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UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA

UNIDAD ACADEMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELECTRICA Y

ELECTRONICA.

CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA.

“DISEÑO E IMPLEMENTACION

DE UNA TARJETA DE CONTROL

PARA UN TORNO CNC”

Trabajo de Investigación Previa obtención Del título de Ingeniero Eléctrico

Autor:

Tlgo. Darwin Nicolás Caldas Ávila

Director:

MSc. Ing. Ciro Mauricio Larco Barros

Cuenca, Diciembre de 2009.

DISEÑO E IMPLEMENTACIÒN DE UNA TARJETA DE CONTROL PARA UN TORNO CNC UCACUE

___________________________________________________________________________________________________________Trabajo de Investigación previa obtención del título de Ingeniero Eléctrico ~ 2 ~

CONTENIDOS

CAPITULO 1

1.1.- CONCEPTOS GENERALES

1.2.- DISEÑO DE ETAPAS O CIRCUITOS QUE CONFORMAN EL HARDWARE DE

CONTROL.

1.3.- DIMENSIONAMIENTO DE COMPONENTES A UTILIZAR

1.4.- LISTADO DE COMPONENTES ELECTRONICOS QUE

CONFORMAN EL CIRCUITO DEL HARDWARE DE CONTROL.

CAPITULO 2

2.1.- ESTABLECIMIENTO DE CARACTERÍSTICAS Y DIMENSIONES

DE LA MÁQUINA VERSUS LOS COMPONENTES DE HARDWARE A CONTROLAR.

2.2.- ARMADO PREVIO DE CIRCUITOS – PRUEBAS

2.3.- DISEÑO DE LOS PCB MEDIANTE SOFTWARE ESPECIALIZADO PARA EL

PROPÓSITO.

CAPITULO 3

3.1.-CONSTRUCCION DE LOS PCB’S

3.2.-EMSAMBLAJE DE COMPONENTES

3.3.-PRUEBAS BASICAS DE FUNCIONAMIENTO

CAPITULO 4

4.1.-MONTAJE Y PRUEBAS DE LA TARJETA DE CONTROL EN EL TORNO CNC.

4.2.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



Introducción.

Se considera de Control Numérico por Computador, también llamado CNC (en inglés

Computer Numerical Control) (también Control Numérico Continuo Continuos Numerical

Control) a todo dispositivo capaz de dirigir el posicionamiento de un órgano mecánico

móvil mediante órdenes elaboradas de forma totalmente automática a partir de

informaciones numéricas en tiempo real. Para maquinar una pieza se usa un sistema de

coordenadas que especificarán el movimiento de la herramienta de corte.

Entre las operaciones de maquinado que se pueden realizar en una máquina CNC se

encuentran las de torneado y de fresado. Sobre la base de esta combinación es posible

generar la mayoría (si no son todas) las piezas de industria.

Este es, sin duda, uno de los sistemas que ha revolucionado la fabricación de todo tipo de

objetos, tanto en la industria metalúrgica como en muchos otros ámbitos productivos.

El torno de control numérico, también conocidos como tornos CNC son un tipo de máquina

herramienta de la familia de los tornos que actúa guiado por una computadora que ejecuta

programas controlados por medio de datos alfa-numéricos, teniendo en cuenta los ejes

cartesianos X,Y,Z.

Se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz para mecanizar piezas de

revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el mecanizado por su

estructura funcional y porque los valores tecnológicos del mecanizado están guiados por el

ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un

software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de

mecanizado en torno.

En un sentido amplio se puede decir que un torno CNC, puede hacer todos los trabajos que

normalmente se realizan mediante diferentes tipos de torno como paralelos, copiadores,

revólver, automáticos e incluso los verticales pueden actuar con control numérico. Su

rentabilidad depende del tipo de pieza que se mecanice y de la cantidad de piezas que se

tengan que mecanizar en una serie. Por lo que es aconsejable realizar un estudio económico

previo antes de decidir el tipo de torno donde se debe mecanizar una pieza.

http://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas

http://es.wikipedia.org/wiki/Torneado

http://es.wikipedia.org/wiki/Fresado

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_herramienta



http://es.wikipedia.org/wiki/Torno

http://es.wikipedia.org/wiki/Computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizado


http://es.wikipedia.org/wiki/Ordenador

http://es.wikipedia.org/wiki/Software

http://es.wikipedia.org/wiki/Programador


http://es.wikipedia.org/wiki/Torno_paralelo

http://es.wikipedia.org/wiki/Torno_copiador

http://es.wikipedia.org/wiki/Torno_rev%C3%B3lver

http://es.wikipedia.org/wiki/Torno_autom%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Torno_vertical



Descripción del Proyecto.

Basado en el hecho de que el presente proyecto tiene el carácter de “Diseño e

Implementación de una Tarjeta de control para un Torno CNC” la principal relevancia a

resaltar es que en sí la máquina a controlar es un artefacto construido caseramente de

forma experimental (no de fabrica) con lo que se ha establecido las bases fundamentales de

donde se ha partido con el diseño; bases que a continuación se describen:

1. El Torno CNC está compuesto en su parte electromecánica por tres motores

descritos de la siguiente manera:

El Motor Principal que es un Motor de Corriente Alterna Monofásico con una

tensión de alimentación 127V y de 1200 RPM que es el que conforma el cabezal

principal. Este motor limita la potencia real de la máquina y es el que provoca el

movimiento giratorio de las piezas.

Motores para Bancada y carros desplazables constituidos por dos motores de

Corriente Continua a Pasos del tipo Unipolar con una tensión de alimentación

6VDC y de 1.8 Pasos por Grado Que son los que se encargan de facilitar el

desplazamiento rápido de los carros longitudinal y transversal estos motores

tienen esas características ya que sobre estos carros estará ubicado el

portaherramientas en donde se coloca las cuchillas o herramientas que dan la

forma a las piezas a tornear.

2. Las dimensiones del Torno no describen un tamaño de máquina del tipo industrial

por lo que no estamos hablando de alto consumo eléctrico o de alta potencia de

trabajo.

3. No se va a considerar sensores de posición para los motores o información sobre la

velocidad de los mismos (característica de un control de lazo cerrado que usa estas

señales mencionadas anteriormente como retroalimentación) por lo que la

característica del diseño se basa en un Control de Lazo Abierto.

4. La Tarjeta de Control va a ser construida con comunicación USB mediante un

Microcontrolador PIC.

5. El dimensionamiento de la tarjeta de control considera las características

anteriormente indicadas.



CAPITULO 1

1.1.- CONCEPTOS GENERALES:

Se ha considerado pertinente indicar unos breves conceptos básicos referentes a la parte

mecánica y parte electrónica que conformara el torno con las características ya establecidas

para el diseño.

Mecánica

Arquitectura general de un torno CNC.- Las características propias de los tornos CNC

respecto de un torno normal universal son las siguientes:

Motor y cabezal principal.- Este motor limita la potencia real de la máquina y es el que

provoca el movimiento giratorio de las piezas,

Bancada y carros desplazables.- Para poder facilitar el desplazamiento rápido de los carros

longitudinal y transversal.

Ajuste posicionamiento de carros.- A pesar de la calidad de los elementos que intervienen

en la movilidad de los carros longitudinal y transversal no hay garantía total de poder

conseguir la posición de las herramientas en la cota programada.

Portaherramientas.- El torno CNC utiliza un tambor como portaherramientas donde pueden

ir ubicados de seis a veinte herramientas diferentes, según sea el tamaño del torno, o de su

complejidad. El cambio de herramienta se controla mediante el programa de mecanizado, y

en cada cambio, los carros retroceden a una posición donde se produce el giro y la selección

de la herramienta adecuada para proseguir el ciclo de mecanizado.

Electrónica

Accesorios y arquitectura de hardware de un Torno CNC.- Se conocen como accesorios de

una máquina aquellos equipamientos que formando parte de la misma son adquiridos a un

proveedor externo, porque son de aplicación universal para ese tipo de máquina. Todas las

máquinas que tienen incorporado su funcionamiento CNC, necesitan una serie de accesorios

que en el caso de un torno se concretan en el siguiente:

http://es.wikipedia.org/wiki/Torno

http://es.wikipedia.org/wiki/Accesorio

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Proveedor&action=edit&redlink=1



UCP (Unidad de Control de Proceso) La UCP o CPU es el cerebro de cálculo de la máquina,

gracias al microprocesador que incorpora. La potencia de cálculo de la máquina la

determina el microprocesador instalado. Esto tiene que ver en si con el computador quien

es el que realiza justamente los cálculos las características de los mismos tienen que ver

directamente con las características propias del computador. Las funciones principales

encomendadas a la UCP es desarrollar las órdenes de mando y control que tiene que tener la

máquina de acuerdo con el programa de mecanizado que el programador haya establecido.

Periféricos de entrada.- Como periférico de entrada el más significativo e importante es el

teclado que está instalado en el panel de mandos de la máquina, desde donde se pueden

introducir correcciones y modificaciones al programa inicial, incluso elaborar un programa

individual de mecanizado. Hay muchos tipos de periféricos de entrada con mayor o menor

complejidad, lo que si tienen que estar construidos es a prueba de ambientes agresivos

como los que hay en los talleres. Normalmente un torno CNC de fábrica viene con ese

componente pero en el caso de la construcción de un Torno CNC se puede decir construido

caseramente no lo tiene ya que todas las funciones van a ser directamente realizadas desde

el software en la computadora mediante el ratón.

Periféricos de salida.- Como periférico de salida más importante se encuentra el monitor que

es por donde nos vamos informando del proceso de ejecución del mecanizado y podemos

ver todos los valores de cada secuencia. También podemos controlar el desplazamiento

manual de los carros y demás elementos móviles de la máquina.

Arquitectura electrónica de un Torno CNC.- Normalmente un Torno CNC construido de

fábrica como máquina como tal está diseñado con características y componentes

electrónicos propios de la marca pero en este caso la explicación de la arquitectura

electrónica va a estar dada para un torno CNC hecho caseramente así:

Interfaz con el Computador.- Tiene que ver justamente como se va a comunicar la máquina

con el computador, esto ha ido desarrollándose con el avance tecnológico de los

computadores ya que existen puertos de comunicación como puerto paralelo, serial y en la

actualidad el de más cotidiano uso es el USB que en el caso de proyecto a realizar va a estar

desarrollado con este puerto.

Etapa de control y comunicación.- Va a estar desarrollada con un micro controlador quien

es el encargado de realizar la interfaz de comunicación con el computador y quien va a

http://es.wikipedia.org/wiki/CPU

http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador


http://es.wikipedia.org/wiki/Programador

http://es.wikipedia.org/wiki/Perif%C3%A9rico

http://es.wikipedia.org/wiki/Teclado_de_ordenador

http://es.wikipedia.org/wiki/Perif%C3%A9rico

http://es.wikipedia.org/wiki/Monitor



procesar la información proveniente del software y es quien va a controlar los movimientos

y trabajo en si del torno CNC.

Etapa de Potencia.-Está directamente relacionada con los motores que van a generar el

movimiento y trabajo en sí de la máquina lleva el nombre de etapa de potencia ya que

dependiendo de las características de los motores esta etapa va a soportar el trabajo de los

mismos ya sea se usan transistores de potencia o drivers de potencia.

Etapa de Poder o Alimentación.- Es la encargada de suministrar las diferentes tensiones

usadas en las diferentes etapas de la máquina es decir es la que provee la energía para el

funcionamiento de la máquina normalmente está diseñada para soportar el consumo de los

motores ya que son prácticamente los que realizan el mayor trabajo o el trabajo pesado en

el proceso de la máquina.

Motores paso a paso unipolares

Los motores unipolares son relativamente fáciles de controlar, gracias a que poseen

devanados duplicados. Aunque para facilitar el esquema se dibuja este devanado como una

bobina con punto medio, en realidad tienen dos bobinas en cada eje del estator, que están

unidas por extremos opuestos, de tal modo que al ser alimentada una u otra, generan cada

una un campo magnético inverso al de la otra. Nunca se energizan juntas: por eso lo

correcto es decir que tienen una doble bobina, en lugar de decir (como se hace

habitualmente) que es una bobina con punto medio. Esta duplicación se hace para facilitar

el diseño del circuito de manejo, ya que permite el uso, en la parte de potencia, de un

transistor único por cada uno de los bobinados.



En el esquema más común de conexión se unen los "puntos medios" de ambos ejes (a y b en

el dibujo) y se les conecta al positivo de la alimentación del motor. El circuito de control de

potencia, entonces, se limita a poner a masa los bobinados de manera secuencial.

CONTROL EN LAZO ABIERTO DE LOS MOTORES PASO A PASO

En todo sistema de control de un motor paso a paso, cabe diferenciar entre:

Etapa controladora, generadora de las señales de control.

Etapa excitadora o driver electrónico.

ETAPA DE CONTROL.- La etapa controladora puede atender a dos posibles estructuras o

niveles:

Bajo nivel.- En este caso el controlador (microprocesador, microcontrolador, o el

propio PC) ha de generar, entre otras, las cuatro señales típicas (A, B, C y D) para la

excitación de los dos devanados del motor.

Alto nivel. - El controlador ha de proporcionar fundamentalmente la señal patrón

(señal de reloj), para que un circuito traductor se encargue de generar las señales de

excitación de los devanados.



