Este curso introduce al alumno a la electrónica y los Arduinos, comenzando desde lo más básico de un circuito eléctrico y finalizando con el diseño de circuitos de baja complejidad empleando dispositivos electrónicos programables. Durante el curso los alumnos aprenderán los fundamentos básicos de la electricidad y de la electrónica, conocerán los diferentes bloques empleados en el diseño de un circuito electrónico, aprenderán las bases del diseño de circuitos analógicos y digitales, y serán introducidos a la programación de estos últimos empleando la plataforma Arduino. El curso apunta a estudiante de último año de educación escolar y primer año de educación universitaria, o cualquier otro alumno con suficiente motivación como para llevar a cabo sus propios experimentos y seguir aprendiendo en el futuro. Si bien no es un requisito esencial, los alumnos que tengan nociones de cálculo diferencial e integral podrán entender mejor algunos tópicos específicos, que no son estrictamente necesarios para concluir el curso. El curso incluye demostraciones de dispositivos electromecánicos sencillos controlados mediante un Arduino. Cada circuito demostrativo lleva asociado un diagrama de conexiones y un programa, ambos debidamente explicados, para facilitar que sean replicados por los alumnos empleando la plataforma Arduino.
Primeros pasos: hardware
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Del curso dictado por Pontificia Universidad Católica de Chile
Electrones en Acción: Electrónica y Arduinos para tus propios Inventos
1306 calificaciones
Pontificia Universidad Católica de Chile
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De la lección
Introducción a la plataforma Arduino
Este módulo describe la plataforma Arduino, tanto en el hardware, el software, su conectividad a diferentes periféricos, y su programación.
Conoce a los instructores
Angel AbuslemeProfesor Asociado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Cristobal AlessandriEstudiante de Doctorado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
[AUDIO_EN_BLANCO]
Hola. Seguimos con los primeros
pasos para entender cómo usar la plataforma
Arduinos Y ahora nos vamos a centrar un poco más en lo que es el hardware.
Ya hemos visto esta tarjeta de desarrollo.
Ahora vamos a ver un poco más en detalle qué es lo que hay acá.
Primero por supuesto, lo que es más importante es el microcontrolador.
Esta placa es un microcontrolador Atmega
que no son microcontroladores que funcionen solo con Arduinos.
Uno puede usarlo de forma independiente.
Pero, en general,
las tarjetas de desarrollador Arduinos usan estos procesadores,
que tienen bastantes buenas funcionalidades.
Además, tenemos aquí
un puerto para conectar alimentación que pasa por reguladores de voltaje.
Ya vamos a hablar más de esto en el módulo tres.
y estos reguladores de voltaje permiten generan cinco volt y 3,3 volt.
Cinco volt son los que se usan para alimentar mi microcontrolador,
y toda la lógica de mi microcontrolador funciona con cinco volt.
Los 3,3 volts se usan para alimentar algún circuito externo.
¿Qué más tenemos acá?
Tenemos un oscilador que cómo hablábamos en un principio,
se necesita un oscilador para que le de las señales de reloj al microcontrolador,
y eso es básicamente lo que controla el circuito secuencial.
Tenemos un conector USB que nos permite programar el microcontrolador y además
nos permite comunicarnos con él por puerto serial, como lo veremos más adelante.
Además tenemos salidas o entradas digitales,
salidas o entradas analógicas y algunas salidas o entradas especiales,
de las que vamos a hablar un poco más adelante,
que son el puerto serial, las salidas PWM, etcétera.
Además, tenemos un botón de reset para reiniciar el programa.
Y algunos elementos pasivos que son, básicamente, por estabilidad de voltaje.
Y acá hay otros componentes de los que no nos vamos a preocupar que, básicamente,
se encargan de realizar la comunicación USB,
realizar la programación con el microcontrolador.
Pero esas son afortunadamente, cosas que vienen listas,
y de las que nosotros jamás nos vamos a preocupar.
Algunos datos relevantes de esta tarjeta, como les decía,
tiene un microcontrolador Atmega,
opera con cinco volt el voltaje de entrada que puede recibir está entre siete y 12.
¿Por qué? Porque como tiene reguladores de voltaje
es relativamente insensible a estos voltajes.
Este es el voltaje recomendado pero aún así puede aguantar voltajes de hasta
seis a 20 volt.
Por lo tanto es bastante insensible al voltaje que le pongamos.
Podemos usar una batería bastante estándar.
14 pines de entrada y salida, seis de entrada analógica.
Y esto es super relevante, puede entregar hasta 40 miliamperios por cada pin.
