DISEÑO DE APLICACIONES ELECTRÓNICAS EN ARDUINO. Luis David Goyes Garcés Día 2

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1 DISEÑO DE APLICACIONES ELECTRÓNICAS EN ARDUINO Luis David Goyes Garcés Día 2

2 Instrucciones Básicas

3 setup() Se establece cuando se inicia un programa. Se emplea para: iniciar variables, establecer el estado de los pines, inicializar librerías, etc. Se ejecutará una única vez después de que se conecte la placa Arduino a la fuente de alimentación o cuando se pulse el botón de reinicio de la placa.

4 loop() Luego de crear la función setup(), la cual inicializa y prepara los valores iniciales, la función loop() se ejecuta consecutivamente, permitiéndole al programa variar y responder. Se usa para controlar de forma activa la placa Arduino.

5 Cuidado! Todo programa (sketch) debe tener las funciones setup() y loop(). Si se quiere limpiar el microcontrolador hay que escribir las funciones setup() y loop(), aunque estés vacías: void setup(void){} void loop(void){}

6 Funciones Segmentar el código en funciones permite crear piezas modulares de código que realizan una tarea definida y vuelven a la zona del programa en la que fueron llamadas. El caso típico para crear una función es cuando uno necesita realizar la misma acción múltiples veces dentro de un mismo programa.

7 Funciones Segmentar el código tiene sus ventajas: Incrementa el orden. Sólo deben ser depuradas de errores una vez. Reducen las posibilidades de error, si hay cambio. El sketch se hace más pequeño (MEMORIA!!) Se puede reutilizar código Hay dos funciones necesarias en un sketch de Arduino: setup() y loop(). Cualquier otra función debe ser declarada antes o después de la función loop()

8 Funciones

9 Tipos de Datos 1. Boolean (booleano) 2. Char (caracter) 3. Byte 4. Int (entero) 5. Unsigned int (entero sin signo) 6. Long (entero 32b) 7. Unsigned long (entero 32b sin signo) 8. Float (en coma flotante) 9. Double (en coma flotante de 32b) 10.String (cadena de caracteres) 11.Array (cadena)

10 boolean Un booleano sólo puede tomar dos valores, Verdadero o Falso. Cada booleano ocupa un único byte en la memoria. Ejemplo: boolean pruebaf = false; boolean pruebat = true;

11 char Es un tipo de dato que ocupa un byte de memoria y almacena un valor de caracter. Los caracteres literales se escriben con comillas simples como A. Para varios caracteres (string) se usa comillas dobles AAA. El tipo de datos char tiene signo. Esto significa que codifica números desde -128 hasta 127. Para un dato de un byte (8 bits), hay que usar un dato de tipo byte Ejemplo: Char prueba2 = A ; Char _prueba2 = 65; //Los dos son equivalentes

12 byte Un byte almacena un número sin signo de 8-bits, desde 0 hasta 255; Ejemplo Byte b = B10011; // B es el formateador binario (B10010 = 18 decimal)

13 int Integers (números enteros) son el principal tipo de datos para almacenar números y guardan valores de 2 bytes. Esto produce un rango entre hasta (-2^15 hasta (2^15)-1) Las variables tipo int almacenan números negativos mediante su complemento a dos. El MSB indica que el número es negativo. Puede haber problemas con el bitshift() Ejemplo: Int led = 13;

14 unsigned int Los enteros sin signo son los mismos enteros de modo que almacenan un valor de dos bytes. En lugar de almacenar números negativos, sólo almacenan valores positivos, generando un rango útil desde 0 a (2^16-1). Ejemplo: Unsigned int led = 13;

15 long Las variables tipo Long son variables de tamaño extendido para almacenamiento de números y de 4 bytes (32 bits), desde -2,147,483,648 hasta 2,147,483,647 Ejemplo: Long prueba3 = L; La L sirve para forzar la constante a un formato de datos long. Una U obliga la constante a ser unsigned y una UL la obliga a ser unsigned long.

16 unsigned long Una variable long sin signo es una variable extendida para almacenar números de 4 bytes (32 bits). Ésta no almacena números negativos por lo que su rango es de 0 a 2^ Ejemplo: Unsigned long prueba5 = ;

17 Números con coma flotante. float La variable flotante ocupa 4 bytes (32 bits) con precisión de 6 ó 7 dígitos decimales. (Número total de dígitos). En Arduino esta variable es muy mala. La matemática en coma flotante es mucho más lenta que la matemáticas de enteros para realizar operaciones. Ejemplo: Float prueba6 = ;

18 double Número en coma flotante de doble precisión. Ocupa 4 bytes. La implementación double en Arduino es exactamente lo mismo que la float, sin ganar nada de precisión. Tener mucho cuidado porque puede requerirse mayor precisión en double sabiendo que no la hay.

