Informe pwm

Abstract: This report aims to provide the basics to make speed
and position control of DC motors, as well as analyzing and
demonstrate its operation in the laboratory in order to apply at
the Department of digital systems.
Resumen: Este informe tiene como objetivo proporcionar
los conceptos básicos para poder hacer el control de
velocidad y posición de motores DC, además de analizar y
demostrar sufuncionamiento en el laboratorio para poder
aplicarlos en la catedra de sistemas digitales.
Índice de términos— Motores, PWM, Pulsos, Ondas cuadradas.
I. INTRODUCCIÓN.
El control de velocidad y de posición es de gran ayuda para
comprender como funciona la regulación por ancho de pulso
PWM, este nos permite variar la velocidad de un motor DC o
manejar el giro de un servo motor.
Además el control de giro de un motor puede ser de mucha
utilidad, como por ejemplo en robots y a mucha mayor escala
en fábricas, por lo cual vemos necesario el estudio de un
puente H el cual nos permite controlar el giro de un motor
eléctrico mediante el uso de dispositivos electrónicos de fácil
acceso.
Debemos tener en cuenta los principios básicos de control de
pulso para poder comprender estos temas, y así tener
facilidad al momento de analizar nuestros circuitos de control
y así poder comprobar el funcionamiento en el laboratorio.
II. PROCDSAMIENTO PARA LA
ELABORACION DE LA PRÁCTICA.
A. Control de Velocidad PWM y puente H de
un motor DC Control de velocidad
Para poder nosotros controlarla velocidad de un motor DC se
utiliza un término que nosotros conocemos como PWM
que se describe como la Regulación por Ancho de Pulso de
un motor DC y está basada en el hecho de que si se recorta la
corriente continua de alimentación en forma de una onda
cuadrada, la energía que recibe el motor disminuirá de
manera proporcional a la relación entre la parte alta, en la
cual circula corriente, y baja en donde la corriente es cero, del
ciclo de la onda cuadrada. Controlando esta relación se logra
variar la velocidad del motor de una manera bastante aceptable.
La modulación por ancho de pulsos también conocida como PWM,
de una señalo fuente de energía es una técnica en la que se modifica
el ciclo de trabajo de una señal,ya sea para transmitir información
a través de un canal de comunicaciones o para controlar
la cantidad de energía que se envía a una carga.
Es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los
motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el motor
constante y no supone un desaprovechamiento de la energía
eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna.
Figura 1. Modulación de ancho de pulso
Un puente H es un circuito electrónico que permite a un motor
eléctrico DC girar en ambos sentidos. Son ampliamente
usados en robótica y como convertidores de potencia. Los
puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero
también pueden construirse a partir de componentes discretos.
Un puente H se construye con 4 interruptores mecánicos o
mediante transistores. Estos transistores permiten aplicar una
tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido o
invertir el voltaje, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.
[2]
Control de Velocidad y Posición de Motores
Wilian Cañar, Darío Manobamda, Héctor Segura
xavi9319@ gmail.com-lian_will@ hotmail.com-654hector1@gmail.com

Figura 2.Representacion del funcionamiento de de giro de un motor.
Puente H
Figura3. Puente H simulado en Proteus
El sentido de giro del motor DC depende de los niveles de
voltaje que existan en los puntos del circuito. Sólo uno de
estos dos puntos puede estar a nivel alto para activar los
transistores correspondientes.
Si el nivel de voltaje en una posición del switch está en
nivel alto se satura los transistores Q2 y Q5. Estos dos
transistores permiten la circulación de corriente por el motor
DC en un sentido.
Y si el nivel de voltaje la otra posición del switch está en
nivel alto entonces se saturan los transistores Q3 y Q4. Estos
dos transistores permiten la circulación de corriente por el
motor DC en el sentido contrario.
A nuestro circuito podemos aumentarle unos diodos para
proteger los transistores,porque se cambia la polaridad en las
bobinas del motor DC, lo cual podría quemar nuestros
transistores, pero en la simulación y el la practica en el
laboratorio no sucedió por lo cual no optamos en poner.
B- Control de un servomotor
Primero que nada, un servomotor no es más que un motor de
corriente directa con una tarjeta electrónica adjunta para
facilitar su control. Para dicho control es necesario generar un
pulso como se muestra en la figura
Figura 5 .Control de un Servomotor.
La duración o frecuencia del pulso determina la posición en la que
se debe situar el motor. Cada servomotor tiene su propio rango de
frecuencias, determinadas por el fabricante en la hoja de datos.Para
la figura 1, los valores de la señal están entre 1 y 2 ms.
Diseño del control
La señal de control para el servomotor se compone de dos
frecuencias:
 Frecuencia de actualización de 20ms.
 Ancho de pulso que controla la posición del servomotor,
provista por el fabricante. Para este ejemplo, asumiremos
que la frecuencia va de 0.5 a 2.5ms.
¿Cómo empezamos a desarrollar los dos divisores de frecuencia
necesarios para esta señal? Primero que nada, es necesario
encontrar el rango de operación:
𝒓𝒂𝒏𝒈𝒐 = 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐𝒎𝒂𝒙 − 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐𝒎𝒊𝒏 = 𝟐. 𝟓𝒎𝒔 − 𝟎. 𝟓𝒎𝒔
= 𝟐𝒎𝒔𝑟𝑎𝑛𝑔𝑜 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑚𝑎𝑥 − 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑚𝑖𝑛
= 2.5𝑚𝑠 − 0.5𝑚𝑠 = 2𝑚𝑠
Ahora es necesario saberla resolución del servomotor, o cantidad
de posiciones que puede tomar. Por lo tanto,la frecuencia mínima
necesaria es:
Si nuestro servomotor puede tomar 256 posiciones tenemos que :

