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¿Qué es Arduino?, Conceptos básicos y características.




Arduino es una plataforma abierta que facilita la programación de un microcontrolador (por ejemplo el ATmega32u4), es una plataforma de prototipo electrónico de código abierto (open – source) basada en hardware y software libre y fáciles de utilizar para los creadores y desarrolladores.

El hardware de Arduino consiste en una placa con un microcontrolador generalmente Atmel AVR con puertos de comunicación y puertos de entrada/salida (I/O).

Por otro lado Arduino nos proporciona un  software consistente en un entorno de desarrollo (IDE) que implementa el lenguaje de programación de Arduino, las herramientas para transferir el firmware al microcontrolador y el bootloader ejecutado en la placa. La principal característica del software y del lenguaje de programación es su sencillez y facilidad de uso.


Arduino cuenta con la ventaja de tener entre sus elementos pines de entrada/salida (I/O), lo que le permite conectarse por medio de un cable USB a una computadora para poder trabajar con ella desde nivel software, ya que es dónde se le darán las “ordenes” que ejecutarán cada uno de los componentes conectados a la placa, además, Arduino para operar necesita de una fuente de alimentación externa, lo podemos alimentar desde 7v hasta 12v Dc, o también lo podemos alimentar con el mismo cable que va conectado a la laptop.

¿Para qué sirve Arduino? Arduino se puede utilizar para desarrollar elementos autónomos, conectándose a dispositivos e interactuar tanto con el hardware como con el software. Nos sirve tanto para controlar un elemento, pongamos por ejemplo un motor que nos suba o baje una persiana basada en la luz existente en una habitación, gracias a un sensor de luz conectado al Arduino, o bien para leer la información de una fuente, como puede ser un teclado, y convertir la información en una acción como puede ser encender una luz y pasar por un display lo tecleado.



ARDUINO LEONARDO.

En mi caso utilizare este Arduino, cabe resaltar que hay más tarjetas Arduino, yo escogí este arduino por la cantidad de pines, hay otros mejores, pero para empezar este cae muy bien para hacer nuestros proyectos en electrónica.

Arduino Leonardo es una placa con un microcontrolador ATmega32U4 que permite un diseño mucho más sencillo y económico. Una de las ventajas de este nuevo microcontrolador es que dispone de USB nativo por hardware y por lo tanto no necesita de ninguna conversión serie-USB. También permite a la placa ser utilizada y programada como un dispositivo de entrada para emular un teclado, ratón, etc.

Tiene 20 pines digitales de entrada/salida, de los cuales 7 pueden ser usadas como salidas PWM y 12 como entradas analógicas.


El puerto de comunicación USB es emulado, por tanto, deja el puerto serial hardware libre para la programación, De esta forma ya no ocurren conflictos de programación mientras tenemos periféricos serial conectados a la placa.




CARACTERÍSTICAS DEL ARDUINO LEONARDO
Microcontrolador: ATmega32u4.
Tensión de funcionamiento: 5v DC
Alimentación recomendad: 7v – 12v DC
Pines I/O Digitales: 20
Pines PWM : 7
Entradas Analógicas : 12
Corriente máxima de los pines I/O: 40 mA
Corriente máxima del pin 3.3v : 50 mA
Memoria flash : 32KB (4KB usados para el bootloader)
SRAM: 2.5 KB
EEPROM interna: 1 KB
Velocidad: 16 MHz






















Voltaje de alimentación para Arduino.

La placa Arduino Leonardo, puede ser alimentada a través de la conexión micro USB o con una fuente de alimentación externa. La fuente de alimentación se selecciona automáticamente.


Para usar alimentación externa (no mediante USB), ésta puede venir de una pila de 9v con un conector tipo Jack Macho de 2.1mm con centro positivo a la toma de alimentación de la placa, esta alimentación es la que yo les recomiendo, les dejo una foto de cómo va conectado la pila con el Arduino.


La placa puede operar mediante una alimentación externa de 7 a 12 Voltios DC. En caso de alimentar la placa con menos de 7 Voltios, el regulador de 5 Voltios puede no llegar a este valor y la placa podría volverse inestable. Sin embargo, si utilizamos más de 12 voltios, el regulador de tensión puede sobrecalentarse y llegar a dañar nuestra placa. Por lo tanto, el rango recomendado de alimentación es de 7 a 12 Voltios.

Los pines de alimentación son los siguientes:
  • VIN. El voltaje de entrada a la placa Arduino cuando se utiliza una fuente de alimentación externa (a diferencia de 5 Voltios de la conexión USB o de otra fuente de alimentación regulada). Se puede suministrar tensión a través de este pin, por este pin lo podemos alimentar desde 7v hasta 9v DC.
  • 5V. Fuente de alimentación regulada usada para alimentar el microcontrolador y otros componentes en la placa (por este pin debemos de conectarlo 5v).
  • 3.3V. Un suministro de 3.3 Voltios, generados por el integrado. Consumo de corriente máxima: 50 mA.
  • GND. Pines de negativo o tierra (0 Voltios).
  • IOREF. Tensión a la cual los pines de entrada y salida están funcionando.
Microcontrolador.

