El mundo GENUINO-ARDUINO
Curso práctico de formación
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INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... XV
CAPÍTULO 1. ELECTRÓNICA BÁSICA .......................................................................... 1
CONCEPTOS TEÓRICOS SOBRE ELECTRICIDAD ............................................................... 1
¿Qué es la electricidad? .......................................................................................................... 1
¿Qué es el voltaje? .................................................................................................................. 2
¿Qué es la intensidad de corriente? ....................................................................................... 3
¿Qué es la corriente continua (DC) y la corriente alterna (AC)? ............................................. 4
¿Qué es la resistencia eléctrica? ............................................................................................. 5
¿Qué es la Ley de Ohm? .......................................................................................................... 5
¿Qué es la potencia? ............................................................................................................... 6
¿Qué son las señales digitales y las señales analógicas? ........................................................ 7
¿Qué son las señales periódicas y las señales aperiódicas? .................................................... 9
CIRCUITOS ELÉCTRICOS BÁSICOS ................................................................................. 11
Representación gráfica de circuitos ...................................................................................... 11
Circuitos abiertos, cerrados y cortocircuitos ......................................................................... 12
Conexiones en serie y en paralelo ........................................................................................ 13
El divisor de tensión .............................................................................................................. 16
Las resistencias "pull-up" y "pull-down" ............................................................................... 17
FUENTES DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA ..................................................................... 19
Tipos de pilas/baterías .......................................................................................................... 19
Voltaje de corte, capacidad y capabilidad de las pilas/baterías ............................................ 22
Conexiones de varias pilas/baterías ...................................................................................... 24
Compra de pilas/baterías ...................................................................................................... 25
Compra de portapilas (con distintos conectores) ................................................................. 26
Compra de cargadores .......................................................................................................... 28
Breve nota sobre los conectores y el protocolo USB ........................................................ 30
Características de los adaptadores AC/DC ............................................................................ 31
Breve nota sobre las fuentes de alimentación solares ..................................................... 35
COMPONENTES ELÉCTRICOS ....................................................................................... 36
Resistencias ........................................................................................................................... 36
Potenciómetros ..................................................................................................................... 39
EL MUNDO GENUINO-ARDUINO
Breve nota sobre los "softpots" o potenciómetros de "membrana" ............................... 41
Otras resistencias de valor variable ...................................................................................... 42
Diodos (y LEDs) ..................................................................................................................... 42
Breve nota sobre los "datasheets" ................................................................................... 43
Un tipo de diodo muy particular: el LED .......................................................................... 45
Breve nota sobre los LEDs RGB ........................................................................................ 47
Condensadores ..................................................................................................................... 48
Usos comunes de los condensadores: desacople y filtro ................................................. 51
Transistores ........................................................................................................................... 52
Pulsadores ............................................................................................................................ 56
Otros tipos de interruptores (o conmutadores) ................................................................... 57
Reguladores de tensión ........................................................................................................ 59
Breve nota sobre los elevadores DC/DC .......................................................................... 62
Placas de prototipado ........................................................................................................... 64
Cables ................................................................................................................................... 68
USO DE UNA PLACA DE PROTOTIPADO ........................................................................ 70
Breve nota sobre cómo alimentar circuitos en placas de prototipado ............................ 70
USO DE UN MULTÍMETRO DIGITAL .............................................................................. 77
CAPÍTULO 2. HARDWARE GENUINO ...................................................................... 83
¿QUÉ ES UN SISTEMA ELECTRÓNICO? ......................................................................... 83
¿QUÉ ES UN MICROCONTROLADOR? .......................................................................... 84
¿QUÉ ES GENUINO/ARDUINO? ................................................................................... 86
¿CUÁL ES EL ORIGEN DE ARDUINO? ............................................................................ 88
¿QUÉ QUIERE DECIR QUE ARDUINO SEA "SOFTWARE LIBRE"? ................................... 89
¿QUÉ QUIERE DECIR QUE ARDUINO SEA "HARDWARE LIBRE"? .................................. 90
¿POR QUÉ ELEGIR ARDUINO? ..................................................................................... 92
EL MICRO DE LAS PLACAS ARDUINO (y del modelo UNO en particular) ..................... 93
El encapsulado del microcontrolador ................................................................................... 93
DIP .................................................................................................................................... 94
SMD ................................................................................................................................. 95
El modelo del microcontrolador ........................................................................................... 97
