización de medios pasos. Y tiene un

movimiento angular de un medio paso que el de los otros dos modos de

control. Se tiene un paso con un par fuerte, al energizar las dos bobinas,

siguiéndole de un paso débil, al energizar una sola bobina.

Figura 4.12.- Posicionamiento del rotor al excitar una y dos bobinas

Capítulo 4

45

4.7 Limitaciones

1. Limitados en potencia, menos de 1 caballo de fuerza.

2. Limitados en la velocidad de rotación, máxima velocidad 200 rpm.

3. Tienen una baja eficiencia en energía.

4. Producen resonancia.

4.8 Ventajas

1. Tienen la ventaja de detener el par, lo que me permite mantener la posición.

2. Tienen un par externo, que significa la habilidad de mover a la siguiente posición.

3. El ángulo rotacional del motor es proporcional a la entrada de un pulso.

4. Posicionamiento preciso y una repetibilidad confiable, si el motor tiene una exactitud entre el 3 y el 5%.

5. Una respuesta buena para comenzar, parar y revertir.

6. Se tiene un control de lazo cerrado.

Capítulo 5

5 microcontrolador MC68HC908GP32

El microcontrolador MC68HC908GP32

“Todos los días,

Dios nos da un momento en que nos es posible cambiar todo los que nos hace

infelices.

El instante mágico es el momento en que un SI o un NO pueden cambiar toda

nuestra existencia”

Paulo Coehlo

Capítulo 5

47

5.1 Descripción general

El MC68HC908GP32 es un miembro de bajo costo y alto rendimiento

de la familia M68HC08 de 8 bits de Motorota.

Características:

1. Arquitectura M68HC08 de alto rendimiento y optimizada para

compiladores de C.

2. Compatibilidad en código con las familias M6805, M14805 y

M68HC05.

3. Frecuencia de bus interno de 8 MHz.

4. Seguridad del programa en memoria Flash.

5. Programación dentro del sistema.

6. Reinicialización por medio del módulo de Operación Apropiada de la

Computadora, COP.

7. Reinicialización por medio de una Dirección Ilegal o un Código

Operativo Ilegal.

8. Modos de operación en el estándar de bajo consumo, modo de espera

y modo de paro.

9. Terminal de Reinicio Maestro y Reinicio al Encender el Sistema, POR.

10.Programación en memoria Flash, memoria flash de 32 Kbytes.

11.Memoria de Acceso Aleatorio, RAM, de 512 bytes.

12.Módulo de Interfaz Serial Periférico, SPI.

13.Módulo de Interfaz de Comunicación Serial, SCI.

14.Módulo de Interfaz del Temporizador, TIM, 2 canales de 16 bits.

15.Ocho canales de 8 bits de Convertidor Analógico Digital, ADC, por el

método de aproximaciones sucesivas.

Capítulo 5

48

16.Módulo de Rompimiento, BRK.

17.Resistencias Internas de pullup en terminal de Interrupción Externa,

IRQ y terminal de Reinicio, RST.

18.Módulo Generador de Reloj, compatible con cristal de 32 KHz.

19.Treinta y tres terminales de propósito general, entradas / salidas en

combinación con 26 funciones compartidas.

20.Resistencias internas de pullup en los puertos A, C y D.

21.Corriente máxima de 10 mA.

22.Corriente máxima en puerto C de 15 mA.

23.Dieciséis modos de direccionamiento.

24.Registro indexado de 16 bits y apuntador de pila, SP.

25.Transferencia de datos de memoria a memoria.

26.Instrucción de multiplicación rápida de 8 x 8 bits.

27.Instrucción de división rápida de 16 entre 8 bits.

28.Instrucciones de Código Binario Decimal, BCD.

5.2 Reinicio e interrupciones

El reinicio y las interrupciones responden a eventos durante la

ejecución del programa. Un reinicio coloca la unidad del microcontrolador a

sus condiciones de inicio. Un vector de interrupción lleva al contador del

programa a un servicio de rutina.

5.3 Reinicio

El reinicio provoca a la unidad del microcontrolador regresar a las

condiciones conocidas iniciales y empezar la ejecución del programa en la

localidad predeterminada.

Capítulo 5

49

5.3.1 Efectos

a) Paro inmediato de la ejecución de instrucciones.

b) Inicializa ciertos bits de control y de estado.

c) Carga el contador de programa con la dirección definida en el vector

de reinicio en la localidad $FFFE y $FFFF.

d) Selecciona la frecuencia del cristal dividido entre cuatro CGMXCLK,

como el reloj de bus interno.

5.3.2 Reinicio externo

Un cero lógico aplicado a la terminal de reinicio, RST, por un tiempo,

tIRL, genera un reinicio externo. El reinicio externo coloca en alto el bit PIN

en Registro de Estado SIM, SRSR.

5.3.3 Reinicio interno

Es ejecutado por:

a) Reinicio al Inicializar el Sistema, POR.

b) Operación Apropiada de la Computadora, COP.

c) Reinicio por bajo nivel de poder.

d) Código operativo ilegal.

e) Dirección ilegal.

Capítulo 5

50

Figura 5.1.- Tiempos de la reiniciointerno

Un reinicio interna manda a la terminal de RST, a un nivel lógico bajo,

por 32 ciclos de la frecuencia de bus interna, CGMXCLK, para permitir el

reinicio en componentes externos. La unidad del microcontrolador se

mantiene reinicializada por otros 32 ciclos de la frecuencia de bus interna,

CGMXCLK, después de haber liberado la terminal de RST..

Reinicio al Inicializar el Sistema, POR: es un reinicio interno

provocado por una transición positiva en la terminal de VDD. Al inicializar el

sistema debe colocarse completamente en 0 V para reiniciar la unidad del

microprocesador. El POR sigue la siguiente secuencia:

a) Detiene el reloj de la unidad central de procesamiento y módulos

inactivos, para una oscilación estabilizando con un retardo de 4096

ciclos del CGMXCLK.

b) Lleva a un nivel lógico bajo, la terminal de RST durante el retardo de

estabilización.

c) Libera la terminal de RST después de haberse estabilizado el retardo,

32 ciclos del CGMXCLK.

d) Coloca en alto el bit del POR.

Capítulo 5

51

Figura 5.2.- Tiempos del reinicialización al inicializar el sistema

Reinicio por el módulo de Operación Apropiada de la

Computadora, COP: es un reinicio interno causado por un sobreflujo del

contador del COP. Coloca un alto en el módulo de integración del sistema

SIM, en el Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR.

Para limpiar el contador del COP y prevenir una reinicialización, se

debe escribir cualquier valor al control de registro del COP, $FFFF.

Reinicio por Bajo Voltaje, LVI: es un reinicio interno provocado por

tener un voltaje de LVItripf en la fuente de poder.

a) Detiene el reloj a la unidad central de procesamiento y a los módulos

inactivos por el retardo del oscilador estabilizador con 4096 ciclos del

CGMXCLK, después de que la fuente de poder alcanzó el voltaje de

LVItripf.

Capítulo 5

52

b) Mantiene la terminal de RST en bajo mientras VDD se mantenga por

debajo de LVItripa.

c) Libera la terminal de RST 32 ciclos del CGMXCLK, después de haberse

estabilizado.

d) Libera a la unidad central de procesamiento para seguir con la

secuencia del vector de reinicio al haber pasado 64 ciclos del

CGMXCLK.

e) Coloca un alto en el bit de LVI en el Registro de Estado de Reinicio.

Reinicio por un Código Operativo Ilegal: es un reinicio interno

causada por un código operativo que no se encuentra dentro de las

instrucciones del microcontrolador. Este tipo de reinicialización coloca un

alto en el bit del ILOP, en el Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR.

Reinicio por Dirección Ilegal ILAD: una reinicialización de este tipo

es causada por un código operativo proveniente de una dirección que no se

encuentra dentro del mapa de memoria. Coloca un alto en el bit del ILAD,

en el Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR.

5.3.4 Registro

Tabla 5.1.- Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR

$FE01 SRSR Registro de Estado de Reinicio SIM

Este registro es de solo lectura y contiene las banderas que muestran

las fuentes de reinicialización. Todas las banderas son limpiadas

automáticamente al leer el registro. El servicio de reinicio puede leer el

Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR, para limpiar el registro después

Capítulo 5

53

de un POR, o para determinar la fuente de cualquier reinicialización

subsecuente.

El registro es inicializado al ser encendida la fuente. Durante un POR,

o cualquier reinicio interno, la terminal de RST es forzada a bajo. Después

de que ésta ha sido liberada, será muestreado por 32 ciclos del CGMXCLK.

Si la terminal no se encuentra por encima de VIH en ese tiempo, entonces el

bit de la bandera de PIN, en el Registro de Estado de Reinicio SIM, SRSR

será colocado en alto.

