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SET 035 0x08
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-[ Curso de electronica 06 ]-------------------------------------------------
-[ by elotro ]-------------------------------------------------------SET-35--
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Electronica - Sexta Entrega
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Disenyo Electronico
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Y aqui vamos otra vez con la incanzable saga de articulos de electronica
en SET.
Como pueden ver, en este articulo trataremos el apasionante [ja!] mundo
del disenyo de circuitos electronicos, desde una mera idea hasta un
dispositivo terminado, valiendonos de muchas herramientas informaticas.
Comencemos....
1. Inicio
2. Disenyando el circuito
2.1 Software de simulacion
2.2 Livewire
2.3 Multisim
2.4 Electronic Workbench
3. Plaqueteando
3.1 Software de CAD electronico
3.2 Eagle
3.3 Express PCB
4. Resultado
5. Data
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1. Inicio
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-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
Recientemente me he dedicado a realizar algunos circuitos para vender a
quien quiera [mejor postor], y me he dado cuenta de los trabajoso que
es hacer cada una de las cosas a mano.
En esta 'guia' voy a tratar de dar una serie de consejos para que, a la
hora de realizar un disenyo de un circuito electronico por nuestra cuenta,
podamos usar algunas herramientas informaticas de facil acceso, que nos
haran el trabajo mucho mas facil.
Pero primero, debemos tener una minima idea de que queremos hacer.
En mi caso, el circuito a disenyar sera un controlador y driver para
motores paso a paso.
Un motor paso a paso es un tipo de motor muy especial, que se diferencia
mucho de los motores electricos comunes que la mayoria de nosotros estamos
habituados a ver.
Se utiliza mucho en robotica, y en informatica. Alguna vez te preguntaste
como es que tu HD, tu floppy, tu etc., puede ubicar los datos de manera
tan precisa?
Sencillo, lo hace con un motor paso a paso (PaP).
En escencia, un motor PaP es un motor que hace girar un eje central, pero
no de manera continua, sino que lo hace en forma de saltos (pasos).
Y para que esto ocurra, se necesita un circuito de control que envie los
pulsos adecuados al motor.
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-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
2. Disenyando el circuito
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-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
Un motor PaP necesita que se le entreguen pulsos de una manera especial.
En mi caso, voy a usar motores PaP del tipo unipolar, que necesita
alimentacion de un solo sentido.
Este tipo de motor cuenta con 4 pines para recibir los pulsos.
En este esquema podemos ver como deben ser los pulsos que debemos
entregar para que el motor avance paso a paso en un sentido determinado.
(supongamos en sentido horario)
_____ _____
1 |_________________| |
_____
2 _____| |__________________ Para sentido horario
_____
3 ___________| |____________ [ espero q se entienda ]
_____
4 _________________| |______
_____
1 _________________| |_______
_____
2 ___________| |_____________ Para sentido anti horario
_____
3 _____| |___________________
_____ _____
4 |__________________| |
Como pueden observar, los pulsos deben ser entregados en orden secuencial,
para que el motor avance.
Bien, esto lo podriamos realizar con unos flip-flops encadenados, a
manera de un registro de desplazamiento.
O O O O
_______ | _______ | _______ | _______ |
| S | | | S | | | S | | | S | |
O-----|D Q|---o----|D Q|---o----|D Q|---o----|D Q|---'
| | | | | | | |
CLK-o-|> Q|o .----|> Q|o .----|> Q|o .----|> Q|
| |___R___| | |___R___| | |___R___| | |___R___|
| | | |
|_____________|________________|________________|
Bueno ahi tenemos 4 salidas, en orden secuencial.
Pero esta solucion no es la mejor. [ que a mi se me ocurrio al menos ]
Cuando los biestables ponen un 1 en su salida, este no se reseta.
Si, ya se que podriamos activar el reset con la misma salida del flipflop,
pero igualmente, vamos a necesitar 2 integrados para generar los pulsos.
