Dispositivos de I/O (teclado matricial, LCD, motores)
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Prof. RonnierProf. Rubão
Dispositivos de I/O(teclado matricial, LCD, motores)
Disciplina de Microcontroladores
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Portas de I/O no 8051- AT89C5131 tem 05 ports de 8 bits (P0 a P4)
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Portas de I/O no 8051
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Portas de I/O no 8051- É possível realizar escritas e leituras individualmente em
todos os bits de I/O disponíveis, não havendo necessidade de pré programar cada porta, especificamente como saída ou entrada.
- Exemplos: Para se escrever um byte no Port 1 (8 bits de saída), pode-se utilizar a instrução MOV P1, #byte. Para se ler um byte do port P3 (8 bits de entrada), pode-se utilizar a instrução MOV A, P3.
- Para acessar bits individuais dos Ports pode-se fazer uso da instrução MOV bit, C para efetuar operações de saída e a instrução MOV C, bit para efetuar operações de entrada. Além de instruções de transferencia de dados, também é possível utilizar instruções lógicas (ANL, ORL, XRL), aritméticas (ADD, ADDC, DEC, INC, SUBB), de manipulação de variáveis booleanas (CLR, CPL, SETB) e de controle de programa (CJNE, DJNZ, JB, JNB, JBC)
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Portas de I/O no 8051Estrutura simplificada de um terminal de I/O (Port 1)
No caso de leitura, cada bit comporta-se como um buffer tri-state e no caso de escrita comporta-se como um flip-flop D.
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Portas de I/O no 8051Estrutura simplificada de um terminal de I/O (Port 1)
- Quando um bit é escrito no Port, este trafega pelo barramento de dados interno do microcontrolador até a entrada do flip-flop D e, após um pulso na entrada de clock, é levado à saída do mesmo. O restante do circuito eletrônico encarrega-se de levar o nível lógico adequado ao terminal externo.
- No caso de leitura do Port, algumas das instruções leem o estado dos terminais, enquanto outras leem o estado dos flip-flops internos. As instruções que leem o estado dos flip-flops são aquelas que alteram e escrevem novamente o valor dos bits (INC, DEC, CPL, JBC, DJNZ, ANL, ORL e XRL). As demais instruções leem o estado presente nos terminais externos.
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Teclado Matricial
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Teclado Matricial
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Teclado Matricial
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Teclado MatricialVarredura em teclado
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Teclado MatricialVarredura
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Teclado MatricialDiodos de proteção
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Teclado MatricialDebouncing
- Teclas mecânicas (ruído causado pelo rebote - Bounce)
- Depende do tipo de tecla- Dura de dezenas de microssegundos a centenas de milissegundos
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Teclado MatricialTécnicas de Debouncing
- Remoção por software (temporização)- Remoção por hardware
Usar MC14043 – 04 FF tipo RS
Usar Schmitt Trigger
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Display LCD
Modo AlfanuméricoModo Gráfico
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Display LCD
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Display LCDAlfanumérico
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Display LCDModo Alfanumérico
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Display LCDModo Alfanumérico Controlador interno HD 44780
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Display LCDModo Alfanumérico
- Caractere composto em uma matriz de pixels com 8x5
Controlador interno HD 44780
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Display LCDModo Alfanumérico
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Display LCDLigação LCD em microcontrolador PIC
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Display LCDTemporização
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Display LCDTemporização
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Display LCD
Instruções LCD modo alfanumérico
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Display LCD
SequênciaInicialização
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Display LCDSequênciaInicialização
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Display LCD Endereços dos caracteres
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Display LCD Endereços dos caracteres
Observação
Para ilustrar, o endereçamento de um display LCD 16X02 é oseguinte:
Como devemos, obrigatoriamente fazer com que o bit maissignificativo do endereço seja 1, o valor que devemos passarpara o LCD é:
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Display LCD Tabela de Caracteres
Existe uma memória interna pré-programada com caracteres
Tabela conhecida como ROM Code A00
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Display LCD Tabela de Caracteres
Obs. Existem alguns LCD que possuem esta tabela, mas são mais raros e antigos
Tabela conhecida como ROM Code A02
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Display LCD Caracteres especiais
- Pode personalizar 08 caracteres- Armazenados em uma memória RAM – CGRAM- Ou seja, se perdem ao desligar o LCD.- Os endereços 0x00 à 0x07 são reservados para
caracteres criados pelo usuário.- Envia-se para o LCD a condição (0 ou 1) de cada pixel
do caractere em 8 bits.- Para criá-lo, define-se como será com base em uma matriz 5x8
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Display LCD Caracteres especiais
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Display LCD Caracteres especiais
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Display LCD Caracteres especiais
Com o caractere pronto, basta programá-lo na CGRAM enviando a sequência de comando correta;- Primeiro, o comando “SET CGRAM ADRESS” + o
endereço inicial;- Para o primeiro caractere disponível : 00010000;- Em seguida, os 8 bytes que formam o caractere.- Se continuarmos inserindo informações de bytes, o
ponteiro passará para o segundo endereço do caractere e assim por diante;
- Então, para programar os caracteres disponíveis, basta enviar o comando “SET CGRAM ADRESS”+ o endereço 0x00 e passarmos, em seguida, os 64 bytes que formarão os 8 novos caracteres;
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Display Gráfico
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Display GráficoPinagem
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Display GráficoPaginamento
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Display GráficoLigação
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Display GráficoComandos
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MotoresMotor DC Motor-de-passo
Servo-motor
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Motor DC
- Apenas dois fios (os de baixa potência)- Motor “analógico” – varia tensão e corrente, varia torque e velocidade- Necessita drivers de corrente para utilização em microcontroladores
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Motor DC
- Pode se variar a velocidade, também, em modo digital
PWM – Pulse Width Modulation
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Motor DCPWM
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Motor DC
- Também pode ser invertido o sentido de rotação
Ponte H
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Motor-de-passo- Também chamado de motor “digital”- Rotação independe da corrente e tensão aplicada nas fases
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Motor-de-passoTipos
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Motor-de-passoDiagrama de ligação – Motores Unipolares
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Motor-de-passoDiagrama de ligação – Motores Bipolares
Utilização de Ponte H integrada (ou discreta)
Circuito integrado L298
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Motor-de-passoUtilização de controlador adicional – L297
Motor Bipolar
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Motor-de-passoUtilização de controlador adicional – L297
Motor Unipolar
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Motor-de-passo
Modos de Operação
• PASSO COMPLETO• MEIO-PASSO• MICROPASSO
• Passo – incremento mecânico no rotor. Pode ser sentido nos dedos cada passo do motor, pois há engrenagem mecânica em repouso para isso
• Normalmente o motor é classificado pelo número de passos. Ex. 200 passos
• Se um motor tem 200 passos, em cada rotação (360º), significa que cada passo possui 1,8º.