POR - Bandera de Reinicio por Inicialización del Sistema

PIN - Bandera de Reinicio Externo

COP - Bandera de Reinicio por el módulo de Operación

Apropiada de la Computadora.

IFOP - Bandera de Reinicio por Código Operativo Ilegal

ILAD - Bandera de Reinicio por Dirección Ilegal

LVI - Bandera de Reinicio por Bajo Voltaje

Figura 5.3.- Registro de estado del Reinicio SIM –SRSR -

Capítulo 5

54

5.4 Interrupciones

Una interrupción cambia temporalmente la secuencia del programa en

ejecución para responder a un evento en particular. Una interrupción no

para, la operación de una instrucción que se esta ejecutando, pero empieza

cuando la instrucción en proceso es terminada.

5.4.1 Proceso

Figura 5.4.- Orden de almacenamiento al tener una interrupción

a) Guarda los registros de la Unidad Central de Procesamiento, CPU, en

el apuntador de pila, SP. Al final de la interrupción la instrucción RTI

recupera los registros de la Unidad Central de Procesamiento del SP

de modo que el proceso normal puede continuar.

b) Posiciona la mascara de interrupción, para prevenir interrupciones

adicionales. Una vez que la interrupción es amarrada, ninguna otra

interrupción puede tomar procedencia sin importar su prioridad.

Capítulo 5

55

c) Carga el contador del programa con una dirección de vector definida

por el usuario.

Después de cada instrucción la Unidad Central de Procesamiento

verifica todas las interrupciones en ejecución, si el bit I no se encuentra en

alto. Si más de una interrupción está en llamado cuando una instrucción ha

sido ejecutada, la interrupción de mayor prioridad es la primera en

ejecutarse.

Tabla 5.2.- Fuentes de interrupción

Fuente Bandera Mascara

Bandera del

registro

INT

Prioridad Vector de

direcciones

Reinicialización - - - 0 $FFFE-$FFFF

Instrucción SWI - - - 0 $FFFC-$FFFD

Terminal IRQ IRQF IMASK IF1 1 $FFFA-$FFFB

CGM PLL PLLF PLLIE IF2 2 $FFF8-$FFF9

TIM1CH0 CH0F CH0IE IF3 3 $FFF6-$FFF7


Sobreflujo TIM1 TOF TOIE IF5 5 $FFF2-$FFF3


TIM2CH1 CH1F CH1IE IF7 7 $FFEE-$FFEF

Sobreflujo TIM2 TOF TOIE IF8 8 $FFEC-$FFED

Receptor lleno

SPI SPRF SPRIE

Sobreflujo SPI OVRF ERRIE

Falla SPI MODF ERRIE

IF9 9 $FFEA-FFEB

Transmisor vacío

SPI SPTE SPTIE IF10 10 $FFE8-$FFE9

Capítulo 5

56

(Continuación) Tabla 5.2.- Fuentes de interrupción

Fuente Bandera Mascara

Bandera del

registro

INT

Prioridad Vector de

direcciones

Receptor SCI OR ORIE

Bandera de ruido

SCI NF NEIE

Error de

corrección SCI FE FEIE

Error de paridad

SCI PE PEIE

IF11 11 $FFE6-$FFE7

Receptor lleno

SCI SCAF SCRIE

Entrada no

funcionando SCI IDLE ILIE

IF12 12 $FFE4-$FFE5

Transmisor vacío

SCI SCTE SCTIE

Transmisión

completa SCI TC TCIE

IF13 13 $FFE2-$FFE3

Terminal de

teclado KEYF IMASKK IF14 14 $FFE0-$FFE1

Conversión

completa ADC COCO AIEN IF15 15 $FFDE-$FFDF

Tiembo base

TBM TAIF TBIE IF16 16 $FFDC-$FFDD

Capítulo 5

57

5.5 Interrupción externa

Al tener un bajo en la terminal de interrupción externa, IRQ, puede

amarrar una petición de interrupción en la Unidad Central de Procesamiento.

Esta se mantendrá hasta que sea limpiada, que sucede al escribir un alto en

el bit de ACK del Registro de Estrado y Control de la Interrupción, INTSCR.

Esta interrupción externa puede ser tanto de flanco negativo como de

flanco negativo y de nivel bajo.

Capítulo 5

58

Figura 5.5.- Diagrama a bloques del módulo de IRQ

Capítulo 5

59

5.5.1 Registro

Tabla 5.3.- Registro de interrupción externa

$001D INTSCR Registro de Control y Estado del IRQ

IRQF - Bandera de la Interrupción Externa

ACK - Petición a limpiar la Interrupción Externa

IMASK - Mascara de interrupción

MODE - Selección del modo de interrupción

Figura 5.6.- Registro de Estado y Control de la Interrupción Externa

5.6 Puertos de entrada / salida

El microcontrolador posee 33 entradas / salidas en cinco puertos.

Estos pueden ser programados como entradas o como salidas

individualmente y los puertos A, C y D poseen resistencias de pull up

internas y programables.

Capítulo 5

60

Figura 5.7.- Diagrama de un puerto con pull up (A, C y D – una sola E/S)

Figura 5.8.- Diagrama de un puerto (B y E – una sola E/S)

Capítulo 5

61

5.6.1 Registros

Tabla 5.4.- Registros de puertos de entrada / salida

$0000 PTA Registro de Datos del Puerto A

$0001 PTB Registro de Datos del Puerto B

$0002 PTC Registro de Datos del Puerto C

$0003 PTD Registro de Datos del Puerto D

$0004 DDRA Registro de Dirección de los Datos del

PTA

$0005 DDRB Registro de Dirección de los Datos del

PTB

$0006 DDRC Registro de Dirección de los Datos del

PTC

$0007 DDRD Registro de Dirección de los Datos del

PTD

$0008 PTE Registro de Datos del Puerto E

$000C DDRE Registro de Dirección de los Datos del

PTE

$000D PTAPUE Registro de Habilitación de Resistencias

de PullUp del PTA

$000E PTCPUE Registro de Habilitación de Resistencias

de PullUp del PTC

$000F PTDPUE Registro de Habilitación de Resistencias

de PullUp del PTD

Capítulo 5

62

Figura 5.9.- Registro Datos del Puerto

Figura 5.10.- Registro de Dirección de los Datos

Figura 5.11.- Registro de Habilitación de Resistencias de PullUp

5.7 Módulo de Interfaz de Comunicación Serial

Este módulo nos permite una comunicación asíncrona de alta

velocidad con otros dispositivos o unidades de microcontrolador.

5.7.1 Características

a) Operación full-duplex.

b) Formato NRZ.

c) 32 tasas de transferencias programables.

d) Longitud de carácter programable, 8 o 9 bit.

Capítulo 5

63

e) Habilitación por separado de transmisión y recepción.

f) Peticiones de interrupción por separado de transmisión y recepción.

g) Polaridad de salida de transmisor programable.

h) 2 métodos de reactivación de recepción.

a. Reactivación por línea IDLE.

b. Reactivación por marca de dirección.

i) 8 banderas de interrupción para encaminarla.

a. Transmisor vacío.

b. Transmisión completa.

c. Receptor lleno.

d. Entrada por receptor IDLE.

e. Error de ruido.

f. Error de corrección.

g. Error de paridad.

j) Detección de error en el receptor de corrección.

k) Chequeo de paridad de hardware.

l) Detección de ruido 1/16 bit-tiempo.

m) Bit de configuración del registro, SCIBDSRC, que nos permite la

selección de la fuente de reloj.

5.7.2 Descripción del funcionamiento

El transmisor y el receptor trabajan independientemente, aunque

usen el mismo generador de tasa de baudios. La Unidad Central de

Procesamiento, monitorea el estado de la Interfaz de Comunicación Serial,

SCI, escribe los datos a transmitir y los datos de procesos recibidos.

Capítulo 5

64

Figura 5.12.- Diagrama a bloques del módulo de comunicación serial

Capítulo 5

65

El generador de la tasa de transferencia puede ser seleccionado en el

bit de configuración SCIBDSRC, del registro CONFG2.

Formato del dato

La Interfaz de Comunicación Serial, SCI, usa el formato de dato del

estándar no regresa a cero, NRZ, marca / espació.

Figura 5.13.- Formato del dato

Transmisor

Longitud de carácter: el transmisor puede acomodar datos de 8 ó 9

bits. El estado de bit M en el Registro de Control 1, SCC1, determina la

longitud del carácter. Cuando se transmiten datos de 9 bits, el bit T8 en el

Registro de Control 3, SCC3, es el noveno bit, bit 8.

Transmisión de carácter: durante la transmisión el registro de

corrimiento del transmisor, recorre un carácter fuera a través de la terminal

PTE0 / TxD. El Registro de Datos SCDR, es de solo escritura y actúa como

Capítulo 5

66

un buffer entre el bus de datos interno y el registro de corrimiento de la

transmisión.