El ATmega32u4 que incorpora el Arduino Leonardo, posee 32 KB (4 KB utilizados para el bootloader). También ofrece 2,5 KB de SRAM y 1 KB de EEPROM (los cuales pueden ser leídos y escritos con la librería EEPROM).

Entradas y salidas I/O.

Cada uno de los 20 pines digitales de entrada/salida que posee la placa, se pueden utilizar mediante las funciones de siempre: pinMode(), digitalWrite() o digitalRead().

Cada uno de los 20 pines de I/O digitales se pueden utilizar como entrada o salida, usando las funciones pinMode()digitalWrite() y digitalRead(). Cada pin nos proporcionará un máximo de 40 mA y, tampoco podrá recibir más de este valor.
  • Serial: 0 (RX) y 1 (TX). Se utiliza para recibir (RX) y transmitir (TX) datos serie TTL con la capacidad de hardware serie del ATmega32U4. Hay que tener en cuenta que, en Arduino Leonardo, la clase Serial se refiere a la comunicación USB (CDC); para serie TTL en los pines 0 y 1, utilizaremos la clase Serial1.
  •  IST: 2 (SDA) y 3 (SCL). Soportan la comunicación TWI utilizando la librería Wire.
  • Interrupciones externas: 2 y 3. Estos pines se pueden configurar para desencadenar una interrupción en un valor bajo, un flanco ascendente o descendente, o un cambio en el valor.
  • PWM: 3, 5, 6, 9, 10, 11 y 13. Proporcionan 8-bit de salida PWM con la función analogWrite ().
  •  SPI: en la cabecera de ICSP. Estos pines soportan la comunicación SPI utilizando la librería SPI. Debemos tener en cuenta que los pines de SPI no está conectados a cualquiera de los pines digitales de entrada/salida, como están en Arduino UNO.  Sólo están disponibles en el conector ICSP.
  • LED: 13. Hay un LED smd conectado al pin digital 13. Cuando el pin tiene valor alto, el LED está encendido, cuando se pasa a valor bajo, el led se apaga. 
  • Entradas Analógicas: A0-A5, A6 – A11 (en los pines digitales 4, 6, 8, 9, 10, y 12). La placa Arduino Leonardo tiene 12 entradas analógicas, las cuales van desde A0 hasta A11. También pueden ser utilizadas como entradas/salidas digitales. Los pines A0-A5 están situados en el mismo lugar que en Arduino UNO; las entradas A6-A11 se corresponden con las entradas/salidas digitales de los pines 4, 6, 8, 9, 10 y 12, respectivamente. Cada entrada analógica puede proporcionar 10 bits de resolución, es decir 1024 valores diferentes (desde 0 hasta 1023). Por defecto, la medida de las entradas analógicas van desde 0 a 5 Voltios, aunque se puede cambiar el extremo superior de su rango con el pin AREF y la función  analogReference().
  • AREF. Tensión de referencia para las entradas analógicas. Se utiliza con analogReference().
  • Reset: reinicia el microcontrolador.

Comunicación.

La placa Arduino Leonardo ofrece importantes facilidades para obtener comunicación con un ordenador, otro Arduino o incluso con otros microcontroladores. El ATmega32u4 incorpora comunicación serie UART TTL (5 Voltios) disponible en los pines digitales 0 (RX) y 1 (TX), los cuales se han comentado anteriormente.

Este microcontrolador también nos permitirá establecer una comunicación serial a través de USB (CDC) y aparecer como puerto COM virtual con en nuestro sistema operativo. El integrado también actúa a modo de dispositivo de máxima velocidad USB 2.0, utilizando los drivers estándar de COM USB. Para Windows, se necesitará un archivo con extensión .inf.

El IDE de Arduino incluye un monitor de puerto serie que nos va a proporcionar la opción de transmitir texto desde la placa Arduino y, hacia la misma. Ya sabemos que los LEDs TX y RX de la placa parpadearán cuando se transmitan datos a través de la conexión USB al ordenador (pero no para la comunicación de serie en los pines 0 y 1).

Para establecer una comunicación serie en cualquiera de los pines digitales de Arduino, usaremos la librería SoftwareSerial.

El ATmega32u4 también es compatible con la comunicación I2C (TWI) y SPI. El IDE de Arduino incluye la librería Wire, para simplificar el uso del bus I2C. La librería SPI la utilizaremos para la comunicación SPI. Mediante Arduino Leonardo, podemos emular un teclado y un ratón genérico, y puede ser programado para controlar estos dispositivos de entrada utilizando clases Keyboard & Mouse.

