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28/11/2011

MICROCONTROLADORES | CRISTINA ARISTIZABAL/NATHALYTINAJERO/NICOLAS VIVAR

ESPEROBOTSEGUIDORDELINEACONTINUAYDESTREZACOMPLETA


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TEMA

Robot seguidor de lnea continua y destreza completa.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Disear un carro seguidor de lnea continua y entrecortada por medio del pic16F877A en lenguaje ensamblador.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Realizar un programa utilizando el pic 16F877A que permita controlar la velocidady sentido de giro de dos motores de (corriente continua / paso a paso) en funcinde la informacin entregada por los sensores.

Acoplar las seales de control con las de potencia para que el circuito puedafuncionar correctamente

Crear un diseo en donde se acople un soporte que contenga los motores, lasllantas, los sensores y el pic, desarrollando as un carro.

Colocar los sensores cny70 en una posicin correcta dentro del soporte para quelea la lnea y que el carro no se encuentre fuera de lugar.

MARCO TEORICO:

L293D

El integrado L293D incluye 4 circuitos par manejar cargas de potencia media, en especial

pequeos motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta

600mA en cada circuito y una tensin entre 4.5v a 36v.

Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas

de todo tipo y en el caso de ser motores, manejar un nico sentido de giro .Cualquiera de

estos 4 circuitos sirve para configurar la mitad del puente H.

El integrado permite formar 2 puentes H complejos, con los que se puede realizar el

manejo de dos motores. El manejo ser bidireccional con frenado rpido y con posibilidadde implementar fcilmente control de velocidad.

Alimentacin, patillas 4, 5, 8, 12,13 y 16.

Patillas 4,5,12 y 13 Todas ellas conectadas a masa (GND), poco que explicar.

Patilla 8Entrada de alimentacin de motores (Vm).

Patilla 16 Entrada de alimentacin del propio L293D (Ve).


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Puente H n1, patillas 1,2,3,6 y 7.

Patilla 1 (EN1) [enable1], si recibe un 1 lgico (5V aprox) habilita las salidas out1 y out2,

caso contrario ambas patillas quedaran bloqueadas.

Patillas 2 y 3 (in1 y out1), si in1 recibe un 1 lgico, la patilla out1 se comportar como

suministradora de alimentacin de motores (Vm) y en caso de recibir un 0 lgico se

comportar como masa (GND).

Patillas 6 y 7 (in2 y out2), comportamiento idntico a in1 y out1.

Puente n2, patillas 9, 10, 11,14 y 15.

Funcionamiento idntico a las patillas del puente H n1

JP1

Que es JP1 y para qu sirve?... bien, JP1 es un puente o jumper, al cerrarlo con un

conector especficamente fabricado para ello ambas puntas hacen contacto por lo que en

nuestro circuito todas las pistas de alimentacin estn unidas lo que significa que tanto los

motores como el propio L293D funcionan con la misma alimentacin. En caso de quitar


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dicho conector las puntas dejan de hacer contacto por lo que ahora tenemos la posibilidad

de alimentar motores con una tensin diferente de la que alimenta el L293D.

Motor DC

A la hora de elegir un motor para aplicaciones de microbtica, debemos tener en cuentaque existen varios factores como son la velocidad, el par, el frenado, la inercia y el modode control.

Si lo que queremos es utilizar un motor de corriente continua, existen varias posibilidadesen el mercado.

Motores de corriente continuaDentro de la gran variedad de tipos existentes en el mercado, los ms econmicos son los

que se utilizan en algunos juguetes, pero tienen el inconveniente de que su nmero derevoluciones por segundo (RPS) es muy elevado, lo que nos los hace muy apropiados parala construccin de un microbot que por ejemplo, siga una lnea, si no se utilizan reductoresadicionales o un sistema de regulacin electrnico. Vea las figs. 1 y 2.

Motores de corriente continua con reductoresEn los juguetes del tipo Mecano o Lego, podemos encontrar motores con reductores o


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sistemas reductores para acoplar a los motores. Esta es una buena opcin si se dispone deellos, en caso contrario, existen en el mercado motores reductores como los que semuestran en la siguiente tabla con figuras, que adems de disminuir la velocidad le danms potencia al microbito para mover por su estructura y la batera (que

proporcionalmente pesa mucho) y otros objetos para lo cual se necesita disponer de

motores con buen par de arranque. En las figuras 3 a 6 podemos observar diferentes tiposde motores.

