Controle de motor de passo via porta paralela

[IMBIKA]

CONTROLE DE MOTOR DE PASSO
por: Newton C. Braga
Os motores de passo, pelas suas características, consistem em uma solução das mais adotadas em projetos de Mecatrônica que envolvam movimento. Em projetos experimentais, didáticos, profissionais ou de pesquisa, esses motores podem ser usados com facilidade com vantagens em relação a outras soluções como SMAs, motores sem escovas, solenóides, etc. No entanto, tarefas como projetar um sistema que utilize um motor de passo e criar um software para seu controle não são tarefas difíceis. Mais complicado para muitos projetistas é encontrar o circuito ideal que interfaceie a saída de um microprocessador, computador ou outro circuito lógico com o motor. Neste artigo damos uma boa quantidade de soluções práticas para isso.
O acoplamento de um motor de passo a um sistema mecânico que movimente uma determinada parte de um projeto mecatrônico, ou a criação de um software ou seqüência lógica de acionamento a partir de sensores, não são tarefas muito complicadas para a maioria dos leitores que possuam conhecimento nesses campos.
Entretanto, aqueles que não têm uma grande experiência em Eletrônica poderão encontrar dificuldades na hora de escolher um circuito prático, simples e eficiente para o acionamento do motor.
O grande número de soluções possíveis para esse problema pode ser uma das causas da dificuldade, assim como a viabilidade de termos sinais de características diferentes na saída dos controladores.
Visando auxiliar os leitores que buscam circuitos práticos de controle de motores de passo, não importando no caso a aplicação ou a fonte de sinais, selecionamos uma boa quantidade de diagramas que podem ser implementados sem problemas, alguns até empregando componentes discretos facilmente encontrados nas casas especializadas, tais como transistores bipolares.
A escolha do circuito dependerá apenas do próprio leitor que poderá se basear nas características de cada um.
Todos os circuitos sugeridos são para motores bipolares de 4 fases com a configuração de bobinas mostrada na figura ao lado.
Os circuitos, em sua maioria, suportam correntes de acionamento na faixa dos 100 mA aos 2 ampères e a tensão máxima de controle é da ordem de 24 V. Com a troca de alguns componentes, as configurações poderão ser alteradas para controlar motores de maior potência.    

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a) Circuito com transistores bipolares
A configuração mais simples, que é compatível tanto com lógica TTL quanto com CMOS e que pode acionar motores na faixa de 100 mA a 500 mA, é a ilustrada na figura abaixo fazendo uso de transistores NPN de média potência.
O enrolamento correspondente a cada transistor será acionado quando o nível lógico do sinal aplicado à entrada for alto. Para transistores BD135, BD136 ou BD137 podemos controlar correntes de até uns 500 mA por enrolamento, e usando os TIP31 ou TIP32, as correntes podem chegar a 1 A. Os transistores TIP, entretanto, têm um ganho menor que os BD, exigindo uma intensidade maior do sinal para o acionamento. Lembramos que em todos os casos os transistores devem ser dotados de radiadores de calor.
Evidentemente, este circuito apenas faz a energização correspondente a cada bobina, não contendo qualquer lógica de operação.

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b) Circuito com transistores Darlington
Um ganho maior das etapas poderá ser obtido com o uso de transistores Darlington. Com esses componentes precisamos de uma corrente muito menor de entrada para o acionamento, caso em que motores de maior potência podem ser ativados com menores sobrecargas dos circuitos excitadores.
Na figura abaixo temos um exemplo de circuito para motores de 1 A , o qual emprega Darlingtons da Texas, dos tipos TIP110, 111 ou 112. Para maiores correntes podem ser usados os TIP121 ou mesmo maiores.
O ganho típico de tais transistores é de 1000 vezes, o que significa que podemos controlar um motor de 1 A com apenas 1 mA de entrada. Os transistores devem ser dotados de radiadores de calor.

c) Circuito com transistores complementares
Outra possibilidade que nos permite obter ganhos muito altos, da ordem de 2000 vezes ou mais, reside no uso de etapas de amplificação com transistores complementares; veja a figura abaixo.
Esse circuito é suficientemente sensível para poder ser acionado diretamente pela porta paralela de um PC. Os transistores de saída podem ser os BD136, BD138 ou BD140 para correntes de até 500 mA nos motores ou TIP32 e TIP42 para correntes de até I 2 A.
Estas especificações dão uma certa folga para que os transistores não trabalhem no limite.
Um nível lógico alto entre 3 e 15 V aplicado na entrada faz com que o enrolamento correspondente a cada etapa seja energizado.

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d) Circuito com MOSFETs de potência
Os transistores de efeito de campo de potência MOS ou Power-MOSFETs são componentes largamente empregados em controles de potência com elevado rendimento.
Esses transistores se caracterizam pelo fato de que, quando em plena condução, apresentam uma resistência muito baixa entre o dreno e a fonte, conforme mostra a figura abaixo   

Essa resistência, denominada Rds(on), pode cair a uma fração de ohm, conforme o tipo e as condições de excitação, possibilitando ao transistor controlar correntes de até dezenas de ampères sem praticamente gerar calor.
Na figura abaixo orientamos como usar os transistores desse tipo num controle de motor de passo.

