arte electronico_tiselli

8/7/2019 ARTE ELECTRONICO_TISELLI

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ARTE ELECTRONICO INTERFASESEUGENIO TISELLI2003

2. Sensores y actuadores

Recordemos la definicin de transductores: dispositivos que traducen las seales de un dominio a otro.Los sensores, u rganos de los sentidos del ordenador, son transductores que convierten las sealesfsicas en seales elctricas, los actuadores son aquellos que realizan la tarea inversa. Pues bien, en estetema analizaremos los diferentes tipos de sensores y actuadores, teniendo siempre en cuenta que nosinteresa conocerlos con el fin de crear interfaces fsicas que tendrn un papel especfico dentro de algunaobra interactiva.

Podemos partir de una versin aumentada deldiagrama

que anteriormente habamos analizado, y que constituye el modelo de interaccin humano-ordenador. Enesta nueva versin del diagrama, encontramos que la interaccin, o sea, el proceso que ocurre entre

humano y ordenador y que posibilita el intercambio de impulsos, puede tener diferentes modalidades. Losimpulsos provenientes del ordenador pueden llegar al humano en forma de luz, sonido y/o percepcintctil del movimiento. A su vez, los impulsos humanos llegan al ordenador bsicamente en diferentesformas de accin muscular: movimiento, voz, etc., o tambin como impulsos luminosos, si es que nosinteresa detectar el movimiento o el color sin la utilizacin de ningn dispositivo aadido al cuerpo. Comoveremos, el tipo de sensor y actuador a utilizar en una interfaz depende directamente del impulso quedeseamos captar.

Hablemos en primer trmino sobre los sensores. Podemos distinguir fundamentalmente dos grandescategoras de sensores: los digitales y los analgicos. Es el tipo de seal generada por cada una de estascategoras lo que nos permite distinguir entre una y otra. Los sensores digitales son aquellos cuyarespuesta a un impulso se da de forma binaria: si o no, 1 o 0, mientras que los sensores analgicos

generan respuestas elctricas que varan dentro de un rango determinado, y que pueden tomar cualquiervalor comprendido dentro del mismo. Esta categora est representada por la gran variedad existente de
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pulsadores e interruptores: dispositivos que, encualquier momento, pueden encontrarse en algunode sus dos estados, encendido o apagado. Estetipo de sensores se adapta de forma magnficapara las situaciones en las cuales nos interesadetectar la presencia de algo o de alguien en unpunto determinado, sin importarnos otro tipo deinformacin aadida. Existe, como hemosmencionado, una gran variedad de sensoresdigitales: los pulsadores, que consistengeneralmente en botones que al ser pulsados

cambian de estado (de encendido a apagado o viceversa), y que al soltarlos regresan a su estadooriginal, y los interruptores que, a diferencia de los pulsadores, permanecen en uno de los dos estados sinque tenga que existir sobre ellos una accin continua (pensemos en los interruptores de corriente queexisten para encender o apagar las luces de nuestra casa).

De estos dos tipos bsicos de sensor digital se deriva una serie extensa de variantes, que incluyen, porejemplo, a lasfotoclulas de barrera. Estos sensores consistenen circuitos elctricos ms o menos complejos en los cualesexiste un emisor y un receptor de seales infrarrojas. Emisor yreceptor se encuentran separados, y necesitan colocarse frentea frente y sin obstculos para que la seal llegue de un punto aotro. Cuando algn objeto se coloca entre los dos puntos laseal se interrumpe, generando una variacin en la respuestadel circuito. Tenemos as un sensor digital, que nos da unarespuesta si existe un objeto interrumpiendo el haz infrarrojo, yla respuesta inversa si dicho haz se transmite de un punto a

otro sin interrupcin.

El segundo tipo de sensores, los sensores analgicos, son an mas variados. Esta enorme diversidad nosobliga a subdividirlos en diferentes categoras. Una primera categorizacin puede hacerse segn lanaturaleza de los impulsos captados por los sensores analgicos. As pues, tenemos la siguiente lista:

-Movimiento (presin, torsin, inercia)-Luz-Sonido-Temperatura-Humedad

-Voltaje-Magnetismo-Electromagnetismo

2.1. Tipos y clasificaciones de sensores

Esta lista es bastante general, as que nos conviene hacer una clasificacin ms precisa, en la queclasificaremos los sensores segn la tecnologa con la que estn fabricados, y mencionaremos, para cadauno de los tipos, el tipo de energas que permiten captar. Partiendo entonces de la lista anterior,elaboremos una segunda lista:

- Resistencias variables: Sensores cuya resistencia elctrica vara segn la intensidad de la sealcaptadas. Hay diferentes tipos de resistencias variables:
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-potencimetros: captan giro, deslizamiento

-sliders: captan el desplazamiento lineal sobre una superficie

-termistores: captan temperatura
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-fotoresistores: captan luz

-sensores resistivos de fuerza(force sensitive resistors - FSR): captan presin o tacto

-flexores: captan flexin, movimiento-Acelermetros: Estos sensores son circuitos elctricos relativamente complejos que permiten captar elmovimiento de un objeto sobre el cual estn colocados, o bien la inclinacin de ste.

-Sensores piezoelctricos: Sensores fabricados con material piezoelctrico, que tiene la particularidad deproducir una variacin de voltaje cuando se deforma. Estos sensores son bastante verstiles, y permitencaptar energas tales como fuerza, temperatura o sonido. Pensemos que estas tres energas, al seraplicadas sobre algn material, producen una deformacin del mismo y que dicha deformacin, a pesarde ser imperceptible en ocasiones, puede detectarse elctricamente.

-Sensores infrarrojos:Sensores basados en la transmisin y recepcin de seales infrarrojas, que viaja

en un haz invisible desde el transmisor hasta el receptor. Estos sensores pueden tener dosconfiguraciones: en la primera, el emisor y receptor se encuentran colocados en un mismo sitio. Esto
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implica que, para que el receptor reciba la seal del emisor, sta ha de rebotar en alguna superficie. Estaconfiguracin permite tener un sensor infrarrojo que detecta la cercana de un objeto. La segundaconfiguracin existe cuando tenemos el emisor y el receptor separados, pero colocados frente a frente. Eneste caso, el haz infrarrojo debe viajar desde el emisor hasta el receptor sin encontrar obstculos, en casocontrario, la seal no llegar a su destino. Esto nos permite hablar de sensores infrarrojos que detectan lapresencia de un objeto. Notemos que, en este ltimo caso, tendremos un sensor digital, es decir: unsensor que nos dar un valor cuando el haz infrarrojo fluya sin interrupcin, y el valor inverso cuando elhaz se interrumpa. Podemos mirarlo como un interruptor que funciona con seales infrarrojas.

