relatorio 4 - Motor de Passo e CI-74181

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Engenharia de Telecomunicações 
						
Laboratório de Circuitos Digitais 
Relatório IV
Motor de Passo e
CI-74181
Ana Carolina Siqueira Bento 145227
Wellington Renan Gonçalves 148232
 
Limeira
2014
Objetivo
1. Estudar o funcionamento e implementar um controlador para Motor de Passo.
2. Usar o esquemático do Quartus 2 e testar o CI-74181 usando todas as configurações do seletor.
Materiais
Software quartus II – ambiente de programação e simulação que permite a criação esquemática de circuitos com portas lógicas ou CI’s.
Introdução
1. Controle de Motor de Passo
Os Motores de Passo são dispositivos eletro-mecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O rotor ou eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, denomidados “passos”, quando pulsos elétricos são aplicados em uma determinada sequencia nos terminais deste. A rotação de tais motores é diretamente relacionada aos impulsos elétricos que são recebidos, bem como a sequencia a qual tais pulsos são aplicados reflete diretamente na direção a qual o motor gira. A velocidade que o rotor gira é dada pela frequência de pulsos recebidos e o tamanho do ângulo rotacionado é diretamente relacionado com o número de pulsos aplicados.
O número de passos é dado pelo número de alinhamentos possíveis entre o rotor e as bobinas. Ou seja, para aumentar o número de passos de um motor usa-se um maior número de bobinas, maior número de pólos no rotor (para isso usa-se uma roda dentada).
A energização de uma e somente uma bobina de cada vez produz um pequeno deslocamento no rotor. Este deslocamente ocorre simplesmente pelo fato de o rotor ser magneticamente ativo e a energização das bobinas criar um campo magnético intenso que atua no sentido de se alinhar com os dentos do rotor. Assim, polarizando de forma adequada as bobinas, podemos movimentar o rotor entre as bobinas (meio passo ou “hal-step”) ou alinhadas com as mesamas (passo completo ou “full-step”).
A forma com que o motor irá operar dependerá bastante do que se deseja controlar. Há casos em que o torque é mais importante, outros a precisão ou a velocidade. Essas são características gerais dos motores de passos. Ao trabalhar com motores de passos, precisamos saber algumas características de funcionamento como a tensão de alimentação, a máxima corrente elétrica suportada nas bobinas, o grau de precisão. As características mais importantes que devemos ter atenção para controlar um motor de passo são a tensão de alimentação e a corrente elétrica que suas bobinas suportam.
Sequências corretas para se controlar um motor de passo:
2. CI-74181
Unidade Lógica e Aritmética – ULA
A Unidade Lógica e Aritmética (ULA) é um circuito combinatório responsável pela execução de somas, subtrações e funções lógicas, em um sistema digital.
A seguir será apresentada uma descrição de uma ULA integrada, o circuito integrado 74181:
Circuito Integrado 74181 – uma ULA de 4 bits
O circuito integrado MSI 74181 é uma ULA de 4 bits que tem possibilidade de executar 16 operações aritméticas binárias e 16 operações lógicas. A figura 1.2 apresenta um diagrama simplificado deste circuito integrado.
As tabelas I e II a seguir apresentam a descrição dos pinos e as operações da ULA, respectivamente.
As saídas G e T são os sinais “gerador de vai-um”, correspondentes ao bit mais significativo e, utilizando-se o circuito integrado 74182, look-ahead carry generator, permitem a expansão da largura da palavra a ser manipulada.
As operações de subtração são executadas em complemento de dois.
O resultado de uma operação de comparação é apresentado na saída A = B. Para tanto, deve-se executar a operação A – B – 1 com Cn = 1; se as duas entradas são iguais, a saída A = B toma o valor 1. Esta saída tem a configuração open-colector para que seja possível implementar uma função wired-and dentre duas ou mais saídas deste tipo pertencentes a diferentes ULAs, quando se deseja expandir a largura da pavara a ser manipulada.
A saída C(n+4) representa o sinal de vai-um do último bit da palavra. Ela pode ser usada para propagar o vai-um para o próximo estágio quando não há preocupação com a velocidade do circuito. O sinal C(n+4) também pode ser usado em conjunto com a saída A = B para indicar as condições A>B e A>B.
 