Para inicializar una transmisión:

a) Habilita la Interfaz de Comunicación Serial, escribiendo un 1 en el bit

de habilitación de ésta, ENSCI, en el Registro de Control 1 del SCI,

SCC1.

b) Habilita la transmisión al escribir un 1 en el bit de habilitación de

transmisión TE, en el Registro de Control 2 del SCI, SCC2.

c) Limpia el bit de transmisor vacío, al leer el Registro de Estado 1 del

SCI, SCC1 y al escribir en el Registro de Datos de la Interfaz de

Comunicación Serial SCDR.

Al iniciar la transmisión, el control lógico del trasmisor carga

automáticamente con puros altos el registro de corrimiento. Al ser enviados,

el control lógico transfiere los datos del Registro de Datos de la Interfaz de

Comunicación Serial, SCDR, en el registro de corrimiento. Al igual que un

bajo, que indica inicio de transmisión, en el bit de menor significancia; y un

alto, que indica fin de transmisión, al de mayor significancia.

Cuando el registro de corrimiento no esta transmitiendo un carácter,

la terminal de transmisión TxD, se pone en condición IDLE, un alto lógico.

Capítulo 5

67

Figura 5.14.- Transmisor de la Interfaz de Comunicación Serial

Interrupción de transmisión: una interrupción de transmisión es

provocada por las siguientes fuentes:

a) Transmisor Vacío, SCTE, lo cual indica que el Registro de Datos de la

Interfaz de Comunicación Serial, SCDR, ha sido transferida al registro

de corrimiento del transmisor.

Capítulo 5

68

b) Transmisión Terminada, TC, lo cual indica que el registro de

corrimiento del transmisor y el Registro de Datos de la Interfaz de

Comunicación Serial, SCDR, se encuentran vacíos.

Receptor

Longitud de carácter: el receptor puede acomodar datos de 8 o 9

bits. El estado de bit M en el Registro de Control 1 del SCI, SCC1, determina

la longitud del carácter. Cuando se reciben datos de 9 bits, el bit R8 en el

Registro de Control 2 del SCI, SCC2, es el noveno bit. Cuando recibe un

dato de 8 bits, es una copia del bit 7.

Recepción de carácter: durante la recepción, el registro de

corrimiento del receptor, coloca los caracteres de la terminal PTE1 / RxD, en

el Registro de Datos de la Interfaz Serial, SCDR, al haber tenido el dato

completo. Este registro es de solo lectura y actúa como un buffer entre el

bus de datos interno y el registro de corrimiento del receptor.

Capítulo 5

69

Figura 5.15.- Receptor de la Interfaz de Comunicación Serial

Muestreo del dato: el receptor muestrea la terminal de recepción,

RxD, a una taza de reloj RT. Esta taza de reloj es una señal interna con una

frecuencia de 16 veces la taza de baudios.

Capítulo 5

70

Figura 5.16.- Muestreo de recepción de datos

Tolerancia de la taza de baudios: el Equipo de Terminal de Datos

puede operar por encima o por debajo de la taza de baudios del receptor.

Los bits acumulados fuera de tiempo pueden causar uno de los tres paros de

bit en el muestreo que se coloque fuera del bit de paro actual. A esto se le

llama error de ruido. Si más de uno de los bits de paro del muestreo se

encuentran fuera, entonces ocurre un error de ajuste.

Interrupción de muestreo: se tiene la siguiente fuente de

interrupción en la recepción de la comunicación serial:

a) Lleno el receptor de la Interfaz de Comunicación Serial, el bit SCRF,

que se encuentra en Registro de Estado de la Interfaz de

Comunicación Serial, SCS1, indica que el registro de corrimiento del

receptor ha transferido el carácter al Registro de Datos de la Interfaz

de Comunicación Serial, SCDR.

Capítulo 5

71

5.7.3 Registros

Tabla 5.5.- Registros de la Interfaz de Comunicación Serial

$0013 SCC1 Registro de Control 1 del SCI



$0016 SCS1 Registro de Estado 1 del SCI

$0017 SCS2 Registro de Estado 2 del SCI

$0018 SCDR Registro de Datos del SCI

$0019 SCBR Registro de la Taza de Baudios del SCI

SCTIE - Habilitación para la interrupción de transmisión

TCIE - Habilitación para la interrupción de transmisión

terminada

SCRIE - Habilitación para la interrupción de recepción

ILIE - Habilitación para la interrupción de línea de Idle

TE - Habilitación para transmisión

RE - Habilitación para la recepción

RWU - Levanta a la recepción

SBK - Manda rompimiento

Figura 5.17.- Registro de Control de la Interfaz de Comunicación Serial

Capítulo 5

72

SCTE - Transmisión vacía

TC - Transmisión terminada

SCRF - Receptor lleno

IDLE - Receptor idle

OR - Sobreflujo en recepción

NF - Bandera de ruido en receptor

FE - Error de ajuste en receptor

PE - Error de paridad en recetor


R7 / T7 – R0 / T0 - Datos de Recepción y Transmisión

Figura 5.19.- Registro de Datos de la Interfaz de Comunicación Serial

Capítulo 5

73

SCP1 -

SCP2 - Prescalador de la taza de baudios

R - Reservado

SCR2 -

SCR1 -

SCR0 -

Selección de la taza de baudios


Tabla 5.6.- Preescaladores de la taza de baudios

SCP1 y SCP0 Divisor preescalador -

DP-

00 1

01 3

10 4

11 13

Capítulo 5

74

Tabla 5.7.- Selección de la taza de baudios

SCR2, SCR1 y SCP0Divisor de la taza de baudios –

BD-

000 1

001 2

010 4

011 8

100 16

101 32

110 64

111 128

BDxPDxSCIdelrelojdefuentebaudiostaza

64= (5.1)

Donde:

baudiosdetazaladedivisorBDorpreescaladdivisorPD

CGMXofSCIdelrelojdefuente BUS

==

=

5.8 Módulo de Interfaz del Temporizador

Este módulo es un temporizador de dos canales que provee un tiempo

de referencia con entrada de captura, una salida de comparación y funciones

de modulación por ancho de pulso.

Este procesador en particular tiene dos Módulos de Interfaz del

Temporizador que son llamados: TIM1 y TIM2.

Capítulo 5

75

5.8.1 Características

1) Dos canales de comparación de captura de entrada / salida.

a) Entradas de captura con histéresis, transición positiva, transición

negativa, o ambas.

b) Salidas de acción de comparación, coloca en alto, en bajo o realiza

complemento.

2) Generación de señales por modulación de ancho de pulso.

3) Reloj de entrada programable con 7 frecuencias, selección de preescalar

en el reloj del bus interno.

4) Módulo de operación de conteo hacia arriba.

5) Complemento en cualquier terminal de canal en sobreflujo.

6) Bits de paro y reinicialización del contador de TIM.

7) Arquitectura modular expandible a ocho canales.

5.8.2 Nombres de las terminales

Los nombres de las terminales de entrada / salida son T[1,2]CH0,

temporizador del canal 0, y T[1,2]CH1, temporizador del canal 1, donde “1”

es utilizado para indicar TIM1 y “2” es utilizado para indicar TIM2. Los dos

TIMs comparten cuatro terminales de entrada / salida con cuatro terminales

de entrada / salida del puerto D. Los nombres completos de las terminales

del Módulo de Interfaz del Temporizador, TIM, son:

Tabla 5.8 .- Nombre del las terminales

Nombre genérico de la terminal del TIM T[1,2]CH0 T[1,2]CH1

TIM1 PTD4 / T1CH0 PTD5 / T1CH1 Nombre completo de la

terminal del TIM TIM2 PTD6 / T2CH0 PTD7 / T2CH1

Capítulo 5

76

5.8.3 Descripción de las funciones del TIM

La figura 5.21 muestra la estructura del Módulo de la Interfaz del

Temporizador, TIM. El componente principal de éste módulo, es el contador

de 16 bits del TIM que puede operar como un contador de corrido libre o

como un módulo de conteo hacia arriba. El contador del Temporizador,

provee una referencia para las funciones de entrada de captura y la salida

de comparación. Los registros del contador del Temporizador, TMODH:

TMODL, controla el módulo de valor del contador del TIM. El programa

puede leer el valor del contador del Módulo de Interfaz de Temporizado,

TIM, en cualquier momento sin afectar la secuencia de conteo.

Los dos canales del Módulo de Interfaz de Temporizado, TIM, son

independientemente programables como entradas de captura o canales de

salida de comparación. Si un canal es considerado como entrada de captura,

entonces la resistencia interna de pullup puede ser habilitada para ese

canal.

Capítulo 5

77

Figura 5.21.-Diagrama a bloques del Módulo de Interfaz de Temporizado, TIM

Preescalador del contador del TIM

El reloj del Módulo de Interfaz del Temporizador, puede ser uno de las

siete salidas del preescalador. Este genera siete rangos del reloj del bus

interno. Los bits de selección, PS[2:0], en el Registro de Estado y Control

del TIM, TxSC, selecciona el recurso del reloj del Modulo de Interfaz del

Temporizador.

