Felix Maocho

Para quien le interese lo que a nosotros nos interesa

Arduino – Descripción de la Tarjeta Arduino.

tarjeta arduimo_bbPor Félix Maocho
12/1/2016

Objetivo de este capítulo

Tener un primer contacto con la tarjeta Arduino UNO, descripción superficial de que son y para que valen cada una de sus conexiones y primeras practicas con la tarjeta Arduino, una tarjeta de prototipado y algunos componentes electrónicos.

Material necesario

  • Pc
  • Cable de conexión de la tarjeta Arduino
  • Tarjeta Arduino
  • 2 resistencias de 220 Ω
  • Zumbador o chicharras
  • 2 leds a ser posible de diferentes colores
  • Varios cables de conexión macho/macho de diferentes colores

Vamos a explicar la utilidad de los pines o lugares donde podemos conectar un cable con la tarjeta Arduino UNO, no pretendo que hoy aprendas a manejarlos, solo pretendo que llegues a conocer su existencia y tengas al menos una idea remota de para qué valen.

Observe la imagen superior que se corresponde a un Arduino UNO, tarjeta controladora muy barata, (unos 20€), ideal para principiante que  aconsejo que compresm en un kit básico al que se alñaden una colecciñon de compnentes que te permitirán hacer muchas practicas, Estos kits varían de precio según lo que tengan, yo aden componentes algo que anda según lo que pongan en el kit por los 40€ más o menos, Los hay de más precio más completos, pero hasta dentro de mucho mo te valdrán, Tiempo tienes de comprar lo que te falte, o si te abures y lo dejas, habras malgastado menos dinero.

Comenzamos por la descriopción de la tarjeta Arduino UNO

Arduino UNO es una tarjeta controladora, de bajo precio, o lo que es lo mismo, un aparato que permite que mediante un programa escrito por el usuario, se puedan controlara cualquier aparato eléctrico que nos rodea. Aparte de su reducido precio, Arduino tiene otra ventaja sobre otras tarjetas controladoras existentes en el mercado, que es la inmensa familia de fabricantes de todo el mundo que hacen aparatos complementarios que dia a dia añaden mas posibilidades a la tarjeta de modo que hoy prácticamente no hay área en la que Arduino UNO o una de las tarjetas controladoras de su familia no se pueda utilizar. En especial arduino es imbatible en la robótica y la domótica

Para ello Arduino tiene la posibilidad de permitir conectarse simultáneamente a muchos circuitos electronicos independientes interconectando unos en funcion de lo que ocurre en otros, actuando de esta forma a modo de pequeño “cerebro” que controla los aparatos. Estos puntos de conexión son los “pines”.

Un “pin” es un orificio a modo de enchufe destinado a recibir el extremo de un cable electrico de uno de esos circuitos. Sin embargo no todos los “pines” tienen las mismas propiedades. A continuación indicamos los pines que hay en una tarjeta Arduino UNO y sus propiedades

Pines situados a al derecha de la imagen de la tarjeta Arduino, de arriba a abajo

Pin IOREF –- Este pin proporciona la referencia de voltaje con la que trabaja el microcontrolador. Por ese pin, un dispositivo que trabaje conjuntamente con la tarjeta, por ejemplo otra tarjeta Arduino, puede leer el voltaje con que trabaja la tarjeta, (hay tarjetas que trabajan a 5V y tarjetas que trabajan a 3.3V, Arduino UNO trabaja a 5V), para en función de ello saber tanto que voltaje puede obtener de ella como cual entregar para su funcionamiento y en función de ello habilitar modificadores de voltaje a 5V o 3.3V, como corresponda. (Este pin de muy limitado uso no existe en muchas tarjetas Arduino).

Pin RESET –- Pin que rearranca el programa, Permite por software rearrancar el programa desde el principio. Le suena lo de “apague y vuelva a empezar”, es algo tradicional en informática, pues para eso es este pin.