19 string Arrays de caracteres (tipo char) que terminan con el carácter NULL. Ejemplos: Char udea1[15]; //Se puede dejar sin inicializar Char udea2[5] = { u, d, e, a }; //Se debe dejar el espacio para el carácter NULL Char udea3[5] = { u, d, e, a, \0 }; //El carácter NULL se pone explícito Char udea4[] = udea ; //El compilador pone el espacio adecuado Char udea5[5] = udea ; //Se respeta el espacio para el NULL Char udea6[50] = udea ; //Poner espacio de sobra en el arreglo

20 arrays Colección de variables que son accedidas mediante un índice. Los arrays de Arduino sin idénticos a los de C! Int myints[6]; Int mypins[] = {2, 4, 8, 3, 6}; Int mysensvals[6] = {2, 4, -8, 3, 2}; Char message[6] = hola ; El primer elemento de una matriz de n elementos es el 0. El último es el n-1.

21 Define Define permite dar un nombre a un valor constante antes de que se compile el programa. Ejemplo: #define ledpin 3 //El compilador remplazará cualquier cosa que diga ledpin con el valor 3 en tiempo de compilación

22 const Const es un cualificador de variable que indica que ésta es de sólo-lectura. Significa que la variable puede ser usada como cualquiera de su tipo pero su valor no puede ser modificado. Las constantes definidas con la palabra clave const obedecen a las reglas de ámbito de las variables que rigen otras variables. Ejemplo: Const float pi = 3.14; Se puede usar #define o const para cadenas o números. Para matriz se necesitará usar const únicamente.

23 Constantes HIGH LOW INPUT OUTPUT True False

24 False Constantes booleanas False se define como 0 True True se define como 1, pero en realidad tiene una definición más amplia. Cualquier entero que es nocero es TRUE, en un sentido BOOLEANO. Así, -1, 2 y -200 son todos true.

25 HIGH Niveles lógicos Si el pin es de entrada, habrá HIGH si en el pin hay más de 3V. Si el pin es de salida, un HIGH es poner 5V a través de una resistencia de pull-up. LOW Si el pin es de entrada, habrá LOW si en el pin hay menos de 2V. Si el pin es de salida, un LOW es poner 0V.

26 Estado de un pin digital Los pines digitales se pueden usar como entrada (INPUT) o salida (OUTPUT). Cambiando un pin de INPUT a OUTPUT con pinmode() el comportamiento eléctrico del pin cambia drásticamente.

27 E/S Digitales pinmode(pin, modo) Configura el pin especificado para comportarse como una entrada o una salida. digitalwrite(pin,valor) Escribe un valor HIGH o LOW hacia un pin digital. digitalread(pin) Lee el valor de un pin digital especificado, HIGH o LOW. No hay estado de HIGH Z. Los pines analógicos pueden ser usados como pines digitales (A0-14 a A5-19)

28 E/S Analógicas analogread(pin) Lee el valor de tensión en el pin analógico especificado. La placa Arduino posee 6 canales (9 MINI y NANO y 16 MEGA) de un conversor analógico digital de 10 bits. Convertirá tensiones de 0 a 5 con resolución de 4,9mV por unidad. El conversor tarda 100us en leer una entrada analógica. analogwrite(pin, valor) Escribe un valor analógico (PWM) en un pin. El pin generará una onda cuadrada estable con el ciclo de dureza especificado hasta que se ejecute otra instrucción en el mismo pin. La frecuencia del PWM es de 490 Hz

29 Delay(ms) Tiempo Pausa el prorgama por un tiempo determinado (en milisegundos). DelayMicroseconds(us) Detiene brevemente el programa por la cantidad de tiempo (en microsegundos) especificada como parámetro NOTA: La última función trabaja de manera exacta en el rango de 3us y valores superiores.

30 If Estructuras de control Condicional que puede ser usado en conjunto com uno o más operadores de comparación If/else, else if Permite más control sobre el flujo de código que la declaración if básica por permitir agrupar múltiples comprobaciones. Con If, else if, else se pueden hacer ramificaciones y comprobaciones mutuamente exclusivas.