Capítulo 5

78

Captura de entrada

Con la función de captura de entrada, el TIM puede capturar el tiempo

en el cual un evento externo ocurre. Cuando existe una transición en un

canal de captura de entrada, el Módulo de Interfaz de Temporizado, captura

el contenido del contador del TIM en el Registro de Canal del TIM,

TCHxH:TCHxL. El tipo de transición es programable. Las entradas de captura

pueden generar una petición de interrupción del TIM en la Unidad Central de

Procesamiento, CPU.

Salida de comparación

Con la función de salida de comparación, el TIM puede generar un

pulso periódico con una polaridad, duración y frecuencia programable.

Cuando el contador alcanza el valor en el registro de un canal de

comparación de salida, el Módulo de Interfaz de Temporizado, TIM, puede

tener un uno lógico, un cero o el complemento en la terminal del canal. Las

comparaciones de salida pueden generar una petición de interrupción del

Módulo de Interfaz de Temporizado, en la Unidad Central de Procesamiento,

CPU.

Salida de comparación con buffer

Los canales 1 y 0 pueden ser ligados para formar un canal de salida

de comparación con buffer cuyas salidas serán las terminales

correspondientes a TCH0. Los registros del canal TIM del par ligado

controlan alternamente las salidas.

Capítulo 5

79

Dando un alto en el bit MS0B en el Registro de Estado y Control del

canal 0 del TIM, TSC0, liga el canal 0 con el canal 1. El valor de comparación

de salida del los registros iniciales del canal 0 controla la salida en la

terminal TCH0. Escribir en el registro del canal 1 del TIM habilita los

registros del canal 1 para sincronizar el control de salida después de que

exista un sobreflujo en el contador. El Registro de Estado y Control del Canal

0, TSC0, controla y monitorea la función de salida de comparación.

Modulación de ancho de pulso, PWM

Usando el complemento en sofreflujo con un canal de salida de

comparación, el Módulo de Interfaz de Temporizado, puede generar una

señal PWM. El valor en los registros del contador del TIM determina el

periodo de la señal PWM.

En la figura 5.22, se muestra el valor de la salida de comparación en

los registros del canal TIM que determinan el ancho de pulso de la señal

PWM. El tiempo entre sobreflujo y salida de comparación es el ancho de

pulso. Si el estado del PWM es un alto se debe programar limpiar la terminal

del TIM, si el estado del PWM es un bajo se debe programar a que active la

terminal del TIM.

El valor en los Registros del Modulo del Contador del TIM y la salida

preescaladora seleccionada determina la frecuencia del PWM. La frecuencia

en una señal PWM de 8 bits es variable en 256 incrementos. Escribiendo

00FF h en el Registro del Módulo del Contador del TIM, TMODH/L, produce

una señal PWM de 256 periodos. Escribiendo un 0080 h en el Registro del

Canal del TIM, TCHH/L, produce un ciclo de trabajo del 50%.

Capítulo 5

80

Figura 5.22.- Periodo y ancho del pulso del PWM

5.8.4 Interrupciones

Con las siguientes condiciones, el Módulo de Interfaz de Temporizado,

puede generar una petición de interrupción a la Unidad Central de

Procesamiento:

a) Bandera de sobreflujo del TIM, TOF, el bit TOF se coloca en alto cuando

el valor del contador del TIM, pasa por encima de 0000 h, sobre el valor

en el Registro del Módulo de Contador del TIM. La interrupción de

sobreflujo del Módulo de Interfaz de Temporizado, TIM, es habilitada por

el bit TOIE.

b) Bandera del canal del TIM, CH1F:CH0F, cuando se encuentra en modo

de captura de entrada o en modo de salida comparada, el bit CHxF es

puesto en alto cuando curre alguna transición o comparación en el canal

x. Esta interrupción es activada al habilitar el bit de interrupción del

canal x CHx1E. CHx1E=1. CHxF y CHxIE se encuentran en el Registro de

Control y Estado del Canal x, TSCx.

Capítulo 5

81

5.8.5 Registros

Tabla 5.9.- Registros del Módulo de Interfaz de Temporizado

$0020 T1SC

$002B T2SC Registro de Estado y Control del TIM

$0021 T1CNTH

$002C T2CNTH Registro Alto del Contador del TIM

$0022 T1CNTL

$002D T2CNTL Registro Bajo del Contador del TIM

$0023 T1MODH

$002E T2MODH

Registro Alto del Módulo del Contador del

TIM

$0024 T1MODL

$002F T2MODL

Registro Bajo del Módulo del Contador

del TIM

$0025 T1SC0

$0030 T2SC0

Registro de Estado y Control Canal 0 del

TIM

$0028 T1SC1

$0033 T2SC1

Registro de Estado y Control Canal 1 del

TIM

$0026 T1CH0H

$0031 T2CH0H Registro Alto del Canal 0 del TIM

$0027 T1CH0L

$0032 T2CH0L Registro Bajo del Canal 0 del TIM

$0029 T1CH1H

$0034 T2CH1H Registro Alto del Canal 1 del TIM

$002A T1CH1L

$0035 T2CH1L Registro Bajo del Canal 1 del TIM

Capítulo 5

82

Registro de estado y control, TSC

• Habilita la interrupción de sobreflujo

• Banderas de sobreflujo

• Para el contador

• Reinicialización del contador

• Preescalador del contador del reloj

Figura 5.23.- Registro de estado y control del TIM

Registro del contador, TCNTH TCNTL

Los dos registros de lectura del contador del TIM contienen la parte

alta y la parte baja del valor del contador del TIM. Al leer la parte alta

amarra también el contenido de la parte baja en un buffer.

Figura 5.24.- Registro de la parte alta del contador del TIM

Capítulo 5

83

Figura 5.25.- Registro de la parte baja del contador del TIM

Registro del módulo del contador, TMODH TMODL

Este módulo de escritura y lectura contiene el valor para el contador.

Cuando el contador alcance ese valor, la bandera de sobreflujo se pondrá en

alto, reiniciando el contador a ceros en el siguiente pulso de reloj. Al escribir

en la parte alta deshabilita la interrupción de sobreflujo y será liberada hasta

que se escriba e la parte baja de éste módulo.

Figura 5.26.- Registro del modulo del contador del TIM parte alta

Figura 5.27.- Registro del modulo del contador del TIM parte baja

Capítulo 5

84

Registro del estado y control del canal, TSC0 TSC1

a) Banderas de captura de entrada y comparativa de salida

b) Habilita interrupciones de E/S

c) Selecciona la operación captura, compara o PWM

d) Selecciona alto, bajo o complemento en la salida

e) Selecciona si es de transición positiva o negativo en la captura

f) Selecciona la salida de complemento en el sobreflujo

g) Selección del 100% del PWM

h) Selecciona de la salida con o sin buffer

Figura 5.28.- Registro del estado y control del TIM del canal 0

Figura 5.29.- Registro del estado y control del TIM del canal 1

Capítulo 5

85

Registros del canal, TCHH TCHL

Contiene el valor del contador de captura de las entradas en el modo

de captura o el valor de la salida de comparación en el modo de salida. Al

leer la parte alta del registro deshabilita cualquier acción sobre la entrada o

salida según sea el caso, hasta que sea leído la parte baja del mismo.

Figura 5.30.- Registro de la parte alta del TIM del canal 0

Figura 5.31.- Registro de la parte baja del TIM del canal 0

Capítulo 6

6 Algoritmos de programación

Algoritmos de programación

“Nunca seré un obstáculo para mí mismo”

Agripino Alfredo

Capítulo 6

87

Tomando los primeros dos puntos importantes que se menciono en la

metodología, el Prototipo de un Sistema de Diseño y Manufactura

Asistido por Computadora, controlado por un archivo de intercambio

de datos, consta de dos algoritmos:

1. El algoritmo que se hospeda en la computadora

2. El algoritmo que se hospeda en el microcontrolador

El algoritmo que se hospeda en la computadora se desarrolló en un

lenguaje C visual llamado Borland C++ Builder 5.

Se seleccionó este lenguaje debido a que posee una interfaz más

amigable con el usuario final de una manera mucho mas sencilla que el

lenguaje tradicional C, ganando tiempo y diseño para realizar otros puntos

más importantes en el algoritmo, como fue la lectura y codificación del

archivo DXF, los cálculos de las distancias, frecuencias y direcciones, y la

comunicación serial.

El algoritmo que se hospeda en el microcontrolador MC68HC908GP32

de FreeScale, fue desarrollado en un lenguaje de bajo nivel llamado PeMicro.

Este programa cuenta con un simulador que fue de mucha utilidad para el

desarrollo del proyecto.