Y, como decíamos, que podemos usar el puerto de 3,3 volt para alimentar
otros circuitos, esta salida puede entregar hasta 50 miliamperios.
Entonces estos son aspectos super relevantes que tenemos que considerar
cuando, por ejemplo, estemos trabajando con motores.
Aquí hay un poco más de información sobre la memoria.
No nos vamos a centrar mucho en eso.
La velocidad del clock son 16 megahertz
y las dimensiones son de un microcontrolador.
Entonces, ahora vamos a hablar de los protoboards.
Algo de esto ya hablamos antes pero ahora vamos a tratar de entender como funcionan.
Los protoboards se usan para conectar componentes entre ellos.
Por ejemplo, si yo tengo una resistencia que tiene dos terminales,
estos terminales son básicamente unas patas como alambre
yo puedo conectar estas patas usando estos hoyos.
Entonces, por ejemplo, yo puedo poner una resistencia conectada aquí.
Aquí tenemos la resistencia.
Ahora, todos estos hoyos están conectados entre ellos.
Y no están conectados con la siguiente fila.
Por lo tanto, si yo quiero conectar algo a esa resistencia, por ejemplo, un cable,
puedo poner el cable en este hoyo y esos dos puntos van a estar conectados.
¿Qué más está conectado acá?
Toda esta línea normalmente está conectada.
Por lo tanto, esta línea y esta otra, en ambos lados,
se usan normalmente para dar las alimentaciones de por ejemplo,
cinco volts y tierra que yo voy a usar, muchas veces, en todo el circuito.
Esta línea que está acá no está conectada con la del frente.
Entonces, tengo estas conexiones,
cada una por separado independiente de la del frente, todas estas son un solo nodo.
Y todas estas conexiones por separado.
Veamos cómo funciona esto en un protoboard real.
Acá tenemos un protoboard que ya está bastante viejo,
por lo tanto podemos desarmarlo.
Esto normalmente está junto.
Yo lo separé.
Y acá vemos que tienen todas estas líneas con diferentes hoyos.
Para entender bien cómo esto está conectado, lo vamos a dar vuelta.
Y al darlo vuelta queda más claro
cómo todas estas líneas están unidas por un solo conductor.
Todas estas líneas largas están unidas por un solo conductor.
Normalmente en los protoboards más largos esta línea larga está separada en dos,
Por lo tanto uno normalmente conecta este con este con un pequeño cable.
¿Y cómo funciona la conexión interna?
Si nos fijamos en una de estas piezas vemos que tiene cinco ganchos.
Y estos ganchos son los que permiten sujetar un componente.
Por lo tanto yo esto lo pongo aquí y por otro lado puedo poner un componente.
Y ese componente va a quedar en contacto con este gancho.
Lo mismo pasa con estas líneas largas.
Acá yo tengo un gancho que es más largo.
Todos estos están conectados entre ellos y
ocupan todo este espacio y me permiten hacer muchas más conexiones.
Por eso se usan, nuevamente, para alimentación y tierra.
Ahora vamos a ver un ejemplo de cómo conectamos un led al microcontrolador.
Ya hicimos el ejemplo anterior donde usábamos el led
que viene incorporado en el microcontrolador para hacerlo parpadear.
Ahora queremos ver si podemos usar un led conectado independientemente.
El circuito es bastante básico.
Lo van a entender mejor en el módulo tres pero básicamente requiere un led que es
este componente que está acá que es un diodo que emite luz, conectado a un
pin del microcontrolador a través de una resistencia para no quemarlo y a tierra.
Este símbolo, recordemos,
es tierra y significa que estos dos terminales están conectados.
Por lo tanto esto es equivalente a tener una línea que los une.
Y a la derecha tenemos cómo sería esta conexión en el protobard.
Primero, yo conecto la tierra a esta línea para poder usarla muchas veces
y desde el pin 11 del microcontrolador me conecto a una resistencia.
Esta resistencia me conecta al ánodo del led,
que vemos aquí en el esquema que es la pata más larga.
Este es el ánodo y es la pata más larga.
Y el cátodo, que es la pata más corta, está a este lado.
Entonces acá tenemos nuestro led.
Finalmente, el cátodo del led se conecta a tierra.
Veamos cómo conectamos esto en un protoboard real.
Primero, vamos a conectar el led.
Como vemos aquí, hay que fijarse en cuál es el ánodo y cuál es el cátodo.
[AUDIO_EN_BLANCO] Y luego
conectamos un resistor de 220 ohms.