Métodos e procedimentos
1. Através do Quartus II, utilizando-se do Block Diagram/Schematic File com flip-flops tipo D projete um circuito controlador (Translator) de um motor de passos de 4 bobinas.
Utilize a movimentação no sentido horário e anti-horário.
Nas simulações utilizando o VWF a entrada de CLK utilizada foi um período de 180ns, e o Preset é ativo a 0.
Para a simulação do sentido anti-horário basta inverter a ordem das saídas no VWF.
A seguir são apresentados os circuitos projetados, posteriormente em Resultados e discussão são apresentadas as simulações dos circuitos realizadas através do University Program VWF.
Passo completo 1 (Full-step)
Passo completo 2 (Full-step)
Meio passo(Half-step)
2. Através do Quartus II, utilizando-se do Block Diagram/Schematic File foi realizado testes para todas as configurações do seletor no CI-74181. A seguir são apresentados os circuitos projetados, posteriormente em Resultados e discussão são apresentadas as simulações de todas as configurações do seletor realizadas através do University Program VWF, o seletor estará selecionado no modo operacional lógico quando M=1.
Resultados e discussão 
1. Resultados
Passo completo 1 (Full-step) – Sentido horário
Passo completo 1 (Full-step) – Sentido anti-horário
Para o passo completo 1 as saídas obtidas startando com “1000” foram: 1000, 0100, 0010 e 0001; 0001, 0010, 0100, 1000, para horário e anti-horários respectivamente.
Passo completo 2 (Full-step) – Sentido horário
Passo completo 2 (Full-step) – Sentido anti-horário
Para o passo completo 2 as saídas obtidas startando com “1100” foram: 1100, 0110, 0011 e 1001; 0011, 0110, 1100 e 1001, para horário e anti-horários respectivamente.
Meio passo (Half-step)
Para o meio passo as saídas foram obtidas startando o passo completo 1 com "1000" e o passo completo 2 com "1001": 1100, 0100, 0110, 0010, 0011, 0001, 1001, 1000. O passo completo 2 foi startado com "1001" e não com "1100" que era o esperado porque nessa forma ocorria um atraso no passo e para acertar o passo então adiantou-se um passo no start.
2. CI-74181
As simulações foram realizadas para o modo de operação: M = 1 operacional lógico.
SELETOR 0000
SELETOR 0000 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1110
Complemento de um de entradaa.
SELETOR 0001
SELETOR 0001 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1111
Entradaa OU entradab, e complemento de dois.
SELETOR 0010
SELETOR 0010 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1110
Entradaa E entradab, e OU.
SELETOR 0011
SELETOR 0011 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1111
Entradaa OU complemento de dois entradab.
SELETOR 0100
SELETOR 0100 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0000
Complemento de um entradaa, complemento de um entradab e soma dos complementos.
SELETOR 0101
SELETOR 0101 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0001
(Entradaa OU entradaB) E (entradaa E complemento de dois entradab)
SELETOR 0110
SELETOR 0110 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0000
(Complemento de dois entradaa E complemento de dois entradab) complemento de um.
 
SELETOR 0111
SELETOR 0111 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0001
(entradaa OU complemento de dois entradab) complemento de dois.
SELETOR 1000
SELETOR 1000 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1110
complemento de dois entradaa OR entradab.
SELETOR 1001
SELETOR 1001 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1111
Complemento de dois entradaa OU complemento de dois entradab.
SELETOR 1010
SELETOR 1010 ENTRADAA0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1110
Entrada
(Entradaa E complemento de dois entradab) E (entradaaa OU entradab)
 
SELETOR 1011
SELETOR 1011 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 1111
(Entradaa E entradab) complemento de um.
SELETOR 1100
SELETOR 1100 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0000
(Entradaa E complemento de 1 entradab)
SELETOR 1101
SELETOR 1101 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0001
Entradaa OU complemento de dois entradab
SELETOR 1110
SELETOR 1110 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0000
Entradaa EXCLUSIVO entradab.
SELETOR 1111
SELETOR 1111 ENTRADAA 0001 ENTRADAB 0001 SAÍDAS 0001
Entradaa é transferida para a saídas.
Conclusão
1. Do motor de passos conclui-se que ele funciona através de pulsos elétricos aplicados que convertidos geram variações angulares discretas no seu eixo, a variação da sequência dos pulsos elétricos são denominados passos. O motor de passo projetado para 4 bobinas e posteriormente as simulações feitas confirmam os resultados esperados para um montor de passos conforme a tabela em "Introdução".
2. Da Unidade Lógica e Aritmética (ULA) conclui-se que ela executa as principais operações lógicas ou aritméticas do computador. Ela soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser caáz de determinar se uma quantidade é menor ou maior que outra e quando quantidades são iguais. A ULA pode executar funções lógicas com letras e com números.