En el algoritmo del microcontrolador se encuentra el monitoreo de los

límites de la mesa, el control de los motores de pasos y del motor de

corriente directa, y establece la comunicación serial con la computadora.

Capítulo 6

88

6.1 Algoritmo de la computadora

Al ejecutar el programa que se encuentra en la computadora lo

primero que realiza es la inicialización del puerto serial. Configurando el

puerto de la siguiente manera:

Puerto Serial Taza de transferencia Número de Bits y

paridad

COM 1 9600 Baudios 8 Bits sin paridad

Donde el puerto de comunicación será el que corresponda a COM 1,

se puede cambiar al COM 2 en caso que sea necesario; con una velocidad de

9600 baudios, ya que el microcontrolador se configura también a esa taza

de transferencia; con 8 bits de transmisión y sin paridad.

Posteriormente el programa estará esperando a capturar un archivo

DXF; en el momento que sea introducido, el programa verificará que haya

sido en verdad un archivo DXF, dando pie a la lectura del mismo (diagrama

de flujo 6.1).

Capítulo 6

89

Diagrama de flujo 6.1.- Lectura del archivo DXF

En la lectura del archivo se estarán buscando puntos iniciales y puntos

finales de las entidades que posee el archivo DXF, indagando si existe

alguna línea o polilínea.

Al encontrar la existencia de una “línea” tomará el punto inicial en

“X”, el punto inicial en “Y”, el punto final en “X” y el punto final en “Y”,

guardando los valores en un arreglo.

Capítulo 6

90

Si encuentra la existencia de una “polilínea”, revisa de cuantos

vértices está constituida y si es una entidad cerrada o abierta. Estos

parámetros afectarán a los cálculos de las distancias y la dirección. Después

tomará el primer punto de la entidad en “X” y en “Y”, guardando los valores

en el mismo arreglo que el de las líneas. Repitiendo este procedimiento

hasta que haya terminado con todos los puntos de la entidad.

Repitiendo el procedimiento de búsqueda de líneas o polilíneas hasta

que el archivo haya sido leído por completo, encontrando un fin de archivo

en el mismo (diagrama de flujo 6.2).

Al ser capturados todos los puntos que el archivo DXF contiene, se

llevan a cabo los siguientes cálculos:

a. Distancia en “X”.

b. Frecuencia en “X”.

c. Dirección en “X”.

d. Distancia en “Y”.

e. Frecuencia en “Y”.

f. Dirección en “Y”.

En el cálculo de la distancia en “X” y en “Y” se utiliza la fórmula

geométrica de la línea a partir de dos puntos en el espacio:

12 xxdx −= (6.1)

12 yyd y −= (6.2)

Capítulo 6

91

Diagrama de flujo 6.2.- Captura de cordenadas

Donde “x2“ y “y2“ forman la coordenada del punto final de la línea y

“x1” y “y1” forman la coordenada del punto inicial de la línea.

En el caso de que se haya encontrado la entidad “línea” solo existen

dos puntos los cuales son los que tomamos para realizar el cálculo de la

distancia.

Capítulo 6

92

Si se halla la entidad “polilínea” se encontrarán varias coordenadas,

utilizando la siguiente fórmula para calcular la distancia de cada línea que la

forma:

nn ppd −= + )1( (6.3)

Incrementando “n” y repitiendo la fórmula, hasta que “n” sea igual al

número de vértices que compone a la entidad.

Si resultó que la polilínea es una figura cerrada, entonces se realiza

un último cálculo de distancia con el primer y último punto de ésta.

El microcontrolador no trabaja con estas distancias directamente; el

programa después de haberlas obtenido, las codifica a un número de pasos,

siendo este dato el que se envía serialmente al microcontrolador.

Teniendo una resolución por paso de 9.76923 micrómetros se utiliza

la siguiente fórmula para calcular el número de pasos:

mdpasosNo µ76923.9*. = (6.4)

Por otra parte se cuenta con una bandera que indicará si la línea debe

o no ser dibujada. En el caso de que la línea deba ser dibujada, se activará

Capítulo 6

93

la bandera para bajar el motor que se encuentra en el eje Z. De lo contrario

se desactiva dicha bandera para que el motor suba (diagrama de flujo 6.3).

Los cálculos de frecuencia son muy importantes, ya que junto con el

número de pasos nos dará la exactitud del sistema.

La línea es un vector que está conformada por su componente en “X”

y su componente en “Y”. Para realizar el cálculo de la frecuencia, es

necesario detectar cual de las dos componentes es mayor, obteniendo un

factor de escalamiento (6.5).

menordistmayordisttoescalamienFactor = (6.5)

Al tener el factor de escalamiento, la frecuencia de la distancia mayor

toma la frecuencia de 400 Hz (frecuencia máxima de trabajo) y la frecuencia

de la distancia menor toma el resultado de la división de 400 entre el factor

de escalamiento, obteniendo una frecuencia menor a 400 Hz.

Estas frecuencias obtenidas se codifican para que el microcontrolador

las pueda entender, utilizando la siguiente formula:

nSegfrecuenciatiempo

802.813*1= (6.6)

Capítulo 6

94

Esta variable es la enviada serialmente al microcontrolador.

La dirección se obtiene en el momento que se realizan los cálculos

para obtener la distancia en “X” y en “Y”, al detectar si fue una distancia

negativa o positiva, que será una dirección hacia la izquierda / abajo o hacia

la derecha / arriba respectivamente.

En el diagrama de flujo 6.3 se observa el procedimiento que realiza el

programa después de haber obtenido los datos del archivo DXF.

Capítulo 6

95

Diagrama de flujo 6.3.- Cálculos de distancias, frecuencias y dirección

Después de haber calculado las distancias, las frecuencias y la

dirección, el programa realiza su última etapa que es la comunicación serial.

Capítulo 6

96

En esta etapa, el programa hospedado en la computadora establece

una comunicación serial con el microcontrolador. Si el microcontrolador se

encuentra ocupado realizando alguna tarea, entonces la computadora no

manda ningún dato. Cuando el microcontrolador se haya desocupado,

entonces da luz verde a la computadora para que le mande los datos

restantes, dirección, frecuencia en “X”, frecuencia en “Y”, número de pasos

en “X” y número de pasos en “Y”.

Repitiendo este procedimiento hasta que se halla concluido de enviar

todos los datos obtenidos (diagrama de flujo 6.4).

Capítulo 6

97

Diagrama de flujo 6.4.- Transmisión serial

Al terminar de trazar el archivo DXF por completo, el programa

mostrará una leyenda de “Proceso terminado”. Por lo que el usuario podrá

realizar el trazado de otro archivo.

Capítulo 6

98

6.2 Algoritmo del microcontrolador

El programa del microcontrolador realiza el control del sistema, con

los datos que se obtuvieron del archivo DXF.

Constando de varias rutinas (diagrama de flujo 6.5):

1. Inicialización de módulos y variables.

2. El monitoreo del funcionamiento apropiado de la computadora

del microcontrolador.

3. El monitoreo de los límites en los ejes “X”, “Y” y “Z”.

4. El accionamiento del motor para subir o bajar la pluma.

5. La comunicación serial con la computadora personal.

6. El accionamiento y control de los motores en “X” y en “Y”.

7. El retorno al origen, para empezar a trazar el diseño.

Capítulo 6

99

Diagrama de flujo 6.5.- Rutinas del algoritmo de control

Se inicializan los distintos módulos que se utilizan en el programa del

microcontrolador, para el uso apropiado (diagrama de flujo 6.6).

Capítulo 6

100

Diagrama de flujo 6.6.- Inicialización de los módulos

Capítulo 6

101

Se ocupan 20 terminales del microcontrolador, teniendo la siguiente

asignación (diagrama de flujo 6.7):

Número de Bits: Destinado a:

4 bits Control del motor sobre el eje “X”.

4 bits Control del motor sobre el eje “Y”.

2 bits Control del motor sobre el eje “Z”.

2 bits Monitoreo de los límites sobre el eje

“X”.

2 bits Monitoreo de los límites sobre el eje

“Y”.

1 bit Monitoreo del límite sobre el eje “Z”.

5 bits

Monitoreo de los tres motores y del

trazado de la línea, si es dibujada o

no.

Capítulo 6

102

Diagrama de flujo 6.7.- Asignación de puertos

Se programa el módulo de la Interfaz de Comunicación Serial a una

taza de 9600 baudios, con 8 bits sin paridad.

También se habilitan las interrupciones tanto de recepción como de

transmisión (diagrama de flujo 6.8).

Capítulo 6

103

Diagrama de flujo 6.8.- Configuración del SCI

Se habilita la interrupción por terminal del microcontrolador,

programándolo como un suceso de transición negativa.

La terminal del IRQ permite regresar al origen para que el sistema

este listo a realizar los trazos de un nuevo archivo DXF (diagrama de flujo

6.9).