Arquitectura AVR ............................................................................................................. 98
Arquitectura ARM ............................................................................................................ 98
Breve nota sobre AVR vs. ARM (y x86) ............................................................................. 99
El chip ATmega328P ....................................................................................................... 100
Las memorias del microcontrolador ................................................................................... 101
Breve nota sobre las unidades de medida de la información ........................................ 102
Breve nota sobre las diferencias entre memorias Flash y EEPROM ............................... 105
Los registros del microcontrolador ..................................................................................... 106
La comunicación serie con el exterior ................................................................................ 106
ÍNDICE
Comunicación asíncrona ................................................................................................ 108
Comunicación síncrona .................................................................................................. 108
El gestor de arranque ("bootloader") del microcontrolador ............................................... 113
Los gestores de arranque de las placas Due y Zero (ARM) ............................................. 115
Otros gestores de arranque más exóticos ...................................................................... 116
CARACTERÍSTICAS DE LA PLACA ARDUINO UNO ....................................................... 117
La alimentación eléctrica .................................................................................................... 117
El chip ATmega16U2 ............................................................................................................ 121
Breve nota sobre la tecnología TTL y sus niveles HIGH/LOW aceptados ....................... 121
Reprogramación del chip ATmega16U2.......................................................................... 123
Breve nota sobre los "pogo pins" ................................................................................... 124
Breve nota sobre los VID y PID ....................................................................................... 126
Las entradas y salidas digitales ........................................................................................... 126
Las entradas analógicas ...................................................................................................... 127
Las salidas analógicas (PWM) ............................................................................................. 129
Otros usos de los pines-hembra de la placa ....................................................................... 133
El conector ICSP .................................................................................................................. 136
SPI ................................................................................................................................... 136
ISP ................................................................................................................................... 137
Breve nota sobre cómo realizar una programación ISP con el entorno Arduino ........... 140
El reloj ................................................................................................................................. 141
Los temporizadores ("timers") del microcontrolador .................................................... 143
El botón de "reset" .............................................................................................................. 144
Obtener el diseño esquemático y de referencia ................................................................. 145
¿QUÉ OTRAS PLACAS ARDUINO OFICIALES EXISTEN? ............................................... 146
Arduino Pro ......................................................................................................................... 146
Los pines-hembra (y otros) ............................................................................................. 147
Los adaptadores USB-Serie ............................................................................................ 148
Arduino Pro Mini ................................................................................................................. 149
Arduino Nano ...................................................................................................................... 150
Arduino Mega 2560 ............................................................................................................ 151
Arduino Micro ..................................................................................................................... 151
El "auto-reset" del micro ATmega32U4 .......................................................................... 153
Arduino Yún ......................................................................................................................... 153
Breve nota sobre cómo conseguir cargar programas en la placa Yún vía WiFi .............. 157
Arduino Lilypad, Lilypad Simple, Lilypad SimpleSnap y LilypadUSB .................................... 161
Arduino Gemma .................................................................................................................. 163
Arduino Due ........................................................................................................................ 163
Arduino Zero ....................................................................................................................... 165
Arduino 101 ........................................................................................................................ 167
Tablas comparativas de los diferentes modelos de placas .................................................. 168
Breve nota sobre las regulaciones del espectro electromagnético ................................ 170
¿QUÉ "SHIELDS" ARDUINO OFICIALES EXISTEN? ....................................................... 170
Arduino Ethernet Shield ..................................................................................................... 171
Breve nota sobre Ethernet ............................................................................................. 172
PoE ("Power Over Ethernet") ......................................................................................... 174
Arduino WiFi Shield 101 ..................................................................................................... 177
Arduino GSM Shield ............................................................................................................ 178
Arduino Motor Shield ......................................................................................................... 179
Arduino Proto Shield ........................................................................................................... 181
¿QUÉ SHIELDS NO OFICIALES EXISTEN? .................................................................... 182
Proto Shields ....................................................................................................................... 182