Motor DC con caja reductora

Motor de corriente continua de 12V con caja reductora est especialmente indicado para

su utilizacin en robots, ya que proporciona 200 revoluciones por minutos en vaco con un

consumo de 60 mA. El eje del motor es de 6 mm y se acopla perfectamente con los

diferentes casquillos y adaptadores de ruedas de robots. Existe unsoporte de aluminio

S360214que facilita el montaje en cualquier superficie. Fuerza: 4,6 Kg/cm

Estos tipos de motores son los ms simples y que podemos encontrar cotidianamente enjuguetes, consta de una bobina, la cual al alimentarla crea un campo magntico que esatrado por los imanes generando la rotacin. Dependiendo de la polarizacin es laorientacin del rotor.
http://www.superrobotica.com/S360214.htmhttp://www.superrobotica.com/S360214.htmhttp://www.superrobotica.com/S360214.htmhttp://www.superrobotica.com/S360214.htmhttp://www.superrobotica.com/S360214.htmhttp://www.superrobotica.com/S360214.htm


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Cny70

El Sensor ptico reflexivo con salida a Transistor

Descripcin:

El CNY70 es un sensor ptico reflexivo que tiene una construccin compacta dnde el

emisor de luz y el receptor se colocan en la misma direccin para detectar la presencia de

un objeto utilizando la reflexin del infrarrojo sobre el objeto.

La longitud de onda de trabajo es 950nm. El detector consiste en un fototransistor.

Aplicaciones:

Escner optoelectrnico y detector de movimiento de objetos es decir, sensor de ndice,

lectura de discos codificados etc., (codificador optoelectrnico montado como sensor de

cambio de marcha).

Caractersticas:

La construccin compacta con distancia de del centro-a-centro de 0.1 ' (pulgadas)entre emisor y receptor

No necesita ningn ambiente especial Seal de salida alta El coeficiente de temperatura bajo Detector provista de filtro ptico El ratio de corriente de transferencia (CTR) tpico es del 5% Cdigo Distancia del sensor Valores mximos absolutos Tensin Inversa VR 5 V Corriente Directa IF 50 mA

Corriente directa de Sobretensin Tp< 10 ms IFSM 3 A disipacin de Potencia Tamb 25C PV 100 mW Temperatura de la unin Tj 100 CSalida (Detector) Parmetro Condiciones de Test Smbolo Valor Unidades Tensin Colector Emisor VCEO 32 V Tensin Colector Emisor VECO 7 V Corriente de Colector IC 50 mA


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Disipacin de Potencia Tamb 25C PV 100 mW Temperatura de la unin Tj 100 CAcoplamiento Parmetro Condiciones de Test Smbolo Valor Unidades Disipacin total del potencia Tamb 25C Ptot 200 mW

Rango de temperatura ambiente Tamb -55 a +85 C Rango de temperatura de almacenamiento Tstg -55 a + 100 C Temperatura de soldadura Tsd 260 C

Caractersticas Elctricas (Tamb = 25C)

Entrada ( Emisor) Parmetro Condiciones de Test Smbolo Min Typ Max Unidades Corriente Directa IF = 50 mA VF 1.25 1.6 V Salida ( Detector) Parmetro Condiciones de Test Smbolo Min Typ Max Unidades Tensin Colector Emisor IC = 1mA VCEO 32 V Tensin Colector Emisor IE = 100 mA VECO 5 V Corriente de fuga VCE = 20V. IF =0, E=0 ICEO 200 nA Acoplamiento Parmetro Condiciones de Test Smbolo Min Typ Max Unidades Corriente de Colector VCE = 5V, IF = 20 mA. Tensin Colector Emisor de saturacin IF = 20 mA. IC = 0,1 mA, d=0.3 mm

Como ya hemos visto el CNY70 tiene cuatro pines de conexin que se correspondencon el emisor, colector del transistor y al nodo y ctodo del diodo emisor, en la figura

de las vistas donde se indica rea Marcada, se muestra la inscripcin con letras

blancas del fabricante. Se pueden utilizar cualquiera de los siguientes montajes para su

utilizacin que permiten obtener a la salida un nivel alto o un nivel bajo respectivamente

cuando estn activados por la reflexin del haz infrarrojo.