-Sensores biopotenciales: Estos sensores, utilizados generalmente dentro de un contexto mdico, sirvenpara medir diferentes energas generadas por los procesos vitales del cuerpo humano. En general se tratade sensores bastante especializados, que pueden llegar a ser muy caros o difciles de conseguir. Dentro

de este tipo de sensores tenemos a aquellos que miden la tensin muscular, el movimiento de los ojos, laactividad cerebral, y la actividad cardaca, entre otros impulsos.

-Sensores de campo electromagntico: Estos sensores permiten medir el campo electromagntico quese encuentra rodeando a todos los cuerpos fsicos. Este campo existe naturalmente en torno a cualquierobjeto debido al fenmeno elctrico conocido como inductancia, que consiste en la creacin de un campoelectromagntico perpendicular a toda corriente elctrica que fluye a travs de un circuito. Existe una grancantidad de objetos en la naturaleza, entre ellos el cuerpo humano, a travs de los cuales se transmiteelectricidad. Mediante estos sensores, que detectan el campo electromagntico, podramos percibir lacercana de un cuerpo. Sin embargo, tengamos presente que los campos electromagnticos sonenormemente inestables, y que por lo tanto este sensor no nos dar informacin fiable, ya que esbastante probable que dicha inestabilidad haga que se comporte casi de manera aleatoria.
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-Sensores de sonido:Podemos decir que un micrfono comny corriente es un sensor de sonido. Las vibraciones captadas porste se convierten en impulsos elctricos y, en el caso de losmicrfonos conectados directamente a un ordenador, en sealesdigitales. Podemos utilizar esta seal de diferentes maneras, yasea para captar la informacin fsica del sonido, como amplitud(volumen) o frecuencia (tono), o bien, a travs de softwaresofisticado, reconocer patrones de voz, por ejemplo.

-Ultrasonido:Sensores que captan seales ultrasnicas, es decir, ondas de sonido cuya frecuencia estan alta que resultan inaudibles para el odo humano. Los sonares son sensores de ultrasonido que se

basan en el sistema de deteccin de objetos utilizado por animales como el murcilago: este roedor emitesonido de altsima frecuencia que, al rebotar y regresar a su odo, le proporcionan informacin sobreobjetos cercanos. As pues, los sonares permiten la deteccin de objetos.

Tenemos, finalmente, un tipo de sensor que ser objeto de estudio detallado en temas siguientes:la

cmara digital. Simplemente pensemos ahora que la cmarapuede captar imgenes que, mediante diferentes herramientas de software, pueden ser analizadas pararastrear movimientos, colores e incluso patrones.
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En general, podemos decir que gran parte de estos sensores provienen del campo de la informticaindustrial, y que se han utilizado dentro del contexto de fbricas y lneas de produccin desde hace yabastantes aos. Sin embargo, la entrada de estos dispositivos en el mundo del arte electrnico interactivoes relativamente reciente, y ello nos permite analizarlos de una forma novedosa, encontrandoaplicaciones creativas para ellos.

Una forma de categorizacin de los sensores que resulta bastante interesante dentro del contexto deldiseo de interfaces para la interaccin humano-ordenador es aquella que los agrupa segn el tipo deacciones humanas que permiten percibir. Bsicamente se tratar de accin muscular, subdividida en dostipos: isomtrica, o bien, acciones que generan presin sobre otros objetos, y movimiento. Podemostrazar el siguiente cuadro:

Accin muscular:- Isomtrica: sensores de presin- Movimiento:

- con contacto mecnico: potencimetros, sliders, flexin- sin contacto mecnico: sensores de ultrasonido, campo magntico, acelermetros, fotoresistores,

infrarrojos

2.2. Actuadores

Por parte de los actuadores tenemos, adems de los dispositivos "tradicionales" que transforman losprocesos que ocurren dentro del ordenador en seales fsicas perceptibles ( la pantalla genera luz, losaltavoces generan sonido), a toda una serie de dispositivos que permiten transformar las seales digitalesen seales elctricas, para ser utilizadas dentro de un circuito. UnLED(Light Emitting Diode), porejemplo, es uno de los actuadores ms simples. Se trata de un componente elctrico que genera luz alexistir el flujo elctrico a travs de l. Otro actuador muy comn, tal vez el ms verstil, es elrel.

Un rel es un interruptorque recibe una seal devoltaje, y en base al valorde sta permite o impide elflujo de corriente a travsde un circuito. Mediante unrel, por ejemplo, podemoscontrolar el encendido oapagado de cualquierdispositivo elctrico. Tantolos LEDs como los relsgeneran impulsos externos

que podramos llamardigitales, haciendo unaanaloga con los sensoresdigitales: tienen dos

estados, encendido o apagado. Aplicando la dicotoma digital-analgico que utilizamos para clasificar lossensores, podemos decir que tambin existen los actuadores analgicos que, a diferencia de LEDs yrels, generan impulsos fsicos cuya intensidad vara analgicamente dentro de un rango. Un ejemplo deeste tipo de actuadores son los altavoces piezoelctricos, que generan frecuencias proporcionales al


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voltaje que se les aplique, o bien de losservomotores, que giran unnmero determinado de grados, dependiendo tambin del voltaje de alimentacin

3. Algunos conceptos de electricidad

Antes de continuar, ser necesario definir algunos conceptos bsicos sobre electricidad. Los ltimostemas de este curso estn orientados a la creacin de interfaces fsicas utilizando microcontroladores.Para ello, tendremos que tener algunas nociones sobre circuitos y sus diferentes caractersticas ycomponentes. Ya que hemos hablado sobre sensores, y hemos introducido algn trmino que pudo habercreado algunas dudas, presentemos ahora definiciones formales. Ms adelante, cuando comencemos aensamblar circuitos sencillos, iremos introduciendo nuevas definiciones; sin embargo, hablemos ahora deciertos conceptos fundamentales:

-Circuito elctrico: Un circuito elctrico es el conjunto de dispositivos que permiten el paso de electrones atravs de l. Los electrones son una de las partculas que componen al tomo; estas partculas tienen unacarga negativa. Para que los electrones fluyan a travs de un circuito, necesita existir una diferencia depolaridades en sus extremos. En uno de ellos, una existir una polaridad negativa, dada por laacumulacin de electrones. En el extremo opuesto, una carga positiva generada precisamente por laausencia de electrones. Naturalmente, los electrones tendern a equilibrar las cargas del circuito, y fluirndesde el polo negativo hacia el posit ivo. Todo aparato elctrico necesita de este flujo de electrones parafuncionar

-Voltaje y tierra: El voltaje, tambin llamado diferencia de potencial, nos indica la cantidad de carga que

fluye a travs de un circuito. El voltaje se mide en volts (V), y siempre estar expresado en relacin a unpunto de referencia llamado "tierra", cuya carga es de 0 volts. Pensemos en las distancias: nosotrosmedimos la distancia en metros, siempre expresados en relacin a un punto que nosotros consideramoscomo "distancia 0". Por ejemplo, si queremos medir la distancia que hay desde la pared hasta la puerta,comenzamos desde 0 en la pared, y el valor resultante lo obtendremos cuando hayamos llegado hasta lapuerta. Lo mismo ocurre con el voltaje. Cabe mencionar que existen valores estndar para el manejo devoltajes dentro de los circuitos informticos. Como sabemos, todas las seales dentro de un ordenadorson de naturaleza binaria, es decir, 0s o 1s. De la misma manera que podemos describir las sealesintercambiadas entre nuestras neuronas como "impulsos elctricos", las seales digitales son tambinimpulsos cuyas cargas de voltaje pueden valer 0 volts (0) o 5 volts (1).

