Introducción a Tinkercad.

Transcripción

1 Interfaces y Periféricos. Guía 2. 1 Introducción a Tinkercad. Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Interfaces y Periféricos (IYP111). Lugar de Ejecución: Microprocesadores (3.23). Objetivo General Utilizar el entornode desarrollo en línea de Autodesk Tinkercad. Objetivos Específicos. Usar Tinkercad para armar circuitos. Usar Tinkercad para desarrollo de sketch. Usar un entorno de desarrollo en línea para verificar el funcionamiento de circuitos. Materiales y equipos. 1 Computadora con Arduino IDE instalado y acceso a Internet. Introducción Teórica. Tinkercad. Tinkercad es una aplicación gratuita en línea de diseño e impresión 3D, desarrollada por Autodesk, la cual permite realizar simulaciones en tiempo real, programación de dispositivos Arduino virtuales, los sketch se pueden elaborar utilizando texto o bloques (de forma similar a la aplicación Scratch), también es una herramienta que permite exportar el circuito a diagrama de pistas (PCB) el cual es compatible con Eagle (también propiedad de Autodesk). Declaración de variables 1. a) Enteros (int): Se usa para el almacenamiento de números. En el Arduino Uno (y otras placas basadas en ATmega), un int almacena un valor de 16 bits (2 bytes). Lo que significa un rango de valores de -32,768 a 32,767 (valor mínimo de -2 ^ 15 y un valor máximo de (2 ^ 15) - 1). En las placas basadas en Arduino Due y SAMD (como MKR1000 y Zero), un int almacena un valor de 32 bits (4 bytes). Un rango de -2,147,483,648 a 2,147,483,647 (valor mínimo de -2 ^ 31 y un valor máximo de (2 ^ 31) - 1). 1 Toda la sintaxis para el desarrollo de sketch puede ser encontrada en:

2 2 Interfaces y Periféricos. Guía 2. Int almacena números negativos por medio de complemento A2. El bit más alto, a veces denominado bit de "signo", señala si el número es negativo. El resto de los bits se invierten y se agrega 1. b) Carácter o texto (char): Es un tipo de datos que ocupa 1 byte de memoria para almacenar un valor en forma de carácter. Cuando solo es una letrase escribe entre comillas simples: 'A' (para múltiples caracteres o cadenas de texto, use comillas dobles: "ABC".Los caracteres se almacenan como números. Puede ver la codificación específica en el gráfico ASCII. Esto significa que es posible hacer aritmética en caracteres, en los que se usa el valor ASCII del carácter (por ejemplo, 'A' + 1 tiene el valor 66, ya que el valor ASCII de la letra mayúscula A es 65). Consulte la referencia Serial.println para obtener más información sobre cómo se traducen los caracteres a números. El tipo de datos char es un tipo con signo, lo que significa que codifica números de -128 a 127. Para un tipo de datos sin signo, de un byte (8 bits), utilice el tipo de datos de bytes. Tabla 1: Caracteres ASCII. c) Arreglos (matrices y vectores): Unarreglo es una colección de variables a las que se accede con un número de índice. Puede declarar unarreglo sin inicializarlo como en myints.en mypinsse declara unarreglo sin elegir explícitamente un tamaño. El compilador cuenta los elementos y crea unarreglo del tamaño apropiado.finalmente, puede inicializar y dimensionar su arreglo, como en mysensvals. Todos los métodos a continuación son formas válidas para crear (declarar) una matriz.

3 Interfaces y Periféricos. Guía 2. 3 Tenga en cuenta que al declarar unarreglo de tipo char, se requiere un elemento más que su inicialización, para mantener el carácter nulo requerido. Los arreglos están indexados a partir de cero, el primer elemento de la matriz está en el índice 0. También significa que en una matriz con diez elementos, el índice nueve es el último elemento. Por ejemplo si queremos controlar un circuito con display de cátodo común como el de la figura 1, podrían crearse los siguientes arreglos, donde la primera y segunda líneas de código hacen referencia a los pines que serán utilizados como entradas y salidas de la tarjeta Arduino uno, el último indica un arreglo de doble dimensión que contiene las combinaciones de valores lógicos a escribir en el display para formar los números 0, 1, 2 y 3. int entradas[] = {2, 3, 4, 5; //Entradas de DIP switch int salidas[] = {6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13; //Salidas a display boolleds[4][8]{ //Arreglo con estados de leds de display //{a,b,c,d,e,f,g,pd {1,1,1,1,1,1,0,0, //0 {0,1,1,0,0,0,0,0, //1 {1,1,0,1,1,0,1,0, //2 {1,1,1,1,0,0,1,0, //3 ; GND Q1 Q2 R1 2.2k R2 2.2k Q1 2N3439 Q2 DISP1 Gnd DISP2 Gnd 2N3439 abcdefg. abcdefg. a b c d e f g DP R3 1k R4 1k Figura 1: Conexiones de display de siete segmentos.