ETAPA DE EXCITACIÓN O DRIVER ELECTRONICO.- La etapa excitadora es la encargada

de la conmutación de los devanados. Chopeado de señales o regulación de corriente a

suministrar al motor según la consigna que se le introduzca.

CONTROL DE LOS MOTORES PASO A PASO.

La bobina de cada fase tienen una constante de tiempo determinada por: t = L / r

Donde "r" es la resistencia de la propia bobina. Alcanzará su máximo valor de corriente en 3

o 5 t, lo que nos limitará la frecuencia máxima de trabajo. Una forma de mantener esta

frecuencia constante consiste en añadir una resistencia seriada con la bobina teniendo

entonces: t n = L / (r+R) <t.

Esto conlleva el problema de aumentar excesivamente la tensión de alimentación del motor

y una disipación (pérdida) energética en R de forma inútil. Por ello se recurre a circuitos de

acondicionamiento que, al trabajar éstos en conmutación, disminuyan ostensiblemente

dichas pérdidas p.e:



La característica principal de los motores paso a paso comparados con el resto de motores,

es la potencia máxima disipada por el motor. Esta se refiere a la suma de potencias por

todos los devanados. Si sólo fluye corriente por un devanado, éste podrá disipar toda esa

potencia.

USB

El USB (Bus de serie universal), como su nombre lo sugiere, se basa en una arquitectura de

tipo serial. Sin embargo, es una interfaz de entrada/salida mucho más rápida que los

puertos seriales estándar. La arquitectura serial se utilizó para este tipo de puerto por dos

razones principales:

La arquitectura serial le brinda al usuario una velocidad de reloj mucho más alta que

la interfaz paralela debido a que este tipo de interfaz no admite frecuencias

demasiado altas (en la arquitectura de alta velocidad, los bits que circulan por cada

hilo llegan con retraso y esto produce errores);

Los cables seriales resultan mucho más económicos que los cables paralelos.

Estándares USB.- A partir de 1995, el estándar USB se ha desarrollado para la conexión de

una amplia gama de dispositivos.

El estándar USB 1.0 ofrece dos modos de comunicación:

12 Mb/s en modo de alta velocidad,

1,5 Mb/s de baja velocidad.

El estándar USB 1.1 brinda varias aclaraciones para los fabricantes de dispositivos USB,

pero no cambia los rasgos de velocidad. Los dispositivos certificados por el estándar USB

1.1 llevan el siguiente logotipo:

El estándar USB 2.0 permite alcanzar velocidades de hasta 480 Mbit/s. Los dispositivos

certificados por el estándar USB 2.0 llevan el siguiente logotipo:

Si no lleva ningún logotipo, la mejor manera de determinar si un dispositivo es de USB de

alta o baja velocidad es consultar la documentación del producto, siempre y cuando los

conectores sean los mismos.

http://es.kioskea.net/contents/transmission/transmode.php3

http://es.kioskea.net/contents/pc/serie.php3



La compatibilidad entre USB 1.0, 1.1 y 2.0 está garantizada. Sin embargo, el uso de un

dispositivo USB 2.0 en un puerto USB de baja velocidad (es decir 1.0 ó 1.1) limitará la

velocidad a un máximo de 12 Mbit/s. Además, es probable que el sistema operativo muestre

un mensaje que indique que la velocidad será restringida.

En este año se realizo el lanzamiento de un nuevo estándar: El USB 3.0 con las

características en velocidad principalmente ya que la velocidad del bus será diez veces más

rápida que la de USB 2.0 debido a la sustitución del enlace tradicional por uno de fibra

óptica que trabaja con conectores tradicionales de cobre para hacerlo compatible con los

estándares anteriores.

Como se puede ver en la imagen, el conector USB 3.0 es similar tanto al USB 1.0 como al USB

2.0, de ahí su total compatibilidad, por lo que sólo se podrá disfrutar de sus altas tasas de

transferencia si los dispositivos conectados son compatibles con USB 3.0.

Tipos de Conectores.- Existen dos tipos de conectores USB:

Los conectores conocidos como tipo A, cuya forma es rectangular y se utilizan,

generalmente, para dispositivos que no requieren demasiado ancho de banda (como

el teclado, el ratón, las cámaras Web, etc.);

Los conectores conocidos como tipo B poseen una forma cuadrada y se utilizan

principalmente para dispositivos de alta velocidad (discos duros externos, etc.).

Fuente de alimentación de +5V (VBUS) máximo 100 mA.

Datos (D-)

Datos (D+)

Conexión a tierra (GND)



Características de Transmisión bus USB.-Los dispositivos USB se pueden clasifican en cuatro

tipos, según su velocidad de transferencia de datos. Los dispositivos según esta clasificación,

pueden ser de baja, completa, alta y súper velocidad.

Baja velocidad Low speed (1.0): Los dispositivos de baja velocidad generalmente son

dispositivos de interacción con la computadora, conocidos como dispositivos de interfaz

humana (HID Human interface device), como lo son los teclados, los ratones y los joysticks.

Este tipo de dispositivos tienen tasas de transferencia de hasta 1.5Mbit/s (192KB/s).

Velocidad completa Full speed (1.1): Esta fue la más rápida antes de la especificación USB

2.0 y muchos dispositivos fabricados en la actualidad trabajan a esta velocidad. Estos

dispositivos, dividen el ancho de banda de la conexión USB entre las diferentes

transferencias, basados en un algoritmo de búferes FIFO.

La transferencia de este tipo de dispositivos tiene un límite superior de 12Mbit/s

(1.5MB/s).

Alta velocidad High speed (2.0): Creado en abril del año 2000 aumenta la tasa de

transferencia máxima de este tipo de dispositivos alcanzando los 480Mbit/s (60MB/s). Este

es el estándar actual de la mayoría de los dispositivos modernos.

Súper velocidad (3.0): Actualmente en introducción al mercado y con tasa de transferencia

de hasta 4.8Gbit/s (600MB/s).

A continuación se resumen las características fundamentales, de las diferentes

transferencias que se pueden llevar a cabo en el protocolo USB. El enlace virtual (pipe)

puede ser de enlace de control, Bulk, interrupt e isócrona.

Control: Este modo es el utilizado para realizar configuraciones. Se da lugar siempre sobre

el endpoint0, siendo imperativo para todos los dispositivos USB, el soportar este tipo de

transferencia. Los datos de control sirven para configurar el periférico en el momento de

conectarse al USB. Algunos drivers específicos pueden utilizar este enlace para transmitir su

propia información de control. Este enlace no tiene pérdida de datos, puesto que los

dispositivos detección de recuperación de errores están activos a nivel USB.

Bulk: Este modo de transferencia se utiliza para la transmisión de importantes cantidades

de información. Este es el tipo de transferencia que se utiliza en los periféricos USB creados

en el proyecto. Como el tipo control, este enlace no tiene pérdida de datos. Este tipo de



transferencia es útil cuando la razón de transferencia no es crítica como por ejemplo, el

envío de un archivo a imprimir o la recepción de datos desde un escáner. En estas

aplicaciones, la transferencia es rápida, pero puede esperar si fuese necesario. Solo los

dispositivos de media y alta velocidad utilizan este tipo de transferencia.

Interrupt: Este modo es utilizado para transmisiones de pequeños paquetes y rápidos,

orientados a percepciones humanas (ratón, punteros). Este tipo de transferencia es la

utilizada por dispositivos que deben recibir atención periódicamente y lo utilizan los

dispositivos de baja velocidad. Este tipo de transmisión garantiza la transferencia de

pequeñas cantidades de datos. El tiempo de respuesta no puede ser inferior al valor

especificado por la interfaz.

Isochronous o Flujo en tiempo real: Este modo es el utilizado para la transmisión de audio o

video comprimido. Este tipo de transmisión funciona en tiempo real, siendo éste el modo de

mayor prioridad.

Potencia del bus USB

El bus USB suministra 5v de continua, regulados por cada uno de sus puertos, a través de los

pines 1 y 4. El estándar exige que este voltaje no sea en ningún caso, mayor que los 5.25v ni

menor de 4.375v. El bus permite a los dispositivos de bajo consumo, que de otra forma

deberían implementar fuente de alimentación externa, obtener del bus la corriente

necesaria para su funcionamiento. El límite de corriente suministrada es de 500mA por

puerto. Cuando un dispositivo se conecta al bus, éste le reporta al host cuanta potencia va a

consumir. De esta manera el host lleva un registro de los requisitos de cada puerto. Cuando

un dispositivo se excede en el consumo, se apaga, cortándole el suministro de corriente, de

forma que no afecte al funcionamiento del resto de los dispositivos conectados al puerto.

El estándar exige que los periféricos conectados lo hagan en un modo de bajo consumo, de

100mA, y luego le comuniquen al host cuanta corriente precisan. Posteriormente pueden

cambiar a un modo de alto consumo, si se lo permite el host. Los dispositivos que no

cumplan con los requisitos de potencia y consuman más corriente de la negociada con el

host pueden dejar de funcionar sin previo aviso o en algún caso dejar el bus inoperativo.

Clases de Dispositivos USB

En el presente capitulo se muestran las diferentes clases de USB. Los dispositivos USB son

únicos, pero a pesar de ello comparten similitudes con otros dispositivos. Por ejemplo, todas



las impresoras reciben e imprimen datos y responden al host con información de status.

Todos los ratones mandan datos sobre sus movimientos y clics de botón al host. Todos los

discos duros externos intercambian archivos con el host.

Cuando un grupo de periféricos comparten atributos o cuando responden a peticiones

similares, se les agrupa en clases. Estas clases definen un comportamiento esperado en

términos de dispositivo y descriptores de interfaz de modo, por lo que se puede utilizar el

mismo driver para cualquier dispositivo miembro de una cierta clase. Los sistemas

operativos tienen drivers genéricos para cualquier clase de dispositivo USB.

Además de ello, se simplifica el firmware ya que el trabajo de definir los atributos y

servicios ya está hecho, por lo que solo se han de implementar los detalles específicos en

cada caso concreto. A continuación se muestra un listado de las clases USB más comunes

Clase Audio Device 01h: Es el interface para el audio de las tarjetas de sonido, los micrófonos

y los altavoces USB. El sistema operativo usa el driver USBAudio.sys para comunicarse con

el dispositivo.

Clase CDC 02h: Esta es la clase USB se utiliza en comunicaciones y control CDC, como por

ejemplo el adaptador Ethernet, el modem y el adaptador de puerto serie. Utiliza el driver

usbser.sys.

Clase HID 03h: Esta clase de dispositivo es la clase HID Human interface device. Esta clase

agrupa a los dispositivos que requieren la intervención del usuario, como por ejemplo

teclado, ratón y joystick. Este tipo de dispositivos transfieren bloques de información al host

con tasas de transferencia moderadas, usando transferencias Interrupt.

Clase PID interface Device 05h: Esta es una clase derivada de la HID mencionada con

anterioridad. Esta clase soporta feedback en tiempo real, como por ejemplo joystick con

feedback en fuerza.

Clase Printer 07h: El interface printer es la clase de las impresoras y utilizan el driver

usbprint.sys.

Clase USB mass-storage 08h: Esta clase de USB implementa la conexión entre periféricos de

almacenamiento de datos usando un estándar llamado USB mass storage device class o

UMS. Esta clase fue creada inicialmente para periféricos de almacenamiento óptico como

pueden ser lectores de CD y DVD. Utiliza el driver usbstor.sys que se dispone desde la

versión Windows 2000. Esta forma de almacenamiento no tiene como objetivo ser el bus

primario para el almacenamiento interno del ordenador. Los buses ATA (IDE), Serial ATA

(SATA) y SCSI realizan ese papel de una manera más eficaz. Sin embargo, el USB tiene en la

facilidad de instalar periféricos sin tener que abrir el ordenador, como por ejemplo lectores

externos, lo que ha propiciado su gran popularidad actual.



Clase Video Device 0Eh: La clase de dispositivo USB de vídeo UVC es una clase de dispositivo

USB, que describe dispositivos capaces de transmitir vídeo como webcams, videocámaras

digitales, convertidores analógicos de vídeo, sintonizadores de televisión, y cámaras de

imagen fija. La última revisión de la especificación de clase USB de vídeo es la versión 1.1.

Ha sido desarrollada por el USB-IF, cuyas especificaciones vienen recogidas en el estándar

de su clase. Utiliza el driver Usbvideo.sys.

Funcionamiento del USB

Una característica de la arquitectura USB es que puede proporcionar fuente de alimentación

a los dispositivos con los que se conecta, con un límite máximo de 15 V por dispositivo. Para

poder hacerlo, utiliza un cable que consta de cuatro hilos (la conexión a tierra GND, la

alimentación del BUS y dos hilos de datos llamados D- y D+).

El estándar USB permite que los dispositivos se encadenen mediante el uso de una topología

en bus o de estrella. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse entre ellos tanto en

forma de cadena como en forma ramificada.

La ramificación se realiza mediante el uso de cajas llamadas "concentradores" que constan

de una sola entrada y varias salidas. Algunos son activos (es decir, suministran energía) y

otros pasivos (la energía es suministrada por el ordenador).