- Resistencia: Cuando hablbamos de sensores, nosotros definimos a cierto tipo de sensores como

"resistencias variables". Una resistencia es un componente elctrico que regula el voltaje en un circuito. Sihacemos una similitud entre el flujo de electrones a travs de un circuito y el flujo de agua a travs de unacaera, las resistencias elctricas seran una especie de "embudos" que regulan la cantidad de flujo. Lasresistencias son necesarias ya que, de no exist ir, los electrones fluiran a travs de un circuito con talrapidez que lo quemaran. Esto es lo que conocemos como "corto circuito". Las resistencias se expresanen ohms (simbolizados por la letra griega "omega"), y podemos decir que mientras mayor sea unaresistencia, menor ser el voltaje que atraviese el circuito.

4.1. Puertos y protocolos

Ahora que hemos hablado de sensores e interfaces, cabe preguntarnos cmo conectar un sensor o unactuador al ordenador para que ste lo lea. Para responder, demos primero un vistazo a la parte trasera


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de nuestro ordenador: observaremos cables conectados a diferentes terminales: el ratn, el teclado, lapantalla... todas estas terminales, que constituyen las entradas y salidas fsicas del ordenador, se llamanpuertos. Los puertos enlazan y comunican al ordenador con dispositivos externos. Observaremos que haypuertos muy diferentes, que varan de ordenador en ordenador. Algunos de los puertos mas comunesson:

-Puerto serie, tambin llamado puerto COM. Estepuerto permite una comunicacin serial bidireccional con el ordenador, es decir, los datos, ordenados en

bytes (paquetes de ocho bits) son enviados de manera secuencial desde y hasta el ordenador.

-Puerto paralelo, llamado tambin puerto LPT.Generalmente se usa para enviar grandes cantidades de informacin, ya que permite la circulacinbidireccional de datos en paralelo, a diferencia del puerto serie, en el que los datos circulan de manerasecuencial. Comnmente encontraremos impresoras conectadas a este puerto, que poco a poco vacayendo en desuso ya que est siendo substituido por otros de mayor velocidad.

-Puerto USB (Universal Serial Bus). Este puertopermite la comunicacin serial a altas velocidades. Este puerto est substituyendo a los puertos paralelose incluso al puerto serie. De hecho, en los ordenadores Macintosh ms recientes no existe un puertoserie, en su lugar encontramos uno o dos puertos USB.


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-Puerto MIDI: El puerto MIDI permite lacomunicacin entre dispositivos informticos capaces de comprender el protocolo MIDI. Es poco comnencontrarlo, pero veremos cmo puede sernos til, y de qu manera podemos introducir mensajes MIDIen el ordenador adaptando otros puertos. Es importante mencionar que los puertos MIDI sonunidireccionales, y que por lo tanto existir siempre un puerto de entrada y uno de salida, cada uno porseparado.

Ya que hablamos de MIDI, introduzcamos el concepto de protocolo: ya hemos mencionado que todos losdatos en un ordenador se transmiten como cadenas de 0s y 1s, las cuales podemos ver como sealeselctricas cuyo voltaje vara de forma discreta entre 0 y 5 volts. Leer estas cadenas nos resultaraimposible, y por lo tanto necesitamos encontrar una manera de ordenarlas de tal forma que resulteninteligibles para nosotros. Este ordenamiento, junto con las reglas que rigen el intercambio de lainformacin, es lo que llamamos protocolo: un lenguaje para el intercambio de mensajes inteligibles cuyouso se ha estandarizado, y que permite la comunicacin con el ordenador. Existen diferentes protocolosasociados a las distintas formas en las que es posible comunicar dispositivos informticos. El protocoloRS-232, por ejemplo, est asociado al puerto serie, y por lo tanto permite el intercambio de mensajessecuenciales entre dispositivos.

El protocolo MIDI, asociado a los puertos MIDI, permite el intercambio de mensajes musicales entrediferentes dispositivos.

4.2. El protocolo MIDI

MIDI significa "Musical Instruments Digital Interface", y fue creado en 1983. Es para nosotros de especialinters ya que gran parte de las interfaces fsicas que utilizan sensores se comunican con el ordenadorutilizando este protocolo. El hecho de que el MIDI sea un lenguaje de alto nivel para el intercambio demensajes musicales no significa que pueda ser usado solamente dentro de aplicaciones sonoras. Comoveremos, en ltima instancia los mensajes MIDI son nmeros y, con un poco de programacin, podemosmanipular un nmero para realizar cualquier tarea: desde la emisin de sonido hasta el movimiento deuna imagen en pantalla.

MIDI es un caso especial de protocolo serial: consiste en la transmisin secuencial de bytes, de la mismamanera que el protocolo RS-232. Sin embargo, en MIDI los bytes estn ordenados de una maneraespecfica. La mayora de los mensajes MIDI estn compuestos por un conjunto de 3 bytes y cada uno deellos utiliza solamente 7 bits, en vez de los 8 que generalmente suele tener un byte. El primer byterepresenta el tipo de mensaje MIDI, y los dos siguientes sern parmetros que afecten a dicho mensaje,cuyos valores estarn entre 0 y 127 (para 7 bits existen 128 posibles combinaciones de 0s y 1s).

Existen diferentes tipos de mensajes MIDI que, como veremos, estn basados en el paradigma del

teclado musical:


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- Note On: Estos mensajes permiten generar una nota. El segundo byte es el nmero de nota y el tercerosu intensidad. Por ejemplo, el mensaje MIDI Note On 60, 64 genera la nota 60 (Do central en un piano, o"Do5") con valor de intensidad medio (64).

- Control Change: Estos mensajes permiten aplicar controladores continuos a una nota. Imaginemos uncontrol de volumen, por ejemplo, que va variando mientras se emite una nota. sto se puede lograrmediante los mensajes Control Change, en los cuales el primer byte indica el tipo de controlador, y elsegundo el valor de dicho controlador. Por ejemplo, el mensaje MIDI: Control Change 7, 127 pone unvalor de 127 (valor mximo) al controlador 7 que es, precisamente, el controlador de volumen.