4 4 Interfaces y Periféricos. Guía 2. Salidas del Arduino - salidas<0:7> entradas a b c d e f g PD Hex_Value Display FC DA F A 1011 b 1100 C 1101 d 1110 E 1111 F Tabla 2: Valores a escribir en el display de siete segmentos. Bucle repetitivo for: La instrucción for se usa para repetir un bloque de instrucciones encerrado entre llaves. Un contador de incremento se usa generalmente para incrementar y terminar el ciclo. La sentencia for es útil para cualquier operación repetitiva, y se usa a menudo en combinación con arreglos para operar en colecciones de datos / pins. for (int i=0; i <= 255; i++){ analogwrite(pwmpin, i); delay(10); La inicialización ocurre primero y exactamente una vez. Cada vez que pasa el ciclo, la condición se prueba; si es verdadero, el bloque de instrucciones y el incremento se ejecuta, entonces la condición se prueba nuevamente. Cuando la condición se vuelve falsa, el ciclo finaliza. Bucle condicional if (else): La instrucción if comprueba una condición y ejecuta la instrucción previa o el conjunto de enunciados si la condición es 'verdadera'. if (x > 120){ digitalwrite(ledpin1, HIGH); digitalwrite(ledpin2, HIGH);

5 Interfaces y Periféricos. Guía 2. 5 Procedimiento. Parte I: Emulación del sistema en Tinkercad. 1. Encienda la computadora. Cuando cargue el sistema operativo utilice las siguientes credenciales: Usuario: usuario0 Contraseña: usuario 2. Desde la computadora, abra el navegador web (Mozilla Firefox, Google Chrome). 3. Escriba en la barra de direcciones: 4. Dé clic izquierdo en el botón Registrarse, ver figura 2. Figura 2: Página web de TINKERCAD. 5. En la página que se ha cargado, ingrese sus datos de país de residencia, fecha de nacimiento y dé clic en el botón siguiente, ver figura Luego ingrese una cuenta de correo personal y una contraseña para el sitio de TINKERCAD, ellos sugieren algunos parámetros para el fortalecimiento de la misma, ver figura Luego dé clic en el botón Crear Cuenta, ver figura Cuando cargue la página principal dé clic izquierdo en Circuits, luego en Create New Circuit, ver figura Si no se carga la ventana de la figura 4, dé clic izquierdo en el icono TINKERCAD de la esquina superior izquierda y repita el paso anterior.

6 6 Interfaces y Periféricos. Guía 2. Figura 3: Creando cuenta en TINKERCAD. Figura 4: Creando circuito en TINKERCAD. 10. Para agregar los componentes de la sección derecha ComponentsBasic, utilice la barra de desplazamiento lateral y baje hasta lograr ver Breadboard Small. 11. Dé clic izquierdo sobre el componente a agregar y luego un clic izquierdo sobre el área de trabajo (izquierda de Components Basic y debajo de los botones Rotate, Delete, Undo e icon-redo), ver figura 5. Área de trabajo. Figura 5: Agregando componentes en TINKERCAD.