La comunicación entre el host (equipo) y los dispositivos se lleva a cabo según

un protocolo (lenguaje de comunicación) basado en el principio de red en anillo. Esto

significa que el ancho de banda se comparte temporalmente entre todos los dispositivos

conectados. El host (equipo) emite una señal para comenzar la secuencia cada un

milisegundo (ms), el intervalo de tiempo durante el cual le ofrecerá simultáneamente a cada

http://es.kioskea.net/contents/initiation/topologi.php3



http://es.kioskea.net/contents/internet/protocol.php3

http://es.kioskea.net/contents/technologies/token.php3



dispositivo la oportunidad de "hablar". Cuando el host desea comunicarse con un

dispositivo, transmite una red (un paquete de datos que contiene la dirección del

dispositivo cifrada en 7 bits) que designa un dispositivo, de manera tal que es el host el que

decide "hablar" con los dispositivos. Si el dispositivo reconoce su dirección en la red, envía

un paquete de datos (entre 8 y 255 bytes) como respuesta. De lo contrario, le pasa el

paquete a los otros dispositivos conectados. Los datos que se intercambian de esta manera

están cifrados conforme a la codificación NRZI. Como la dirección está cifrada en 7 bits, 128

dispositivos (2^7) pueden estar conectados simultáneamente a un puerto de este tipo. En

realidad, es recomendable reducir esta cantidad a 127 porque la dirección 0 es una

dirección reservada.

Debido a la longitud máxima de 5 metros del cable entre los dos dispositivos y a la cantidad

máxima de 5 concentradores (a los que se les suministra energía), es posible crear una

cadena de 25 metros de longitud. Los puertos USB admiten dispositivos Plug and play de

conexión en caliente. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse sin apagar el equipo

(conexión en caliente). Cuando un dispositivo está conectado al host, detecta cuando se está

agregando un nuevo elemento gracias a un cambio de tensión entre los hilos D+ y D-. En ese

momento, el equipo envía una señal de inicialización al dispositivo durante 10 ms para

después suministrarle la corriente eléctrica mediante los hilos GND y VBUS (hasta 100 mA).

A continuación, se le suministra corriente eléctrica al dispositivo y temporalmente se

apodera de la dirección predeterminada (dirección 0). La siguiente etapa consiste en

brindarle la dirección definitiva (éste es el procedimiento de lista). Para hacerlo, el equipo

interroga a los dispositivos ya conectados para poder conocer sus direcciones y asigna una

nueva, que lo identifica por retorno. Una vez que cuenta con todos los requisitos necesarios,

el host puede cargar el driver adecuado.

Uso de Microcontroladores PIC en la Comunicación USB

Elementos de transferencia

Básicamente los elementos en las transferencias son los endpoints y los enlaces virtuales,

Las especificaciones USB definen un endpoint como “una porción del dispositivo USB con

una dirección única que es fuente o pozo de información en una comunicación entre el host

y el dispositivo. Esto sugiere que la información solo fluye en una dirección. Esto es cierto

aunque los endpoints de control es un caso especial de flujo bidireccional. Todas las

transmisiones viajan desde o hacia un endpoint del dispositivo. Un endpoint es un buffer

http://es.kioskea.net/contents/transmission/transnum.php3



que guarda múltiples bytes. Típicamente es un bloque de memoria de datos o unos registros

en el microcontrolador. En el caso del PIC18F4550, (Uno de los más Usados por

conocedores de electrónica por sus grandes prestaciones y la factibilidad de realizar varias

aplicaciones con el mismo) estos buffers se encuentran en la memoria de acceso aleatorio

RAM, concretamente del banco 4 (400h) hasta el banco 7 (7FFh) cada uno de ellos, de 256

bytes. En la figura 3.12 se puede apreciar la memoria asignada para el modulo USB del PIC.

Cuando el modulo USB está inhabilitado estas posiciones de memoria pueden usarse como

registros de propósito general. Cuando el modulo USB está habilitado, la memoria de esos

bancos es asignada como Buffer RAM para las operaciones USB.

Memoria RAM USB PIC 18F4550. - Esta área de memoria es compartida entre la CPU del

microcontrolador y el USB Serial Interface Engine (SIE) y es usada para compartir datos

entre ambos. Teóricamente se pueden usar las aéreas USB RAM que no sean asignadas

como buffer endpoint como memoria de propósito general. En la práctica la naturaleza

dinámica de la asignación de USB RAM lo hace especialmente inestable. Un endpoint

configurado para hacer transferencias de control debe transferir datos en ambas

direcciones, por lo que el endpoint de control consiste en un endpoint IN y un OUT que

comparten el mismo número de endpoint. Cada dispositivo debe tener el endpoint0

configurado como endpoint de control. Puede darse el caso de que se necesite endpoints de

control adicionales. Cuando un dispositivo recibe una transacción OUT o Setup conteniendo

su dirección, su hardware almacena la información recibida en la ubicación especifica del

endpoint y se genera una interrupción. Una rutina de servicio a la interrupción en el

dispositivo procesa la información recibida y ejecuta la acción requerida en la transacción.

Cuando un dispositivo recibe una transacción IN conteniendo su dirección, si el dispositivo

tiene el dato listo para mandar al host, el hardware manda el dato desde el endpoint

especifico al bus y se genera una interrupción. Una rutina de servicio a la interrupción en el

dispositivo configura el mismo para estar listo para la siguiente transacción IN.

Pipes.- Antes de que la transferencia pueda llevarse a cabo, el host y el dispositivo deben

establecer un pipe (Tubería). Una USB pipe no es un objeto físico, es solo una asociación

entre el endpoint del dispositivo y el software del controlador host. El host establece las

tuberías después de que se encienda el sistema o se conecte el periférico al mismo. Si el

dispositivo se desconecta del bus, el host elimina los pipes no necesarios. Cada dispositivo

tiene un pipe de control por defecto que usa el Endpoint 0.



1.2.- DISEÑO DE ETAPAS O CIRCUITOS QUE CONFORMAN EL HARDWARE DE CONTROL

Las etapas que compondrán la tarjeta de control a construir son las siguientes:

Etapa de Interfaz de comunicación con el computador y Etapa de Control .- La

interfaz con el computador va a ser Comunicación USB; para el efecto se va a usar un

Microcontrolador PIC de la familia 18F4550 de la Marca Microchip que posee las

siguientes características:

Frecuencia de Operación Hasta 48Mhz

Memoria de Programa (bytes) 32.768

Memoria RAM de Datos (bytes) 2.048

Memoria EEPROM Datos (bytes) 256

Interrupciones 20

Líneas de E/S 35

Temporizadores 4

Módulos de Comparación/Captura/PWM (CCP) 1

Módulos de Comparación/Captura/PWM mejorado (ECCP) 1

Canales de Comunicación Serie MSSP,EUSART

Canal USB 1

Puerto Paralelo de Transmisión de Datos (SPP) 1

Canales de Conversión A/D de 10 bits 13 canales

Comparadores analógicos 2

Juego de instrucciones 75 (83 ext.)

Encapsulados PDIP, QFN, TQFP , de 40 pines



El Circuito para la comunicación USB sería el siguiente:

En el conector marcado como ICSP se puede conectar un programador externo y

reprogramar el archivo .hex del PIC sin nesecidad de retirar el integrado del circuito ya que

el mismo posee los hilos necesarios para programar el PIC con el metodo de programación

serial que posee la mayoria de PICS. A demas se puede usar el Bootloader USB propuesto

por la misma marca Microchip en su Pagina web para el efecto se carga por primera vez el

archivo .hex con un programador externo y luego solo necesitamos el software planteado

por Microchip mismo para ejemplos de aplicaciones USB y podremos reprogramar el PIC

directamente de igual manera sin retirar el PIC del circuito en mencion, cada vez que se

pulse el pulsante marcado como Bootloader se enciende el led DB1 y luego pulsamos reset

el PIC que da en estado de Bootloader pudiendose reprogramar el PIC cuantas veces se

requiera.

La etapa de Control es la que recibe por ejemplo señales de afuera como por ejemplo fin

carreras que el microcontrolador la detectara y realizara cualquier proceso con estas



señales y a su vez por sus pines de salida envia señales digitales que son necesarias para

que el CI L297 pueda trabajar por ejemplo encernder los motores, indicar que direccion de

giro debe tener o si debe trabajar a paso completo o medio paso o que tipo de regulación de

corriente debe tener.

Las señales de entrada son las siguientes:

Etapa de Excitación o Driver Electrónico: Esta etapa es la encargada de la

conmutación de los devanados, Chopeado de señales o regulación de corriente a

suministrar al motor según la consigna que se le introduzca. Para el efecto se va a

utilizar un circuito que presentan la empresa SGS THOMSOM los fabricantes de

circuitos integrados L297 en su hoja de datos que en conjunto con el L298 realizan

tanto el envió de códigos de secuencia de giro del motor como la regulación de

corriente para los devanados, claro está el circuito planteado requiere de algunas

modificaciones según nuestra conveniencia y principalmente entre ellas señales

digitales para su funcionamiento, estas señales serian enviadas desde el

microcontrolador efectuándose la etapa de control y la señal de reloj desde un

Multivibrador Astable hecho con un CI555, la etapa de de potencia lo hará el L298

en conjunto con transistores de potencia ganando robustez en esta etapa esto en el

caso de los motores a paso y en cuanto al motor de alterna será controlado con un

TRIAC.

El circuito planteado para el funcionamiento de los motores a paso sería el

siguiente:



A continuación una breve explicación del funcionamiento:

Chopeado de señales o regulación de corriente a suministrar al motor será realizado por un

CI L297. El funcionamiento sería el siguiente: Este circuito es capaz de generar 4 u 8

códigos, según el modo de funcionamiento que preseleccionemos (paso entero, con 1 o 2

fases activas, o medio paso). Además dispone de un circuito de PWM de chopeado que

realizará el control de la corriente que fluye por el motor al funcionar, cuya frecuencia de

corte podrá ser definida por el usuario. Internamente y de forma esquemática, este chip

tiene la siguiente estructura:



Debido a su arquitectura, este componente sólo necesita que le proporcionemos, además de

la alimentación, una señal de reloj con la que enviará los códigos al puente en H (L298) y de

ahí al motor, la dirección de giro y las señales de control diversas (inicialización,

habilitación, dirección, etc.). Este chip se usa normalmente con puentes en H como el L298

para las actividades de control en lazo abierto de motores paso a paso. En realidad realiza

una doble función el L297, a saber:

Generar los códigos de funcionamiento necesarios para los giros del motor.

Realizar una regulación de la corriente por las bobinas del motor, mediante un

circuito de chopeado que le permite al motor funcionar a mayor velocidad,

independientemente de la t =L / r propia del motor.

Bueno estas y otras más características sobre este CI se lo puede encontrar en la hoja de

especificación de datos del fabricante pero en resumen el funcionamiento pin a pin sería el

siguiente:

El pin SYNC es la salida del oscilador de chopeo. Esta salida permitirá sincronizar varios

L297 en cascada eliminando el ruido de oscilación por masa y, de paso, ahorrándonos

componentes en un sistema en el que usemos varios L297 en cascada, a saber:



El pin HOME es también una salida (en colector abierto, ya que el transistor dará

circuito abierto cuando el pin esté activo) que será activa cuando ABCD=0101.

Los pines INH1* e INH2* activas a nivel bajo inhiben el control de un bobinado (A y B

para el primero y C y D para el segundo). Cuando usamos el puente en H de forma

bipolar, estos pines podrán usarse para asegurar una rápida recirculación de la

corriente en los devanados cuando éstos se encuentran en un proceso de

desenergización. También pueden ser usados por el subcircuito de chopeado para

regular la corriente por los devanados, siempre y cuando el pin CONTROL se encuentre

a nivel bajo.

Este pin (CONTROL) es una entrada que define la activación del chopeo. A nivel bajo, el

chopeo actúa por INH1* e INH2* como se dijo y cuando el nivel es alto la acción de

regulación de corriente por chopeado se hará por los pines ABCD.

Los pines SENS1 y SENS2 nos permitirán fijar la referencia que determinará la corriente

de paso en los devanados mediante una resistencia de shunt p.e.

El pin ENABLE a nivel "H" hará que INH1*, INH2*, A, B, C y D permanezcan a nivel bajo,

o sea deshabilita el L297.

El terminal OSC mediante una red RC determinará la frecuencia de chopeo mediante la

relación: fr =1/(0,69·Ro·C)

El pin CW/CCW es una entrada con la que determinaremos un sentido dextrógiro,

sentido horario, o siguiendo las manecillas del reloj; si se pone a nivel "H" o levógiro,

sentido anti horario o en contra del sentido de giro de las agujas del reloj; si lo ponemos

a nivel "L".

El pin CLOCK* determinará la velocidad con la que daremos los pasos en función de la

frecuencia de entrada de la señal que le introducimos.

El pin HALF/FULL determinará el modo de trabajo del motor; así si está a nivel "H"

trabajará a medio paso, y si está a nivel "L", lo hará a paso completo, seleccionándose si

es a 1 ó 2 fases activas en función de si estamos (en medio paso) en posición par o impar

(en el cambio a paso completo). Por último, el pin RESET puesto a nivel "L" repondrá en

los devanados la posición inicial ABCD=0101 (home).