Existen otros mensajes MIDI, como Program Change por ejemplo, pero con los mensajes que ya hemosmencionado nos bastar para trabajar.

El MIDI tiene, adems, 16 canales de comunicacin. Pensemos en cada canal como un instrumentoindependiente en una orquesta: MIDI es un protocolo que permite la polifona, es decir, que puede recibirhasta 16 voces simultneamente, o bien, que tenemos hasta 16 conductos independientes para el envode datos. Cada uno de los mensajes anteriores (Notas y Controladores) nos indicar, adems, en que

canal se est transmitiendo.

4.3. Interfaces digitalizadoras y software MIDIPara responder la pregunta que nos hicimos al inicio de este tema, sobre cmo conectar un sensor oactuador al ordenador, definamos un ltimo concepto: la interfaz digitalizadora. Las interfacesdigitalizadoras traducen los voltajes generados por los sensores como resultado de la percepcin deenergas fsicas a seales digitales organizadas segn algn protocolo comprensible para el ordenador.Despus de mirar los puertos en la parte trasera del ordenador, nos qued claro que es imposibleconectar los transductores directamente. Mas an, dichos transductores generan seales de voltaje queno son directamente legibles por el ordenador. Es por eso que necesitamos un dispositivo intermedio al

cual podamos conectar los sensores y actuadores, y que la seal generada por estos se traduzca a unaseal digital. Existen en el mercado diferentes interfaces digitalizadoras, entre ellas:I-cubeX,

desarrollada porInfusion Systems,atoMIC,http://infusionsystems.com/catalog/index.phpdesarrollado porIRCAM,http://www.ircam.fr/ y SensorLab,desarrollado enSTEIM. http://www.steim.org/steim/ Estas tres interfaces, aunque tienen ligerasdiferencias en cuanto a especificaciones tcnicas y utilizacin, comparten la caracterstica de que todasellas generan seales digitales organizadas segn el protocolo MIDI. Esto resulta ser ventajoso ya que,como habremos intuido, no bastan los transductores conectados a una interfaz digitalizadora paracontrolar interactivamente los contenidos audiovisuales: tambin hay que contar con un software quepueda leer las seales provenientes de la interfaz digitalizadora y mapearlas a diferentes accionesvisuales o sonoras.

La cantidad de software que es capaz de leer seales MIDI es bastante grande, y va desde lossofisticados secuenciadores de audio, tales comoCubase
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1. Microcontroladores, conceptos, componentesLlegamos a la parte prctica de nuestro curso. Aqu aprenderemos cmo utilizar los microcontroladorescon el fin de crear nuestras propias interfaces fsicas, y lograr que se comuniquen con el ordenador. Yahemos mencionado una de las ventajas de utilizar microcontroladores en vez de comprar una interfazdigitalizadora como IcubeX: el costo, mucho ms reducido. Sin embargo, otra ventaja no menosimportante es que el microcontrolador es muchsimo ms flexible que cualquier interfaz digitalizadoradisponible en el mercado, ya que nosotros programaremos dicho dispositivo para que realice exactamentela tarea que nos conviene. De hecho, dentro del IcubeX, atoMIC o SensorLab realmente haymicrocontroladores, que ya tienen un programa predefinido, que traduce las seales de los sensores aMIDI. Mediante los microcontroladores, nosotros seremos capaces de crear dispositivos "a medida", stoes, interfaces digitalizadoras que traduzcan los datos de los sensores a cualquier protocolo, y condiferentes parmetros y condiciones.

Un microcontrolador es un ordenador en miniatura; tiene todas las caractersticas que nos hacendistinguirlo como tal: procesador, memoria y entradas y salidas. Losmicrocontroladores

ya han sido utilizados desde hace mucho tiempo dentro del contextode la informtica industrial, al igual que los sensores y actuadores.

Hasta hace pocos aos, programar dichos ordenadores era una tarea de expertos: haba que

programarlos en un lenguaje llamado Ensamblador, que es tal vez el lenguaje "menos amigable" para elser humano; las instrucciones que utiliza son crpticas, y est basado en el manejo directo de la memoria,lo cual llega a resultar bastante confuso. Sin embargo, con la llegada de nuevos microcontroladores conlenguajes mucho ms fciles de aprender, estos dispositivos se convierten en algo utilizable porcualquiera con ciertos conocimientos bsicos de programacin y electrnica. Decimos bsicos, ya querealmente para fabricar circuitos y hacerlos funcionar no hace falta ser un experto.

Utilizaremos los microcontroladoresBasic Stamp II,


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fabricados por Parallax. Hemos elegido este modelo ya que, como mencionbamos en el prrafo anterior,es programable en un lenguaje bastante accesible: el P-Basic. Este lenguaje es una variante del Basic

(Beginners' All-Purpose Symbolic Interchange Code), un lenguaje creado para ensear programacin aprincipiantes. La mayor parte de las instrucciones de este lenguaje son palabras en ingls, y su estructuraresulta clara.

El Basic Stamp II tiene, como todo microcontrolador, un procesador, que en este caso particular permite laejecucin de comandos en P-Basic. La velocidad de este procesador es de 3000 a 4000 instrucciones deP-Basic por segundo. Si lo comparamos con los microcontroladores programables en lenguajeEnsamblador, resulta un procesador lento. Sin embargo, esta velocidad ya es suficiente para los fines quea nosotros nos interesan.

La memoria del Basic Stamp II es una memoria EEPROM, que por sus siglas en ingls (ElectricallyErasable Programmable Read Only Memory) es una memoria de "slo-lectura" que es elctricamenteborrable y reprogramable. Aqu hay varias caractersticas que vale la pena sealar: las memorias de losmicrocontroladores ms antiguos no podan ser borradas y reprogramadas, ya tenan programas pre-establecidos. Posteriormente, surgieron memorias que permitan la reprogramacin mediante la aplicacinde luz ultravioleta a lo largo de un tiempo determinado. Estas memorias, sin embargo, tenan un tiempolimitado de vida, y podan ser reprogramadas un nmero determinado de ocasiones. Las memoriasEEPROM, de creacin ms reciente, permiten ser borradas y reprogramadas un nmero prcticamenteilimitado de veces mediante la aplicacin de una simple seal elctrica. Por otra parte, tenemos que lamemoria del Basic Stamp II es limitada en cuanto a capacidad: puede almacenar entre 500 y 600instrucciones. Adems, esta memoria solamente acepta un programa a la vez.

En cuanto a las entradas y salidas del Basic Stamp II, tenemos 16 pequeas patitas metlicas, llamadas

"pins", que pueden fungir como entradas o salidas. Cada una es independiente, y puede generar o recibir


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seales elctricas desde 0 hasta 5 volts. Hay otros 8 pins que, como veremos en un diagrama msadelante, estn reservados para la realizacin de diferentes funciones especficas.

