LABORATORIO DE MICROPROCESADORES II

PRÁCTICA N°7

INTRODUCCIÓN AL USO DE LA PLACA DE DESARROLLO ARDUINO

1. Objetivo: Desarrollar una aplicación que nos permita manejar los puertos de la placa de desarrollo Arduino.

2. Marco teórico: Arduino es una tarjeta de desarrollo basada en microcontrolador, denominada plataforma de hardware abierto. El microcontrolador utilizado es de la marca ATMEL el cual cuenta con entradas y salidas analógicas y digitales. Arduino es programado en un entorno de desarrollo basado en el lenguaje de programación Processing muy similar al lenguaje C. Arduino junto a otras placas de desarrollo simplifica las tareas necesarias para desarrollar una aplicación o proyecto. Conseguir placas Arduino hoy en día es mucho más fácil y económico porque se cuentan con placas denominadas clones de Arduino mucho más económicas pero con las mismas funcionalidades del original diseñado y fabricado en Italia.

El software de Arduino funciona en sistemas operativos Windows, Linux y Macintosh OSX, siendo por tanto multiplataforma. Este software puede ser descargado de la página oficial de Arduino, www.arduino.cc sin costo alguno y como está publicado como software de licencia libre puede ser ampliado o mejorado por programadores expertos. El lenguaje de programación de Arduino puede ser ampliado por medio de librerías de C++ y modificarlo a través del lenguaje de programación AVR C en el que está diseñado.

Arduino está basado en los microcontroladores ATMEGA168, ATMEGA328 y ATMEGA1280. Los planos de los módulos están disponibles en la página oficial y como tienen licencia creative commons pueden ser modificadas por diseñadores de hardware de todo el mundo.

FIGURA 1: Placa de desarrollo Arduino, FUENTE: Introduction to Arduino, Smith

3. Descripción de la placa Arduino:

1. Conector USB: Proporciona la comunicación para la programación y la toma de datos. Provee una fuente de 5 V para alimentar la placa Arduino pero con una corriente máxima de 500 mA. insuficiente para alimentar con la placa dispositivos que consumen corriente mayor como es el caso muchas veces de motores.

2. Regulador de tensión DC: Convierte la tensión introducida por el conector 3 en una tensión de 5 V regulado necesario para el funcionamiento de la placa.

3. Plug de conexión de fuente externa: Conector que permite alimentar la placa Arduino con tensiones de 6 a 20 VDC. El centro del conector debe recibir el voltaje positivo y el externo el neutro o referencia de tensión.

4. Puerto de conexiones de tensiones y tierra: Está constituido por 8 terminales que permiten alimentar con tensiones de 5 V, 3,3 V a otros dispositivos. Además provee de tierra a otros dispositivos conectados a la placa. El pin Vin está conectado con el plug de tensión 3 por lo que se puede utilizar para conectar con una fuente externa.

5. Puerto de entradas analógicas: Puerto de 6 terminales donde se pueden conectar sensores analógicos en rango de 0 a 5 Voltios DC.

6. Microntrolador: Dispositivo que dirige el funcionamiento de la placa. En el modelo Arduino Uno se utiliza el modelo ATMEGA368 que puede considerarse suficiente y adecuado para la mayoría de las prácticas que realizaremos.

7. Botón reset: Permite el reinicio del sistema cuando así se vea por conveniente.8. Pines de programación ICSP: Utilizados para programar los microcontroladores

desde un protoboard o placa de circuito impreso sin necesidad de retirar la placa.9. LED ON: Se enciende en cuanto la placa Arduino está alimentada.

10. LEDs de Recepción y transmisión: Se encienden cuando la placa se comunica con la computadora a través del conector USB.

11. Puerto de entradas y salidas digitales: Pines de entrada y salida digital, la función de entrada o salida debe ser configurada por el usuario en el programa. Cuando se utiliza la terminal serial no se deben utilizar los pines cero (Rx) y uno (Tx). Los pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11 están precedidos del símbolo ~ lo que permite su uso como salidas controladas por PWM. El terminal 13 tiene conexión directa con un LED tipo SMD montado en la placa que permite verificar de forma rápida el funcionamiento de la misma

12. Puerto de conexiones digitales adicionales: Los pines 9, 10 y 11 también están precedidos por el símbolo ~ lo que permite su uso como salidas controladas por PWM.

13. LED pin 13: LED indicador del funcionamiento de la placa cuando se utiliza el pin 13 como salida.

14. Pines de programación ICSP: Utilizados para programar los microcontroladores desde un protoboard o placa de circuito impreso sin necesidad de retirar la placa.

15. Circuito integrado de comunicación: Permite comunicar la placa de desarrollo con la computadora. En realidad el microcontrolador incorporado en la placa utiliza el protocolo RS – 232 y este chip realiza la conversión de paquetes con el protocolo USB de la computadora.

4. Microcontrolador ATMEGA 328: El microcontrolador ATMEGA 328 es un C.I. que contiene las partes funcionales de una computadora básica. Contiene un CPU de 8 bits, memoria de programa, memoria de datos, memoria de datos no volátil y puertos de entrada y salida, además de puertos de comunicación.

a. Características de los periféricos:i. Interface serie SPI maestro esclavo.

ii. ADC de 10 bits y 8 canales1. Ocho canales de operación simple2. Siete canales diferenciales3. Dos canales diferenciales con ganancia programable.

iii. Dos canales PWM de 8 bitsiv. Modulación de comparación de salidav. Seis canales PWM con resolución programable desde 2 hasta 16 bits.

vi. Dos temporizadores de 8 bits con pre escalador separado y modo de comparación.

vii. Dos temporizadores de 8 bits con pre escalador separado, modo de comparación y modo de captura.

viii. Comparador analógico ON CHIP.

ix. Contador en tiempo real con oscilador separado.x. Doble USART serie programable.

b. Tensiones de funcionamiento:i. 2,7 a 5,5 V (ATMEGA 328L)

ii. 4,5 a 5,5 V (ATMEGA 328c. Frecuencias de operación

i. 0 a 8 MHz. (ATMEGA 328L)ii. 0 a 16 MHz. (ATMEGA 328)

FIGURA 2: Pin out microcontrolador ATMEGA 328, FUENTE: arduino.cc

5. Desarrollo del laboratorio: a. Firma 1: Se trata de encender y apagar 3 LEDs colocados en las salidas 6, 7

y 8 (PIN 6, PIN 7 y PIN 8) con un retardo de 300 ms.b. Firma 2: Utilizar la entrada A0 (Analog In) para introducir la tensión de un

potenciómetro conectado a 5 V. La tensión de 5 V debe ser convertida a un valor digital en el rango de 0 a 1023. Un LED conectado al terminal 12 parpadea en función del valor digitalizado del potenciómetro.