La excitación necesaria por el motor la proporcionará un Puente en H con tecnología bipolar

embebida en un CI L298. El circuito definitivo a usar para cada motor paso a paso ya con las

modificaciones realizadas para nuestro torno sería el siguiente:



Etapa de control del Motor de Corriente Alterna: Debido a que este motor tan solo

necesita encenderse o apagarse y mantener siempre la velocidad constante según

sea la necesidad se ha realizado un control on/of f con un triac.

El circuito para controlar el motor de Corriente Alterna sería el siguiente:

Etapa de Alimentación de la tarjeta de control: La gran ventaja que se tiene al

trabajar con comunicación USB es que se puede usar la tensión de +5V

directamente desde este puerto en nuestro caso esta tensión será usada tanto para

la alimentación del microcontrolador como para las tensiones de lógica

normalmente llamadas así a las tensiones de +5V presentes en CI de carácter digital

cuyo consumo de corriente oscila entre 100mA y máximo en algunos casos 500ma

que normalmente es la corriente suministrada por el puerto USB; mientras que la

etapa de alimentación de potencia para los motores será tomada de una fuente

externa para nuestra aplicación se trata de un fuente AT de computador de 300W ya

que los motores a paso que se dispone tienen un consumo de 2A.



1.3.- DIMENSIONAMIENTO DE COMPONENTES A UTILIZAR:

A continuación diferentes cálculos y dimensiones de algunas etapas principales del

hardware de control:

DATOS Y CALCULOS NECESARIOS PARA PARAMETRIZAR LA ETAPA DE FUERZA O POTENCIA PARA LOS MOTORES PASO A PASO.

Características indicadas en las placas de los motores usados:

Cinco cables

Datos de Placa:

Tensión: 6VDC Resistencia: 2.2 ohmios Step: 1.8 deg/step Seis Cables

Medición de bobinas y configuración a usar:



Calculo de intensidad de corriente consumida por las bobinas partiendo de los datos de

placa y mediciones realizadas:

Tensión a usar: 5VDC

Resistencia: 2,5 Ohmios

Configuración de bobinas: Motor Unipolar

Según la ley de ohm:

Intensidad de Corriente (Amperios) = Tensión (Voltios) / Resistencia (Ohmios) Tenemos:

I = 5 V / 2,5 Ω I = 2 Amperios

La corriente que circulará por las bobinas de los motores será de 2 Amperios.

Ya hemos determinado que la corriente que circula por las bobinas de los motores es

de 2A con lo que la conmutación de las bobinas de los motores paso a paso se va a

realizar con una etapa de potencia de 2A.

Calculo de pasos necesarios para que el eje del motor efectué un giro completo:

Según datos de la placa: Step: 1.8 grados * paso

Tenemos: Número total de Pasos = 360 / grados en cada paso

Número total de Pasos = Numero de Pasos por Revolución

Grados por paso = 360 / número total de pasos

Numero de Pasos Por Revolución = 360 / (1.8 grados*paso) Numero de Pasos Por Revolución = 200 pasos

Para dar un giro completo al eje del motor se necesita 200 pasos.

El mismo proceso se debe realizar para el otro motor paso a paso



DATOS Y CALCULOS NECESARIOS PARA PARAMETRIZAR LA ETAPA DE FUERZA O POTENCIA PARA EL MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA.

Características del motor a usar:

Motor de corriente alterna monofásico 120VAC

1200 RPM

Resistencia de su bobinado previa medición 12ohmios

Según la ley de ohm:

Intensidad de Corriente (Amperios) = Tensión (Voltios) / Resistencia (Ohmios) Tenemos:

I = 120 / 12 Ω I = 10 Amperios

La corriente que circulará por las bobinas del motos será de 10 Amperios.

Este motor va a tener un control on/off para ello se va a usar un circuito de disparo con un

triac.

CALCULOS PARA ETAPAS DEL CIRCUITO CON CI L297

Diseño y cálculos para el circuito de la señal de clock para el CI L297.

La principal característica de la señal de clock es que su salida va a ser un tren de pulsos con

forma de onda cuadrada (o rectangular) con periodo y amplitud constante pero de

frecuencia variable normalmente conocido como modulación por frecuencia de pulsos PFM.

Para el efecto se va a escoger un circuito multivibrador astable construido con un CI555

cuya frecuencia de oscilación va a ser variada por un potenciómetro, a continuación el

circuito a usar:



Cálculos:

R1 = 1000Ω

R2 = desde 1Ω a 101000Ω (Resistencia Variable)

C1 = 0.00000047 F

Formulas a usar:

t1= ln (2) * (R1 + R2) * C1

t2 = ln (2) * (R2)*(C1)

T = t1 + t2

f = 1 / ln (2) * C1 * (R1 + 2.R2)



Duty Cycle = (R1+R2) / (R1+2.R2)

- R1, R2 Resistencia en ohmios

- C1 capacitor en Faradios

- t1 periodo en estado en alto (en seg.)

- t2 periodo en estado en bajo (en seg.)

- T periodo o tiempo de repetición de la onda (en seg.)

- Frecuencia de repetición de la onda en hertz.

- Duty Cycle Ciclo de trabajo.

Para un valor mínimo de R2 = 1 Ω

t1 = 0.693 * (1000Ω + 1 Ω) * (0.00000047 F)

t1 = 0.000326035 segundos 0.32603571 milisegundos

t2 = 0.693 * (1Ω) * (0.00000047 F)

t2 = 0.000000325 segundos 0.00032571milisegundos

T = t1 + t2

T = 0.00032636 segundos 0.32636071 milisegundos

f = 1 / ln (2) * C1 * (R1 + 2.R2)

f = 1 / 0.693 * 0.00000047F* (1000 + 2*1)

f = 3064.087661 Hz 3.064 kHz

Duty cycle = (1000+1) / (1000+2*1)

Duty cycle = 0.999 99.9001%

Para un valor máximo de R2= 101000Ω

t1 = 0.693 * (1000Ω + 101000 Ω) * (0.00000047 F)

t1 = 0.03322242 segundos 33.2242 milisegundos

t2 = 0.693 * (101000Ω) * (0.00000047 F)

t2 = 0.03289671 segundos 32.89671milisegundos



T = t1 + t2

T = 0.06612091 segundos

f = 1 / 0.693 * 0.00000047 F * (1000 + 2.101000)

f = 15.12421594 Hz

Duty cycle = 0.00493 0.4931%

Con el circuito

planteado se tendría una

variación de frecuencia

desde 1Hz hasta 144Hz.

Calculo de la frecuencia de regulación de corriente en pin OSC del L297.

El pin osc del L297 va a tener un circuito compuesto por una red RC cuya frecuencia de

oscilación va a estar calculada de la siguiente manera:

Fr = 1 / (0,69·Ro·C)

fr = 1 / [(0.68) * (22000) * (0.033x10-6)]

fr = 2.02560 Khz

t = 1/ fr

t = 1/ 2.02560 t = 0.49 ms



Calculo de la frecuencia oscilación en pin RESET del CI L297.

En el pin reset del L297 se va a conectar una red RC cuya frecuencia de oscilación

estará de la siguiente manera:

Fr = 1/ (0, 69·Ro·C)

fr = 1 / [(0.68) * (10000) * (0.1x10-6)]

fr = 1.47058 KHz

t = 1/ fr

t = 1/ 1.47

t = 0.68 ms

Calculo de tensión de referencia versus corriente de regulación o viceversa del CI

l297.

Dependiendo de la tensión aplicada en el Pin Vref del L297 se tiene un nivel de corriente o

una regulación de corriente en INH1 e INH2 o en ABCD según se escoja el tipo de

regulación, corriente que será suministrada a las bobinas de los motores respectivamente

es decir la regulación se hará dependiendo del consumo de los motores, el circuito y sus

valores determinados serian los siguientes:



El tipo de regulación escogido será por INH1 Y INH2 para ello tomaremos las

Resistencias conectadas entre los pines SENA, SENB que hace de R shunt de los

circuitos L297 Y L298.

Según la ley de ohm tenemos:

Intensidad = Voltaje / Resistencia

Voltaje = Intensidad * Resistencia

AMPERIOS [A] RESISTENCIA [Ω] VOLTAJE [V]

0,1 0,47 0,047

0,2 0,47 0,094

0,3 0,47 0,141

0,4 0,47 0,198

0,5 0,47 0,235

0,6 0,47 0,282

0,7 0,47 0,329

0,8 0,47 0,376

0,9 0,47 0,423

1 0,47 0,47

1,1 0,47 0,517

1,2 0,47 0,564

1,3 0,47 0,611

1,4 0,47 0,658

1,5 0,47 0,705

1,6 0,47 0,752

1,7 0,47 0,799

1,8 0,47 0,846

1,9 0,47 0,893

2 0,47 0,94

2,1 0,47 0,987

Anteriormente determinamos que la corriente de consumo de los motores es de 2A

entonces de la anterior tabla con datos pre calculados tenemos que la tensión de referencia

del L297 seria de 0.94V así:

V = I * R

V = 2A * 0.47

V = 0.94 V



1.4.- LISTADO DE COMPONENTES ELECTRONICOS QUE CONFORMAN EL CIRCUITO DEL

HARDWARE DE CONTROL:

Resistencias 1/4W

7 de 4.7KΩ

5 de 1KΩ

2 de 22KΩ

3 de 10KΩ

6 de 330Ω

Resistencias 1/2W

8 de 2.2KΩ

de 1kΩ

de 330Ω

Resistencias 1W

4 de 0.47Ω

Resistencias variables

2 de 100K Ω

2 de 2.2k Ω

Condensadores Electrolíticos:

2 de 470uF/50V

2 de 100uf/16V

1 de 47uF/50V

2 de 0.47uF/16V

2 de 0.1uF/16V

Condensadores Cerámicos:

2 de 3.3nF

5 de 100nF

1 de 100nF/250V

Diodos:

10 1N4007

2 1N4148

2 Leds 3mm rojos

2 Leds 3mm verdes

Led 5mm Bicolor

Leds 3mm amarillos

Circuitos Integrados :

1 Triac BT137.

1 MOC3021.

2 LM555.

2 L297N.

2 L298HN.

8 Transistores TIP122.

PIC18F4550

Conectores y Pulsantes:

1 conector USB Tipo B para Placa.

2 pulsantes NO 2 pines.

11 Borneras de 2 pines para placa.

2 Borneras de 3 pines para placa.

1 Header 1x5 Hembra.

1 Header 1X3 Macho.

1 Sócalo de 40 pines para Placa de 1 cara.

2 sócalos de 20 pines para Placa de 1 cara.

2 sócalos de 8 pines para Placa de 1 cara.

1 sócalo de 6 pines para Placa de 1 cara.

1 Jumper.



CAPITULO 2

2.1.- ESTABLECIMIENTO DE CARACTERÍSTICAS Y DIMENSIONES DE LA MÁQUINA VERSUS

LOS COMPONENTES DE HARDWARE A CONTROLAR.

Ya anteriormente se indico o estableció que la máquina a controlar es un torno CNC del tipo

construido experimentalmente entonces a continuación se indica como está estructurada la

máquina en si también como está dividida las diferentes partes del hardware a controlar:

Vista Total de la Máquina:

- Indicación mecánica de la ubicación de los motores:



- En el lugar marcado como Primer desplazamiento es el un carro de desplazamiento que

tiene la máquina el movimiento producido para este eje es debido al primer motor paso a

paso.

- El segundo desplazamiento de igual forma tiene su movimiento debido al otro motor paso

a paso.

- En donde se tiene marcado como ubicación de pieza a mecanizar tiene su movimiento

debido al motor de corriente alterna.

Resumiendo entonces se diría que estas son las tres etapas electromecánicas que tendría

el torno CNC.

Motor de Corriente Alterna

Motor Paso a Paso 1



Motor Paso a Paso 2

Fuente de Alimentación para Motores

Ubicación de la Tarjeta de Control



2.2.- ARMADO PREVIO DE CIRCUITOS – PRUEBAS:

Una vez que realizamos cálculos y dimensionamos en papel el circuito del hardware de

control con sus diferentes etapas procedimos al armado de un circuito de prueba realizado de

la siguiente manera:

La comunicación USB y señales digitales que necesitan los L297 para su funcionamiento

fueron probadas con la ayuda de un modulo entrenador de PICS construido para realizar

aplicaciones con el PIC18F4550 gracias a que se puede tener las salidas de pines del PIC hacia

un Protoboard se lo probo de esa manera y la etapa de los circuitos de señal de Reloj, Driver

de Motores con L297-L298 se lo probo en un protoboard con pruebas a continuación unas

imágenes de los circuitos de prueba:

Modulo Entrenador de PIC18F4550 USB2.0

Señal de Reloj, Driver L297-L298



Las conclusiones obtenidas de los circuitos de pruebas son las siguientes:

- Se tiene que individualizar la etapa de señal de reloj es decir construir un circuito de

señal de reloj independiente para cada motor paso a paso ya que el circuito armado tiene

varias frecuencias pero en ningún momento durante las pruebas se pudo hacer funcionar

correctamente los dos motores a la misma velocidad ya que al intentar por ejemplo

dejando la señal de reloj en la frecuencia más alta él un motor se frena y emite un ruido

muy escandaloso mientras que el otro motor gira normalmente, entonces la solución al

problema es que cada motor tenga una señal de reloj independiente

- Se debe colocar condensadores que actúen de filtro de las tensiones de alimentación para

los motores ya que al funcionar los mismos inyectan bastante ruido eléctrico

especialmente al microcontrolador.