Un ejemplo de este tipo de integrado puede ser el CD4013, que es un
flipflop doble, tipo d, de 14 pines.
No se a ustedes, pero a mi, 2 integrados de 14 pines comienzan a asustarme.
Etapa de generacion de pulsos
-----------------------------
Pero por suerte, contamos con otro integrado que cumple las veces de
contador, el CD4017, que es un contador/divisor que cuenta con 10 salidas.
__________
| |-- Q0
| |-- Q1
| |-- Q2
CLK --|> |-- Q3
| 4013 |-- Q4
| |-- Q5
ENA -o| |-- Q6
| |-- Q7
RES --| |-- Q8
|__________|-- Q9
Como ven, contamos con salidas mas que suficientes, una entrada de reloj,
otra de habilitacion, y otra para el reseteo del contador.
En nuestro caso, no necesitamos contar hasta 10, sino hasta 4, de manera
que lo que haremos es que en vez de contar 5, vuelva a 1.
__________
| |-- Q0
| |-- Q1
| |-- Q2
CLK ---|> |-- Q3
| 4013 |----. Q4
| |-- | Q5
ENA --o| |-- | Q6
| |-- | Q7
RES .--| |-- | Q8
| |__________|-- | Q9
| |
|__________________|
De esta manera, al activarse la salida Q4, tambien se activara el reset,
haciendo que el ciclo comienze nuevamente.
[ noten que la primer salida es Q0,
por eso debemos conectarlo en Q4 ]
Ok, ya tenemos solucionado el problema de como generar los pulsos, pero
si lo unico que hacemos es conectar las salidas directamente, solo
podremos tener un unico sentido de giro.
La forma mas facil de obtener el sentido opuesto, es cruzando las salidas,
esto es, colocando Q4 en el lugar de Q1, Q3 en el lugar de Q2, Q2 en el
lugar de... bah, me entienden.
______
| Q0|----------------------------o--------- }
| Q1|-------------------------o--|--------- }} En un sentido
| Q2|----------------------o--|--|--------- }}
CLK ---|> Q3|-------------------o--|--|--|--------- }
| Q4|--. | | | |
| | | | | | |
ENA --o| | | | | | |
| | | | | | |
RES .--| | | `--|--|--|--------- }
| |______| | `--|--|--------- }} En el otro
| | `--|--------- }} sentido
|____________| `--------- }
Ya tenemos solucionado como obtener los 2 sentidos de giro, pero es
ahora cuando se nos presenta el problemon:
- Hay que convertir esas 8 lineas en 4.
Primero que nada, no podemos puentearlas, porque cuando una salida tenga
una corriente entrando..., chau al integrado.
Supongo que podriamos ponerle diodos a cada salida, con lo que quedaria
algo asi...
______
| Q0|---------------------o----->|----------.
| Q1|------------------o--|----->|--------. |
| Q2|---------------o--|--|----->|------. | |
CLK ---|> Q3|------------o--|--|--|----->|----. | | |
| Q4|--. | | | | o---------O Al pin 1
| | | | | | | | o-------O Al pin 2
ENA --o| | | | | | | | | o-----O Al pin 3
| | | | | | | | | | o---O Al pin 4
RES .--| | | `--|--|--|----->|----' | | |
| |______| | `--|--|----->|------' | |
| | `--|----->|--------' |
|____________| `----->|----------'
Y aunque este circuito parezca la panacea universal, tampoco es
la solucion.
Explico:
A la salida del integrado tenemos unos 9V (siempre q esa sea la tension
de alimentacion del integrado). El problema no esta en la ca¡da de
tension que se origina en los diodos, sino en la corriente de salida
de las salidas del integrado, que va a ser muy critica para poder
accionar la etapa de potencia.
Ademas no contamos con ninguna manera de seleccionar el sentido de giro.
Asi que lo que tenemos que hacer es recurrir a unas fucking puertas AND,
y a unas OR.