7 Interfaces y Periféricos. Guía De la misma forma que el paso anterior, agregue los componentes: N Cantidad Componente Ubicación 1 1 Arduino Uno R3 Components > Basic 2 6 Led Components > Basic 3 10 Resistores de 1 kω Components > Basic 4 4 DipSwitch SPST x 4 Components >All Tabla 3: Ubicación de los componentes a utilizar en TINKERCAD. 13. Dé clic izquierdo sobre un resistor, se desplegará el cuadro de diálogo que le permitirá modificar el valor y nombre del componente. 14. Asigne a seis resistencias el valor de 330Ω. Figura 6: Modificando valores de componentes en TINKERCAD. 15. Coloque los componentes tal como se sugiere en la figura 7. Notas: Si necesita mover un componente, dé clic izquierdo sobre él y arrástrelo hasta la posición donde lo necesita mover. Moviendo el scroll del mouse puede ajustar el tamaño del circuito a su elección. Si la barra de componentes desaparece, dé clic izquierdo sobre el botón +Components. Colocando el puntero del mouse sobre los pines del componente, despliega texto que define el nombre del pin señalado. Figura 7: Ubicación de los componentes en TINKERCAD. 16. Se comenzará a cablear la parte de alimentación entre los extremos superior e inferior de la breadboard.

8 8 Interfaces y Periféricos. Guía Ubique el puntero del mouse sobre un punto de la breadboard donde desea colocar un cable. 18. Dé un clic izquierdo sobre el punto de interés (inicio). Figura 8: Cableando los componentes en TINKERCAD. 19. Mueva el mouse hasta la posición donde desee finalizar la conexión del cable y dé clic izquierdo sobre ese punto. 20. Aparecerá un cuadro de diálogo que le permitirá cambiar el color al cable. Figura 9: Cableando los componentes en TINKERCAD. Figura 10: Definiendo el color del conductor en TINKERCAD. 21. Al dar doble clic izquierdo sobre una sección del conductor, aparecerán puntos de anclaje sobre el punto donde se ha hecho doble clic izquierdo, que permiten modificar la trayectoria del conductor, ver figura A mayor cantidad de veces que haga el procedimiento anterior tendrá más posibilidades de darle al conductor una trayectoria preferida. 23. Si desea eliminar un punto de anclaje selecciónelo y presione el botón suprimir. 24. Otra forma de realizar el cableado es ir dando clic izquierdo, sobre el área de trabajo definiendo la trayectoria deseada.

9 Interfaces y Periféricos. Guía 2. 9 Figura 11: Trayectoria del cableado definida por el usuario. 25. Realice las conexiones del circuito de tal manera que se vea como en la figura 12. Figura 12: Circuito propuesto para el código Dé clic izquierdo en el botón del Code editor, podrá ver que por defecto tiene pre-guardado el código del ejemplo Blink visto en la práctica anterior, borre el contenido y digite el código 1 de esta guía (también puede copiarlo y pegarlo). int valor = 0; int retardo = 500; int entradas[] = {8, 9; int salidas[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7; //Entradas de DIP switch //Salidas a display void setup() { for(int i=0; i<8; i++){ pinmode(salidas[i], OUTPUT); if (i<2){ pinmode(entradas[i], INPUT); Apagar();

10 10 Interfaces y Periféricos. Guía 2. void loop() { if(digitalread(entradas[0])){ valor = 1; else{ valor = 0; if(digitalread(entradas[1])){ valor = valor + 2; else{ valor = valor + 0; if(valor == 0){ //Enciende leds de derecha a izquierda Apagar(); digitalwrite(salidas[0], HIGH); delay(retardo); digitalwrite(salidas[0], LOW); digitalwrite(salidas[1], HIGH); delay(retardo); elseif(valor == 1){ //Enciende leds de izquierda a derecha Apagar(); digitalwrite(salidas[5], HIGH); delay(retardo); digitalwrite(salidas[5], LOW); digitalwrite(salidas[4], HIGH); delay(retardo); elseif(valor == 2){ //Enciende leds del centro a los extremos Apagar(); digitalwrite(salidas[2], HIGH); digitalwrite(salidas[3], HIGH); delay(retardo); digitalwrite(salidas[2], LOW); digitalwrite(salidas[3], LOW); digitalwrite(salidas[1], HIGH); digitalwrite(salidas[4], HIGH); delay(retardo); else{ //Enciende leds de los extremos al centro Apagar(); digitalwrite(salidas[0], HIGH); digitalwrite(salidas[5], HIGH); delay(retardo); digitalwrite(salidas[0], LOW); digitalwrite(salidas[5], LOW); digitalwrite(salidas[1], HIGH); digitalwrite(salidas[4], HIGH); delay(retardo);