1.1. Elementos para la prctica

Utilizaremos los microcontroladores Basic Stamp II para la creacin de diferentes circuitos bsicos: le

lectura de unsensor digital(interruptor) , la lectura

de unsensor analgico, la generacin de seal para

actuadores digitales (LEDs orels,
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por ejemplo) y finalmente la comunicacin con el ordenador, utilizando elprotocolo serie y el protocolo MIDI. Para ello, necesitaremos el siguiente material:

-Microcontrolador Basic Stamp II

-Protoboard: Se trata de una tabla que nos permite crear circuitoselctricos a nivel prototipo. Esta tabla tiene una serie de agujeros que nos permiten insertar y sacar

fcilmente los diferentes componentes del circuito, sin tener que soldar. Si miramos un protoboard defrente, como se muestra en la foto, encontraremos que en cada extremo hay dos lneas verticales deagujeros. Cada una de estas lneas es independiente, y a travs de ellas se transmite la seal queconectemos en cualquier punto. Por ejemplo, si conectamos en la esquina superior izquierda delprotoboard una seal de 5 volts, toda esa lnea compartir dicha seal, y a ella podremos conectarcomponentes que requieran dicha seal de voltaje (foto).


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En el centro del protoboard, encontraremos agujerostambin, que representan lneas horizontales. Estas lneas tambin son independientes entre s, y lasseales son compartidas por todos los puntos de la lnea. Sin embargo, existen divisiones verticales queinterrumpen la seal de las lneas horizontales, impidiendo su paso (foto).

-Cable serie: Para lograr la comunicacin entre elordenador y el microcontrolador, necesitaremos de un cable serie. Es importante que al menos una de lasterminales de este cable sea de tipo "hembra", ya que la mayora de los ordenadores tienen un puertoserie de tipo "macho". Para aquellos ordenadores que tengan puertos USB pero no cuenten con un puertoserie, ser necesario comprar adems un cableadaptador


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de serie a USB. Estos cables incluyen ademssoftware, que permite al ordenador reconocer la comunicacin serial que l lega a travs de los puertosUSB.

-Batera de 9 volts, con "capucha" con dosterminales (tierra y voltaje) para alimentar el microcontrolador.

-Multmetro: Un multmetro es un dispositivo quenos permite hacer diferentes mediciones de seal elctrica. No haremos mediciones muy sofisticadas, asque no hace falta comprar un multmetro caro.


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-Pinzas de corte o alicates.

Utilizaremos, adems, los siguientes componentes y materiales:

- Cable para conexiones: se trata de cable delgado, tambin llamado hilo, que pueda ser insertadofcilmente en los agujeros del protoboard

-Resistencias: Estos componentes regulan el pasode voltaje a travs de un circuito. Como ya vimos en un tema anterior, el voltaje es inversamenteproporcional a la resistencia, es decir: a mayor resistencia, menor voltaje. Los circuitos que montaremosnecesitan, concretamente, de resistencias de dos valores: 220 ohms y 10 Kilo ohms. Podemos saber elvalor en ohms de una resistencia mediante la tabla que se muestra en lafigura:

observemos que todas las resistencias tienen una banda dorada.

Si al mirar una resistencia colocamos esta banda del lado derecho, podemos saber el valor de laresistencia leyendo las bandas de colores impresas sobre dicho componente de izquierda a derecha. Por


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-Potencimetro: Los potencimetros (al igual quelas fotoceldas) son resistencias variables. Como ya habamos visto anteriormente, estos sensores dandiferentes valores de resistencia segn la intensidad de la seal fsica captada. Para los circuitos quenosotros montaremos aqu, utilizaremos potencimetros con un valor de resistencia entre 100 y 200 Kiloohms.

-LEDs

Cabe mencionar que dicho material puede conseguirse prcticamente en cualquier tienda decomponentes electrnicos (con excepcin del microcontrolador Basic Stamp II, que probablemente habrque pedir por correo o buscar en una tienda especializada), y que su costo no es elevado.

Adems de estos materiales, habr que conseguir el software que permite programar el microcontrolador

desde el ordenador. Dicho software puede descargarse gratuitamente desde la pgina web de Parallax :www.parallax.com. Este software funciona para ordenadores PC, ya sea con Windows, DOS o Linux, ytambin para Macintosh (solamente sistema operativo OS X). Desde esta misma pgina web se puedendescargar varios manuales referentes a la utilizacin del Basic Stamp, y tambin ejercicios y proyectos.Se recomienda ampliamente la descarga de estos textos.

Nuestra primera prctica ser crear el cable serie que nos permitir la comunicacin entre elmicrocontrolador y el ordenador. Para ello, cortaremos a la mitad dicho cable. Observaremos que dentro
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de l hay diferentesconductos elctricos, cada unode un color distinto. Hay tambin una malla metlica, que protege la seal que transita por el cable deinterferencias externas. Los conductos elctricos son nueve, y cada uno corresponde a un pin de losterminales del cable serie.

El siguientediagrama (ojo esta al revs, cotejar

conlos nmeros de la ficha real)nos muestra los pins que utilizaremos para la comunicacin con elmicrocontrolador: el pin nmero 2 es Rx (recepcin de datos), el pin 3 es Tx (transmisin de datos), el 4es DTR (lnea de atencin) y el 5 es GND (tierra) (fig). Necesitamos encontrar los conductoscorrespondientes a estos pins para conectarlos a los terminales correspondientes en el microcontrolador.Para identificarlos, haremos lo siguiente: primeramente, colocaremos el multmetro en elmodo "diodo".

Este modo permite saber si hay una lnea que conecta un punto conotro. Si tomamos los terminales de medicin del multimtro colocado en este modo y los juntamos,obtendremos en el display un valor que t iende a llegar a cero; sto indica que hay conexin. Pondremosuno de los terminales de medicin en alguno de los pins del cable serie, y el otro en cada uno de los

conductos, hasta que encontremos lascorrespondencias.
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Para poder colocar un terminal de medicin en unpin del cable serie hembra, podemos insertar un trozo de hilo elctrico, el cual nos ayudar a realizar la

medicin (foto).

Los pins 6 y 7 del cable serie, DSR y RTS respectivamente, han de ser conectados entre s para lograr

que el software editor del Basic Stamp haga la autodeteccin del puerto, es decir, que detecteautomticamente a qu puerto est conectado el microcontrolador. Bastar con unir los conductoscorrespondientes a dichos pins.

Una vez que hemos identificado los pins y los conductos, podremos conectar el microcontrolador al puertoserie del ordenador.