[ 3 integrados mas ]
Veamos si me sale el ascii:
[ no voy a dibujar las compuertas,
porque se me va a ir un ascii de
1000muchas000 lineas, y no se
va a entender ]
Mejor usemos una equivalencia:
Puerta AND:
___
---| `. ---|A|
| :_____ =====> |N|----
| : ---|D|
---|___.'
Puerta OR:
___
---\ `.
| \_____ =====> ---|O|____
| / ---|R|
---/___.'
Puerta NOT:
|\
---| `o--- =====> NOT [si, asi de facil]
|/'
Seleccion de
sentido
o
______ |
| Q0|------------o----(-----|A|
| Q1|----------. | | |N|----.--------|O|___ Al pin 1
| Q2|--------. | | |-----|D| .--------|R|
CLK ---|> Q3|------. | | | | |
| Q4|--. | | o-(----(-----|A| |
| | | | | | | | |N|----(--------|O|___ Al pin 2
ENA --o| | | | | | | |-----|D| | .------|R|
| | | | | | | | | |
RES .--| | | | o-(-(----(-----|A| | |
| |______| | | | | | | |N|----(-(------|O|___ Al pin 3
| | | | | | |-----|D| | | .----|R|
|____________| | | | | | | | |
o-(-(-(----(-----|A| | | |
| | | | | |N|----(-(-(----|O|___ Al pin 4
| | | | |-----|D| | | | .--|R|
| | | | | | | | |
| | | | NOT | | | |
| | | | | | | | |
o-(-(-(----(-----|A| | | | |
| | | | |N|----' | | |
| | | |-----|D| | | |
| | | | | | |
o-(-(----(-----|A| | | |
| | | |N|------' | |
| | |-----|D| | |
| | | | |
o-(----(-----|A| | |
| | |N|--------' |
| |-----|D| |
| | |
o----(-----|A| |
| |N|----------'
`-----|D|
Y asi de simple es como podemos dar por terminada la etapa de generacion
de pulsos.
Notar la puerta NOT que esta entre las puertas AND.
Como no existe lugar sobre la tierra donde podamos comprar una NOT
sola, vamos a tener que fabricarla:
o +V
\
Del selector / R2 R1 = 1K
de sentido \ R2 = 10 K
C |---------o Salida Transistor BC548,
>-----------/\/\/--.__|/ 2N3904, o similar
R1 |\
B | E [el colector es el de arriba
| por si no se entiende]
GND
Y ahora si damos por finalizado.
Etapa de potencia
-----------------
Hay que aclarar algo. Un motor PaP consume cerca de unos 500 mA, asi
que ni en p2 podemos hacerlo funcionar con la corriente que extraigamos
de las compuertas, porque vamos a tener unos 10 mA como maximo.
Si lo superamos, se quema.
Vamos a necesitar una etapa de potencia que nos permita manejar esa
corriente, y que al mismo tiempo no sea costosa ni complique demasiado
el disenyo del circuito.
Hay 2 opciones:
- Usar el integrado ULN3909, [creo q era ese, no estoy seguro]
que es especialmente disenyado para esto, pero aca en Argentina
se consigue a unos 15 U$S
[ notar que 1U$S = 3$ argentinos, 15U$S = 45$ argentinos,
45$ argentinos = casi toda mi jornada de trabajo... ]
- Usar unos transistores BD239,
que tienen una potencia maxima de 8W. Si alimentamos con 9V, la
maxima corriente que podremos tener sera de:
[ aprovechemos para repasar ley de ohm y joule]
8 W = 9 V * x A
8 W
----- = x A --------------- > 0.8 A
9 V
La maxima corriente sera de 800mA, mas que suficiente para nosotros.