- Se recomienda una buena fuente de alimentación para los motores paso a paso ya que

inicialmente se hizo pruebas con una fuente de 2A construida como una fuente básica de

un taller es decir las típicas que usan reguladores de las serie 78XX corriente que según el

cálculo de consumo de los motores así lo indicaba pero hubo bastantes inconvenientes al

trabajar los motores conectados con los carros de desplazamiento de la máquina es decir

con carga en los ejes de los motores la solución que se le dio al problema es trabajar con

una fuente de alimentación de computador específicamente de las antiguas AT que su

construcción en general tiene la característica de a mas de tener etapas de regulación de

tensión regulan la corriente según el consumo de la carga que en nuestro caso ese fue el

problema que tuvimos.

- Al trabajar realizando pruebas de los motores paso a paso instalados en la máquina es

decir conectados al sistema de carros de desplazamiento notamos que se efectúa un

calentamiento excesivo de los motores y de los puente h L298 recurriendo a la hoja de

datos de los mismos nos indica que su estructura está construida como tecnología bipolar

por lo que la solución que le dimos al caso es agregar una etapa más al circuito de

potencia con una etapa de transistores del tipo bipolar Darlington realizando así una

etapa de conmutación de las bobinas más robusta para evitar el problema de

calentamiento excesivo sin mayor inconvenientes luego de estas pruebas.

- Se debe tener mucho cuidado al manipular la etapa de potencia para el motor de

corriente alterna, ya que se está usando la tensión directa de la red eléctrica es decir

120VAC principalmente al realizar pruebas con el triac hay que tener cuidado que la parte

metálica del mismo este correctamente aislada y que no haga contacto en ninguna parte

para evitar así daño de circuitos o problemas más graves que lamentar.



2.3.- DISEÑO DE LOS PCB MEDIANTE SOFTWARE ESPECIALIZADO PARA EL PROPÓSITO.

Rápidamente dando una breve explicación al Termino PCB usado se podría indicar lo

siguiente:

PCB son las siglas de Print Circuit Board (Tarjetas de o con Circuito Impreso). Aparecen en

1930 y se popularizan en la Segunda Guerra Mundial. En la antigüedad su diseño se lo

realizaba con trazos a mano pero en la actualidad se lo efectúa con software de computador

especializado para el propósito.

Estas tarjetas son constituidas de material duro y material conductor. El material duro

soporta los esfuerzos mecánicos y sostiene los componentes eléctricos o electrónicos, en

tanto que el material conductor unido al material duro, une cada uno de los elementos de

acuerdo al esquema que se tenga.

Los PCB se clasifican por el tipo de material y por el número de capas.

Por el tipo de material se clasifican en: Plástico más material Conductor (Carbono) y

Baquelita más material conductor (cobre).

En el caso de plástico mas material conductor es común encontrar en cámaras, tablero de

vehículos, impresoras, equipos médicos, Son utilizadas por motivo de tamaño, vibración o.

movilidad y los elementos utilizados generalmente son del tipo de montaje superficial. El

espesor del material plástico depende de su utilidad, v no existe forma de hacerlos en forma

manual, y su proceso de elaboración está basado en el método fotográfico.

Los PCB de baquelita más material conductor, son los más utilizados y se los encuentra en

casi todos equipos que tengan un PCB. Soporta grandes esfuerzos mecánicos y los elementos

que se encuentran en estos son del tipo de montaje superficial o axial. Existen algunas

variantes en este tipo de tarjeta, en cuanto al material duro, en el cual se sustituye la

baquelita por materiales aún más resistentes, coma la fibra de vidrio, para aumentar la

resistencia mecánica Y por ende su durabilidad.

Pero desde el punto de vista del material conductor, se tiene otra clasificación, la cual

considera el número de -capas de cobre sobre el material duro. Esta se da por la complejidad

del circuito que se va alojar sobre la placa, por lo que cuando existen demasiados cruces

eléctricos o se desea disminuir el tamaño, se opta por utilizar una placa a dos capas o más,



teniendo en cuenta que los elementos siempre se encontrarán en la superficie superior o

inferior, o en las dos.

Cuando hablamos de más de dos capas se dice que se tiene una placa del tipo multi capas, que

cuyo proceso de elaboración implica la utilización de técnicas de precisión, en las cuales se

van adhiriendo una a una las capas, por lo que los circuitos eléctricos ya no van solo en

sentido horizontal, sino también en el vertical, dado a que deben haber uniones entre

lascadas horizontales.

Como el material duro entre capa y capa tiene un espesor muy pequeño, las uniones entre las

capas horizontales, se las hace utilizando técnicas químicas de depósito. Las cuales generan

como unos pequeños tubitos verticales que sirven de uniones. Este tipo PCB de multi capas,

se los puede observar en los computadores, en la placa madre u otros componentes de la

misma, o en equipos médicos o equipos sofisticados.

- DISEÑO DE LOS PCB DE LA TARJETA DE CONTROL DEL TORNO CNC.

El diseño de los PCB se lo realizo mediante software de computadora. El software de diseño

electrónico empleado para el efecto es el ALTIUM Designer.

ALTIUM Designer

Actualmente es uno de los software de diseño electrónico más completo ya que proporciona

una colección integrada de herramientas de diseño electrónico que permiten que el usuario

fácilmente se acople en el concepto del diseño que quiere realizar tanto en la parte de

simulación, creación de esquemas y desarrollo de circuitos embebidos y tarjetas electrónicas.

Siendo su principal característica el trabajo con herramientas dentro de un simple ambiente

de la aplicación con entorno de explorador de diseños tratando que se obtenga un entorno de

usuario personalizado. Su potencialidad permite la creación de las vistas 3D de nuestros PCB

de manera que podemos apreciar nuestros diseños como si ya estuvieran construidos

adicionalmente que cuenta con herramientas de importación de archivos en formato CAD

desde otros software para ser usados en nuestras aplicaciones.

En este software podemos crear nuestras propias librerías de elementos electrónicos tanto

para simulación, esquemáticos así como también elementos electrónicos para diseños de

PCB, todos ellos a nuestra conveniencia y necesidad de manera sencilla y muy precisa.



Al tratarse de un software en ambiente CAD una vez construido un proyecto para la

construcción de Circuitos impresos se generan varios hojas debido al trabajo en capas de

diseño siendo las básicas a considerar las siguientes:

Bottom Layer o capa inferior, contiene las pistas o caminos de conexión entre los

elementos.

Top Layer o capa superior, utilizada en circuitos de doble cara o en conexiones en

puente.

Top OverLay o “Screen”, muestra la disposición de los elementos en la tarjeta

electrónica.

Buttom Paste o Soldadura Inferior, muestra el espacio de la soldadura de los

elementos electrónicos.

Drill Guide, esta capa dibuja la ubicación de los agujeros del PCB.

La secuencia de procesos realizados para al final obtener la placa de circuito impreso del

hardware de control del torno CNC es la siguiente:

1. El Diagrama Eléctrico o Electrónico: Del Diagrama electrónico es de donde se parte

para la construcción del circuito impreso, el esquema es el siguiente:



2. Obtención del Circuito Impreso:

Como ya se indico anteriormente el diseño de circuitos impresos en Altium genera varias

hojas de diseño o capas dentro de las cuales las que contendrá las pistas de circuito impreso

es el siguiente:

Bottom Layer o Capa inferior, como se aprecia es la que contiene las pistas y los

caminos de conexión entre los elementos eléctricos y electrónicos:

VISTA 3D



Top OverLay o “Screen”, muestra la disposición de los elementos en la tarjeta

electrónica.

Top Overlay VISTA 3D



Top Layer o capa superior, utilizada en circuitos de doble cara o en conexiones en

puente. En este caso las conexiones de puente se pueden apreciar de color rojo.

Drill Guide, esta capa dibuja la ubicación de los agujeros del PCB.



Al momento de diseñar el circuito impreso con este software de elaboración de PCB como lo

es el Altium Designer se hizo las siguientes consideraciones en cuanto a ancho de pistas y

separación entre las mismas; a continuación una breve explicación de estas consideraciones:

- Ancho de Pistas:

Debido a que las pistas o rutas que enlazan los componentes o elementos electrónicos son de

fundamental importancia en el diseño de Circuitos impresos se ha puesto énfasis en dar esa

caracterización técnica al ancho de las pistas siguiendo recomendaciones que en varias

páginas de internet de fabricantes de software y de circuitos impresos presentan como

información para sus usuarios nos llamo bastante la atención la marca pcbexpress uno de los

fabricantes importantes de PCB en su página web

http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Tips.htm) por adaptarse a las características

especialmente a las de placas o baquelitas que en nuestro medio se comercia a continuación

una se muestra los anchos de pistas con sus niveles de corrientes soportadas así:

0.010" 0.3 Amps 0.015" 0.4 Amps 0.020" 0.7 Amps 0.025" 1.0 Amps 0.050" 2.0 Amps 0.100" 4.0 Amps 0.150" 6.0 Amps

Como podemos ver la medida de ancho de pistas propuesta por la anterior empresa indicada

está en pulgadas, y considerando que la baquelita en este caso va a ser de una onza y que el

ancho se va a convertir a mm con el dato que 1 pulgada=0.254mm se ha elaborado la

siguiente tabla con valores más comunes que se pueden usar como datos base o básicos así

tenemos:

MAXIMA CORRIENTE PERMITIDA

(Cobre de 1onza)

Cobre

(oz. / pie2)

Ancho de Pista

(mm)

Corriente

(Amps)

0.5 0.127 0.130

0.5 0.254 0.500

0.5 0.508 0.70

0.5 0.762 1.00

1 0.127 0.50

http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Tips.htm



1 0.254 0.80

1 0.508 1.40

1 0.762 1.90

2 0.127 0.70

2 0.254 1.40

2 0.508 2.20

2 0.762 4.00

3 0.127 4.25

3 0.254 4.50

3 0.508 5.40

3 0.762 6.00

4 2.00 7.5

De la tabla anterior podemos indicar las siguientes medidas usadas en nuestro diseño de

circuitos impresos:

- Como el circuito no consumirá mucha corriente (máx. 500mA) debido a que la

alimentación de +5V está dada por la tensión de USB y esta puede ser máxima de 500mA

como tope y utilizando como dato que la corriente máx. usada para nuestro uso es

300mA tenemos que para 0.3 Amps el grosor de las pistas recomendadas es 0.010"

(pulgadas) y como 0.010 Inch = 0.254mm (milímetros).

- Los nets o pistas que se utilizaran para señales contendrán ese grosor de pistas

(0.254mm) es decir todas las líneas de los puertos y periféricos, señales de entrada y

salida.

- Las líneas de alimentación del circuito están calculadas para circular cerca de unos

400mA (0.4Amperes), es decir 0.015" (pulgadas) lo que equivale a 0.381mm de espesor

de pista.

- Las pistas en el caso de la etapa del circuito que controla el motor de corriente alterna

aproximadamente se estableció que el motor en promedio tiene un consumo de corriente

de 5 a 10Amps como máximo y exagerando probabilidades pero de manera ya cierta

tomamos el valor de 7.5Amps como valor de corriente a usar entonces nos daría un ancho

de pistas de 2.00mm en esta etapa de circuito.



- En lo que es el diseño mismo en el Software Altium Designer una recomendación que se

puede indicar es que se establezca un ancho de pistas que prevalezca como mayoría en el

circuito impreso y tomar ese valor como base para todo el diseño y luego se le dé el ancho

ya establecido con los valores de la tabla y ubicar según la necesidad en cada etapa del

circuito.

- Separación entre Pistas:

La separación mínima entre pistas depende de la diferencia de tensión entre estas. Dado que

la mayoría de aplicaciones se encuentran dentro del rango de tensiones de 0 a 50V, la

separación mínima tendría que ser aproximadamente 0.38mm. En la siguiente tabla se

muestra la distancia entre las pistas dependiendo de la diferencia de tensión y además una

rápida ayuda para recordar la separación.

MINIMO ESPACIO ENTRE PISTAS

0 - 3500m de altitud

Entonces la tabla establece que la distancia mínima deberá ser de aproximadamente de

0.007mm por cada voltio de diferencia. También una práctica muy efectiva para evitar el

deterioro de las pistas por calentamiento de las mismas es evitar ángulos de 90 grados en las

juntas entre pistas horizontales y verticales como es en algunos casos especialmente cuando

hay que rodear a algún pin de un elemento dentro del circuito impreso en diseño, lo más

factible en aquellos casos es que estas juntas tengan una inclinación de 45 grados.

Una práctica muy recomendada en el diseño de circuitos impresos es el dejar cobre alrededor

de las pistas del circuito impreso simulando el efecto de la jaula de faraday que es

contrarrestar el campo eléctrico y el ruido eléctrico en general que dependiendo si la tarjeta

va a trabajar a alta o baja frecuencia normalmente se ve afectada por eventos como los

mencionados, este cobre alrededor de las pistas es común que se sea la misma tierra o

negativo de todo el circuito impreso. Todas estas alternativas nos brindan el diseño de pcbs

en software o en computadora.