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7805

78xxes la denominacin de una popular familia de reguladores de tensinpositiva. Es un

componente comn en muchas fuentes de alimentacin. Tienen tres terminales (voltaje de

entrada, masa y voltaje de salida) y especificaciones similares que slo difieren en la

tensin de salida suministrada o en la intensidad. La intensidad mxima depende delcdigo intercalado tras los dos primeros dgitos.

el 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se loutiliza es elTO220, aunque tambin se lo encuentra en encapsulados pequeos de montajesuperficialy en encapsulados grandes y metlicos (TO3).

La tensin de alimentacin debe ser un poco ms de 2 voltios superior a la tensin queentrega el regulador y menor a 35 volts. Usualmente, el modelo estandar (TO220)soporta corrientes de hasta 1A aunque hay diversos modelos en el mercado con corrientesque van desde los 0'1A. El dispositivo posee como proteccin un limitador de corrientepor

cortocircuito, y adems, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel decorriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compaas, entre las que seencuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductory ST Microelectronics.

El ejemplar ms conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lohace sumamente til para alimentar dispositivos TTL.

PIC-16F877A

El PIC-16F877A es un microcontrolador producido por Microchip, es de gama media yposee caractersticas que lo hacen muy funcional. Es un PIC de 40 pines que posee lassiguientes prestaciones:

Procesador de arquitectura RISC avanzada.
http://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/TO220http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficialhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=TO3&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Limitador_de_corriente&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/National_Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fairchild_Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_TTLhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_TTLhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fairchild_Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/National_Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Limitador_de_corriente&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=TO3&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficialhttp://es.wikipedia.org/wiki/TO220http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3n


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Juego de 35 instrucciones con 14 bits de longitud. Todas ellas se ejecutan en unciclo de instruccin menos las de salto que tardan 2.

Frecuencia de 20 MHz. Hasta 8K palabras de 14 bits para la memoria de cdigo, tipo flash. Hasta 368 bytes de memoria de datos RAM. Hasta 256 bytes de memoria de datos EEPROM. Hasta 14 fuentes de interrupcin internas y externas. Pila con 8 niveles. Modos de direccionamiento directo, indirecto y relativo. Perro guardin (WDT). Cdigo de proteccin programable. Modo Sleep de bajo consumo. Programacin serie en circuito con 2 pines. Voltaje de alimentacin comprendido entre 2 y 5.5 voltios. Bajo consumo (menos de 2 mA a 5 V y 5 MHz).


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Rueda loca metlica

Hablando de los motores:

Si se desea que ambos ejes giren en el mismo sentido se introduce una rueda dentada

denominada 'rueda loca' entre el engranaje impulsor o motor y el impulsado. La rueda locagira en sentido opuesto al eje impulsor, por lo que mueve al engranaje impulsado en el

mismo sentido que ste. En cualquier sistema de engranajes, la velocidad del eje

impulsado depende del nmero de dientes de cada engranaje. Un engranaje con 10

dientes movido por un engranaje con 20 dientes girar dos veces ms rpido que el

engranaje impulsor, mientras que un engranaje de 20 dientes impulsado por uno de 10 se

mover la mitad de rpido. Empleando un tren de varios engranajes puede variarse la

relacin de velocidades dentro de unos lmites muy amplios.

MATERIALES:

PIC 16F877A 3 sensores cny70 2 Reguladores de voltaje 7405 Un controlador de motor (integrado)L293D 2 Motores DC con caja reductora 2 llantas Cristal de 4Mhz

Dos Bateras de 9 v Cable de proto Una base de acrlico Placa prototipo 3Diodos led Resistencias


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Tornillos y tuercas Cable tipo bus y utp. Conectores Rueda pivote Cinta doble faz

EXPLICACION DEL CIRCUITO:

ESTRUCTURA:

El circuito bsico se elabor en una placa prototipo, que estaba adherida a la caja reductora de los

motores y a la rueda pivote.

En la placa prototipo se elabor un circuito que nos mostrara el funcionamiento de los motores,esto se construy con un dipswitch que simula las seales de los sensores y dependiendo de su

estado los motores hacen que el prototipo se mueva hacia adelante, hacia la derecha o hacia la

izquierda.