El disenyo final de la etapa quedaria algo mas o menos asi:
[ notar que hay que hacer 4 etapas
identicas, cada una conectada
a una salida de las OR ]
o +V
|
|---------O }
- }}
^ D1 }}} A la bobina del motor
| }}
Desde la OR C |---------O }
>-------------/\/\/---.__|/
R1 B |\
E |
|
|
GND
Todo esto con:
R1 = 680 Ohm
D1 = 1N4004, o superior
Transistor BD139 o similar
Ahora que ya tenemos la idea de como va a ser nuestro circuito, podemos
pasar a la etapa de simulacion, para ver si todo funcionara como
suponemos.
-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
2.1 Software de simulacion
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Dentro de mi escaso y burdo conocimiento, hay 3 software de simulacion
electronica.
- Livewire,
producido por New Wave Concepts Ltd.,
del que la ultima version conocida es la 1.11, del 28 de Octubre de 2004.
Puedes visitar la web de sus desarrolladores en
http://www.new-wave-concepts.com
Si mal no recuerdo, hay una version de prueba para descargar que
con un crack que anda en la web, se convertia en version full.
O prueba a crackearlo tu mismo.
- Multisim,
producido por Interactive Image Technologies Ltd.,
del que la ultima version [ que yo conozco ], es la 7, del anyo 2003.
Puedes visitar la web de sus desarolladores en
http://www.no-tengo-la-menor-idea.mejor/busca%en+google
Recuerdo haber bajado una demo con su correspondiente crack, y funciono,
aunque no puedes abrir los archivos, y todo se ve como el reverendo orto
- Electronic WorkBench,
producido por la misma empresa de arriba,
del que la ultima version [ que yo conozco, aunque se que hay una nueva
con su correspondiente trial ] es la 5, del anyo no me acuerdo.
2.2 Livewire
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Muy buen programa, con gran capacidad para simular circuitos digitales.
Cuenta con libreria interna de componentes, y instrumentos virtuales.
Ademas hay un software producido por la misma empresa que se llama
PCB Wizard, que se vincula automaticamente con Livewire y permite
realizar disenyos de circuitos impresos desde los esquemas de Livewire.
Pros:
- Excelente para circuitos digitales
- Facilidad de uso, muy intuitivo
- Aspecto visual
Contras:
- Libreria de componentes muy reducida
- No permite ampliar la libreria
- Un verdadero fiasco a la hora de simular circuitos analogicos.
2.3 Multisim
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Excelente programa, el mejor de los 3. Basado en el motor de simulacion
de SPICE (legendario).
Se desempenya de manera impresionante en la simulacion analogica
y digital. Cuenta con osciloscopio totalmente personalizable y
analizador de espectro.
Hay paquetes de ampliado de librerias (pagos) y de vinculacion con
programas de CAD.
Cuenta con editor de simbolos y componentes.
Pros:
- Excelente en todos los aspectos de la simulacion
- Libreria ampliable
Contras:
- Dificil de aprender al principio
- Mucho espacio...
2.4 Electronic Workbench
-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
MMMmmm...
Para la epoca de la version que yo probe (version 5, anyo 1994-1995)
debe haber sido un lujo.
Hoy superado ampliamente por Multisim.
[ eo: aunque en la web del fabricante (de la cual no recuerdo el nombre)
hay una version nueva de Electronic Workbench. Habria que ver
que tal esta ]
Pros:
- Pequenyo tamano
- Pequenyo uso de recursos
Contras:
- Simulacion no muy buena, aunque suficiente para cosas sencilla.
Pueden encontrar en la seccion 5. Data, un archivo uuencodeado que
contiene el circuito del controlador PaP para livewire [tampoco voy a hacer
todo por uds]. Consigan el soft, hagan en circuito en el soft que quieran,
simulen y me cuentan cual les gusto mas.
-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
3. Plaqueteando
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Bueno, una vez que hemos dado por finalizado el disenyo del circuito, y
lo hemos probado en el software de simulacion de nuetra preferencia,
podemos pasar a la etapa de crear el circuito impreso para nuestro
aparatejo.
Que es un circuito impreso??
Es una placa de algun material rigido, con material conductor en un lado
(o ambos). Sobre este material conductor se trazan las conexiones entre
los componentes de nuestro circuito, que van montados sobre perforaciones
en la placa y luego soldados con una aleacion de esta¤o-plomo.