1.2. Conexin del microcontrolador


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Para realizar la conexin del microcontrolador con el ordenador, miremos primero eldiagrama

del Basic Stamp. O

bservaremos que, en la parte superior del grfico querepresenta el microcontrolador, hay una seal en forma de semicrculo o media luna. Tomemos el Basic

Stamp y busquemos en uno de sus extremos esta misma seal, que nos indicar la forma correcta de leerlos pins: siempre comenzaremos de izquierda a derecha y de arriba a abajo teniendo la seal en la partesuperior. Veremos entonces que los cuatro primeros pins, en la parte superior izquierda delmicrocontrolador, estn reservados para la comunicacin serial con el ordenador: sirven tanto paraprogramarlo como para intercambiar diferentes datos. Siguiendo un orden de arriba a abajo, tenemos lasiguiente distribucin: Tx, Rx, ATN y GND. Dichos pins guardan una correspondencia con los conductosque hemos identificado en el cable serie. Para conectar los conductos a los pins correspondientes delmicrocontrolador, primeroinsertaremos el Basic Stamp en el Protoboard,

procurando ponerlo en la parte central de forma que una de las

divisiones verticales pasen por el centro de ste. Una vez colocado, insertaremos los conductos en losagujeros del protoboard que estn inmediatamente a la izquierda del microcontrolador. Observemos que


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el conducto correspondiente a Rx del cable serie va al pin Tx del microcontrolador. sto resulta lgico, yaque los datos transmitidos por el Basic Stamp sern los datos recibidos en la conexin serie. De formacomplementaria, el conducto Tx del cable se conecta al pin Rx del microcontrolador. El conducto DTR seconecta al pin ATN, y el conducto GND se conecta al pin GND. Hemos seguido un orden descendente,comenzando desde el extremo superior izquierdo (foto).

1.2. Conexin del microcontrolador

Nos falta simplemente conectar la alimentacin necesaria para el funcionamiento del microcontrolador. Simiramos nuevamente eldiagramaque muestra los pins del Basic Stamp, encontraremos que tambinlos cuatro pins de la parte superior derecha estn reservados para funciones especficas. En un ordendescendente, los dos primeros, PWR y GND representan voltaje y tierra respectivamente. Es aqu dondeconectaremos la batera de 9 volts para hacer funcionar el microcontrolador (foto).

El siguiente pin, RES, es una entrada que permite hacer un"reset" o borrado de la memoria. Nosotros no utilizaremos este pin, ya que dicho borrado se realiza deforma automtica cada vez que reprogramamos el Basic Stamp desde el editor. Por ltimo, tenemos el pin"+5V", muy importante ya que en l existe una seal constante de 5 volts. La mayor parte de los circuitosque ensamblaremos requieren de una alimentacin precisamente de 5 volts, as que tomaremos dichaalimentacin desde este pin.

Los 16 pins restantes, llamados P0-P15, quedan libres para trabajar.

1.3. Test de conexiones


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Demos un primer paso, que nos permitir saber si hemos realizado correctamente las conexiones decomunicacin con el ordenador. Una vez colocado el cable serie y la alimentacin junto a los pinscorrespondientes del microcontrolador, hagamos funcionar el editor del Basic Stamp. En Windows tendrla apariencia que se muestra en lafigura.

Este editor consiste en una interfaz de texto que nos permitir introducir el cdigo en P-Basic paraprogramar el microcontrolador. En el tema siguiente comenzaremos a estudiar algunos aspectos de este

lenguaje. De momento, nos centraremos en las generalidades sobre el funcionamiento del editor, y lacomunicacin con el Basic Stamp. En la parte superior del editor hay un men que nos permite realizardiferentes operaciones: abrir un archivo de cdigo (estos archivos tienen la extensin .bs2), salvarlo,editarlo, etc. Hay, sin embargo, algunas operaciones especiales que cabe mencionar: En la opcin delmenu "Edit", elijamos la opcin "Preferences". Aparecer una pantalla en la cual detallaremos algunosaspectos del funcionamiento del editor. En la lengeta "Editor operation"


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de dicha pantalla, seencuentran los parmetros de conexin con el microcontrolador. Generalmente mantendremos los valores

por defecto, sin embargo, en la opcin titulada "Default COM Port", o puerto COM (esta es otra forma dellamar al puerto serie) por defecto, elegiremos el puerto al cual est conectado el Basic Stamp[alta] [baja].Es posible que algn ordenador tenga ms de un puerto serie; en este caso, habremos de elegir el puertocorrespondiente. La nomenclatura de dichos puertos es COM1, COM2, ... COMn, donde 'n' es el nmerode puertos serie del ordenador.

Si hemos conectado entre s los conductos DSR y RTS de nuestro cable serie, podemos utilizar la opcinAUTO, que permite detectar automticamente el puerto al cual est conectado el microcontrolador.Pulsemos el botn "OK" o "Aceptar" de esta pantalla, y procedamos a revisar si el editor es capaz decomunicarse con el Basic Stamp. En la opcin del men "Run", elegimos la opcin "Identify". Esta opcinnos responder con un mensaje satisfactorio, si es que se ha logrado identificar al microcontrolador, obien con un mensaje de error, donde nos indica que no ha podido comunicarse. Las causas de error mscomunes son: el cable serie est mal conectado, la alimentacin est mal conectada o la batera estdescargada, o bien no hemos elegido el puerto serie adecuado.

2. Circuitos y programacin del Basic Stamp, circuitos bsicos

Podemos decir que el trabajo con microcontroladores se divide en tres grandes rubros: la creacin decircuitos, utilizando los componentes elctricos, la programacin del microcontrolador para darfuncionalidad a dicho circuito, y finalmente, la intercomunicacin entre microcontrolador y ordenador.

Los circuitos son configuraciones fsicas que nos permiten introducir seales al microcontrolador, o bienpercibir los procesos que ocurren en un nivel interno del mismo. Debemos saber que la creacin de

circuitos es una tarea que cuenta con mtodos y lenguajes estandarizados en forma de diagramas, quenos permitirn leer cualquier circuito y traducirlo a una configuracin fsica, o bien reproducir algn circuito
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que hayamos ensamblado, para permitir que otros lo conozcan. As pues, estudiemos la simbologa de loscircuitos:

- Voltaje

--

-Tierra --

-Diodo --

-Resistencia --

-Resistencia variable --

-Condensador

Vayamos directamente a nuestro primer circuito, que habremos de ensamblar en el protoboard (figura):

Este circuito nos permite conectar un LED a uno de los pins del microcontrolador. Para comprender esteesquema y traducirlo a una configuracin fsica, comencemos por examinar lo que hay en los extremosdel mismo. En la parte superior, tenemos una alimentacin de 5 volts, que provendr del Basic Stamp.Tomemos en cuenta que, adems de haber un pin del Basic Stamp que ya nos da esta alimentacin,cualquier otro pin puede controlarse internamente para generar dicha seal de forma intermitente. Es muyimportante no utilizar voltajes superiores, ya que podramos quemar el microcontrolador. En el extremoinferior del diagrama, tenemos la conexin a tierra. Recordemos que, para el funcionamiento de cualquier
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circuito, es necesario que exista voltaje y tierra, lo cual asegura un flujo de electrones a travs de l. En laparte central del circuito observemos dos elementos: una resistencia de 10 K (abreviacin de Kilo ohms) yun diodo (LED). As pues, tenemos que uno de los terminales de la resistencia se conectar en un orificiocontiguo a algn pin del Basic Stamp (tomemos el pin 8, por ejemplo, que es el que est en la esquinainferior derecha), y el otro se llevar a otra lnea. En esta misma lnea se conectar un terminal del LED, ysu otro terminal se llevar a una lnea en la que exista tierra. El circuito queda montado tal como se

muestra en lafotografay el vdeo[alta] [baja].