Power Shields ..................................................................................................................... 183
¿QUÉ PLACAS ARDUINO NO OFICIALES EXISTEN? ..................................................... 184
CAPÍTULO 3. SOFTWARE ARDUINO ...................................................................... 191
¿QUÉ ES UN IDE? ....................................................................................................... 191
INSTALACIÓN DEL IDE ARDUINO ............................................................................... 192
Cualquier sistema Linux ...................................................................................................... 192
Posible problema: la configuración del gestor de ficheros Nautilus .............................. 193
Posible problema: los permisos de usuario ................................................................... 193
Breve nota sobre el reconocimiento y uso de dispositivos USB-ACM en Linux ............. 194
Cualquier sistema Linux (a partir del código fuente) .......................................................... 195
Windows ............................................................................................................................. 195
Posible problema: instalación del "driver" .................................................................... 196
Breve nota sobre el reconocimiento y uso de dispositivos COM en Windows .............. 196
OS X .................................................................................................................................... 196
PRIMER CONTACTO CON EL IDE ................................................................................ 197
HERRAMIENTAS EXTRA INTEGRADAS EN EL IDE ........................................................ 203
Las librerías y el "Library Manager" .................................................................................... 203
Concepto de librería ...................................................................................................... 203
Cómo instalar librerías (de terceros) manualmente ...................................................... 204
Cómo instalar librerías (de terceros) usando el "Library Manager" ............................... 205
Cómo importar librerías ................................................................................................. 206
El "Boards Manager" .......................................................................................................... 207
El "Serial Monitor" y otros terminales serie ....................................................................... 210
Ejecución del "auto-reset" al abrir el "Serial Monitor" .................................................. 211
COMPROBACIÓN DEL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL IDE ................................. 213
USO DEL IDE EN EL INTÉRPRETE DE COMANDOS ...................................................... 215
USO DEL IDE "ARDUINO CREATE" .............................................................................. 217
OTROS IDEs ALTERNATIVOS ....................................................................................... 218
Entornos "online" ............................................................................................................... 220
Entornos de programación gráfica ...................................................................................... 221
MÁS ALLÁ DEL LENGUAJE ARDUINO: EL LENGUAJE C/C++ ........................................ 223
ÍNDICE
Herramientas de compilación C/C++ y carga incluidas en el IDE ........................................ 225
Herramientas invocadas mediante el botón "Verify" ..................................................... 225
Herramientas invocadas mediante el botón "Upload" ................................................... 227
CAPÍTULO 4. LENGUAJE ARDUINO ....................................................................... 229
MI PRIMER SKETCH ARDUINO ................................................................................... 229
ESTRUCTURA GENERAL DE UN SKETCH ..................................................................... 230
Sobre las mayúsculas, tabulaciones y los punto y coma ................................................ 231
COMENTARIOS .......................................................................................................... 232
VARIABLES ................................................................................................................. 233
Declaración e inicialización de una variable ........................................................................ 233
Asignación de valores a una variable .................................................................................. 234
Ámbito de una variable ....................................................................................................... 235
Tipos posibles de una variable ............................................................................................ 236
Tipos simples .................................................................................................................. 236
Breve nota sobre ASCII, ISO-8859-1 y UTF-8 .................................................................. 238
Breve nota sobre el uso de los sistemas binario y hexadecimal ..................................... 240
Breve nota sobre la importancia de los rangos de valores válidos ................................. 241
Tipos complejos .............................................................................................................. 244
Breve nota sobre los arrays de caracteres y el tipo de datos String ............................... 246
Breve nota sobre los punteros ....................................................................................... 247
La instrucción sizeof() .......................................................................................................... 250
Cambio de tipo de datos (numéricos) ................................................................................. 251
CONSTANTES ............................................................................................................. 254
PARÁMETROS DE UNA INSTRUCCIÓN ....................................................................... 255
VALOR DE RETORNO DE UNA INSTRUCCIÓN ............................................................. 256
LA COMUNICACIÓN SERIE CON LA PLACA ARDUINO ................................................ 257
Instrucciones para enviar datos desde la placa al exterior ................................................. 258
Uso del "Serial Plotter" ................................................................................................... 262
Instrucciones para recibir datos desde el exterior .............................................................. 263
Los objetos serie de otras placas Arduino diferentes de la UNO ........................................ 271
INSTRUCCIONES DE GESTIÓN DEL TIEMPO ............................................................... 273
INSTRUCCIONES MATEMÁTICAS, TRIGONOMÉTRICAS Y DE
PSEUDOALEATORIEDAD ....................................................................................... 275
INSTRUCCIONES DE GESTIÓN DE CADENAS .............................................................. 282
CREACIÓN DE INSTRUCCIONES (FUNCIONES) PROPIAS ............................................. 287