No se como andaran las cosas en otros paises, pero aqui en argentina se
consiguen principalmente placas de 2 materiales:
- Pertinax: Una especie de acrilico, bastante resistente para el aspecto
que tiene, fragil contra los golpes. Aisla del calor bastante bien.
Absorbe humedad.
Malo para aplicaciones en alta frecuencia, porque actua como un capacitor.
Barato.
- Fibra de vidrio: Es basicamente, fibra de vidrio. Resistente, solido,
no absorbe humedad, bueno en alta frecuencia (dentro de los limites
normales). Muy buen aislante del calor y ruido.
No tan barato.
Como lo que estoy haciendo es un prototipo, y estoy en plan taca¤o, vamos
a utilizar una placa de pertinax de 10x10cm, con cobre en un solo lado.
3.1 Software de CAD electronico
-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
Recuerdo aun las viejas epocas de antanyo, en que mi 386SX/16 y yo nos
peleabamos para poder dibujar una pu7a plaqueta en el afamado paintbrush.
No se lo recomiendo a nadie.
Por suerte, alguien oyo mis suplicas y contrato a algunos programadores
que hicieran el trabajo por mi.
Este es el fruto de el CAD orientado a la electronica:
3.2 Eagle
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Uno de los mejores programas que he visto en toda mi vida. Para mi, no es
un programa de CAD, sino un IDE de disenyo electronico.
Cuenta con una vasta.., vasta..., vasta libreria de componentes.
Tiene un lenguaje de programacion propio que permite realizar la mayoria
de las operaciones monotonas que generalmente hacemos cuando disenyamos
un circuito impreso.
El editor de componentes es espectacular [sin palabras]
El autoruteado es muy eficiente e inteligente, sobre todo cuando el
disenyo es de dos caras.
Trae drivers para los plotters mas de las marcas mas conocidas, e incluso
para los taladros matriciales mas comunes.
Exporta en formate dxf y otro que no me acuerdo.
La empresa que hace esta bestia es CadSoft [se mataron la cabeza con el
nombre,je,je].
Pueden descargar una demo [que esta en aleman generalmente] desde:
www.cadsoftusa.com
3.3 Express PCB
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No es que sea malo, o trabaje para cadsoft, pero este programa no tiene
comparacion frente a eagle.
Lo unico bueno es que una vez que hemos hecho el disenyo, podemos enviarlo
por email a la empresa en usa, y ellos se encargan de hacer por nosotros
el circuito impreso.
Busquenlo en internet.
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4. Resultado
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El circuito funciono a la perfeccion (despues de incontables horas frente
al monitor haciendo los fucking pcb's) y no tengo nada mas para comentar
porque es muy tarde y manyana tengo un examen..
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5. Data
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Aca les dejo el circuito del controlador pap, hecho con livewire y plaqueteado
con su compadre, don pcb wizard. Enjoy....
begin 666 disenyo.rar
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MD+A\X.UP[4* 57C*X_H=1]/ZG$0@Z?MAAZU+VN=AIK]93KFX'6U>P_R5YR)5
MF"N$[C18]@OBIW.FHAK=@G+6Z#^A>L>U;2%@[>FIZES)$$.+&*GCJ$((MA[F
M##B9;1]=[0X71\]@TOMKT?W.SGPY)$_ZR80E;/T\]&B7"(0JVFHPE<Q TC$!
M)3.6.)+GC#:SW]1S;N%^QSVIHC!WEV_OYP)(XF*W(959:MN<P6H<0P-DR!E#
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M <$$S%6#ZR N;4_-QND'%GG9'I.]Q$1LR_-PMM#F5@\ZW9P/ :QJ:ZPHVH(=
M)I2P#+3;* *NUH>-7%$&0C$ D1OGC4&X0OK?]&*@(_B/LVGAO;L-53;(R^YR
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