Ahora queremos dar funcionalidad a este circuito, y lograr que el microcontrolador controle el LED,haciendo que ste se encienda y se apague de forma intermitente. Es lgico que el circuito por s mismono basta, hay que escribir un programa.

De la misma manera que tenemos componentes y estructuras bsicas para trabajar con circuitos, tambintenemos comandos y estructuras para escribir programas en P-Basic, el lenguaje de programacin delBasic Stamp.

El lenguaje P-Basic tiene, como todos los lenguajes de programacin, la capacidad de definir variables yconstantes. Las variables son una especie de "casilleros" que pueden contener diferentes "objetos" a lolargo del tiempo. En el caso de P-Basic, dichos "objetos" son valores numricos, cuyo rango de variacindepender del tipo de variable. Existen 3 tipos bsicos: BIT (0 y 1), BYTE (desde 0 hasta 255), y WORD(2 bytes, desde 0 hasta 65,535). Conforme vayamos avanzando, iremos mirando ejemplos de cmodeclarar estas variables, y cundo conviene usar un tipo u otro.

Las constantes, por su parte, son valores fijos que se definen desde el inicio de un programa. Tambinpueden ser de tipo BIT, BYTE o WORD.

La estructura de los programas escritos en P-Basic es secuencial, es decir, los comandos se vanejecutando desde el inicio del programa hasta el final, uno a uno. Veremos, sin embargo, que a travs deciertas instrucciones, podemos modificar el flujo de la ejecucin del programa, realizando bucles osaltando de un punto del programa a otro. Los diferentes puntos de un programa se pueden definir connombres que llamaremos "etiquetas". Al hacer una referencia a una etiqueta, saltaremos al punto delprograma marcado con dicha etiqueta

2.1. Comandos de P-Basic

A continuacin hacemos una seleccin de algunos de los comandos ms utilizados en P-Basic,clasificados segn su funcin. Asumimos aqu que partimos desde nociones bsicas sobre lo que esprogramacin. Asimismo, evitamos hacer una revisin exhaustiva del lenguaje, ya que para ello estn losmanuales de Parallax, que se pueden descargar gratuitamente desde supgina web.

http://www.parallax.com/
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Referencia de comandos:- Estructuras de decisin y control de flujo:IF ... THEN : evala una condicin, que resultar ser verdadera o falsa. Si el resultado es verdadero,saltar a la etiqueta indicada.GOTO : salta directamente a la etiqueta indicada.

- Estructuras para crear bucles:FOR ... NEXT : Establece un bucle que se repite un nmero determinado de veces.

- Entradas y salidas digitales:INPUT : Permite configurar un pin del Basic Stamp como entradaOUTPUT : Permite configurar un pin del Basic Stamp como salidaLOW : Pone un voltaje de 0 volts en un pinHIGH : Pone un voltaje de 5 volts en un pin

- Entradas y salidas analgicas:

PWM : Coloca un voltaje que puede variar entre 0 y 5 volts en un pin de salidaRCTIME : Lee un voltaje variable en un pin de entrada

2.1. Comandos de P-Basic

- Comunicacin a travs del puerto serie:SERIN : Recibe un caracter o caracteres a travs de la entrada serial del Basic StampSEROUT : Enva un caracter o caracteres a travs de la salida serial del Basic Stamp

- Tiempo:PAUSE : Hace una pausa, expresada en milisegundos

Depuracin de errores y trazado de variables:DEBUG : Permite depurar un programa, observando los valores que van tomando las variables en unpunto determinado de la ejecucin.

Despus de esta breve introduccin al lenguaje P-Basic, procedamos a escribir diferentes programas queactivarn nuestro primer circuito. Recordemos que hay un LED conectado al pin8 del microcontrolador.Consideremos este primer programa:

inicio:high 8goto inicio

Examinmoslo lnea por lnea: en primer lugar, estamos definiendo una etiqueta, llamada inicio.Observemos que hace falta escribir dos puntos despus de la etiqueta cuando sta se define. Lasiguiente instruccin, high 8, coloca un voltaje de 5 volts en el pin 8, que es justamente donde estconectado el LED. Finalmente, tenemos goto inicio: esto significa que estamos estableciendo un bucleinfinito, y que por lo tanto los 5 volts sern constantes

Para introducir este programa en el microcontrolador, hay que seguir estos pasos:

1. Para revisar si el cdigo est escrito correctamente, elegiremos del men "Run" la opcin "CheckSyntax". El editor del Basic Stamp nos responder con un mensaje satisfactorio, si es que no se han

encontrado errores de sintaxis, o bien nos indicar la ubicacin del error.


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2. En el mismo men "Run", elegir la opcin "Run". Este proceso introduce el cdigo en el Basic Stamp;este cdigo se queda all almacenado hasta que introduzcamos un programa nuevo.

Sigamos estos pasos, y observemos cmo el LED se enciende de inmediato. Antes de continuarintroduciendo nuevos programas para este circuito, hagamos un experimento: primeramente, quitemos lapila para evitar cualquier problema. Substituyamos la resistencia de 10 k por una de nuestras resistenciasde 220 ohms. Una vez hecho esto, volvamos a colocar la pila. Que sucede? El LED es notoriamentemas brillante. Podemos observar as que fluye mas voltaje a travs del circuito, ya que la resistencia esmenor. El brillo del LED es proporcional al voltaje.

Ahora, queremos que el LED titile. Debemos encenderlo y apagarlo. Consideremos entonces esteprograma:

inicio:high 8low 8goto inicio

Al introducir este programa en el microcontrolador, veremos que el LED se enciende pero no titila, a pesarde que hemos colocado intermitentemente voltajes de 5 y 0 volts (high y low, respectivamente) Por quno titila? La respuesta es sencil la: Las instrucciones se ejecutan tan rpidamente, que nuestro ojo noalcanza a apreciar que el LED efectivamente titila, pero a una velocidad muy alta. Modifiquemos entoncesel programa de esta manera:

tiempo con 500

inicio:high 8

pause tiempolow 8pause tiempogoto inicio

Aqu estamos definiendo una constante, llamada "tiempo", cuyo valor es de 500. Esta constante lautilizamos en la instruccin "pause", que nos permite introducir un retraso en la ejecucin del cdigo.Estos retrasos se miden en milisegundos, as que tendremos medio segundo de pausa cada vez.

