MAPA - MICROPROCESSADORES E MICROCONTROLADORES - 51_2025
O controle de motores de corrente contínua pode ser feito a partir da modulação por largura de pulso (PWM – Pulse Width Modulation), técnica que permite a variação do tempo em estado ativo de um dispositivo no período possível ao seu acionamento, ou seja, considerando-se que a frequência do sinal de controle é fixa, o tempo entre o início e o fim de um ciclo é constante, aonde parte do período total ao nível lógico 1 (ativo) e o restante ao nível lógico zero (inativo).
Ao manipularmos a largura do pulso ativo variando seu tempo de duração (denominado de duty cycle) ou razão cíclica, podemos controlar um dispositivo alimentado em corrente contínua ou alternada, conforme a topologia do circuito driver e do estágio de potência.
A PWM é amplamente utilizada para controlar dispositivos que movimentam eixos, a exemplo de inversores de frequência e soft starters. Além disso, a PWM é amplamente empregada nas fontes de alimentação dos carregadores de baterias dos dispositivos móveis mais atuais (smartphones, tablets, laptops), computadores, televisores, monitores de vídeo. Essas fontes de alimentação são conhecidas como “fontes de alimentação chaveadas em alta frequência” e utilizam a PWM para controlar a potência entregue para a carga, gerenciando a corrente em alta velocidade e protegendo os estágios de potência com alto grau de eficiência energética.
A técnica da PWM consiste na variação do duty cycle em percentuais do tempo total do ciclo, calculado a partir da frequência escolhida para o mesmo. Dessa forma, temos circuitos integrados dedicados para gerar a PWM e controlar a potência entregue à carga.
No caso dos microcontroladores, utilizamos divisores de frequência para produzir frequências adequadas ao projeto de controle, a exemplo do prescaler interno do MCU, de modo a reduzir o clock do mesmo, que, por exemplo, pode ser de 1 MHz, para o valor de frequência desejado que normalmente é da ordem dos kHz.
Atividade MAPA de Microprocessadores e Microcontroladores
Controle de potência de um triturador industrial.
Conforme o contexto da modulação por largura de pulso, você deverá implementar para esta atividade MAPA uma rotina que automatize um triturador industrial composto de um motor elétrico, com controlador de velocidade, o qual recebe sinal do microcontrolador para variar a velocidade do eixo da máquina.
A ação de controle desta máquina é manual, ou seja, depende da intervenção humana para variar a velocidade do eixo da máquina controlada por um sinal de referência dado em PWM enviado por um microcontrolador, que no caso, você está programando.
Para controlar a máquina o operador conta com 4 botões para selecionar o valor do duty cycle desejado, sendo:
Botão 1: potência em 25%
Botão 2: potência em 50%
Botão 3: potência em 75%
Botão 4: potência em 100%
Para automatizar este processo, você deve utilizar o microcontrolador PIC18F4550 e as rotinas devem ser escritas na linguagem Assembly.
O projeto deve contar com uma saída que aciona o motor com sinal em PWM onde quando um botão é pressionado (Botão 1 à Botão 4), o duty cycle correspondente seja enviado para o motor do triturador a fim de aumentar ou diminuir sua potência conforme a necessidade.
Utilizando-se o osciloscópio digital, conecte o canal do mesmo por meio da ponta de prova do canal correspondente ao sinal de saída do microcontrolador e observe todas as formas de onda produzidas, salvando a imagem da tela em um pendrive ou por meio de foto da tela do osciloscópio com smartphone.
Lembre-se: pressionar cada um dos botões (não simultâneos) para observar cada um dos percentuais e capturar as formas de onda individualmente.
ATENÇÃO!
Salvar cada uma das formas de onda para anexá-las na etapa 3. As formas de onda são:
para 25% do duty cycle;
para 50% do duty cycle;
para 75% do duty cycle;
para 100% do duty cycle.
O estudante deve utilizar como referência o experimento dado em: https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/rotinas-de-contagem-e-modulacao-em-largura-de-pulso.html
Orientações para realização da atividade MAPA
Caro estudante, esta atividade MAPA está dividida em 3 etapas:
1ª etapa (1,0 ponto): Você deve apresentar o programa completo para controlar o triturador conforme descrito, com os devidos comentários necessários dados no programa em linguagem Assembly.
2ª etapa (1,5 ponto): No LPI (Laboratório Prático Integrado) do polo de apoio presencial de sua cidade, você deve realizar a montagem física do experimento na maleta de microcontroladores e testar seu programa para fins de experimentação, montando as ligações conforme os terminais adotados nas entradas e saídas do microcontrolador, conforme programa desenvolvido.
3ª etapa (1,0 ponto):
Nesta etapa o estudante deve apresentar:
- (a) (0,5 ponto): As formas de onda PWM obtidas na etapa 2 para cada duty cycle;
- (b) (0,5 ponto): Mostrar as linhas de código que determinam cada valor percentual de duty cycle.