Capítulo 6

104

Diagrama de flujo 6.9.- Configuración del IRQ

El Módulo de Interfaz de Temporizado del microcontrolador es el

corazón del control.

En este módulo se programa la interrupción de sobreflujo del contador

del TIM con un preescalador de 1, teniendo una base de tiempo de 813.802

nanoSegundos, (diagrama de flujo 6.10).

Capítulo 6

105

Diagrama de flujo 6.10.- Configuración del TIM

Al haber declarado las variables, constantes y módulos, el

microcontrolador se coloca en modo de realizar tarea.

El microcontrolador siempre se encuentra monitoreando los límites

sobre los ejes “X” y “Y”. En el cual se ayuda del circuito H21A1 que es un

Interruptor Óptico de Fototransistor.

Estos circuitos se encuentran en cada orilla de la mesa, delimitando el

área de trabajo. Al detectar la activación de cualquier límite, hace que el

microcontrolador pare el motor sobre el eje en que se halla detectado,

(diagrama de flujo 6.11).

Capítulo 6

106

Diagrama de flujo 6.11.- Detección de límites

El proceso para dibujar una línea, esta dado por una bandera que es

mandada desde la computadora hasta el microcontrolador. Si esa bandera

se encuentra activa entonces el microcontrolador dará la orden de bajar el

mecanismo para que se trace la línea, si la bandera no se encuentra activa

entonces dará la orden para subir el mecanismo para que se coloque en el

siguiente punto de la siguiente línea a trazar.

Capítulo 6

107

El subir y bajar el mecanismo está monitoreado por el

microcontrolador con ayuda del circuito H21A1, donde detecta la presencia o

ausencia de la pluma, (diagrama de flujo 6.12).

Diagrama de flujo 6.12.- Activación del motor en Z

Cuando la computadora realiza la transmisión serial, el

microcontrolador esta al pendiente mediante el servicio de interrupción del

SCI, capturando el byte que fue enviado. Si es el primer dato de la serie de

información que recibirá el microcontrolador entonces realiza varias

comparaciones para detectar el estado del microcontrolador, (diagrama de

flujo 6.13), dando una respuesta a la computadora, (diagrama de flujo

6.14).

Capítulo 6

108

Diagrama de flujo 6.13.- Interrupción de recepción 1

En caso de que el sistema se encontrara ejecutando alguna operación,

entonces el microcontrolador dará una respuesta negativa para recibir

datos. De lo contrario dará una respuesta afirmativa para que la

Capítulo 6

109

computadora mande los datos restantes, (diagrama de flujo 6.13),

guardándolos en la memoria RAM del microcontrolador.

Diagrama de flujo 6.14.- Interrupción de recepción 2

La transmisión serial del microcontrolador, esta dada también por una

interrupción del SCI, siendo habilitada en el momento que recibió el primer

dato, transmitiendo una respuesta hacia la computadora, (diagrama de flujo

6.15).

Capítulo 6

110

Diagrama de flujo 6.15.- Interrupción de transmisión

En la rutina de interrupción del TIM, se realiza la selección de la tabla

donde se encuentran los datos para realizar el corrimiento de los motores

dependiendo de la dirección que deba tomar el cabezal del sistema.

Teniendo una excitación de dos bobinas en el motor de pasos (diagrama de

flujo 6.16).

Capítulo 6

111

Diagrama de flujo 6.16.- Interrupción del TIM 1

Posteriormente se incrementa una variable en donde se lleva el

conteo de pasos que realiza el motor, comparándolo con el número de pasos

que fue enviado por la computadora, hasta que lleguen a ser iguales para

Capítulo 6

112

terminar el proceso de trazado o de posicionamiento, parando el o los

motores de paso, (diagrama de flujo 6.17).

Diagrama de flujo 6.17.- Interrupción del TIM 2

La rutina de interrupción por la terminal IRQ, es la que hace que el

cabezal del sistema regrese a su punto de origen. Programando una

frecuencia y un número de pasos para su retorno, (diagrama de flujo 6.18).

Capítulo 6

113

Diagrama de flujo 6.18.- Interrupción del IRQ

Estas rutinas descritas anteriormente se encuentran en constante

funcionamiento, dependiendo en que proceso se encuentra el

microcontrolador.

Capítulo 7

7 Componentes del diseño

Componentes del diseño

"La felicidad de amar está en el aire, sobrevolando nuestras vidas"

Anónimo

Capítulo 7

115

La parte física del prototipo cuenta de un diseño electrónico, y de un

diseño mecánico.

7.1 Diseño electrónico

El diseño electrónico cuenta con:

1. Fuente de voltaje a 5 votls.

2. El microcontrolador MC68HC908GP32.

3. Etapa de potencia para los motores de pasos.

4. Etapa de potencia para el motor de corriente directa.

5. Etapa de detección de límites del área de trabajo.

6. Etapa de comunicación serial.

7. Etapa de monitoreo del sistema.

Se diseño una fuente de voltaje a 5 V, obteniendo una buena

estabilidad con el regulador de voltaje fijo LM2940 que alimenta la etapa

digital y el regulador de voltaje variable LM317 para la etapa de potencia.

Utilizando un transformador de 127 V a 24 V con 5 Amp, debido a la

demanda de corriente de los motores de pasos (diagrama esquemático 7.1).

Capítulo 7

116

Diagrama esquemático 7.1.- Fuente de voltaje

Capítulo 7

117

En la etapa del microcontrolador debe llevar capacitores en las tres

alimentaciones que posee, para su operación adecuada y disminución de

ruido.

Se colocó un cristal externo de 4.9152 MHz teniendo un bus interno

de 1.2288 MHz, generando una taza de transferencia de 9600 baudios para

la comunicación serial con la computadora (diagrama esquemático 7.2).

Para la etapa de potencia de los motores de paso se utilizó, como ya

se mencionó, una alimentación independiente del sistema digital.

Se adoptaron dos circuitos integrados para el diseño de esta etapa, un

puente completo dual (L298), que manda la polarización a los motores de

pasos, y un controlador de corriente para motores de pasos (L6506), que

recibe la secuencia del microcontrolador y la manda al puente completo

dual, sensando la corriente que esta fluyendo por los motores de pasos.

Estos dos circuitos integrados son de la marca SGS-Thomson (diagrama

esquemático 7.3 y 7.4).

La resistencia Rs está influenciada por el voltaje de referencia y la

corriente pico. Los diodos que se ocupan a la salida del circuito integrado

L298 sirven para evitar el retorno de corriente generada por las bobinas de

los motores de paso evitando el posible daño hacia el circuito integrado

(diagrama esquemático 7.3 y 7.4).

Capítulo 7

118

Diagrama esquemático 7.2.- Microcontrolador MC68HC908GP32

Capítulo 7

119

Diagrama esquemático 7.3.- Etapa de potencia del motor de pasos en X

Capítulo 7

120

Diagrama esquemático 7.4.- Etapa de potencia del motor de pasos en Y

Capítulo 7

121

La etapa de potencia del motor de corriente directa utilizó un circuito

integrado conocido como un controlador de motor bidireccional (LB1641) de

la marca Sanyo, en conjunto con un arreglo resistivo y capacitivo para su

configuración y un diodo zener de 6 V como protección del motor de

corriente directa.

Para activar este circuito, es necesario que reciba 2 bits enviados por

el microcontrolador, dependiendo de su combinación el motor girará hacia la

derecha, izquierda o se quedará sin movimiento alguno. Mandando la

polarización al motor de corriente directa (diagrama esquemático 7.5).

Se utilizaron cinco interruptores ópticos de fototransistor (H21A1) de

la marca FairChild y un circuito integrado inversor tipo schmitt trigger

(74LS14) de la marca Motorota, para el diseño de la etapa de detección de

límites del área de trabajo. Estos fototransistores están configurados para

proporcionar un estado lógico en bajo al estar no obstruidos, cuando el

sistema llega al límite este circuito deja de conducir por medio del

fototransistor, por lo que manda un alto al circuito integrado inverso y este

a su vez proporciona un bajo al microcontrolador, existiendo una transición

negativa (diagrama esquemático 7.6).

Capítulo 7

122

Diagrama esquemático 7.5.- Etapa de potencia para el motor de CD en Z

Capítulo 7

123

Diagrama esquemático 7.6.- Detector de origen y fin de área

Capítulo 7

124

La comunicación serial entre la computadora y el microcontrolador

están acoplados por el controlador y receptor RS-232 (ST232) de la marca

SGS-Thomson. Teniendo las terminales TxD y RxD del microcontrolador

conectadas al las terminales de transmisión de entrada y recepción de salida

del ST232 respectivamente. Mientras que las terminales de recepción de

entrada y transmisión de salida van al conector DB9, utilizando una

conexión Null Modem (ver figura 2.4 del capítulo 2), entre la computadora y

el microcontrolador (diagrama esquemático 7.7).