31 Estructuras de control Switch / case Switch case controla el flujo de un programa con varias condiciones. La palabra clave break sale de la sentencia switch y es usada típicamente al final de cada case. Sin la sentencia break, la sentencia switch se ejecutaría hasta encontrar un break. switch (var) { case etiqueta: // sentencias break; case etiqueta: // sentencias break; default: // sentencias }

32 Operadores de Comparación x == y (x es igual a y) ojo con la asignación = x!= y (x no es igual a y) x < y (x es menor a y) x > y (x es mayor a y) x <= y (x es menor o igual a y) x >= y (x es mayor o igual a y)

33 Operadores Booleanos && (y) (o)! (negación)

34 FOR Bucles Se declara un FOR para repetir un bloque encerrado entre llaves. El bucle for tiene tres partes o argumentos en su inicialización: For (inicialización; condición; incremento) { } //función(es);

35 WHILE Bucles Los bucles while se ejecutan continuamente hasta que la instrucción dentro del paréntesis pase a ser falsa. while(expresion){ } // sentencia(s)

36 Do While Bucles El bucle do trabaja de la misma manera que el bucle while con la excepeción de que la condición se comprueba al final del bucle, por lo que este bucle se ejecuta siempre al menos una vez. do { // bloque de instrucciones } while (condición);

37 Operadores de Composición ++ (incrementa) -- (decrementa) += (composición suma) -=(composición resta) *= (composición multiplicación) /= (composición división)

38 Break Break es usado para salir de los bucles do, for, o while, pasando por alto la norma del bucle. Es usado también para salir de una estructura de control switch. Ejemplo for (x = 0; x < 255; x ++) { digitalwrite(pwmpin, x); sens = analogread(sensorpin); if (sens > threshold){ x = 0; break; // sale del bucle for. } delay(50); }

39 Return Termina una función y devuelve a la función que la llama. Puede no devolver nada. Sintaxis return; return valor; // ambas formas son correctas La palabra clave return es útil para depurar una sección de código sin tener que comentar una gran cantidad de líneas de código posiblemente incorrecto: void loop(){ // código magnífico a comprobar aquí return; // el resto del programa del que se desconfía // que nunca será ejecutado por estar detrás de return }

40 Begin() Serial Establece la velocidad de datos en bits por segundos (baudios) para la transmisión de datos en serie. Por defecto aparece 9600, pero pueden especificarse otras velocidades. Por ejemplo, si se va a usar los pines 0 y 1 con algún componente que requiera una velocidad de transmisión en particular. Serial.begin(speed)

41 End() Serial Desactiva la comunicación serial, permitiendo a los pines Rx y Tx ser usados como entradas o salidas digitales. Para reactivar la comunicación serial basta con llamar el método Serial.begin() Serial.end()

42 Serial Print() Imprime los datos al puerto serie como texto ASCII. Serial.print(78) imprime "78" Serial.print( ) imprime "1.23" Serial.print(byte(78)) imprime "N" (cuyo código ASCII es 78) Serial.print('N') imprime "N" Serial.print("Hello world.") imprime "Hello world. Otra forma es especificar la base o formato a usar: Serial.print(78, BYTE) imprime "N" Serial.print(78, BIN) imprime " " Serial.print(78, OCT) imprime "116" Serial.print(78, DEC) imprime "78" Serial.print(78, HEX) imprime "4E" Serial.println( , 0) imprime "1" Serial.println( , 2) imprime "1.23" Serial.println( , 4) imprime "1.2346"

43 Serial Println() Imprime los datos al puerto serie como texto ASCII seguido de un retorno de carro (ASCII 13 o \r ) y un carácter de avance de línea Serial.println(val) Serial.println(val, formato)

44 Operadores Aritméticos = (asignación) + (suma) - (resta) * (multiplicación) / (división) % (resto)

45 Matemáticas min(x,y) (mínimo) max(x,y) (máximo) abs(x) (valor absoluto) constrain(x,a,b) (limita) Retorna x: si x está entre a y b a: si x es menor que a b: si x es mayor que b pow(base,exponente) (eleva a un número 2float) sq(x) (eleva al cuadrado) sqrt(x) (raíz cuadrada, devuelve doble)

46 Trigonometría Sin(rad) Cos(rad) Tan(rad) Rad es float y retorna doble

47 Punteros El operador puntero & (referencia) y *(dereferencia) pueden ser muy útiles para manipular ciertos tipos de estructuras de datos.

48 Materiales Próxima Sesión Arduino Computador Protoboard 5 LEDs de distintos colores 1 Display de 7 segmentos 2 pulsadores (1 N cerrados y 1 N abierto) Resistencias y potenciómetros 1 Fotoresistor Un Amplificador Operacional (LM339) Pinzas y pelacables

49 Arduino Materiales Sesión del Jueves Computador Protoboard 5 LEDs de distintos colores Resistencias y potenciómetros 1 motor DC de juguete ($3.800 en I+D) 1 servo-motor. El más pequeño ($ en I+D) El servo tiene conector HEMBRA así que traer cables!! Pinzas y pelacables

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