Power (energía), una serie de pines destinados a producir o recibir energía

  • Pin 3.3 V — pin que suministra una corriente de 3,3 voltios
  • Pin 5 V –- pin que suministra una corriente de 5 voltios
  • Pin GND —  pin “ground”, (tierra) que suministra la “tierra” o voltaje 0 para cerrar los circuitos, Hay dos pin iguales en este lado y otro en el de la derecha
  • Pin Vin — Pin para introducir o sacar de la placa Arduino, una corriente eléctrica entre 7 y 12 voltios, lo ideal es que se aproxime lo más posible a 9 voltios. Esta en conexión directa con el “jack” de alimentación Es una forma alternativa de dar electricidad a Arduino cundono actúa unida a un PC

Analog Pin (Pines Analógicos), una serie de pines destinados a recibir informacion de los sensores analógicos

  • Pin A0 / A5 — cinco pines para medidas analógicas de tensión (voltaje), generalmente producidos por sensores analógicos que miden diferentes fenómenos físicos, tales como  termómetros, telémetros, fotómetros, etc., que son el equivalente mecánico de los sentidos de los seres vivos, (vista, oído, tacto, etc,)

Pins situados a al izquierda de la imagen de la tarjeta Arduino, de arriba a abajo

Pin AREF — pin para introducir un nivel de referencia con qué comparar las medidas analógicas. Algo difícil de explicar en pocas palabras, en su momento dedicaremos a ello un capítulo. Tambien es un pin muy poco utilizado

Pin GND — pin “ground”, (tierra) o voltaje 0, exactamente igual a los pines del otro lado del mismo nombre, para cerrar los circuitos eléctricos.

Digital (Pines digitales), pines que permiten emitir corrientes para que trabajen ls actuadores, son el equivalente mecánico de los músculos de los seres vivos, ( generadores de sonido, movimiento, luz, calor, etc.), aparte de poder actuar como finalicion de sensores digitales, es decir sensores que solo miden dos posibilidades, ruido/silencio, calor/frio, blanco/negrom  si/no, etc.)

Pin 13 / 0 — Pines de entrada y salida de corriente controlada por el procesador, (INPUT/OUTPUT). Son la joya de Arduino, pues e permiten actuar de forma programada. En OUPUT (SALIDA) permite mandar electricidad por circuitos que alimentan los actuadores, o aparatos que actúan (motores, calentadores eléctricos, ventiladores etc.) Es el medio con que se vale Arduino para realizar acciones en función de la información que recibe de los sensores. En INPUT (ENTRADA), actúa como los sensores analógicos pero solo con dos posturas extremas 0 o 1, son pues sensores digitales o sensores similares a los analógicos, con solo dos posibilidades, sin posiciones intermedias, pero que también dan una buena y abundante información sobre el mundo real.

Algunos de estos pines tiene ademas otros usos.

  • Pin 13 — Tiene junto a él un pequeño led, marcado L asociado que se ilumina cuando el pin deja salir corriente.
  • Pin PWM ~ –- Pines de Pulse Width Modulation (Modulación de Ancho de Pulsación), o pines de salida cuasi analógica son los pines 3, 5, 6, 9, 10, 11, permiten modular la salida de una corriente, con valores intermedios entre el abierto y cerrado, para producir por ejemplo, intensidades diferentes de luz, hacer sonidos agudos y graves, o motores más rápidos o mas lentos
  • Pin TX –- El pin 1 viene marcado como TX, pueden ser utilizado para transmitir datos a otro aparato capaz de interpretarlos, como otra tarjeta Arduino, o un ordenador
  • Pin RX –- El pin 0 viene marcado como RX, pueden ser utilizado recibir datos de quienes se puedan comunicar con la tarjeta.

Otras entradas salidas de la Tarjeta

Parte superior izquierda

  • Clavija de alimentación –- Jack para conectarlo normalmente a una batería de 9 voltios o a una fuente de energía eléctrica entre 7v y 12v, no admite ni mas ni menos. Con menos la placa se vuelve inestable y puede resetearse. Con más, recalientas peligrosamente el regulador de tensión y puedes quemar la placa. 9v es lo ideal. Esta alimentación te permite que Arduino sea autónomo y pueda trabajar separado del ordenador por ejemplo en robots.
  • Clavija USB — vale para conectar una entrada USB estándar, que da una alimentación de 5 voltios a la tarjeta y además permite la comunicación de datos entre el Pc la tarjeta y viceversa sobre todo para poder cargar los programas, esta directamente conectada con el pin Vin, Por tanto vin tendra la tensión que entre por el “jack”o podremos alimentar por este pin a Arduino como si la electricidad entrara por el “jack”.