Funciones con parámetros opcionales ("sobrecarga") ....................................................... 291
Funciones con estructuras como parámetros o valor de retorno ....................................... 292
Funciones con más de un valor de retorno ("paso por referencia") ................................... 294
Las variables static .............................................................................................................. 296
BLOQUES CONDICIONALES ........................................................................................ 297
Los bloques if e if/else ........................................................................................................ 297
El bloque switch .................................................................................................................. 303
BLOQUES REPETITIVOS (BUCLES) .............................................................................. 305
El bloque while ................................................................................................................... 305
El bloque do ........................................................................................................................ 308
El bloque for ....................................................................................................................... 308
Las instrucciones break y continue ..................................................................................... 312
CAPÍTULO 5. LIBRERÍAS ARDUINO ....................................................................... 315
LAS LIBRERÍAS OFICIALES .......................................................................................... 315
Librería LiquidCrystal .......................................................................................................... 316
Librería SD ........................................................................................................................... 316
Librería Ethernet ................................................................................................................. 316
Librería WiFi101 .................................................................................................................. 317
Librería Temboo .................................................................................................................. 317
Librería GSM ....................................................................................................................... 317
Librería SPI .......................................................................................................................... 317
Librería Wire ....................................................................................................................... 318
Librería SoftwareSerial ....................................................................................................... 318
Librería Firmata .................................................................................................................. 319
Librerías Servo y Stepper .................................................................................................... 320
Librerías Keyboard y Mouse (solo para placas basadas en el chip ATmega32U4 y
para los modelos Due y Zero) .......................................................................................... 320
Librería EEPROM (para todas las placas excepto los modelos Due y Zero) ........................ 321
Librerías USBHost y Scheduler (solo para los modelos Due y Zero) ................................... 321
Librería Audio (solo para el modelo Due) ........................................................................... 322
Librerías AudioZero y RTCZero (solo para el modelo Zero) ................................................. 322
Librerías Bridge y SpacebrewYún (solo para el modelo Yún) .............................................. 323
USO DE PANTALLAS LCD ............................................................................................ 324
Las pantallas de cristal líquido (LCDs) ................................................................................. 324
La librería LiquidCrystal ...................................................................................................... 327
Librerías de terceros interesantes para usar con LCDs ....................................................... 334
2
Módulos LCD de tipo I
C o TTL-Serie .................................................................................. 335
2
Backpacks I
C ................................................................................................................. 336
Backpacks serie .............................................................................................................. 337
Shields que incorporan LCDs .............................................................................................. 339
Shields y módulos que incorporan GLCDs .......................................................................... 341
Breve nota sobre los convertidores de nivel bidireccionales ......................................... 343
Breve nota sobre la visualización de imágenes "al vuelo" ............................................. 345
USO DE PANTALLAS TFT ........................................................................................... ..347
Shields y módulos que incorporan pantallas TFT ............................................................... 347
Breve nota sobre la librería "Adafruit GFX" ................................................................... 348
Shields y módulos que incorporan pantallas TFT táctiles ................................................... 351
Pantallas TFT táctiles resistivas vs. pantallas TFT táctiles capacitivas ............................ 351
De tecnología resistiva ................................................................................................... 352
De tecnología capacitiva ................................................................................................ 357
USO DE PANTALLAS OLED .......................................................................................... 359
Las pantallas OLED .............................................................................................................. 359
Módulos OLED de 4DSystems ............................................................................................. 359
Módulos OLED de Adafruit ................................................................................................. 360
USO DE OTRAS PANTALLAS ........................................................................................ 362
7-segmentos........................................................................................................................ 363
Necesidad de aumentar el número de pines de salida .................................................. 364
Shields y módulos que incorporan displays 7-segmentos .............................................. 365
Matrices de LEDs ................................................................................................................. 369
USO DE LA MEMORIA EEPROM ................................................................................. 371
USO DE TARJETAS SD ................................................................................................. 375
Características de las tarjetas SD ........................................................................................ 375