𝑓𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 = (
2𝑚𝑠
256
)
−1
= 128𝐾𝐻𝑧
Por tanto, es necesario diseñar un divisor de frecuencia de 64
kHz, el cual se muestra a continuación.
C. Implementación en VHDL
Para la implementación en VHDL tenemos tres entradas:reloj
de 64kHz, reset, y un vector que puede tomar valores de 0 a
256. La única salida es la señal de control para el servomotor.
Finalmente, sabemos que con un reloj de 64
kHz tenemos 1ms cada 64 iteraciones. Para tener la frecuencia
de 20 ms basta multiplicar 64 * 20, implementado con un
contador de 0 a 1279.
Para poder implementar la variación de ancho de pulso
debemos crear dos entidades, una que realice la división de
frecuencia y la otra que nos permita variar la salida por medio
de los valores de entrada q a esta entidad llegan.
Figura 4 . Simulación del PWM
Este código describe el funcionamiento del pwm, lo que hace es que
toma los valores de entrada de la entidad y dependiendo de la
frecuencia de reloj va contando estos números y asignándolos a una
variable de salida llamada pwm_out la cual se va se va actualizando
por cada ciclo de reloj.
Después de haber realizado estas dos entidades y instanciarlas en
una entidad total para que funcionen de acorde con las
especificaciones necesarias se debe comprobar el funcionamiento de
estas por medio de la simulación. completo ya que el máximo valor
que toma el ADC es 255, en ese caso el ancho de pulso será total, y
el motor estará a su mayor.
Figura 5. Codigo del Pwm.
III. EL DECODIFICADOR BCD A 7-SEGMENTOS
El decodificador BCD a 7-segmentos acepta el código BCD en
sus entradas y proporciona salidas capaces de excitar un
display de 7-segmentos para generar un dígito decimal. En la
Figura 6.34 se muestra el diagrama lógico de un decodificador
básico de 7-segmentos.[3]
El divisor de frecuencia está hecho para que nos permita
obtener una frecuencia de 100Khz a partir de la frecuencia de
12Mhz de la tarjeta Artix7. Aquí se puede ver que cuando
entra el número en este caso 200 en número binario este se
transforma en un pulso casi