Otras cosas a tener en cuenta.

  • Botón RESET — hay un botón rojo marcado RESET que reinicia los programas cargados, e para hacer físicamente y no por programa como el pin RESET, eso que nos gusta tanto a los informáticos, de “apaga y vuelve a arrancar”
  • Led ON — led marcado como ON, Si está encendido, es que a la tarjeta llega energía, si está apagado, la tarjeta Arduino esta desconectada.
  • Leds TX y RX — leds marcados TX y RX. Parpadean según se mandan y reciben datos entre la tarjeta y otro aparato (principalmente el PC), no vale para nada útil, pro hace mono y tranquiliza bastante ver que el PC y la tarjeta se están hablando, por ejemplo, cuando cargas un programa desde el PC. Cuando se produce la transmisión/recepción de datos, parpadean.

Como ven hay muchas cosas y no pretendo que todo lo entiendas, pero lo que espero demostrar es que el manejo de Arduino está a la altura de cualquiera que tenga formación equivalente al bachillerato, o incluso inferior, aun si tu bachillerato fue de letras. NO SE PRECISA NINGUN CONOCIMIENTO de electrónica, ni de informática, y mínimos de matemáticas y de física. Precisas, mas o menos, los que se hay que tener para utilizar un a plancha eléctrica, (a que sabes que enchufada no se puede meter en el fregadero, pues entonces sabes lo suficiente).

Lo que si ocurre, es que jamás alcanzarás a tener un dominio absoluto sobre todo lo que puede hacer Arduino y que cuanto más sabes, más cosa descubres que puedes hacer con la tarjeta, y más cosas sospecharás que puedes hacer, pero no tienenes ni idea de como hacerlas.

Lo que si es fundamental es DIVERTIRSE, de modo, que cada prueba que te pongas, suponga un pequeño reto, que cueste un mínimo superar, así que vamos a poner el primer ejercicio que sin saber absolutamente nada, vas a saber superar sin mucha dificultad. Si por te consideras capaz de entender como funciona una lámpara, vas a saber resolver este ejercicio.

Primer ejercicio – Sonar hacer un timbre

Cuando conectamos con el cable que tiene USB la tarjeta Arduino aun PC, automáticamente la tarjeta recibe fluido eléctrico, razón por la cual, sin más requisitos, el led ON brilla y los pines 3.3V y 5V son capaces de ceder respectivamente corriente a 3,3V y 5V respectivamente a la vez que los tres pines GND conectan con la tierra del PC y admiten ser sumideros de elécticidad.

Evidentemente si unimos con un cable una de estos pines que suelta energía con un pin GND, es decir, si unimos directamente el polo positivo con el negativo, sin colocar por medio una resistencia, se producirá un cortocircuito, (igual, aunque menos potente, que el que se produce, al conectas directamente los dos cables de la red eléctrica de la casa).

Cortocircuito, que carece de cualquier riesgo para el hombre, pues es de poca intensidad, pero que si es suficiente potente para dañar la tarjeta Arduino. Con más motivo, cuando ese pequeño cortocircuito no va a hacer saltar el disrruptor de la red eléctrica, por lo que durará más tiempo que un cortocircuito en la red de 220 voltios y por tanto, tendrá mas tiempo para dañar la tarjeta.

Primera cosa que debemos aprender.

NO CONECTAR NUNCA directamente un pin que deje salir electricidad, (cátodo), con un pin que la reciba, (ánodo), sin que entre ellos no haya componentes eléctricos, una RESISTENCIA, por ejemplo, que hagan REDUCIR LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE circula.

