APRENDE ARDUINO FACILMENTE CON MIRPAS.COM.

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1 APRENDE ARDUINO FACILMENTE CON MIRPAS.COM. LICENCIA CREATIVE COMMONS: Este curso está redactado por Pascual Gómez del Pino para Mirpas.com. El autor y la Web reclinan las responsabilidades civiles y penales que pudiesen derivar de la reproducción de la obra considerada como obra pública editable y propietaria de cada persona que la lea y estudie, por lo que el autor y la página Web que la contiene no tienen ninguna responsabilidad civil sobre el contenido del mismo. Para más información visite la página Web y revise las políticas de empresa. Se permite la reproducción, modificación y uso del documento en cuestión siempre que no se utilice para fines comerciales. Tampoco el uso del original si se va a proceder a fines comerciales. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 1

2 Índice. Entradas y salidas digitales 3 Pines de entrada y salida digital en Arduino. 3 Fundamentos de electrónica....5 Conceptos necesarios..5 Placa Protoboard. 7 Practicando con diodos 9 Practica 1. Semáforo Arduino...11 Practica 2. Uso de pulsadores 13 Practica 3. Paso a nivel con barreras..16 Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 2

3 ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES. En este capítulo vamos a ver las nociones de programación para operar con los pines de entrada y salida digital de nuestro Arduino. Mostraré las nociones básicas de electrónica a tener en cuenta para realizar los montajes propuestos al final de éste capítulo. Pines de entrada y salida digital en Arduino. En la placa Arduino UNO aparecen, en un lateral, las conexiones denominadas DIGITAL (PWM ~), cuyo valor puede tomar dos valores de tensión que se corresponde con activado o desactivado. Estos dos valores se identifican en el software como TRUE o FALSE para activado o desactivado. Aunque en realidad no corresponden a dos únicos valores de tensión, si es verdad que se toman como referencia el 0V para el valor desactivado o FALSE y 5V para el valor de TRUE. Los pines se pueden configurar como entrada o salida y eso hay que indicárselo a Arduino, ya que primero se han de configurar Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 3

4 el estado de los pines y después usarlo. Por defecto se encuentran definidos como entradas pero aun así nos acostumbraremos a definir los pasos aunque sean de entrada en nuestros proyectos. Recuerda que para utilizar un puerto digital como salida o como entrada se utilizaba la instrucción pinmode de la forma siguiente: pinmode(número de pin, modo); pinmode (13, INPUT); //Pin 13 configurado de entrada. pinmode (13, OUTPUT); //Pin 13 configurado de salida. Por norma general el uso de los puertos se declarará en el setup() del programa Scketch. Una vez configurado el puerto como entrada o salida, se procede a utilizarlo mediante la instrucción digitalwrite para activarlo o desactivarlo mediante el software: digitalwrite (número de pin, valor); digitalwrite (13, HIGH); //Pin 13 activado digitalwrite (13, LOW); //Pin 13 desactivado Además también se puede leer el estado del puerto digital si éste está configurado como entrada con la instrucción digitalread. Para ello se define una variable de tipo int, cuyo valor es HIGH si tiene presencia de tensión o LOW si no tiene presencia de tensión (entrada activa y desactivada respectivamente). La propia función se puede utilizar en una condición de estructuras de control para mayor control de la lectura del puerto. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 4

5 digitalread (número del pin); int entrada = 0; //Defino la variable. Entrada = digitalread(13); //Lee el estado del pin 13. En realidad al configurar el pin digital como salida o como entrada, lo que se está haciendo es configurar el pin como baja impedancia (salida), o alta impedancia (entrada), de tal forma que cuando se configura como alta impedancia (entrada), no es capaz de entregar corriente; mientras que si se configura como baja impedancia (salida), proporciona valores elevados de corriente. Arduino presenta limitaciones estructurales de corriente con un máximo de 200mA por puerto, aunque no es recomendable superar el 10% de ese valor (20mA) con el fin de proteger la placa. Así que no es recomendable usar salidas directamente a los consumibles (salvo diodos LED por su bajo consumo), sin que se usen otros elementos de control como transistores, relés, acopladores, etc. FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA. Aunque es posible avanzar sin tener conocimientos de electrónica, aquí haré un break e introduciré al lector de una base en electricidad y electrónica para una mejor experiencia del curso de Arduino. Conceptos necesarios. F.E.M: designada como Fuerza Electro Motriz, es la causa que produce el desplazamiento de electrones en un circuito desde el polo negativo al polo positivo (sentido real de la corriente), creando una diferencia de potencial entre ambos polos. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 5