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Luego se colocaron los sensores CNY70, dos para el seguidor de lnea continua (velocidad), de igual

forma solo se los aadi a la placa prototipo. Las pruebas resultaron satisfactorias en una pista de

este tipo.

Al terminar las pruebas iniciales de lnea continua se procedi a armar la estructura del robot, al

principio se coloc la placa prototipo entre dos placas de madera, pero luego se colocaron las

placas de acrlico transparente. La placa superior sostena al protoboard y la inferior a las bateras

y era la base de los sensores la rueda pivote y los motores.


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SENSORES:

Los sensores son los elementos ms importantes del robot, no solo por su funcionamiento sino

tambin por la posicin en la que se encuentran, en la estructura los sensores se colocaron sobre

una barra de plstico que se sujetaba a la placa de acrlico gracias a unos tornillos, cabe destacar

que los sensores podan cambiar de posicin.

En nuestro caso para la pista de velocidad se utilizaron dos sensores que se ubicaron cerca de los

motores.


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Y para la pista de destreza se usaron tres sensores que se colocaron de la siguiente manera.

BATERAS:

Se tuvienron que utilizar dos bateras de 9 voltios reguladas a 5 voltios para alimentar el PIC

(control) y para alimentar el controlador de los motores (potencia).

La explicacin del programa se detalla a continuacin.

EXPLICACION DEL PROGRAMA:

A travs del PIC 16F877A se recibirn las seales de los sensores y con ello se determinarn las

acciones correctivas que se deben realizar para cada uno de los casos que puedan presentarse. En

nuestro caso, se han realizado dos programas para realizar este control, uno para la pista de

velocidad y otro para la pista de destreza.

ETAPA DE CONTROL


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Programa Seguidor de lnea (Velocidad):

La siguiente tabla describe los posibles estados de los sensores y las acciones correctivas

que se tomaron en cada caso (salidas a los motores).


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SENSORES MOTORES

S1 S2 M1 M2

0 0 01 100 1 10 011 0 10 10

1 1 10 00

Donde 0 significa que el sensor esta fuera de la lnea y 1 indica que est dentro de ella.

CASO S1=0 Y S2=0:

Los dos sensores se encuentran fuera de la lnea. Ya que los sensores van a seguir la lnea

derecha, esto quiere decir que el mvil se ha desviado hacia la derecha, por lo que la

accin correctiva es girar hacia la izquierda para que regrese al borde de la lnea. Para

lograr esto y dar un giro brusco hacia la izquierda, el motor 1 girar hacia atrs y el motor

2 girar hacia adelante.

LNEA

S1 S2

M1 M2


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CASO S1=0 Y S2=1:

El sensor 1 est fuera de la lnea y el sensor 2 est dentro de ella, esto quiero decir que el

mvil se encuentra ligeramente desviado hacia la izquierda, por lo que la accin correctiva

es girar hacia la derecha girando el motor 1 hacia adelanta y el motor 2 hacia atrs.

CASO S1=1 Y S2=0:

El sensor 1 est dentro de la lnea y el sensor 2 est fuera de la misma, ello demuestra queel mvil se encuentra en el borde derecho y la accin a tomar en este caso es que siga

adelante. Para esto, el motor 1 y el motor 2 giran hacia adelante.

LNEA

S1 S2

M1 M2

LNEA

S1 S2

M1 M2


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CASO S1=1 Y S2=1:

En este caso tanto el sensor 1 como el sensor 2 estn sobre la lnea, por lo que la accin

correctiva en este caso es girar hacia la derecha para que regresen a seguir el bordederecho. El giro debe ser suave ya que la desviacin del mvil es pequea. El motor 1 debe

girar hacia adelante y el motor 2 debe detenerse.

Programa Seguidor de Lnea (Destreza):

El programa realizado para la parte de destreza se sigue la misma lgica explicada

anteriormente. Se aade un tercer sensor frente a los anteriores para darle mayor

estabilidad en los giros bruscos al detectar si existe o no lnea delante de los otros dos

sensores para evitar q el mvil se confunda en cuando S1 y S2 estn en blanco, es decir,

cuando hayan perdido la lnea.