Utilizar la tarjeta de prototipado o protoboard 

Para instalar nuestros aparatos electrónicos, (llamados genéricamente componentes), con comodidad y sin necesidad de soldaduras, utilizaremos la placa de prototipado, (en inglés protoboard), que no es más que una tablero lleno de agujeros, (o mini enchufes), que se conectan internamente entre si de modo que con solo pinchar las patas de los componentes en los orificios adecuados los componentes conectados entre si.

protobard

Para ello es imprescindible conocer como esta cableada internamente nuestra “protoboard”. Lo habitual es que por los bordes longitudinales, en las zonas delimitadas entre una linea roja y una azul, cada una de las dos filas de orificios estén conectados entre si, son los llamados “buses” que permten hace de enchufes para todos los componentes quye coloquemos en el cetro y que los orificios colocados en el interior de la tarjeta, estén conectados entre si de cinco en cinco conectados en sentido vertical y separados en el centro, por un canal sin conexiones, como se observa en este diagrama.

conexiones protoboard

 

Por tanto si queremos conectar un zumbador hacemos lo siguientes:

1º) Teniendo encendido el PC conectas a través de una puerta USB con la Tarjeta Arduino mediante el cable que te han debido entregar con la tarjeta,

La cosa tendrá un aspecto como mostramos a continuación. Con ello ya estamos suministrando corriente eléctrica a 5 voltio a la tarjeta Arduino. Eso no puede dañar ti al Pc ni a la tarjeta. Sabemos que la electricidad ha llegado a la tarjeta por que se enciende el led marcado ON que hay en la tarjeta.

resietencia 220 homios2º) Comenzamos por instalar una resistencia de 220 Ω como medida de precaución, (en el peor de los casos se dañaría la tarjeta, nunca el se dañaría el PC). La resistencia la reconoceremos por que tiene pintadas unas bandas de colores, tal como muestra el dibujo adjunto, (las bandas de colores es una codificación estándar de las resistencias). Por ahora te basta con saber que las bandas Rojo, Rojo, Amarillo, Dorado corresponden a una resistencia de 220 Ω . Para instalarla, la colocamos, hacia la izquierda de la protoboard entre dos filas de orificios interiores, tal como se ve en el dibujo.

zunbador3º) A continuación en otro lado colocamos el zumbador. Para instalarlo lo colocamos, hacia la derecha de la protoboard entre dos filas de orificios interiores, tal como se ve en el dibujo.

4º) Con un cable macho/macho, (cable azul), conectamos la pata derecha de la resistencia con la izquierda del zumbador

5º) Con un cable macho/macho, (cable rojo), conectamos el Pin V5 (catodo +), con un orificio de la fila de la pata izquierda de la resistencia.

6º) Con un cable macho/macho, (cable verde) conectamos un agujero de la pata derecha del zumbador con el pin GND (ánodo -).

Todo tiene que quedar como este esquema, mas la placa unida al PC, (en marcha), por su cable. Por supuesto los colores de los cables de conexión es indiferente solo nos vale para identificarlos.

Colocar un zumbador_bb

 

Suena el zumbador, ¡¡¡ enhorabuena !!! – Has acabado tu primera practica, pasa a la segunda

No suena o no llega electricidad a Arduino, o ha colocado un cable o un componente incorrectamente o algo esta roto, (doble contra sencillo, que has hecho algo mal).

Comprueba que van de esta forma.

  • A la tarjeta Arduino le llega energía, el led ON debe estar encendido
  • Cable rojo, de pin V5, a fila de la pata derecha de resistencia
  • Cable azul, de fila de pata izquierda de la resistencia a fila de pata derecha de zumbador
  • Cable verde, de pata derecha de zumbador a pin GND

Si sigue sin funcionar, vete cambiando uno por uno, los componentes que intervienen en el montaje, para localizar donde está el fallo y averiguar el por qué.

  • Cambia los pines de entrada y salida por los pines 3,3V y otro GND
  • Si sigue el error, cambia el cable que sale de V5 por otro. Si sigue el error, cambia la resistencia por otra, colocala en otro sitio y coloca los cables en los nuevo orificios alineados con las patas. Etc.

Así hasta que localices lo que hiciste mal o el componente que está averiado. Nunca te desanimes y procura aprender de tus errores, pues es la forma mas adecuada de avanzar.