6 Intensidad de corriente eléctrica: Es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección del conductor en unidad de tiempo. Resistencia eléctrica: Es la oposición física que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Los átomos del material resistivo ofrecen resistencia al paso de los electrones a su través. Más información: -de-colores-de-resistencias_18.html Potencia eléctrica: Es el trabajo (J) eléctrico realizado en unidad de tiempo. Ley de Ohm: Establece la corriente que circula por un circuito teniendo en cuenta las tensiones aplicadas y las resistencias totales. De ahí la formula siguiente: I = V R Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 6

7 Donde la intensidad es igual a la tensión aplicada a un circuito dividida entre la resistencia total del mismo. E introduciendo la potencia en el gráfico nos queda como ves: Protoboard o placa de prototipos. La placa de prototipos es una placa de plástico con ranuras practicadas diseñadas específicamente para realizar pruebas de circuitos eléctricos sin tener que diseñar una placa integrada para tal fin, ya que en esa, no se pueden agregar componentes adicionales o quitarlos sin soldarlos nuevamente. En el mercado existen varios modelos y tamaños que pueden incluir conexiones adicionales. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 7

8 Si eres uno de los intrépidos que te has comprado el Kit starter de Arduino UNO, dicho kit incluirá una protoboard de 400 pines, suficiente como para montar una gran variedad de proyectos. De todas formas, las placas son extensibles ya que tienen un troquelado en los lados que las permiten unirse a otras placas para ampliar espacio. La placa protoboard no es más que una placa con múltiples orificios distribuidos de forma que los que se encuentran en la misma columna están unidos mediante chapas metálicas por su parte posterior. En la figura de arriba, puedes ver que la protoboard se cataloga en columnas (números) y filas (letras), y las dos filas superiores que se utilizan para alimentación y masa. El primer grupo de letras (ABCDE) designan la columna superior y el segundo grupo de letras (FGHIJ) designan el segundo grupo. Las columnas están separadas entre ellas. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 8

9 Cuando se introduce un componente en la placa protoboard, ésta ofrece doble función sobre el componente: ofrece suficiente presión sobre el terminal para sujetar el componente además de facilitar la conexión eléctrica del terminal. PRACTICANDO CON DIODOS LED. Ya hemos visto en los vídeos del curso que los diodos Led son dispositivos electrónicos que emiten luz cuando se aplica una corriente eléctrica en su interior. Para nuestras prácticas los utilizaremos para saber cuándo un puerto digital ha activado su salida y está en HIGH. El diodo Led se suele utilizar junto a una resistencia eléctrica para que limite la corriente que circulará por su interior ya que, como he mencionado, al estar configurado el puerto digital como baja impedancia, la intensidad es máxima y debe de protegerse al diodo por la alta intensidad que podría dañarlo (un diodo Led rojo puede tolerar hasta 25mA como máximo, y el puerto configurado como salida proporcionará hasta 200mA). Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 9

10 Por eso limitaremos el paso de corriente mediante una resistencia eléctrica de 330Ω como ves a continuación. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 10

11 Recuerda que el diodo Led conecta su cátodo al negativo y su ánodo al positivo de alimentación. El cátodo es la patilla más corta mientras que el ánodo es la patilla más larga. Proyecto 1. Semáforo Arduino. Para nuestro proyecto utilizaremos: 1 Placa Arduino. 3 Diodos Led de color Rojo, Verde y Amarillo. 3 Resistencias de 330Ω. En este proyecto utilizaremos los pines 13, 12 y 11 digitales y haremos que primero se encienda el diodo Led rojo, espere 5 segundos tras los cuales se apagará y se encenderá el led verde que, tras 5 segundos se apagará encendiéndose el led amarillo durante 2 segundos para volver a apagarse y que se encienda de nuevo el rojo continuando ciclo. Primero empezamos conectando los diodos Led de la forma que puedes ver en la imagen (asegúrate de que sus cátodos estén a negativo). Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 11

12 El código es el siguiente: int ledrojo = 13; int ledamarillo = 12; int ledverde = 11; void setup() { } // inicializo el pin digital como salida (impedancia baja). pinmode(ledrojo, OUTPUT); pinmode(ledamarillo, OUTPUT); pinmode(ledverde, OUTPUT); void loop() { digitalwrite(ledrojo, HIGH); // Pongo el puerto del Led rojo en alto delay(5000); digitalwrite(ledrojo, LOW); // Espero 5 segundos // Pongo el puerto del led rojo en bajo digitalwrite(ledverde, HIGH); // Pongo el puerto del led verde en alto delay(5000); digitalwrite(ledverde, LOW); // Pongo el puerto 11 en bajo digitalwrite(ledamarillo, HIGH); delay(2000); digitalwrite(ledamarillo, LOW); } Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 12