De la misma manera,
viendo que quede en la misma línea que el ánodo del led.
Luego, conectamos la tierra del microcontrolador, que está señalada en el
pin GND a esta línea del protoboard.
Y finalmente, conectamos el pin del
resistor al pin 11 del microcontrolador.
Y el cátodo del led lo conectamos a tierra.
Veamos el código.
Esto es una versión simplificada del código blink.
Básicamente hemos eliminado los comentarios.
¿Y qué hacemos?
Decimos que el pin 11 se establezca como salida.
El pin 11 porque ese es el que elegimos nosotros para conectar el led.
Y después vamos al loop y escribimos un valor alto,
esperamos un segundo escribimos un valor bajo, esperamos otro segundo.
Básicamente, es el mismo código que el ejemplo blink
pero hemos cambiado el pin de salida.
En vez del 13, ahora usamos el 11.
Vamos a cargar el programa y veremos como se ve.
Como podemos ver el LED se prende y se apaga durante un segundo al igual que el
ejemplo anterior solo que ahora lo hemos armado en un protoboard.
Ahora pasamos al siguiente ejemplo,
que consiste en prender el LED controlado por un botón.
Entonces, el esquemático aquí no cambia el LED sigue estando en
el mismo lugar conectado con un receptor de 220 Ohm en el pin 11 pero
ahora vamos agregar un botón, a ver.
Esto es un botón, y es, representa este componente,
¿cómo se llama este componente?
Normalmente todos los, los botones de este tipo tienen 4 pines
donde este pin y este pin son el mismo nodo, están siempre conectados
y son dobles solamente por un tema mecánico y este pin y este pin también.
Por lo tanto, lo que hace el botón es que cuando yo lo aprieto estos 2 nodos se
conectan y cuando no está apretado, estos 2 nodos están desconectados,
y por eso usamos este símbolo que básicamente cuando yo bajo esto,
estos 2 nodos quedan conectados y cuando lo levanto, no están conectados.
Entonces un lado del botón se conecta a 5 volt
y el otro lado del botón se conecta a, el pin 8.
Además se le agrega este resistor a tierra, ¿por qué?
Porque cuando el botón esta levantado yo quiero tener acá un 0 y cuando el
botón está abajo quiero tener un 1, y para garantizar que hay un 0 cuando el botón
está levantado lo conecto con una, con un resistor a tierra y de esta
manera al abrir este circuito este voltaje inmediatamente se va a 0.
Armemos esto en un protoboard.
Vamos a conectar este botón, lo ponemos primero en el protoboard.
Normalmente se pone en el medio por un tema mecánico,
y luego necesitamos revisar las conexiones.
Un resistor de 10 kilo Ohm, lo conectamos a tierra, en este pin.
[AUDIO EN BLANCO] Luego,
hacemos una conexión de alimentación,
que la vamos a dejar para toda esta línea, y conectamos a 5 volts.
[AUDIO EN
BLANCO] Entonces ahora que tenemos alimentación
conectamos este pin, del botón, a la alimentación,
y finalmente conectamos el otro pin del botón,
al pin 8 del micro controlador.
Y con esto tenemos un botón listo para usarlo.
Volvamos al código, ¿cómo funciona esto?
Voy a partir definiendo una variable llamada botón.
Más adelante vamos a hablar en detalle sobre variables,
por ahora solo nos vamos a preocupar que esta variable botón,
pueda guardar un valor 0 o un valor 1 y yo puedo modificarlo.
Dentro del set up, yo digo que el pin 8 va ser un input,
porque el pin 8 es donde decidí conectar mi botón.
Y el pin 11 se mantiene como output al igual que en el código anterior.
Y después, infinitamente,
yo leo el valor del pin 8, esta función de ir al grid, no la habíamos visto.
La vamos a ver un poco más formalmente más adelante,
pero básicamente lo que hace es ver si la entrada yo tengo un
1 lógico o un 0 lógico es decir, que tengo 5 volts o 0 volts.
Por lo tanto yo leo el valor del botón, lo guardo en la variable botón,
y después copio este valor al LED.
Por lo tanto si el botón está apretado acá tengo un 1 y el LED escribe un 1 lógico.
Si le botón no está apretado acá voy a tener un 0,
y escribo un 0 lógico y eso me determina si el LED va a estar prendido o apagado.
Veamos cómo funciona.
Entonces, hemos compilado y cargado el programa y como podemos ver,
cada vez que apretemos el botón, el LED se prende inmediatamente.
Eso es todo por esta clase.
Muchas gracias.
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