Figura 6. Símbolo lógico de un
decodificador/controlador BCD a 7-
segmentos con salidas activas a nivel
BAJO.
A. DISEÑO DE UN DECODIFICADOR
DE BINARIO A HEXADECIMAL
B.
Con la ayuda de mapas de Algebra De Boole
ó Mapas De Karnaugh el diseño de un
decodificador de binario a hexadecimal se facilita
obteniendo cada una de las ecuaciones de cada
segmento, es decir de a hasta la g. [4]
Figura 7. Entradas y
salidas del
decodificador.
Figura 8. Visualización
del display de 7
segmentos de los números
en hexadecimal
IV. DIVISOR DE FRECUENCIA.
Dividir la frecuencia de una señal entre 2 es muy sencillo:
colocamos un prescaler de 1 bit. En general, para dividir entre
cualquier potencia de 2 (2, 4, 8, 16...2^N) nos basta con un
prescaler de N bits. Para el resto de frecuencias necesitamos
el divisor de frecuencias
Figura 7. Esquema de bloques del divisor de frecuencia
Es un componente que tiene una señal de entrada (clk_in),
con frecuencia fin y periodo Tin. Como salida tiene otra
señal (clk_out) cuya frecuencia es la de la entrada dividida
entre M. O si lo vemos con el periodo, el de la señal de
salida es M veces mayor que el de la entrada. [5].
A. LOS CÁLCULOS
El divisor de frecuencia es un componente simple, cuyo
objetivo es reducir la frecuencia de entrada. Éste se
implementa con ayuda del factor de escalamiento y un
contador. Primeramente, el factor de escalamiento es la
relación entre la frecuencia de entrada y la frecuencia de salida
deseada:
Asumiendo que tenemos una frecuencia de 50MHz y
deseamos una salida de 200Hz, tenemos que:
𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 = (
12𝑀𝐻𝑧
200𝐻𝑧
) = 60000
Por lo tanto, el contador para el divisor de frecuencia tiene
como función generar la señal de salida de 200Hz cada 60000
ciclos. [6]
V. CONTADOR DE PULSO A 8 BITS.
El código del acumulador permite contar los pulsos externos

VI. COMPARADOR.
VII. MATERIALES E INSTRUMENTOS.
ITEM CANTIDAD MATERIAL
1 1 ADC0808
2 8 Resistencias 330
Ω
3 8 Diodos Led
4 1 Tarjeta Cmod A7
(Artix-7-15t)
5 3 Display Catado
común
6 4 Transistores(NPN)
3904
7 4 Resistencia 220 Ω
VIII. SIMULAC IONES Y RESULTADOS.
El resultado de la simulación se muestra en la figura 2. Para
la frecuencia de 20 ms se obtuvo una frecuencia de 19.9936
ms, para la frecuencia mínima se obtuvo 0.4920 ms y para
la frecuencia máxima se obtuvo una frecuencia de 2.4835
ms.
Fig….Banco de pruebas del controlador de PWM para
servomotores.
Fig….Banco de pruebas del controlador de PWM mediante el
contador
IX. CONCLUCIONES
 Uno de los problemas más críticos en este proyecto es el
contador que tiene muchas restricciones que impiden que la
sintetizacion, implementación y hasta el funcionamiento en
hardware, ya que el contador debe actualizarse cada segundo y
al ser valores demasiado rápidos tiende a dar errores. que nos
permitirá no perder tanta información ya que la lectura de los
pulsos del motor se realiza de una forma asincrónica que simula
un reloj de entrada a la tarjeta
 La tarjeta Artix 7 tiene pines específicos que permiten tener un
ingreso de reloj externos, estos pines son exclusivamente
asignados por el usuario, si se asignan a diferentes pines sin
estas especificaciones la implementación no se realizara porque
tendrá fallas en el funcionamiento de la tarjeta llegando a ser
críticos cuando se utilizan de una forma no adecuada.
 Debemos tomar en cuenta que para que un motor DC gire debe
vencer la inercia en la que esta, por lo cual debemos tener en
cuenta esto en nuestro circuito para que este sea eficiente y
funcione de una forma correcta.
 Para comprender el funcionamiento del puente H nosotros
tuvimos que conocer como están configurados los de la
corriente que pasa por el motor y así su giros.
X. REFERENCIAS
[1] DIGILENT, «Digilent A National Instrument Company,» 14
06
2017. [En línea]. Available:
http://store.digilentinc.com/cmod-a7- breadboardable-artix-
7-fpga-module/.
[2] M. M. Mano, Diseño digital, Mexico: PEARSON
EDUCATION,
2003.
[3] Thomas L. Floyd, Fundamentos de Sistemas Digitales, Ed.
Prentice
Hal, 2000.
[4] R. E. y. H. Haskell, Learning by Example Using VHDL -
Basic Digital Design with a Basys FPGA Boa, Darrin M.:
Michigan: LBE Books., 2008.
[5] J. C., «Github,» 11 12 2016. [En línea]. Available:
https://github.com/Obijuan/open-fpga-verilog-
tutorial/wiki/Cap%C3%ADtulo-15:-Divisor-de-frecuencias.
[Último acceso:15 06 2017].
[6] C. Ramos, «ESTADOFINITO,» 26 07 2012. [En línea].
Available: http://www.estadofinito.com/divisor-frecuencia-
vhdl/. [Últimoacceso:06 14 2017].

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