13 Cuando ejecutas el sketch verás tú como el diodo Rojo se enciende durante 5 segundos, después el verde hace lo mismo y el amarillo durante 2 segundos para volver a encenderse el rojo. Proyecto 2. Pulsadores y montajes. El circuito con resistencia pull down es un circuito de tal forma que siempre exista un estado lógico (0 o 5V) a la entrada del controlador y que si se pulsa cambia el estado lógico a 5V y si se deja sin pulsar el estado será de 0V. Intercambiando el pulsador y poniendo primero la resistencia, de cara al controlador, la resistencia estará conectada en pull up y si se pulsa el interruptor, la entrada estará a 0V y si se pulsa pasará a 5V. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 13

14 Eso sí, los valores de resistencias pull down y pull up tienen valores resistivos típicos de 10 o 22KΩ, por lo que es muy sencillo identificarlas. Pero claro, además te habrás dado cuenta que aunque la disposición de los interruptores es diferente para los circuitos pull down y pull up, realizan la misma función: Al estar suelto, no circula corriente por el circuito y al estar presionado si lo hacen. Para cambiar el estado hay que programar con Arduino las entradas y activar las salidas correspondientes para ponerlas como activada o no: Void setup() { pinmode (númeropin, INPUT); //Configura PIN como salida. digitalwrite(númeropin, HIGH); // Activa R de pull up. } Así ya nos aseguramos que el circuito funcione como deseamos. SOBRE LOS PULSADORES. Sobre los pulsadores, en la siguiente imagen se muestra la constitución interna de los mismos. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 14

15 Y como puedes ver, existen terminales que son comunes cuando se pulsa el interruptor. Así que para usar el circuito correctamente yo cruzo las pistas para que cuando se pulse el interruptor se ponga a 5V la salida. Así que sabiendo eso, en el siguiente circuito lo ponemos a pull up simplemente con la conexión del interruptor: Y en pull down: Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 15

16 Proyecto 3. Señal de paso a nivel. Cuando se baja la barrera en un paso a nivel con barreras, un semáforo parpadea con dos luces rojas indicándonos que no puedes pasar. Y cuando las barreras están levantadas, una luz verde nos indica que todo está correcto. Para nuestro proyecto con Arduino necesitaremos: 2 diodos Led rojos. 1 diodo Led verde. 1 pulsador. Placa Arduino uno. Placa Protoboard en la que conectar el circuito. En éste proyecto simularemos una barrera de paso a nivel que cuando esté bajada, parpadearán los dos diodos Led rojos alternativamente. Al estar levantada permanecerá encendido el Led Verde permitiendo el paso a peatones y vehículos a través del paso a nivel. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 16

17 Para simular la barrera utilizaremos el pulsador que cuando esté pulsado simulará la barrera bajada y cuando esté desactivado, la barrera estará subida. El código es el siguiente: //Este código está patrocinado por Mirpas.com int pulsador = 0; void setup() { pinmode (3,OUTPUT); //diodo Verde pinmode (4, OUTPUT);//diodo rojo 1 pinmode (5, OUTPUT);//diodo rojo 2 //Establezco el puerto 2 como entrada pinmode (2, INPUT);} void loop() { //pongo el pulsador en modo escucha pulsador = digitalread(2); //condicional según esté presionado o no el pulsador if (pulsador == LOW) { //si no está presionado el diodo verde estará encendido Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 17

18 digitalwrite(3, HIGH);//diodo Verde encendido //Los otros dos diodos rojos estarán apagados digitalwrite(4, LOW); //diodo rojo 1 digitalwrite(5, LOW); //diodo rojo 2 } else { //Si está presionado el diodo verde se apagará digitalwrite(3, LOW);//diodo verde apagado //Los diodos rojos pasaran a alto digitalwrite(4, LOW);//pasa a bajo para que no se enciendan a la vez digitalwrite(5, HIGH); //para la alternancia, introduzco una pausa y lo subo delay (250); digitalwrite(4, HIGH);//Diodo rojo 1 activo digitalwrite(5, LOW); //Diodo rojo 2 desactivado delay (250); //otra pausa y comienza de nuevo el bucle } } Como observarás, el código muestra que cuando esta sin presionar el pulsador (se aplica la condición principal IF), en la que los diodos rojos están en LOW. Cuando se presiona el pulsador, uno pasa a LOW y otro a HIGH (para evitar que ambos diodos rojos estén encendidos al mismo tiempo). Una pausa de un cuarto de segundo después, se invierte el proceso y el que estaba en LOW pasa a HIGH y el que estaba en HIGH pasa a LOW. Y después otra pausa. Esto se hace para que se produzca la alternancia entre ambos diodos rojos y que simule que la barrera está bajada. Entradas y salidas digitales. Por Pascual Gómez del pino. Página 18