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Motor-de-passoModos de Operação
• PASSO COMPLETONesta condição, supondo que o motor tenha 200 passos por
revolução, cada passo possui 1,8º de resolução. Apenas um enrolamento é acionado por vez *.
• MEIO-PASSOMeio-passo significa que o motor de passo gira a 400 passos
por rotação. Nesse modo, um enrolamento é energizado e, em seguida, dois enrolamentos são energizados de forma alternada, fazendo com que o rotor gire pela metade da distância, ou seja, 0,9°. Embora produza aproximadamente 30% menos torque, o modo meio-passo gera um movimento mais suave que o modo de passo completo.
* Vide exceção posteriormente
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Motor-de-passoModos de Operação
• ObservaçãoExiste, ainda, uma variabilidade no modo de operação normal,
onde dois enrolamentos são acionados por vez AO MESMO TEMPO. Não há variação de velocidade, mas o torque é aumentado significativamente. Óbvio que a corrente de consumo e a dissipação de potência no mesmo dobram.
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Motor-de-passoModos de Operação
• MICROPASSOO micropasso é uma tecnologia que controla a corrente no
enrolamento do motor a um determinado grau que chega a subdividir o número das posições entre os pólos. Há necessidade de acionadores especiais (circuito especial) que são capazes de dividir um passo completo (1,8°) em 256 micropassos, o que resulta em 51.200 passos por rotação (0,007°/passo). Normalmente, o micropasso é utilizado em aplicações que exigem posicionamento exato e movimentos suaves em uma grande variedade de velocidades. Também produz 30% menos torque que o modo de passo completo.
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Motor-de-passoSequência de acionamento dos enrolamentos
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Motor-de-passoControlador de micropasso
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Motor-de-passoControlador de micropasso
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Servo-motor
É um motor DC realimentado em malha fechada- Alta exatidão no controle- Torque alto- Alta velocidade
Micro
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Servo-motorÉ um motor DC realimentado em malha fechada
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Servo-motor
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Servo-motor
Utiliza-se um PWM para controle de posição
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Servo-motor
Utiliza-se um PWM para controle de posição
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Servo-motor
Utiliza-se um PWM para controle de posição
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Servo-motor - Aplicações
Automatic Tinder Finger
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1ª Experiência de LaboratórioProjetar uma fechadura eletrônica para cofres, conforme a figura
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1ª Experiência de LaboratórioEspecificação
-Deverá possuir LCD, teclado matricial, buzzer sonoro e acionador eletromecânico baseado em motor-de-passo-O usuário deverá gravar duas senhas padrão de 04 dígitos na memória de programa.-Uma mensagem texto deverá aparecer apresentando o produto personalizado.-O teclado deverá conter, pelo menos, 0-9, ESC e ENTER-Ao digitar a senha, deve aparecer apenas * na tela, ao mesmo tempo que um beep sonoro curto deve soar a cada pressionar de tecla. Após digitar a senha, validar com ENTER.-Caso erre a senha, ou desista da operação, tecle ESC
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1ª Experiência de LaboratórioEspecificação
-A validação deverá ser visual no LCD com mensagens de senha correta ou incorreta. Caso senha esteja correta, um beep de 01 segundo deve soar e o motor-de-passo deverá acionar um mecanismo indicando a movimentação da lingueta de uma fechadura (acionador mecânico por conta da equipe). -Este mecanismo deverá ficar acionado por 03 segundos e posteriormente deverá recolher automaticamente à posição original.-Um beep sonoro indicando que a senha está correta deve ser acionado concomitantemente.-Caso o usuário digite a senha errada, um beep sonoro diferenciado de 02 segundos indicará senha incorreta. O mecanismo não deve ser acionado.
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1ª Experiência de LaboratórioEspecificação
-A cada tentativa de inserção de senha errada, o sistema deve ficar inerte por aproximadamente 03 segundos, voltando a automático após este tempo.-O teclado não deve possuir bounce-Caracteres estranhos no LCD idem.-Pode utilizar buzzer com oscilador interno