DIFERENCIA DE POTENCIAL DC-AC (voltios)

DISTANCIA mm

0-50 0,381

51-150 0,889

151-300 1,27

301-500 2,54

> 500 0,007mm/V



CAPITULO 3

3.1.- CONSTRUCCIÓN DE LOS PCB`S

Una vez obtenida todas las hojas de diseño de PCB desde el Software Altium el siguiente paso

sería la construcción de los PCB para el efecto se ha dividido este trabajo en los siguientes

procesos:

1. Trasferencia del Circuito Impreso a la placa

2. Ataque Químico del Cobre Sobrante

3. Taladrado de los Agujeros

4. Ubicación del SCREN de elementos

1. Transferencia del Circuito Impreso a la placa:

Una vez generado el arte del circuito impreso se procede a escoger un método para transferir

el circuito impreso a la placa de cobre en nuestro caso la opción elegida es el método

conocido como Método de Transferencia Térmica ya que la tarjeta será elaborada

caseramente y tan solo una; para el efecto la explicación del proceso y los materiales

necesarios se describen así:

Materiales:

- Baquelita de una cara de cobre de 1onza de espesor 30X20 cm.

- Hojas de papel fotográfico para impresión Laser 170 gramos

- Una impresora laser monocromática

- Cinta adhesiva

- Una escuadra

- Marcador Indeleble

- Cuchilla con buen filo

- Plancha Eléctrica

- Biruta de metal o lija de metal bien fina



Proceso de Trasferencia:

Procedemos a realizar la impresión de la capa u hoja de diseño Bottom Layer en el papel

fotográfico con la ayuda de la impresora laser teniendo en cuenta que la impresión contenga

el lado correcto y la escala sea la adecuada con las pistas además hay que verificar que las

propiedades de impresión de la impresora estén en modo de impresión correcto o que la

impresión sea de buena calidad para lo cual realizamos una impresión de prueba en una hoja

común y corriente, ya una vez que todo este correcto procedemos a realizar la impresión en

el papel fotográfico.

Luego procedemos a especificar las medidas que tendrá la placa de circuito impreso lo

hacemos sobre la baquelita y cortamos el exceso con la escuadra y la cuchilla, una vez que el

tamaño sea igual al de la impresión procedemos a limpiar la baquelita con la ayuda de la

viruta metálica o la lija cuidando que la baquelita quede completamente limpia y que la

limpieza no sea tan exagerada de tal manera que esta capa de cobre no quede debilitada.

A continuación procedemos a la transferencia térmica usando la plancha eléctrica teniendo

en cuenta que la misma tenga una temperatura ni muy caliente ni muy fría es decir en un



nivel constante y damos una pasada sobre el papel colocado encima del cobre

aproximadamente por unos 5 minutos o dependiendo de la temperatura y del grosor del

papel, en nuestro caso hubo que realizarle una u otra pasada poniendo énfasis sobre las

esquinas, una vez hecho este procedimiento esperamos hasta que se enfríe y procedemos a

retirar el papel de encima del cobre como no se retira fácilmente nos valemos de un poco de

agua y un paño húmedo que con una frotación leve logramos el objeto de retirar todo el papel

de la placa de cobre, una vez limpia procedemos a verificar posibles basuras o recubrimiento

defectuoso de la tinta impregnada sobre el cobre para ello nos valemos de la escuadra y el

marcador indeleble poniendo énfasis en la posible unión de pistas del circuito impreso ya que

de este procedimiento depende la calidad y el funcionamiento del circuito impreso.

Una vez limpia de impurezas y seguro de que la tinta adherida en el cobre este corectamente

en medidas, calidad y sin posible defectos el siguiente proceso a realizar seriua el ataque

quimico del cobre sobrante.

2. Ataque Químico del cobre sobrante:

El ataque químico consiste en eliminar el cobre en exceso o sobrante que no es recubierto con

la tinta transferida sobre la placa en el proceso anteriormente descrito exceso de cobre que al

ser retirado da paso a que en la placa tan solo quede lo que serian las pistas, rutas o caminos

que unen a los elementos electrónicos, siendo así el procedimiento usado sería el siguiente:



Materiales:

- 2 onzas de Percloruro Férrico en polvo

- ½ Litro de Agua destilada o Purificada

- Recipiente plástico que permita moverse a la placa en su interior

- Una fuente de calor, hornilla calorífica o cocina.

- Una pisca de sal

Procedimiento:

Calentamos una porción de agua destilada la necesaria de tal manera que vertida en el

recipiente plástico cubra levemente a la placa, a continuación teniendo mucho cuidado con el

percloruro férrico ya que se trata de un acido de que se impregne en nuestras manos o piel en

general o ropa ya que es bastante corrosivo lo colocamos en el recipiente plástico totalmente

seco, luego colocamos el agua previamente hervida y caliente sobre el recipiente teniendo

cuidado en esta etapa también ya que este procedimiento emite un fuerte olor y humo de

carácter toxico o molesto hasta que se obtiene una mezcla uniforme entre el percloruro

férrico y el agua procedemos a colocar la pisca de sal y la mezclamos bastante uniforme

procediendo luego a ingresar la tarjeta y a mover constantemente el recipiente ya que de este

movimiento el ataque químico se realiza de manera más acelerada especialmente cuando

vallamos notando que el cobre excesivo comienza a retirarse es cuando debemos realizar más

constante el movimiento ya que así el proceso culminara rápidamente. Una vez retirado el

cobre excesivo lavamos la placa con abundante agua evitando nuevamente el contacto con el

acido y ayudándonos de algún diluyente o de la viruta o lija retiramos la tinta impregnada en

el cobre obteniendo así las pistas o el circuito impreso buscado.



3. Taladrado de los Agujeros:

Una vez realizado todos los procesos anteriormente expuestos se procede a realizar los

agujeros de los pads, es el nombre que normalmente se le da a la ubicación de los agujeros

que corresponden a cada patilla de los componentes electrónicos a montar en el circuito

impreso esta etapa es importante ya que de un correcto taladrado depende un buen montaje

y acabado final del circuito impreso.

Hay que tener cuidado principal al momento de elegir la dimensión de la broca a usar que

depende justamente de la dimensión de cada pad, dimensión que se le da a cada elemento en

nuestro caso en nuestra librería de componentes electrónicos creados en el Software Altium

que usamos en el desarrollo del circuito Impreso, cada elemento presenta esas dimensiones

características, en nuestro caso usamos brocas de 1mm, 0.9mm, 0.75mm y 0.5mm; además

hay que tomar en cuenta que la perforación sea lo más uniforme posible y que sea realizada

perpendicular a la placa tratando que quede a 90 grados ya que de esta manera se obtendrá

el ensamblaje rápido y exacto de los componentes en la etapa de montaje.



4. Ubicación del SCREEN de elementos:

Esta es la capa superior de la tarjeta y que sirve para el correcto ensamblaje de los elementos

y como presentación del PCB dependiendo del software usado en nuestro caso ALTIUM nos

permite modificar el texto, color, posición, forma de los elementos en la capa Top Overlay en

su forma final se ha realizado una impresión en papel adhesivo que a continuación se indica

en su forma final:



3.2.- ENSAMBLAJE DE COMPONENTES:

Tras los procesos anteriormente realizado la construccion del circuito impreso para el

harware de control del torno cnc llega a su etapa final con el ensamblaje de los componentes.

Este ensamblejae consiste en la soldadura de los componentes electronicas en la tarjeta de

circuito impreso. Los materiales necesarios para el ensambleje de los componentes son los

siguientes:

Cauitin de 40W de potencia

2m de Soldadura de 1.0 mm de diametro de 60% de estaño

Pasta para soldar

Un cepillo de dientes o brocha plastica

½ Litro de Disolvente o Alcohol limpia grasa

Cortafrio o alicate

El procedimiento seguido es el siguiente, con la ayuda del disolvente o alcohol limpiamos la

superficie de cobre de la tarjeta serciorandonos de que no exista residuos de impurezas o

grasa ya que si eestos estuvieran presentes podrian impedir la correcta soldadura de los

elementos , luego colocamos uno a uno los elementos y soldamos pin a pin del mismo

teniendo en cuenta que el punto de suelda quede uniformemente sobre las pistas del circuito

impreso y tambien evitando que en pistas muy cercanas queden residuos de suelda o

impurezas debido al exceso de suelda en ese lugar. Una vez concluido con el trabajo de

soldadura de todos los elementos del circuito impreso procedemos nuevamente a la limpieza

de la superficie de cobre verificando que al final no quede guellas de grasa o de que entre

pistas queden residuos de soldadura u algun impedimento al correcto funcionamiento de la

tarjeta.



Como parte final del emsamble de componentes una vez realizada la limpieza de la tarjeta se

procede a colocar una capa de barniz acrilico como proteccion para que la corrosion no

deteriore tanto el cobre como las soldaduras quedando asi la tarjeta con un acabado de

mayor calidad.



3.3.- PRUEBAS BÁSICAS DE FUNCIONAMIENTO:

Empezando con las pruebas básicas de funcionamiento se podría indicar que lo primero que

se realizo es verificar que todas las tensiones de trabajo de cada elemento sean los correctos

estas pruebas se las realizó con el milímetro sin que el micro controlador esté presente en la

tarjeta, estas tensiones de trabajo fundamentalmente son medidas en los otros circuitos

integrados que conforman el circuito impreso, principalmente esas tensiones son las

tensiones de la fuente para señales digitales de cada etapa o señales de +5V que en este caso

son las mismas del puerto USB, estas pruebas se las realiza sin el microcontrolador instalado

en la tarjeta ya que el PIC en su estado inicial recién adquirido no contiene ningún programa

en su interior y si se le procede a dar funcionamiento a la tarjeta en este estado al conectarla a

la PC por medio del puerto USB; inmediatamente la PC indicara un cuadro de error de

‘problema en hardware encontrado’ debido a que la PC no reconoce el nuevo dispositivo

conectado ya que no contiene los archivos llamados comúnmente drivers que identifican la

nueva conexión de hardware teniendo así dificultades en cuanto a pruebas se refiere.

Unas vez realizadas pruebas y mediciones necesarias el siguiente paso a seguir es crear el

programa para el PIC de tal manera que este sea reconocido como hardware valido por parte

del computador y poder realizar todas las funciones en si para las cuales fue diseñada la

tarjeta.



Para la creación del programa del PIC y su driver de reconocimiento para la PC se podría

indicar que en términos generales existe varias maneras o herramientas en cuanto a

desarrollo de aplicaciones de comunicación USB entre Microcontroladores PIC y el

computador se refiere debido en mayor parte al auge que ha tenido la comunicación USB en

la actualidad y en especial manera por la aparición de software o lenguajes de programación

para PICS presentados tanto por la marca fabricante de Microcontroladores PIC como por

parte de desarrolladores de investigación en todo el entorno de la electrónica actual ayudas o

herramientas que dependiendo de la aplicación y la necesidad nos brindan la capacidad de

crear tanto los drivers para la máquina como el programa para el PIC.

Debido al hecho de que nuestra familiarización en cuanto a programación de PICS se refiere a

sido en entorno de Lenguaje Basic existe una herramienta dentro de lo que es el Software

PicBasic o Protón IDE presentado por su marca o fabricante Mecanique llamado EasyHID

Wizard que nos permite realizar aplicaciones de comunicación USB con microcontroladores

PIC con modulo USB de la familia PIC18F25XX, 18F45XX y el computador con un interfaz HID

(Dispositivo de Interfaz Humana) interfaz que comúnmente usan periféricos de entrada del

computador como son los teclados y mouse actuales teniendo entonces una interfaz rápida y

sencilla, explicado de mejor manera se tiene que con esta herramienta podemos crear por un

lado el programa para el PIC con las líneas de programa necesarias para la comunicación USB

y por el otro las líneas de programa necesarias para desarrollar una aplicación de software

para el computador de tal manera que se efectué la interfaz de comunicación del computador

con el exterior.

Esta herramienta EasyHID Wizard nos presenta las alternativas de escoger en cual Software

vamos a realizar el programa del PIC nos permite realizarlo tanto en PicBasic como en Protón

IDE, con qué familia de microcontrolador PIC vamos a trabajar PIC18F2550 O 18F4550, en

que software va a ser realizada la aplicación de software para el computador Microsoft Visual

Basic, Microsoft C++ o Borland Delphi la extensión de buffers a usar, que nivel de corriente

manejara el Puerto entre otras alternativas.

Cabe indicar que la versión de EasyHID USB Wizard presente como plugin tanto en PicBasic

Pro como en Protón IDE presentan restricciones propias de la versión de programa no 100%

libre, para evitar estos inconvenientes es recomendable descargar su versión independiente,

instalador que sus creadores presentan en su página web. A continuación de manera breve

una explicación de creación de un proyecto con EasyHID Wizard.



Guía para la creación de una interface humana HID para el manejo del puerto USB con el programa Protón IDE. Una vez instalado el EasyHID Wizard procedemos a abrir este programa obteniendo la

siguiente pantalla:

En estas casillas se ingresa datos como Nombre de la Compañía, Nombre del Producto,

Número de Serie.

Le damos siguiente mostrándonos la siguiente pantalla:



Estas casillas son importantes dentro del proyecto ya que tanto el programa del PIC como el

programa de aplicación de software para el computador lo llevan, estos datos son la

identificación de Distribuidor y la identificación de Producto, los mismos son los que

identifican a la aplicación al momento de ser conectada en el computador.