Tipos de baixo custo com correntes de vários ampères como os IRF540, IRF720, etc. podem ser encontrados no mercado especializado com a capacidade de operar com correntes elevadas, o que os torna apropriados para o controle de motores de 48 V e até maiores.
CONFIGURAÇÕES COM CLIs DEDICADOS
Existem diversos circuitos integrados especialmente projetados para funcionar como controladores de motores de passo.
Alguns simplesmente reúnem as etapas de potência em um único invólucro, sem lógica alguma, enquanto que outros possuem lógica e até conversores que permitem o controle serial por uma única entrada.
Os próximos circuitos exibem algumas aplicações com CIs especialmente indicados para esse tipo de aplicação.
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e) Circuito com o ULN2003
Esse circuito integrado pode fornecer correntes de até 500 mA em cada saída e possui 8 drivers de motor de passo em um invólucro DIL de 18 pinos com a disposição de terminais mostrada na figura ao lado.   


Nesta figura temos um circuito de aplicação em que usamos metade do CI para controlar um motor de passo com alimentação de 12 V.
O ULN2803 é um equivalente desse CI, mas com invólucro de 18 pinos e disposição de terminais ilustrada na figura ao lado.   

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f) Circuito com o MC1413/MC1414
O circuito integrado MC1413 é especialmente indicado para interfacear lógica TTL com um motor de passo com enrolamentos de até 500 mA. Esse CI é encontrado em invólucro DIL de 16 pinos com a pinagem apresentada na figura ao lado.
Na figura abaixo temos um circuito de aplicação para esse componente, o qual pode ser excitado diretamente a partir dos níveis lógicos da porta paralela de um PC.    


O circuito integrado MC1414 é a versão equivalente, mas compatível com lógica CMOS. A pinagem é a mesma.
g) Circuito com o UCN4202
Para motores com correntes de até 500 mA por enrolamento e contendo os impulsores para apenas 4 enrolamentos, podemos usar o UCN4502 que tem um circuito de aplicação fornecido na figura ao lado.
Esse circuito tem funções de entrada um pouco diferentes dos demais. A entrada DIR serve para determinar o sentido em que o motor roda. A entrada Trigger é o local onde os pulsos de excitação são aplicados. Sua freqüência determina a velocidade segundo a qual o motor roda. A entrada Set EN serve para habilitar o circuito servindo como freio. O motor também pode ser parado pela entrada Out EN.   

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h) Circuito com o SAA1027
Um outro circuito muito conhecido para o controle de motores de passo é o que faz uso do CI SAA1027, que é mostrado na figura 13.
Esse circuito pode controlar motores de 200 a 350 mA. Para motores de até 250 mA o resistor R1 será de 470 ohms, e para motores maiores reduzido para 150 ohms x 1 W. Nesse circuito, os pulsos que determinam a velocidade de rotação são aplicados na entrada Trigger. O nível lógico da entrada DIR determina o sentido de rotação. A entrada SET colocada no nível baixo energiza dois enrolamentos ao mesmo tempo, freando o motor.

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CONCLUSÃO
Os circuitos sugeridos neste artigo representam apenas alguns dos possíveis para o controle de motores de passo comuns.
Dependendo da aplicação, podem ser necessários circuitos intermediários para condicionar os sinais de modo que cada etapa seja capaz de excitar convenientemente os motores.


vejam o material completo em anexo

[TecTonny®]

Quando eu era moleque lia muito livros do Newton C. Braga, o cara dedicou uma oa parte da sua vida a eletronica.

[IMBIKA]

eh vdd tbm lia muito..

[hcanova]

Olá galera no site www.mecaweb.com.br existem artigos sobre a porta paralela, pinagen propriedades e inclusive como acessa-la usando linguagem c, o site ainda esta no começo mais vale apena .

t+

[Bellotto]

Pessoal, desculpem a pergunta do novato, talvez eu ainda não saiba navegar corretamente, mas, ao final do artigo do Newton Braga, enviado pelo IMBIKA, existe uma ultima linha, que diz:  Vejam o material completo em anexo

Poderiam, por favor, me indicar, onde eu encontro esse anexo?

Agradeço antecipadamente

[HernandHell]

Pessoal, desculpem a pergunta do novato, talvez eu ainda não saiba navegar corretamente, mas, ao final do artigo do Newton Braga, enviado pelo IMBIKA, existe uma ultima linha, que diz:  Vejam o material completo em anexo

Poderiam, por favor, me indicar, onde eu encontro esse anexo?

Agradeço antecipadamente

Digo o mesmo. Cdê as imagens? Gostaria de vê-las.

Gostei das lembranças. Ilustrei meu curso de eletrônica com muitas montagens de circuitos do Newton C. Braga que além de criativo era didático e ensinava a gente a olhar para um circuito e enxergar além dos blocos o funcionamento de cada peça, desde o mais complicado CI ao mais simples resistor.