Shields y módulos que incorporan zócalos microSD ........................................................... 377
La librería SD ....................................................................................................................... 379
USO DE PUERTOS SERIE SOFTWARE .......................................................................... 388
USO DE MOTORES ..................................................................................................... 392
Conceptos básicos sobre motores ...................................................................................... 392
Tipos de motores ................................................................................................................ 394
Los motores DC .............................................................................................................. 394
Los servomotores ........................................................................................................... 396
Los motores paso a paso ................................................................................................ 399
La librería Servo .................................................................................................................. 402
La librería Stepper ............................................................................................................... 407
CAPÍTULO 6. ENTRADAS Y SALIDAS ...................................................................... 411
USO DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES ........................................................... 411
Ejemplos con salidas digitales ............................................................................................. 414
Evitando el uso de la función delay() –y de delayMicroseconds()– ................................ 418
Múltiples salidas en paralelo .......................................................................................... 424
Ejemplos con entradas digitales (pulsadores) ..................................................................... 437
Implementación de pulsadores momentáneos .............................................................. 440
Implementación de pulsadores mantenidos .................................................................. 444
Evitando el rebote ("bounce") en los pulsadores ........................................................... 450
Juegos ............................................................................................................................. 452
Keypads digitales ................................................................................................................. 458
USO DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS ANALÓGICAS ...................................................... 461
Ejemplos con salidas analógicas ......................................................................................... 464
Control interactivo (mediante pulsadores) .................................................................... 466
Control interactivo (a través del canal serie) ................................................................. 467
Uso de LEDs RGB ............................................................................................................ 469
Ejemplos con entradas analógicas (potenciómetros) ......................................................... 471
Medias y calibraciones ................................................................................................... 474
Entradas y salidas ........................................................................................................... 475
Ejemplo de uso de joysticks como entradas analógicas ..................................................... 478
Ejemplo de uso de pulsadores como entradas analógicas ................................................. 480
Cambiar el voltaje de referencia de las lecturas analógicas ............................................... 484
CONTROL DE MOTORES DC ....................................................................................... 487
El chip L293 ......................................................................................................................... 492
Módulos de control para motores DC ................................................................................ 494
La placa TB6612FNG ...................................................................................................... 495
Otros módulos ............................................................................................................... 497
Shields de control para motores DC (y paso a paso) .......................................................... 497
El "Adafruit Motor Shield" ............................................................................................. 497
Otros shields .................................................................................................................. 499
EMISIÓN DE SONIDO ................................................................................................. 502
Uso de zumbadores ............................................................................................................ 502
Las funciones tone() y noTone() .......................................................................................... 505
Uso de altavoces ................................................................................................................. 510
Amplificación simple del sonido ......................................................................................... 512
Sonidos pregrabados .......................................................................................................... 515
La librería "SimpleSDAudio" ........................................................................................... 515
Breve nota sobre las características de un fichero de audio .......................................... 515
El "Wave Shield" de Adafruit.......................................................................................... 517
Shields que reproducen MP3 ......................................................................................... 518
Módulos de audio .......................................................................................................... 519
Reproductores de voz .................................................................................................... 523
APÉNDICES
A. DISTRIBUIDORES DE ARDUINO Y MATERIAL ELÉCTRICO ................................... 529
Kits ...................................................................................................................................... 532
B. CÓDIGOS IMPRIMIBLES DE LA TABLA ASCII ...................................................... 535
C. RECURSOS PARA SEGUIR APRENDIENDO ......................................................... 537
Plataforma Arduino ............................................................................................................ 537
Electrónica general ............................................................................................................. 538
Proyectos ............................................................................................................................ 539
ÍNDICE ANALÍTICO ……………………………………………………………………………………………..541
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