La etapa de monitoreo esta conectada a cinco puertos de salida del

microcontrolador, cada led esta dirigido a monitorear una parte del sistema

(diagrama esquemático 7.8).

1. Motor de pasos en “X” funcionando.

2. Motor de pasos en “Y” funcionando.

3. Bajando motor de corriente directa en “Z”.

4. Subiendo motor de corriente directa en “Z”.

5. El movimiento debe de ser trazado.

Capítulo 7

125

Diagrama esquemático 7.7.- Etapa de la comunicación serial con la PC

Capítulo 7

126

Diagrama esquemático 7.8.- Monitoreo del sistema

Capítulo 7

127

El diseño del circuito impreso se realizó en el programa OrCAD. Un

programa especializado en el área de diseño electrónico, como son

esquemáticos, circuitos impresos, simulación electrónica, programación en

VHDL.

Figura 7.1.- Distribución de componentes en el circuito impreso

El diseño del circuito impreso está pensado en una sola tarjeta para

evitar el uso de cables y conectores entre cada etapa. Separando la tarjeta,

Capítulo 7

128

del lado izquierdo la etapa de potencia, en la parte inferior derecha la etapa

digital, la etapa de comunicación serial en la parte derecha media, el

microcontrolador en la parte central y la fuente de voltaje en la parte

superior (figura 7.1).

Figura 7.2.- Cara de soldadura del circuito impreso

Capítulo 7

129

Los componentes que se utilizaron fueron los siguientes:

Cantidad Referencia Valor

1 2 C12, C13 22 pF / 50 V

2 2 C23, C27 3.9 nF / 50 V

3 1 C11 0.033 uF / 50 V

4 2 C10, C29 0.01 uF / 50 v

5 19

C4, C5, C7, C9, C15,

C17, C19, C20, C21, C22,

C24, C25, C26 C28, C30,

C31, C32, C33, C34

0.1 uF / 50 V

6 1 C2 0.1 uF / 250 V

7 3 C14, C16, C18 1 uF / 63 V

8 C6 10 uF / 25 V

9 C8 100 uF / 25 V

10 1 C1 1000 uF / 25 V

11 1 C3 2200 uF / 25 V

12 1 R19 10 ohms / 1 Watt

13 1 R5 220 ohms / ¼

Watt

14 1 R21 680 ohms / ¼

Watt

15 10

R1, R2, R3, R23, R26,

R27, R28, R29, R30, R31,

R32

1 Kohm / ¼ Watt

16 1 R22 2.2 Kohms / ¼

Watt

Capítulo 7

130


17 1 R4 5 Kohms / ¼ Watt

18 4 R6,R20,R24,R25 10 Kohms / ¼

Watt

19 4 R9,R10,R14,R15 22 Kohms / ¼

Watt

20 1 R7 330 Kohms / ¼

Watt

21 1 R8 10 Mohms / ¼

Watt

22 4 R11, R12, R16, R17 Rs

23 2 R13, R18 Rr

24 20

D1, D2, D3, D4, D7, D8,

D9, D10, D11, D12, D13,

D14, D15, D16, D17,

D18, D19, D20, D21, D22

1N4001

25 6 D5, D24, D25, D26, D27,

D28 LED 3 mm

26 1 D6 1N4735

27 1 T2 2N3055

28 1 U1 LM2940oct-5.0

29 1 U2 LM117

30 1 U3 MC68HC908GP32P

31 2 U4, U6 L298

32 2 U5, U7 L6506

33 1 U8 LB1641

34 1 U9 74LS14

Capítulo 7

131


35 4 U10, U11, U12, U13 H21A1

36 1 U14 MAX232

37 1 Y1 4.9152 MHz

38 1 RV 70 J / 250 V

39 1 T1 5 Amp / 12.6 V

40 1 F1 1 Amp / 220 V

7.2 Diseño mecánico

Como ya se mencionó, uno de los objetivos particulares era la

construcción de la mesa XYZ con materiales reciclados o al alcance de

estudiantes de nivel de licenciatura.

La estructura esta construida por un pedazo de lámina negra calibre

22 con dimensiones de 465 mm x 923 mm.

Las guías que se ocuparon para el eje “Y” y los soportes (Parte E),

fueron tomadas de impresoras de matriz de puntos que ya estaban fuera de

uso, teniendo una perfecta rectificación sobre las guías.

Capítulo 7

132

Figura 7.3.- Medidas reales del prototipo

Capítulo 7

133

Figura 7.4.- Plano de doblez de la estructura

Capítulo 7

134

El mecanismo del eje “X” y “Y” (figura 7.5), fue diseñado para que el

cabezal se pudiera desplazar hacia delante, atrás, derecha e izquierda. Se

ocuparon dos varillas roscadas con una cuerda de 1/13 de pulgada que van

acopladas a los motores de pasos tanto del eje “X” como del eje “Y”

respectivamente.

La parte A del mecanismo es la que une las tres partes B, moviendo el

cabezal hacia delante o hacia atrás.

Las dos partes externas B, son el soporte para el mecanismo en “X”.

En donde se colocan las dos parte C, una de cada lado, sobre las cuales van

soportadas las guías y la varilla roscada del eje “X”.

La parte D es un soporte para que dé firmeza a los soportes del

mecanismo del eje “X”.

Capítulo 7

135

Figura 7.5.- Mecanismos del eje “X” y “Y”

Capítulo 7

136

Figura 7.6.- Parte A

Capítulo 7

137

Figura 7.7.- Parte B

Capítulo 7

138

Figura 7.8.- Parte C

Capítulo 7

139

Figura 7.9.- Parte D

Capítulo 7

140

El cabezal está compuesto por el motor de pasos de corriente directa,

la parte E y la parte F.

La parte E, es donde se encuentran embonados el motor de corriente

directa, las guías y la varilla roscada del eje “Z”. También pasan las guías

del eje “X” y posee una rosca para que gire la varilla roscada de este mismo

eje.

La parte F, es la parte móvil del cabezal, en donde se encuentra

colocada la pluma que realizará los trazos.

Figura 7.10.- Mecanismo del cabezal

Capítulo 7

141

Figura 7.11.- Parte E y F

Capítulo 8

8 Resultados y Conclusiones

Resultados y Conclusiones

“Dichoso el hombre que da con la sabiduría;

feliz el hombre que adquiere inteligencia;

porque tal ganancia es mejor que la ganancia que da la plata;

porque ese lucho es más valioso que el oro”

Proverbios 3,13-14

Capítulo 8

143

La realización de este prototipo fue algo muy satisfactorio. Obteniendo

un buen resultado al involucrar varias ramas de la ingeniería: el diseño de la

interfaz, el diseño mecánico y el diseño electrónico, alcanzando los objetivos

propuestos.

El resultado del “Prototipo de un Sistema de Diseño y Manufactura

Asistido por Computadora, controlada por Archivos de Intercambio de Datos,

fue la elaboración de un programa de interfaz y codificación de archivos DXF

(figura 8.1) que establece una comunicación serial con la tarjeta madre

(figura 8.2), la cual realiza el control de la mesa TKGogh-079 (figura 8.3)

para el trazado de las líneas.

Figura 8.1.- Interfaz

Capítulo 8

144

Figura 8.2.- Tarjeta madre

Figura 8.3.- Mesa “TKGogh-079”

Capítulo 8

145

En las siguientes figuras se podrán observar el dibujo diseñado en

AutoCAD y su trazado mediante la mesa TKGogh-079.

Figura 8.4.- Archivo DXF realizado en AutoCAD

Capítulo 8

146

Figura 8.5.- Fotografía de los trazos realizado por el sistema

Capítulo 8

147

Rectángulo:

Figura 8.6.- Acotación del rectángulo (mm)

Figura 8.7.- Medición del rectángulo lado 1 (cm)

Capítulo 8

148

Figura 8.8.- Medición del rectángulo lado 2 (cm)

Capítulo 8

149

Heptágono:

Figura 8.9.- Acotación del heptágono (mm)

Figura 8.10.- Medición del heptágono (cm)

Capítulo 8

150

Línea 1:

Figura 8.11.- Acotación de la línea 1 (mm)

Figura 8.12.- Medición de la línea 1 (cm)

Línea 2



Capítulo 8

151

Línea 3:



Capítulo 8

152

Triángulo:

Figura 8.17.- Acotación del triángulo (mm)

Figura 8.18.- Medición del triángulo lado 1 (cm)

Capítulo 8

153


Capítulo 8

154


Capítulo 8

155

8.1 Conclusiones

En este trabajo se logró realizar un sistema donde se involucraron las

áreas pertenecientes a la Licenciatura de Ingeniería en Electrónica y

Telecomunicaciones.

Se encontró que el programa AutoCAD permite diseñar con un

formato de Archivos de Intercambio de Datos, DXF, resultando ser el más

conveniente y popular en el área ingenieril.