Si llega el punto en que no tienes ni idea qué es lo que va mal, desmonta absolutamente todo, guardalo y otro día, partiendo de cero, vuelve a empezar. Seguro que lo consigues

Segundo ejercicio Encender un led

leds1º) En el “aparato” que hemos construido antes, sustituir el zumbado por mi led ( en nuestro caso de color rojo, (es indiferente el color del led). Los leds son pequeñas bombillitas que tiene dos patitas por debajo como estas siempre una patita es más corta que la otra

Cuando enchufes el led donde estaba el zumbador, hay dos posibilidades y ambas pueden ser correctas, que luzca o que no luzca.

led cátodoSi luce .- Saca el led lo giras 180º, o se pones la pata derecha a la izquierda y viceversa y lo vuelves a meter en los mismos orificios. Ahora no debe lucir, porque en electrónica, hay cosas en que el sentido es indiferente, como ocurre con las resistencia y los zumbadores, y igual da que las pongas en un sentido o en el contrario y cosas, como los led y los diodos, en el que el sentido si importa, una pata se debe ponerse en dirección a ánodo (+), (los 5V) y otra hacia donde está el cátodo(-) (0V). Razón por la que hay que tener cuidado en el sentido que se pone.

La forma correcta de poner un led o un diodo es la pata más larga, hacia donde llega la corriente y la pata más corta hacia la tierra o GND

Si no luce .- Lo sacas, lo giras 180º y vuelve a ponerlo Si luce ¡¡¡ enhorabuena!!!, lee el párafo anterior y da la prueba por acabada.

– Si aun girñandolo no luce, como todo lo demás funcionaba soló puede ser por tres cosas, a no le has intercambiado las patas de orificio, (girarlo 180º), las has pinchado en sitio incorrecto, (mira el gráfico), el led esta roto, (es lo menos probable, cámbialo y prueba con otro).

Como siempre, sigue hasta que localices lo que hiciste mal o el componente que está averiado. Nunca te desanimes y procura aprender de tus errores, pues es la forma mas adecuada de avanzar.

Acabado el capitulo, aconsejo que sigas experimentando.

Sugerencias:

Poner otra resistencia igual (no se te olvide) y led (en mi caso de color blanco) pero partiendo de 3.3V y acabando en otro GND. Debe lucir menos este que el rojo, a menos voltaje siendo todo igual, menos intensidad de luz, Intercambiarlos para comprobarlo.

Colocar dos led_bb

Pon un cable gris de la linea azul y conecta los dos led con el cable azul , así descubrirás la utilidad de los buses de la protoboar. Debe quedar como indica la figura, como ves todos los circuitos acaban enchufados all bus de la protoboard y es este bus el que enchufamos únicamente a GND

Colocar dos alternativa led_bb

Pon los dos leds en serie y en paralelo. En serie deben lucir menos, en paralelo lucen más. Fijarse bien que para ponerlo en paralelo su precisan dos resistencias, pues hay dos circuitos diferentes  y cada circuito nacen en una fuente de 5 voltios y acaba en una sumidero de 0V o GND, mientas que para ponerlos en serie, no hace falta más que una resistencia pues solo hay un circuito.

Leds en serie_bb

Leds en paraleo_bb

Fin de las práctica

Si se te ocurre algún experimento más, no dudes en realizarlo y si te apeteces me lo comunicas y yo lo añado al manual-

Como repaso final te diré lo que has aprendido hoy

Aprender a enchufar Arduino UNO al PC y como saber si llega corriente eléctrica a Arduino

  • Conocimiento superficial del contenido y uso de la Tarjeta Arduino UNO
  • Practicas con los pines 3.3V 5V y los tres pines GND
  • Conocimiento y practicas con la tarjeta de prototipado o protoboard así como de sus conexiones internas,
  • Conocimiento y practicas con resistencias, seleccionarlas según bandas de colores
  • Conocimiento y prácticas de zumbadores o chicharras
  • Conocimiento y prácticas de leds

Para una sola practica no está nada mal lo que hemos avanzado

Félix Maocho

12 enero 2016 - Posted by | Curso de Arduino, General, Robotica | , , ,

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