Dando clic en siguiente tenemos la siguiente pantalla:

Esta pantalla presenta información sobre el tiempo de respuesta entre la información que

entra y sale del PIC y de la PC, corriente del BUS USB, y el tamaño del buffer de entrada y

salida en bytes. Para la mayoría de aplicaciones básicas como en nuestro caso mantenemos la

información que viene por defecto.

Le damos clic en siguiente mostrando la siguiente pantalla:



Esta pantalla presenta información sobre el Nombre del proyecto, ubicación del proyecto, que

compilador para realizar el programa del PIC se va a usar, el microcontrolador PIC, y el

compilador en donde se va a desarrollar la aplicación para el computador, de esta

información hay que tomar en cuenta la ubicación del proyecto creado ya que ahí estarán

tanto el programa inicial para el PIC como el programa inicial para la aplicación del

computador.

Esta es la pantalla final indicada, le damos clic en finish, el programa se cerrara y listo

tenemos el proyecto creado.

Ahora buscamos en la ubicación que le dimos al proyecto creado ubicación en la cual

tendremos los siguientes archivos:



Tenemos dos carpetas: PDS y Visual BASIC, la carpeta con nombre PDS es donde está ubicado

el programa para el PIC y en Visual BASIC está el programa para la aplicación del

computador.

Abrimos el archivo contenido en PDS con Protón IDE.

El código generado para el PIC es el siguiente:

‘Select MCU and clock speed

Device = 18F4550

XTAL = 48

‘Descriptor file, located in \inc\usb_18 - a copy

‘Is located in the same folder as this file

USB_DESCRIPTOR = "TORNOCNCUSB20DESC.inc"

‘USB Buffer...

Symbol USBBufferSizeMax = 8

Symbol USBBufferSizeTX = 8

Symbol USBBufferSizeRX = 8

Dim USBBuffer[USBBufferSizeMax] As Byte

‘Some useful flags...

Dim PP0 As Byte SYSTEM ' USBPOLL status return



Symbol CARRY_FLAG = STATUS.0 ' high if microcontroller does not have

control over the buffer

Symbol ATTACHED_STATE = 6 ' is USB attached

' ***********************************************************

‘* main program loop - remember, you must keep the USB *

‘* connection alive with a call to USBPoll, USBIn or USBOut *

‘* every couple of milliseconds or so *

' ***********************************************************

GoSub AttachToUSB

ProgramLoop:

GoSub DoUSBIn

GoSub DoUSBOut

GoTo ProgramLoop

' ************************************************************

‘ * receive data from the USB bus *

' ************************************************************

DoUSBIn:

USBIn 1, USBBuffer, USBBufferSizeRX, DoUSBIn

Return

' ************************************************************

' * transmit data *

' ************************************************************

DoUSBOut:

USBOut 1, USBBuffer, USBBufferSizeTX, DoUSBOut

Return

' ************************************************************

' * wait for USB interface to attach *

' ************************************************************

AttachToUSB:

Repeat

USBPoll

Until PP0 = ATTACHED_STATE

Return

Todo el código generado está muy bien explicado, diciendo que hace cada línea y cada

subrutina, pero para recalcar, algo muy importante es la función:

Y como se describe el los comentarios USBservice mantiene la comunicación VIVA, por lo

tanto hay que hacer un llamado a USBservice muy a menudo,

Es importante antes de empezar a generar nuestras líneas de código compilar el proyecto

para descartar posibles errores o modificaciones en el código inicial de esta manera

estaremos seguros que el EasyHID genero correctamente el proyecto.



Una vez compilado y sin que se genere errores podemos realizar una prueba con el

programa del PIC para ello cargamos él ‘.HEX’ generado luego de la compilación en

nuestro caso lo realizamos con nuestro programador GTP USB y WinPIC800:



Una vez cargado el programa con el PIC realizamos la prueba de reconocimiento de

hardware conectando el circuito en el computador, como esta es una aplicación de interfaz

HID el computador si todo esta correcto reconocerá el hardware encontrado almacenara en

su sistema la información necesaria del dispositivo y luego nos indicara que el dispositivo

está reconocido y listo para usarse todo esto de manera sencilla, rápida y automáticamente.



Todo lo anterior expuesto nos indica que estamos listos para trabajar en nuestro Proyecto del

TORNOCNC USB2.0 sin problemas, podemos ya escribir nuestras líneas de programa según

nuestra conveniencia.

El código inicial presente en el software de aplicación para el computador realizado en Visual

Basic de igual manera está muy bien explicado, nos indica línea a línea su funcionamiento de

tal manera que es muy práctico y sencillo de manipular el código a nuestro interés.



Parte del código presente en VB es el siguiente:



CAPITULO 4

4.1.- MONTAJE Y PRUEBAS DE LA TARJETA DE CONTROL EN EL TORNO CNC.

de la Tarjeta de Control en el Torno CNC.



de la Tarjeta de Control Montada en el Torno CNC.

Tras ubicar la tarjeta de control sobre el torno CNC y realizar las respectivas conexiones de

cables sobre la misma todo está listo para las pruebas.

Al conectar la tarjeta en el computador no debe presentarse ningún inconveniente ya que

anteriormente ya fue conectada la tarjeta para ser probado el programa del microcontrolador

es decir la tarjeta ya fue reconocida por el computador como hardware valido y como se

explico en las pruebas previas que se elaboraron anteriormente este dispositivo: la tarjeta

de control, ya quedo registrada en el computador ahora cada vez que sea conectada

nuevamente no necesita realizar el procedimiento detección de la misma , este procedimiento

se genera cuando se conecta el dispositivo por primera vez.

Dentro de las primeras pruebas realizadas en una etapa anterior se realizo justamente las

pruebas de reconocimiento del nuevo hardware en el computador determinando que la

interface es correcta y que el proyecto de interface HID con comunicación USB mediante

Protón IDE esta correctamente realizado, en esta etapa de pruebas finales el procedimiento

está dirigido ya más concretamente a probar las diferentes partes electromecánicas de la

máquina desde una aplicación de software hecha en Visual Basic.

Pero antes que esto se realice hay que establecer parámetros de funcionamiento en la tarjeta,

parámetros como: Frecuencia de trabajo de las señales de reloj para el circuito de los motores

paso a paso, que tensión de referencia se va a tomar para la regulación de corriente de los

drivers de los motores paso a paso, que tipo de regulación se va a realizar, si se va a trabajar a

pasos completos o medios pasos, estos parámetros están divididos en varios subcircuitos

dentro del circuito de la tarjeta de control, pero antes de ya establecer parámetros con los

que la máquina va a quedar en pleno funcionamiento hay que elaborar nuestro programa

prueba tanto programa básico para el microcontrolador PIC como programa en Visual Basic

entonces se procede a desarrollar una explicación de los su circuitos en la tarjeta de control y

la medición de parámetros en cada lugar de los su circuitos:



Partes o subcircuitos que conforman la tarjeta de Control para el Torno CNC.

Antes de indicar los parámetros finales establecidos para el correcto funcionamiento de la

tarjeta de control en mención cabe indicar de manera grafica y explicativa como está dividida

las diferentes partes que conforman la tarjeta, las posibles conexiones y posibilidades de

funciones de uso de la misma todo esto se presenta a continuación.



1. ICSP.- Conector destinado para la programación del PIC sin la necesidad de ser

retirado de la tarjeta, esta se realiza mediante la conexión de un programador externo

mediante el meto de programación serial de circuitos integrados.

2. RESET Y BOOTLOADER.- Son dos pulsadores normalmente abiertos, el primero es el

de Reset conectado al pin 1 RE3 del PIC actúa como reset externo del PIC, puede ser

usado como pulsante para otra aplicación configurado con líneas de programación o

durante la programación, mientras que el otro pulsante conectado en el Pin 37 RB4

del PIC, el bootloader puede ser usado como habilitador para ingresar en el modo de

grabación del PIC sin necesidad de programador externo, aplicación que presenta la

misma Marca Microchip en sus documentos de su página web y sus archivos

descargables para esta aplicación, o adicionalmente puede ser usado este pulsante

para otra función.

3. IN1, IN2, IN3, IN4, pines 4, 5, 6, 7, RA4, RA5, RE0, RE1 del PIC respectivamente, son

cuatro borneras que pueden ser usados para conectar fin carreras o pulsantes que

actúen como sensores, en cada pin mencionado está conectada una resistencia de

pullup por lo que puede ser usado como bus de entrada o salida de datos también.

4. LED AMARILLO.- conectado al pin 20 RD1 del pic si se usa el bootloader, este actúa

como indicador de sus funciones y si no es así, puede ser usado como indicador visual

para otra aplicación.

5. CONECTOR USB TIPO B.- es donde se debe conectar el cable con el cual se conecta la

tarjeta con el computador para que se realice la comunicación entre los dos, el cable

usado para este trabajo es el que comúnmente encontramos en el mercado o

impresoras actúales de manera estándar y no muy complicada adquisición.

6. JUMPER SELECTOR Y LED INDICADOR.- Con el jumper se selecciona que tipo de

fuente se va a usar para alimentar toda la etapa de lógica del circuito si es alimentada

con la tensión de +5V del bus USB o si se alimenta con una fuente externa de +5V, el

led indicador presenta 2 colores dependiendo de la selección antes mencionada, si la

tensión es del Bus USB este led es de color verde y si es tensión externa este led es de

color naranja.

7. TENSION EXTERNA.- Es la bornera en donde se conecta la alimentación externa de

+5V que se explico en el literal anterior.

8. CONEXIONES MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA.- Esta borneras son en donde se

realizan las respectivas conexiones para el funcionamiento del motor de corriente

alterna, están marcadas como carga aquí va conectado el motor y la marca 127VAC

indica la conexión de la alimentación de corriente alterna para el motor en mención.



9. VRef M1.- M1 hace referencia al subcircuito que controla el primer motor paso a paso.

Este trimmer es con el cual se establece la tensión de referencia que necesita el driver

electrónico conformado con el L297-L298 para efectuar la regulación de corriente

según el consumo de corriente del motor que corresponde a esta sección de circuito.

Por cálculos y en la práctica por pruebas iniciales este valor de tensión Vref para el

caso de los motores paso a paso usados es de 0.94V con una regulación de corriente

de 2A.

10. SELECTOR DE FRECUENCIA DE SEÑAL DE RELOJ PARA M1.- Con este trimer

escogemos la frecuencia de oscilación de la señal de reloj necesaria para que el driver

electrónico L297-L298 establezca la velocidad de giro del motor 1.

11. SELECTOR DE FRECUENCIA DE SEÑAL DE RELOJ PARA M2.- Con este trimer

escogemos la frecuencia de oscilación de la señal de reloj necesaria para que el driver

electrónico L297-L298 establezca la velocidad de giro del motor 2.

12. VRef M2.- M2 hace referencia al subcircuito que controla el segundo motor paso a

paso. Este trimmer es con el cual se establece la tensión de referencia que necesita el

driver electrónico conformado con el L297-L298 para efectuar la regulación de

corriente según el consumo de corriente del motor que corresponde a esta sección de

circuito. Por cálculos y en la práctica por pruebas iniciales este valor de tensión Vref

para el caso de los motores paso a paso usados es de 0.94V con una regulación de

corriente de 2A.

13. A, B, C, D, COM, M2.- Son las borneras en donde se debe conectar los cables del

segundo motor paso a paso M2, según se estableció en el inicio estos cables ya fueron

establecidos y marcados uno a uno.

14. +BM2.- Es la bornera en donde se conecta la tensión de alimentación para el motor

paso a paso M2, esta conexión tiene la debida rotulación o polarización, la tensión que

debe ser conectada tiene que ser de corriente continua no necesariamente

estabilizada con valores de tensión mínima de 2.5V variando hasta una tensión

máxima de 46V.

15. A, B, C, D, COM, M1.- Son las borneras en donde se debe conectar los cables del primer

motor paso a paso M1, según se estableció en el inicio estos cables ya fueron

establecidos y marcados uno a uno.

16. +BM2.- Es la bornera en donde se conecta la tensión de alimentación para el motor

paso a paso M2, esta conexión tiene la debida rotulación o polarización, la tensión que

debe ser conectada tiene que ser de corriente continua no necesariamente

estabilizada con valores de tensión mínima de 2.5V variando hasta una tensión

máxima de 46V.



Especificaciones de la Tarjeta de Control del Torno CNC como producto final.

Alimentación para Motor Principal y

Fuente de Alimentación para los Motores Paso a Paso.

Tensión Monofásica

110-127 Voltios de Corriente Alterna

60 Hertz.

Alimentación para Motores Paso a

Paso. +BM1. +BM2.

Corriente Continua no estabilizada

Tensión Mínima 2.5VCC Tensión Máxima: 46VCC

Intensidad de Corriente: Hasta Máximo 8A.

Alimentación para la Lógica (+5V) y

el Microcontrolador PiC18F4550.

Tensión del Bus USB Mínima +4.375VCC

Máxima 5.1VCC Hasta 500mA de consumo de

Intensidad de Corriente.

Driver Electrónico para los Motores

Paso a Paso.