11 Interfaces y Periféricos. Guía void Apagar(){ for(int i=0; i<8; i++){ digitalwrite(salidas[i], LOW); Código 1: Sketch que realiza utiliza el concepto de registros de desplazamiento. 27. Dé clic izquierdo en el botón. 28. Cambie el estado de los switch (Dip Switch SPST x 4) que están conectados a los pines 8 y 9 y verifique el funcionamiento del circuito y código Dé clic izquierdo sobre el botón Stop Simulation. 30. Modifique el valor de la variable retardo de 500 a Vuelva a correr la simulación Qué efecto tiene sobre todo el código el cambio del valor de la variable retardo? 32. Al dar clic en el icono Component List, le permitirá ver una lista de los componentes utilizados para realizar su aplicación. Al dar clic izquierdo en Download CSV, le permitirá descargar un archivo que puede abrir en un editor de hojas de cálculo. Figura 13: Lista de componentes en TINKERCAD. 33. Dé clic izquierdo en el botón Circuit View (el botón se encuentra a la izquierda del botón Component List) para volver a la vista del circuito y código. 34. Modifique el código 1, para que realice la operación propuesta en los comentarios de los bucles if - else. 35. Dé clic en el icono de TINKERCAD de la esquina superior izquierda y cree un nuevo circuito, tal como el propuesto en la figura Modifique el código 2 (no funciona como se encuentra), para generar un decodificador de 7 segmentos para 4 bits de entrada, debe cumplir con la tabla 1. Considere que debe utilizar bucles for y uso de arreglos para tomar como válido la ejecución de este ejercicio.

12 12 Interfaces y Periféricos. Guía 2. Figura 14: Circuito propuesto para el código 2. int valor = 0; int entradas[] = {2, 3, 4, 5; //Entradas de DIP switch int salidas[] = {6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13; //Salidas a display bool leds[4][8]{ //Arreglo con estados de leds de display //{a,b,c,d,e,f,g,pd Código de 7 segmentos en tinkercad {1,1,1,1,1,1,0,0, //0 {0,1,1,0,0,0,0,0, //1 {1,1,0,1,1,0,1,0, //2 {1,1,1,1,0,0,1,0, //3 ; void setup() { for (int i = 0; i < 8; i++) { //Inicializa las salidas digitalwrite(salidas[i], LOW); void loop() { //la variable valor representa un número de 0 a 15 //tomado de la lectura de las entradas valor = digitalread(entradas[0]); valor = valor + (digitalread(entradas[1])*2); valor = valor + (digitalread(entradas[2])*4); valor = valor + (digitalread(entradas[3])*8); delay(100); Código 2: Parte del Sketch del decodificador de binario (4 bits) a siete segmentos. 37. Cree un nuevo circuito, tal como el propuesto en la figura Desarrolle el código 3, para generar un contador decimal ascendente/descendente de 0 a 99, el incremento se realiza al presionar el botón 1 y decremento al presionar el botón 2.

13 Interfaces y Periféricos. Guía Notas para tomar como válido la ejecución de este ejercicio: Considere que debe utilizar bucles if, for, uso de arreglos. Se debe alternar la escritura de los displays para dar el efecto que ambos están encendidos al mismo tiempo, los manejadores de los displays son los pines 12 y 13. Considere llevar conteo de decenas y unidades. El código anti-rebote para los pulsadores. Figura 15: Circuito propuesto para el código Cree un nuevo circuito, tal como el propuesto en la figura 16. Figura 16: Circuito propuesto para el código Desarrolle el código 4, se deberá leer una entrada análoga, dependiendo del valor leído se deberá mostrar en los display s un valor decimal entre 0 a 99. Notas para tomar como válido la ejecución de este ejercicio: Lectura de variable análoga. Uso de la función map (deberá investigar su funcionamiento). Separar las decenas de unidades para su respectiva escritura en displays.