Programación.

La placa Arduino Leonardo se programará con el software de Arduino y, tan sólo deberemos elegir el modelo de placa que vamos a utilizar.

Protección contra cortocircuitos.

La placa Arduino Leonardo posee un polifusible reseteable que protege los puertos USB de nuestro ordenador de las variaciones de corriente. Aunque, si no todos, la mayoría de los ordenadores ofrecen una protección interna, el fusible nos proporciona una protección extra. Si aplicamos más de 500 mA al puerto USB del ordenador, el fusible automáticamente corta la conexión hasta que el cortocircuito o sobrecarga desaparezca.

Hasta aquí ya tenemos una teoría básica de Arduino, les sugiero que visitan la página oficial de Arduino, allí encontrarán bastante teoría del mismo, les recomiendo leer la página, ahora si podemos hacer dos pequeños ejemplos, el primero será como encender y apagar un led, y más abajo veremos un secuencial con 5 les muy llamativo.

1er ejemplo:


Primero vamos a realizar el diagrama, de acuerdo a eso vamos a realizar la programación. 


Ahora si procedemos hacer la programación, en si encender y apagar un led en Arduino es muy simple, además podemos extraerlo del mismo programa de Arduino, mas abajo les dejare para que lo descarguen la programación.

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void setup() {                    // Colocamos o escribimos aquello que debemos ejecutar una sola vez
 
  pinMode(13, OUTPUT);        // se inicia con el pin 13 como salida

}

                            
void loop() {                     // la funcion loop es el que se ejecuta un numero infinito de veces
 
  digitalWrite(13, HIGH);    // se enciende el led en nivel alto
  delay(3000);                    // el led esta encendido por 1 segundo
  digitalWrite(13, LOW);     // se apaga el led
  delay(500);                      // se apaga el led por 1 segundo

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


Este código lo cargamos al Arduino por medio del cable usb, a continuación, les dejo una foto del circuito en una protoboard.



La siguiente programación será hacer un circuito secuencial con diodos leds, primero diseñamos el diagrama.


Ahora si vamos a la programación, a continuación, les dejo el código.

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

int tiempo = 1000;               // Variable tiempo 150 milisegundos
int pin;                        // variable pin

void setup()

{
  for(pin = 0; pin <= 4; pin++)    // aqui agregamos el ciclo for, pines a utilizar 0,1,2,3,4
{
    pinMode(pin, OUTPUT);          // pines del arduino 0,1,2,3,4 se configuran como salida
  }
}

void loop()                       // Empesamos con el secuencial con leds

{
  for(pin = 0; pin <= 4; pin++)   // los leds se encenderan y apagaran de a uno en forma creciente
{
      digitalWrite(pin, HIGH);    // los leds se encienden        
      delay(tiempo);
      digitalWrite(pin, LOW);     // los leds se apagan
      delay(tiempo);
 }

   for(pin = 4; pin >= 0; pin--)    // los leds se encenderan y apagaran de a uno en forma decreciente
{
      digitalWrite(pin, HIGH);      // los leds se encienden  
      delay(tiempo);
      digitalWrite(pin, LOW);       // los leds se apagan
      delay(tiempo);
 }

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Una vez que hayamos compilado el código y este todo ok, ahora si vamos ensamblar el circuito en la protoboard, y luego cargamos el código, les dejo mi circuito en la protoboard.




Hasta aquí ya tenemos una idea de que es Arduino y de cómo empezar a programarlo, a continuación, les dejo un vídeo, donde allí explicamos conceptos básicos de Arduino, pines del mismo, voltaje de alimentación, en si todas sus características, y por último la programación, les recomiendo que vean el siguiente vídeo.



Ahora vamos a realizar una secuencia de leds muy llamativo, realizaremos unas 8 secuencias de con leds, pero podríamos hacer más secuencias, esa tarea les dejo para ustedes, a continuación, les dejo el diagrama de las secuencias de leds, vamos hacer una secuencia con 12 diodos leds, como lo vemos en la siguiente imagen.



El código fuente de Arduino les dejo más abajo, en los links de descarga, en el siguiente video explicamos paso a paso de cómo hacer la secuencia de leds (8 secuencias), allí les explico cómo programar y cargar el código al Arduino y a la ves explico el ensamble en la protoboard.

Vídeo.




Link s de descarga:

1.- Ejemplo 1 (como encender y apagar un led)

2.- Ejemplo 2 (secuencial con diodo leds)

https://mega.nz/#F!HMBgxa5L!GUAntOp_PMtApAEeV-1EMw

3.- Secuencial con leds código arduino, 8 secuencias, con 12 diodos leds.



Gracias por visitar mi blog,cualquier duda me comentan.

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