Soporta la conexión de Motores Paso a Paso Unipolares de hasta 8A de consumo de Intensidad de Corriente.

Control para el Motor de Corriente

Alterna.

Soporta la conexión de un Motor

Monofásico de Corriente Alterna de hasta 10A de consumo de Intensidad

de Corriente.

Frecuencia de oscilación de la señal

de reloj para los Motores Paso a Paso.

Frecuencia Mínima: 15Hz. Frecuencia Máxima: 3Khz.

Comunicación USB con el

Computador.

- El Microcontrolador soporta un

oscilador de hasta 48Mhz, - Comunicación Estándar USB V2.0 - Transferencia de Datos: Low Speed 1.5 Mbit/seg. High Speed 12Mbit/Seg.



Comprobación final y definitiva de la tarjeta de control sobre el torno CNC:

Como parte final del proyecto podemos indicar que las pruebas finales de funcionamiento

básico de la tarjeta de control sobre el Torno CNC con todos los parámetros y calibraciones

establecidas consisten en realizar el funcionamiento individual de cada parte que conforma el

torno CNC en este caso el desplazamiento de cada motor paso a paso en los dos sentidos y el

encendido y apagado del motor de corriente alterna, para estas pruebas hubo que determinar

los diferentes estados lógicos o códigos necesarios para que los drivers de los motores

entiendan que se les pide hacer, estos códigos o señales están en las líneas de programa del

PIC.

Guía de puesta en funcionamiento del Torno CNC en modo funcionamiento básico:

El modo de funcionamiento básico del Torno CNC como ya se indico consiste en dar

funcionamiento independiente a cada uno de los motores mediante el software de aplicación

hecho en Visual Basic, se puede mostrar a continuación un pantallazo de la presentación de

dicha aplicación:



La Guía de puesta en funcionamiento del Torno CNC en modo funcionamiento básico se

explica de la siguiente manera:

- Existe un cable de alimentación común tanto para la alimentación del motor de corriente

alterna como para la fuente de alimentación de los motores paso a paso este cable debe

ser conectado a la red eléctrica de 120VAC.

- Luego conectamos el cable USB de la tarjeta de control en el computador, en dicha tarjeta

veremos encenderse y apagarse tres veces un led de color amarillo esta indicación nos da

a conocer que el PIC está entrando en funcionamiento, luego de los destellos este led

quedara apagado con lo que el PIC está preparado para funcionar normalmente.

- Encendemos la fuente de alimentación de los motores paso a paso observando que un led

de color azul permanece encendido siempre y cuando esta fuente de alimentación tenga o

no energía.

- Una vez conectada la tarjeta al computador procedemos a abrir la aplicación de software

llamada TORNOCNC USB 2.0 abriéndose el programa creado que en la imagen anterior

podemos observar su estructura.

- En el programa existen cuatro botones, dos botones: Derecha e Izquierda dentro de un

recuadro marcado como M1 y de igual manera en otro recuadro marcado como M3, se

tienen los mismos botones, estos botones controlan el lado de giro del primero y segundo

Motor Paso a paso, dependiendo que botón seleccionemos podemos observar en la

pantalla del programa encenderse o apagarse una circunferencia color amarillo cada que

se pulse uno de estos botones, en la tarjeta podemos observar de igual manera

encenderse o apagarse un led de color amarillo cada que se pulse un botón en el

programa de la computadora y de igual manera se verá el movimiento de los motores

hacia el lado seleccionado y como ya se dijo el efecto del movimiento de los motores

produce el desplazamiento de los carros del torno. En cambio con el Botón ON/OFF que

está dentro del recuadro M2 si es pulsado podemos encender o apagar el motor de

Corriente Alterna del torno CNC y también veremos encenderse y apagarse el led amarillo

dependiendo del estado de pulsación que tenga el botón en el programa.

- Cada que conectemos y desconectemos el cable USB de la tarjeta el programa indicara

este efecto en su parte superior indicando si se desconecto o conecto el cable.

- Adicionalmente veremos en la tarjeta destellar cuatro leds, dos de color rojo y dos de

color verde, los rojos indican por un lado la frecuencia de oscilación de la señal de reloj y

por el otro la velocidad de giro del motor paso a paso M1 y los leds verdes tienen el

mismo efecto pero para el caso del motor Paso a Paso M2.



Con esas pruebas básicas de funcionamiento independiente de los motores queda todo listo

para darle funcionamiento al torno con un Software CNC especifico para las aplicaciones que

a conveniencia deseemos implementar.

4.2.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

La aplicación de Diseñar e Implementar un control para un torno CNC en términos generales

plantea un precedente y un indicador de que el desarrollo de nuevas tecnologías no están

lejos de nuestras manos pero siempre con la intención de dar mayor realce a la investigación

y a la puesta en práctica de lo aprendido o experimentado en nuestra capacitación

profesional.

Así también la intención de desarrollar este trabajo es que la monografía en si no se trate tan

solo del desarrollo de un tema por escrito, sino también de algo de practico que nos ayude a

poner en práctica nuestros conocimientos adquiridos y también ampliar nuestra capacitación

con nueva información.

El prototipo realizado muestra la economía y sencillez con la que se puede implementar un

control para una máquina CNC con características sencillas y abiertas a mejoras en versiones

posteriores.



De donde se parte para desarrollar un control en este caso el de una máquina CNC, es de la

electromecánica que se tiene ya que desde esta estructura arrancamos con el

dimensionamiento de las diferentes instancias o variables que se pretende controlar en dicha

máquina.

La respuesta de los sistemas mecánicos es más lenta que la de los sistemas eléctricos y

electrónicos por lo que obtener un equilibrio en calibraciones y adecuaciones tanto en la

parte eléctrica, electrónica y mecánica sin duda se ve reflejado en el desempeño adecuado y

real de la máquina.

El uso del Microcontrolador PIC18F4550 fue adecuado para las características del proyecto

ya que se pudieron aprovechar periféricos como ‘Modulo USB’, ‘Timer’, ‘ADC’, ’ICSP’,

‘Bootloader’, entre otros. Además de esto, las características del programa inicial que se creó

para realizar pruebas preliminares no excedieron la capacidad de procesamiento, velocidad y

memoria del PIC.

Basados en Pruebas, Mediciones y el desarrollo en sí de este proyecto se pudo comprobar que

la funcionalidad de la tarjeta de control diseñada cubre las expectativas y requerimientos

para los que fue planeado el proyecto.

Del proceso de elaboración del proyecto se puede rescatar a manera de recomendación

hechos como diseño y elaboración de la tarjeta de control para el torno CNC obedecen a todo

un proceso encadenado y planificado, aunque el proyecto sea un prototipo o un modelo

experimental, que de aspectos detallistas que consideremos durante este trabajo depende la

calidad de producto terminado.

En la actualidad la ayuda que nos presenta la tecnología especialmente con herramientas de

software tanto informático como científico y de investigación nos permite realizar trabajos de

alta precisión y calidad, justamente los software usados en el proyecto obedecen a este hecho,

por Ejemplo Altium Designer el cual nos sirvió para la elaboración de los esquemáticos y PCB

de la tarjeta embarca muchas potencialidades pero se trata de un software científico de la

más alta calidad y de última tecnología en pleno auge de uso, para nuestro caso se utilizo las

herramientas básicas que el mismo nos presenta ya que el uso y aprendizaje del mismo ha

sido de manera personal pero en términos generales se trata de un software de al tas

prestaciones, se podría indicar dentro lo más relevante que nos ayudo en el desarrollo de los

PCBS en el sentido de que por ejemplo nos permite la creación de nuestra propia librería de

elementos tanto de esquemáticos como diseño de tarjetas PCB así como la creación de



nuestra vista 3D de elementos, así como es muy predictivo al momento del ruteado o trazado

de las pistas ya que nos permite que las pistas en ciertos casos pasen por sitios muy

complicados y que las mismas tengan las medidas a nuestra conveniencia, así como tiene

herramientas que agilitan mucho el trazado de las pistas y se trata de un trabajo muy

interactivo y fácil de manipular. Es un software que lo recomiendo ya que se trata de una muy

buena herramienta y de prestaciones que uno día a día en el uso cotidiano va descubriendo y

sacando provecho al máximo además que posee muy buena información y tutoriales en su

página que nos ayuda en su utilización. Otro software usado fue El PROTON IDE que nos

sirvió en la elaboración del Firmware para el microcontrolador, este software se trata de otra

herramienta muy buena, muy amigable al momento de trabajar con la programación de

microcontroladores PIC de las familias PIC16FXXX y 18FXXX, el entorno de programa nos

presenta el mismo compilador PICBasic (Lenguaje Basic) con mas herramientas y

prestaciones ya que presenta por ejemplo el Plugin “Easy HID” para la creación de un

proyecto de comunicación USB entre el microcontrolador PIC y el computador, en nuestro

caso fue de gran ayuda en el desarrollo del proyecto.

Hay que considerar que en etapas de pruebas, especialmente en conexiones o cableados se

ponga mayor cuidado especialmente en circuitería que tenga que ver con la interfaz con el

computador ya que se está manipulando señales eléctricas que si se produjera algún error o

corto circuito podría involucrar algún daño del mismo. Así como es fundamental considerar

que la etapa de potencia del motor de alterna abarca el manipular la línea viva como se le

conoce a la corriente eléctrica que proviene de las redes eléctricas que llegan hasta nuestro

hogar, corriente eléctrica que podría provocar daños serios tanto en nuestra humanidad así

como en etapas sensibles de la tarjeta que hemos construido o en general a toda la máquina.

La tarjeta diseñada cuenta con elementos electrónicos de tecnología en actual auge y uso

como son los Microcontroladores de 8 BITS de altas prestaciones: PIC18F4550 Tecnología

Nanowatt para modos de control de energía, siendo su principal característica que cuenta

embebido en su interior un Modulo de comunicación USB 2.0. Tarjeta que esta lista para ser

usada no solo como control del torno sino también como hardware abierto controlado por un

software que puede ser diseñado de acuerdo a nuestras necesidades.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanowatt&action=edit&redlink=1



BIBLIOGRAFIA, FUENTES DE INFORMACION Y SOFTWARES USADOS PARA EL DESARROLLO

DEL PROYECTO.

- Fuentes de Información sobre el Tema de Máquinas CNC

[1] Msc. Ing. Ciro Larco

[2] Torneros, Ebanistas, Matriceros del medio.

- Fuentes de Información sobre Hojas de Especificación de Datos de Componentes

Electrónicos usados.

[1] SGS-THOMSON Microelectronics, Datasheets L297-L298, TIP122

[2] MICROCHIP, Datasheet Microcontrolador PIC 18F4550.

[3] Fairchild Semiconductors, Datasheet LM555.

[4] Motorola Semiconductor, Datasheet MOC3041

[5] Philips Semiconductors, Datasheet BT137.

- Libros y Pàginas Web.

[1] Libro: “Usb Complete-Everything You Need To Develop Custom Usb Peripherals,

Tercera Edicion”, Autor Jan Axelson.

[2] Libro: Electrónica Analógica: “Análisis de Circuitos de Boylestad”.

[3] Libro: Electrónica de Potencia: “Electrónica de Potencia de Rhashid”.

[4] Libro: Microcontroladores PIC: “Microcontroladores PIC Programación en Basic de

Carlos Reyes”.

[5] Libro: “Microcontroladores Pic. Diseño Práctico De Aplicaciones. Segunda Parte:

Pic16f87x, Pic18fxxxx Angulo Martínez Ignacio; Romero Yesa Susana; Angulo

Usategui José María”.

[6] Libro: “Advanced PIC Microcontroller Projects: From USB to RTOS with the PIC 18F

Series by Dogan Ibrahim”.

[7] Pàgina Web: http://www.microchip.com

[8] Pàgina Web: http://www.cenece.com

[9] Pàgina Web: http://r-luis.xbot.es/

[10] Página Web: http://www.altium.com

http://rapidshare.com/files/119478772/NAPMPiC.rar



http://www.microchip.com/

http://www.cenece.com/

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[11] Página Web: http://www.melabs.com

[12] Página Web: http://www.wikipedia.com

[13] Página Web: http://www.google.com.ec

[14] Página Web: http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Tips.htm)

[15] Página Web: http://www.usb.com

- Software’s Usados.

[1] Para el Diseño De Los PCB De La Tarjeta De Control Del Torno CNC. Se uso el Software

de Diseño Electrónico “ALTIUM Designer Winter 09”.

[2] Para la creación de una interface humana HID para el manejo del puerto USB, para

realizar pruebas básicas de funcionamiento se uso el software “Easy HID Wizard”.

[3] Para la creación de un firmware de pruebas básicas tanto para la comunicación USB

como para el manejo del Pic se uso el software “PROTON IDE”. (Versión 1.0.4.6 que al

ser instalado se instala el Software Electrónico Proteus 7 en el cual realizamos las

simulaciones de los circuitos creados ya que nos permite simular el funcionamiento

de Microcontroladores PIC a si como la simulación de comunicación USB mediante un

puerto Virtual).

[4] Para la creación del software de aplicación del computador que se ocupo para realizar

pruebas de funcionamiento, se uso el software Visual Basic Pro. V6.0.

http://www.wikipedia.com/

http://www.google.com.ec/

http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Tips.htm

universidad catolica de cuenca -...

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