Se logró una codificación que fue entendida por el microcontrolador

MC68HC908GP32, estableciendo una interfaz serial entre la computadora y

el microcontrolador con el estándar RS-232.

Se diseño y construyó un mecanismo con tres grados de libertad, una

mesa “XYZ”, utilizando materiales reciclados y que se encuentran al alcance

de un estudiante de licenciatura.

Capítulo 8

156

8.2 Mejoras

Para futuros proyectos relacionados con el tema se podrían tomar las

siguientes mejoras:

1. El ordenamiento de las líneas a trazar empezando del origen

(0,0) terminando al final del área de trabajo (300,300),

ganando tiempo al proceso.

2. Diseño de un nuevo mecanismo para el eje “X”, utilizando una

varrilla roscada rectificada, evitando el movimiento

ondulatorio que produce pequeñas olas en el resultado final.

3. Sustitución de los motores de pasos, por otros de mayor

velocidad, ya que se tiene una frecuencia máxima de trabajo

de 400 Hz.

4. Aumentar la capacidad del sistema para el trazo de líneas

curvas.

5. Ampliación del área de trabajo.

Bibliografía

"Vive el presente plenamente de tal manera que el pasado sea una gran lección

y el futuro una gran esperanza"

Anónimo

158

• (1992) Handbook of design components, Sterling Instrument.

• (1995) RS232 Characteristics,

http://www2.rad.com/networks/1995/rs232/pins.htm

• BARRIENTOS, Peñin, Balaguer, Aracil (1997) Fundamentos de

robótica, Ed. McGraw Hill. Madrid, España. 326 p.

• Controlling Stepper Motors with a PIC microcontroller,

http://www.imagesco.com/articles/picstepper/02.html

• CRAIG, Peacock Interfacing the serial/RS232,

http://www.beyondlogic.org/serial/serial.htm

• CROQUET M. (1994) PC y robótica, técnicas de interfaz, Ed.

Paraninfo. Madrid, España. 224 p.

• Diccionario Porrúa de la Lengua Española

• DOUGLAS, W.J, (2004) Stepping Motor Types, The University of Iowa

Department of Computer Science.

http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/types.html.

• Enciclopedia Encarta

• FU, K.S., R.C. González, C.S.G. Lee (1930) Robótica, control,

detección, visión e inteligencia, Ed. McGraw Hill. Madrid, España.

599 p.

• GIANCOLI, Douglas C. (1988) Física general, Ed. Prentice may.

Volumen I.

• GROOVER, Weiss, Nagel y Odrev (1993) Robótica industrial:

tecnología, programación y aplicaciones, Ed. McGraw Hill.

México. 600 p.

• HERNÁNDEZ Miguel, Tecnología de Fabricación y Tecnología de

Máquinas.

• http://www.epanorama.net/links/motorcontrol.html

• http://www.pin-outs.com/

• LONGMAN Group Uk Limited (1992) Dictionary of Contemporary

English, Longman Group UK England.

159

• MACHOVER, Carl, (1980) The CAD/CAM handbook Massachisetts,

306 p.

• MONTIEL, P. H. (2000) Física general, Publicaciones culturales.

México. 627 p.

• PÁRAMO Jaime Gabriel, Aplicaciones de los sistemas CAD/CAM

en la Manufactura Moderna.

• RENTERÍA, A., M. Rivas (2000) Robótica industrial: fundamentos

y aplicaciones, Ed. McGraw Hill. Madrid, España. 309 p.

• RS232 Data Interface, a tutorial on data interface and cables, ARC

Electronics, http://www.arcelect.com/rs232.htm -

• Stepper motor driving, SGS-Thomson microelectronics.

• Stepper motor system basics, Advanced micro systems, Inc.

• Stepper Motor Technology, Thomson airpax mechatronics.

• Stepper motors and drive methods, William Sheets.

Anexo 1

Características técnicas del Prototipo

“Creo que el mejor regalo

que pudo recibir de alguien es

que me vea,

que me escuche,

que me entienda

y que me toque.

El mejor regalo que puedo dar es

ver, escuchar, entender y tocar a otra persona.

Y entonces se establece un contacto”

Virginia Satir

II

Datos técnicos del microcontrolador

Descripción Valor

Cristal 4.9152 Mhz

Bus interno 1.2288 Mhz

Interrupción del TIM 813.802083 nSeg

Datos técnicos de la Comunicación Serial

Descripción Valor

Velocidad 9600 Baudios

Comunicación Asíncrona

Datos técnicos de la varilla roscada

Descripción Valor

1 / 31 pulgada

1.9538 milímetros Cuerda

200 pasos

Resolución por paso 9.76923 micrómetros

Datos técnicos de los motores de pasos

Descripción Valor

Frecuencia máxima 400 Hz

Número de fases 2

Tipo de motor Híbrido

III

Anexo 2

Circuitos integrados

“Some times, I just feel,

Whats going on me ...?

I say to myself, come on, lets live with all your energy,

every day, every single second.

Some times I want to break all the ruls

and go to fly in the space of my mind and my spirit.

just me and my soul, just me...”

IV

ST232 5V Powered Multi-Channel RS-232 Drivers and Receivers

• Fuente de voltaje 4.5 a 5.5 V.

• Fuente de corriente típica 5 mAmp.

• Voltaje de salida del transmisor ± 7.8 V.

• Voltaje de entrada del receptor ± 30 V.

• Taza de transferencia típica 220 kbps.

L6506 Current Controller for Stepping Motors

Circuito integrado lineal diseñado

para sensar y controlar la corriente en los

motores de pasos. Al utilizarlo en

conjunto con el L298 forma una fuente de

corriente constante para cargas

inductivas mejorando el funcionamiento

de la interface con el sistema digital.

V

L298 Dual Full Bridge Driver

Circuito integrado monolítico que opera con una fuente de voltaje no

mayor a 50 V. con protección al sobrecalentamiento. Acepta niveles de TTL

y maneja cargas inductivas como relevadores, solenoides, motores de DC, y

motores de paso.

H21A1 Phototransistor Optical Interruptor Switch

Par acoplado infrarrojo por diodo

emisor de arseniuro de galio con un

fototransistor de silicio.

Su encapsulado esta diseñado para optimizar la resolución mecánica,

eficientizar el acoplamiento e invulnerabilidad a la luz ambiental.

VI

SN74LS14 Schimtt Trigger Hex Inverter

Contiene seis inversores que

aceptan señales de entrada TTL y da

una salida a TTL. Cada circuito

contiene un Schmitt Trigger para el

amortiguamiento de posibles pulsos

en falso.

MC68HC908GP32

VII

Rangos máximos de operación

Descripción Símbolo Valor Unidad

Fuente de voltaje VDD -0.3 a +6.0 V

Voltaje de entrada VIN VSS-0.3 a VDD+0.3 V

Corriente máxima por pin

(excepto VDD, VSS, y puerto C) I ± 15 mA

Corriente máxima para el puerto

C IPTC ± 25 mA

Corriente máxima en VDD IMVDD 150 mA

Corriente máxima en VSS IMVDSS 150 mA

Temperatura TSTG -55 a + 150 ºC

Rangos de operación funcional


Rango de voltaje óptimo VDD

3.0 ± 10 %

5.0 ± 10 % V

Rango de temperatura óptima TA -40 a +85 ºC

VIII

Características eléctricas –5 V-


Voltaje de salida en alto VOH VDD-0.8 V

Voltaje de salida en bajo VOL 0.4 V

Voltaje de entrada en alto VIH 0.7 x VDD a VDD V

Voltaje de entada en bajo VIL VSS V

Fuente de corriente en VDD IDD 15 a 20 mA

Corriente de los puertos en alta

impedancia IIL ± 10 µA

Corriente de entrada IIN ± 1 µA

Resistencias de pull up RPU 20 a 65 kΩ

Capacitancia en puertos COUT

CIN

12

8 pF

Voltaje en modo monitor VTST 9 V

Reset por bajo voltaje VPORRST 0 a 800 mV

Control de tiempo –5 V-


Frecuencia de operación, cristal

Frec. de operación, Reloj

externo

fOSC 32 a 100

< 32.8

kHz

MHz

Frecuencia de operación interna fOP < 8.2 MHz

Ancho de pulso en bajo del RST tIRL 50 ns

Ancho de pulso en bajo del IRQ tILIH 50 ns

IX

Componentes del Módulo Generador de Reloj


Reloj externo fCLK 30 k a 1.5 M Hz

Capacitancia de la carga del

cristal CL - pF

Capacitancia fija del cristal C1 6 a 40 pF

Capacitanica variable del cristal C2 6 a 40 pF

Resistencia de retroalimentación RB 10 a 22 MΩ

Resistencia en serie RS 330 a 470 kΩ

Prototipo de un Sistema de Diseño y Manufactura asistido por Computadora, controlada por Archivos...

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