Pines 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 en la zona de prácticas 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 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.
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.
NOTA: Puedes visitar el curso de electrónica para newbies de la página Web que estás visitando en el siguiente ENLACE.
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.
● 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.
● 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:
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:
Placa protoboard.
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. 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.
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.
Practicándo con diodos
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).
Por eso limitaremos el paso de corriente mediante una resistencia eléctrica de 330Ω como ves a continuación.
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.
Ahora en la sección de prácticas repasaremos algunos proyectos y utilizaremos nuestros puerto digitales.