14 14 Interfaces y Periféricos. Guía 2. Considere que debe utilizar bucles if, for, uso de arreglos. Se debe alternar la escritura de los displays para dar el efecto que ambos están encendidos al mismo tiempo, los manejadores de los displays son los pines 12 y 13. Parte II: Compartir archivos de Tinkercad. 41. Dé clic izquierdo en el botón Share/Collaborate Circuit de la esquina superior derecha. Figura 17: Botón para compartir trabajos de Tinkercad. 42. Les aparecerá una ventana en la que debe presionar el botón Invite people. Figura 18: Invitar personas para compartir trabajos de Tinkercad. 43. En la nueva ventana presione el botón copy, ver figura Abra su cuenta de correo, red social predilecta y pegue el contenido del portapapeles sobre un mensaje de correo electrónico o publicación de red social y envié al destinario de su elección.

15 Interfaces y Periféricos. Guía Figura 19: Generación de enlaces para compartir trabajos de Tinkercad. Otra forma de compartir los archivos es: 45. En la pestaña del navegador donde tiene el Tinkercad, dé clic izquierdo en el icono de TINKERCAD. 46. Cuando cargue la página principal dé clic izquierdo en Circuits, obtendrá la vista de todos sus circuitos desarrollados. 47. Al colocar el mouse encima de un circuito, aparecen dos botones: Modificar y un engrane (options), dé clic izquierdo sobre este último. 48. Seleccione la opción Propiedades... Figura 20: Generación de enlaces para compartir trabajos de Tinkercad. 49. En la ventana desplegada seleccione la opción public para el archivo, con lo cual cualquier persona en el Internet podrá encontrar su archivo por medio del nombre o enlace. 50. Desplácese sobre la ventana hasta la parte inferior y dé clic izquierdo en el botón Guardar cambios.

16 16 Interfaces y Periféricos. Guía 2. Figura 21: Generación de enlaces para compartir trabajos de Tinkercad. 51. Notará que el archivo ahora es de uso público, dé clic izquierdo al centro de la imagen del archivo en el navegador web. Figura 22: Generación de enlaces para compartir trabajos de Tinkercad. 52. Desplácese a la parte inferior hasta que encuentre la dirección del vínculo a ser compartido. 53. Copiar la dirección web del archivo y comparta el archivo de Tinkercad tal como se sugirió en el paso 44 de esta guía. 54. El archivo puede volverse privado si usted así lo desea pero hará que el enlace desaparezca de la ventana mostrada en la figura 23.

17 Interfaces y Periféricos. Guía Figura 23: Generación de enlaces para compartir trabajos de Tinkercad. 55. Cierre la ventana de la figura 23, en el navegador web dé un clic izquierdo sobre la x de la esquina superior derecha. 56. Se cargará su perfil de TINKERCAD, dé clic izquierdo en la esquina superior derecha sobre la imagen de su perfil, luego dé clic izquierdo en Cerrar sesión. Figura 24: Lista de componentes en TINKERCAD. 57. Cierre el navegador web y todas las aplicaciones abiertas. 58. Apague la computadora, incluyendo el monitor. 59. Deje en orden su puesto de trabajo. Actividad complementaria. Utilizando su cuenta en Tinkercad, realice la simulación para los ejercicios solicitados a continuación:

18 18 Interfaces y Periféricos. Guía Utilice el circuito desarrollado en la figura 16, realice el Sketch, dependiendo de la lectura analógica modifique el valor de retardo de tiempo (entre 250 y 2500) que define cada cuanto cambia un contador ascendente de 0 a Implemente en físico el ejercicio anterior, puede utilizar las tarjetas de display s desarrolladas en el Instituto de Investigación e Innovación en Electrónica, ver figura 25. Bibliografía. Enlaces electrónicos: Sitio web de los desarrolladores: Referencia en línea del lenguaje: Anexos. GND CC1 CC2 A B C D E F G PD Figura 25: Tarjeta de circuito impreso de doble display.

19 Interfaces y Periféricos. Guía Hoja de cotejo: 1 Guía 2: Introducción a Tinkercad. Alumno: Maquina N : Docente: GL: Fecha: EVALUACION % Nota CONOCIMIENTO APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 25% Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos 70% ACTITUD 2.5% 2.5% TOTAL 100% No Terminó completamente el programa y comentó mal el código (30%) No realizó el circuito correctamente (40%) Es observador pasivo. un Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Terminó completamente el programa pero los comentarios no estaban del todo correctos El circuito funcionó Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos Terminó completamente el programa con sus comentarios correctos El funcionó circuito Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.