SENSORES MOTORES

S1 S2 S3 M1 M2

0 0 01

0110

1001

0 1 10 011 0 10 101 1 10 00

LNEA

S1 S2

M1 M2


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En el caso en el que tanto S1 y S2 est en cero, se verificar si S3 esta en 1 o en 0, con el fin

de que el mvil no se pierda y comience a girar bruscamente.

Si S3=0, el mvil girar a la izquierda, motor 1 girar hacia atrs y motor 2 girar hacia

adelante.

Si S3=1, el mvil girar a la derecha, motor 1 girar hacia adelante y motor 2 girar hacia

atrs.

DIAGRAMA DE FLUJOS:

Seguidor de lnea (velocidad):

S3

NO

NO

SI

SI

INICIO

RA1=1

RA0=0

RA0=1

M1 ATRS Y M2

ADELANTE (GIRO

IZQUIERDA)

M1 ADELANTYE Y M2

ATRS (GIRO

DERECHA)M1 ADELANTE Y

M2 ATRS (GIRO

DERECHA)

M1 Y M2

ADELANTE

SI

NO


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Seguidor de lnea (destreza):

CONCLUSIONES:

Al aumentar un sensor ms para el seguidor de lnea en destreza, se logr controlar demejor manera el giro que el mvil realizaba cuando los otros dos sensores estaban en cero

pues funcion como un indicador para asegurarse que delante existe o no lnea y realizar

las correcciones pertinentes de inmediato.Al poder tener los sensores mviles, se pudo obtener un mejor rendimiento en la parte de

destreza ya que gracias al algoritmo de programacin si el sensor que estaba al frente

tena una distancia ms grande, poda leer de mejor manera la lnea entrecortada.

La velocidad en los motores definen si el robot puede o no atravesar la pista, sin embargonuestro robot al ser bastante rpido tuvo problemas de inercia lo que le hizo perderse en

ms de una ocasin.

SI

NO

NO

SI

SI

INICIO

RA1=1

RA0=0

RA0=1

M1 ADELANTE Y M2

ATRS (GIRO

DERECHA)

M1 ADELANTE Y

M2 ATRS (GIRODERECHA)

M1 Y M2

ADELANTE

SI

NO

RA2=0

M1 ATRS Y M2

ADELANTE (GIRO

IZQUIERDA)

M1 ADELANTE Y M2

ATRS (GIRO

DERECHA)

NO


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El usar dos bateras reguladas a 5 voltios cada una aumentaron la vida til de las mismasya que los picos de corriente generados al encender los motores se absorban en el

regulador.

RECOMENDACIONES:

Se recomienda realizar los circuitos en una placa fija, ya que en la placa prototipo lasconexiones pueden fallar y causar problemas y daos al circuito.

Observar la pista por la cual se va a atravesar es necesario para poder colocar los sensoresde la mejor manera para que el robot la atraviese sin problemas.

Siempre utilizar reguladores de voltaje para las bateras ya que sino la carga de las mismasse agota rpidamente, sobre todo si es la batera que controla la potencia.

Realizar un programa slido que permita el mejor desempeo del robot y disear unaestructura slida para el robot.

BIBLIOGRAFIA:

Motor DC[en lnea ].wikipedia la enciclopedia libre.http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

[consulta:20/11/2011]

Controlador de motor[en linea]http://es.wikipedia.org/wiki/controlador demotor[consulta:20/11/2011]

PIC16f877a[en linea]http://www.app-distribuciones.com/index.html?lang=es&target=d9.html[consulta:20/11/2011]

Datasheets [en lnea]http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/2/9/3/L293DN.shtml[c

onsulta:20/11/2011]
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/controladorhttp://www.app-distribuciones.com/index.html?lang=es&target=d9.htmlhttp://www.app-distribuciones.com/index.html?lang=es&target=d9.htmlhttp://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/2/9/3/L293DN.shtmlhttp://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/2/9/3/L293DN.shtmlhttp://www.app-distribuciones.com/index.html?lang=es&target=d9.htmlhttp://www.app-distribuciones.com/index.html?lang=es&target=d9.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/controladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua


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DIAGRAMAS DE CIRCUITOS:

VELOCIDAD:


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DESTREZA:


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ANEXOS:

Documents

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