Hagamos un ltimo ejercicio usando este mismo circuito. Supongamos que queremos hacer titilar el LED10 veces solamente, y despus apagarlo. Podramos hacer los siguiente:

i var bytetiempo con 500

inicio:for i = 1 to 10high 8pause tiempolow 8pause tiemponext


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fin:low 8goto fin

Analicemos: estamos definiendo "i", una variable de tipo byte (recordemos: nmero de 0 a 255), y unaconstante. Despus de la etiqueta inicio, estamos generando un bucle que se repite 10 veces mediante lainstruccin "for i = 1 to 10", donde i es la variable que lleva el conteo de bucle. Se ejecutan entonces todaslas instrucciones que se encuentran enseguida, hasta que la instruccin "next" hace que el bucle serepita, incrementando en 1 la variable "i". Cuando i vale 11, entonces salimos del bucle, y nosencontramos con la etiqueta "fin", que est justo despus del final del bucle. Aqu establecemos un bucleinfinito, en el que lo nico que hacemos es poner 0 volts en el pin 8.

2.2. Funcin del pulsador

Modifiquemos ahora nuestro circuito, introduciendo un pulsador. Este circuito nos servir para aprenderno solamente a generar salidas de voltaje, sino a revisar la seal que hay en alguna entrada. Observemos

el siguientecircuito. Tenemos aqu un interruptor cuyasterminales van a tierra por una parte, y por otra a un pin del microcontrolador. En el otro extremo, unaresistencia de 10 k cuyas terminales van a un voltaje 5 volts y al mismo pin que el interruptor. Nosinteresa conservar el circuito del LED, ya que lo encenderemos y apagaremos mediante el interruptor.

Observemos en estafoto cmo quedara el circuitoen el protoboard: hemos hecho una pequea modificacin. Ahora el LED est conectado en el pin 9, y elinterruptor est en el 8. Notemos tambin que estamos tomando la alimentacin constante de 5 voltsprovista por el Basic Stamp para alimentar la seccin del circuito con el interruptor. Una vez colocados loscomponentes en el protoboard, introduzcamos el siguiente programa:

inicio:if in8 then enciende


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low 9goto inicio

enciende:high 9goto inicio

Recorramos el cdigo lnea por lnea. Despus de la etiqueta inicio, utilizamos un condicional, que hace lasiguiente pregunta: "Hay un voltaje de 5 volts en el pin 8?". La instruccin "in8" devuelve un valor de 1(verdadero) si lo hay, y 0 (falso) si no lo hay. En el caso de que la condicin se cumpla, saltamos a laetiqueta "enciende", en la cual se colocan 5 volts en el pin 9, que es donde est conectado el LED, y deall volvemos al inicio. En caso contrario, colocamos 0 volts en el pin 9, y volvemos tambin al inicio.

Los pulsadores pueden ser de muchos tipos: hay algunos que permiten el flujo de corriente al pulsarlos, yotros que lo hacen cuando no estn pulsados. Si queremos cambiar el "sentido" de nuestro pulsador,podemos modificar la instruccin condicional de esta forma: "if not in8 then enciende". El operador "not"invierte el valor devuelto por "in8". De esta forma, si in8 devuelve "verdadero", tendremos "falso" y

viceversa.

Quitemos ahora todos los componentes del protoboard, ya que ensamblaremos un ltimo circuito bsico:un circuito RC, que nos permitir leer el valor de un sensor analgico

2.3. Circuitos RC

Los circuitos RC, o "resistencia-condensador", son precisamente combinaciones de resistencias ycapacitores que nos permiten conocer las magnitudes de los voltajes variables. Pensemos en loscapacitores como cubos que almacenan agua: un cubo se llena, y dependiendo de que tan lleno est,tarda ms o menos tiempo en vaciarse. Los circuitos RC funcionan bajo un principio muy similar: el

capacitor se carga con voltaje hasta un cierto nivel, dependiendo del valor de la resistencia, y esprecisamente el tiempo de descarga lo que nos permitir leer el valor de dicha resistencia. Recordemosque nosotros definimos cierto tipo de sensores como "resistencias variables", por ejemplo lospotencimetros o fotoceldas. En el siguientedigramatenemos un circuito RC.

En el extremo inferior del diagrama, tenemos una resistencia variable con una de sus terminalesconectada a tierra. En el extremo superior, un condensador con una de sus terminales conectada a unvoltaje de 5 volts. Las terminales restantes, tanto del condensador como de la resistencia variable seconectan a un mismo punto, a partir del cual hay una resistencia 220 ohms que se conecta a un pin del

Basic Stamp. Esta resistencia es de proteccin, ya que cuando la resistencia variable tenga un valor decero, el voltaje que llegar al microcontrolador ser de 5 volts. Nos interesa estar siempre un poco por


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debajo de este lmite mximo. Si elegimos el pin 8 como el pin de conexin con el Basic Stamp, nuestro

circuito quedar tal como se muestra en lafoto y elvdeo[alta][baja]. Aqu hemos utilizado una fotocelda; sin embargo se puede sustituir directamente porcualquier otro sensor resistivo.

Ahora escribamos el siguiente programa, que nos permitir leer los valores obtenidos por la combinacinde resistencia y condensador:

valor var word

inicio:high 8pause 1rctime 8,1,valordebug ? valorgoto inicio

Revisemos el programa: en primer lugar, definimos una variable llamada "valor" de tipo word, quecontendr el resultado del sensor. Recordemos que los valores de t ipo word van desde 0 hasta 65,535.Por lo tanto, podemos decir que la resolucin del sensor ser de 65,535; esto significa que, al menospotencialmente, nuestra resistencia variable podr tomar 65,535 valor distintos. Despus de la etiqueta"inicio", lo primero es descargar totalmente el condensador. Imaginemos nuevamente a un condensadorcomo si fuera un cubo de agua. Si queremos medir de forma confiable el tiempo que tarda en vaciarse,antes de llenarlo por primera vez tenemos que asegurarnos de que no hay un residuo de agua que hayaquedado dentro. De forma similar, antes de cargar el condensador, nos interesa que se encuentretotalmente libre de carga; de esta forma nuestra lectura ser fiable. Esto lo logramos colocando 5 volts enel pin 8 y haciendo una pausa de 1 milisegundo. Este tiempo es ms que suficiente, ya que loscondensadores se cargan y descargan a velocidades medibles en microsegundos.

Una vez que el condensador se descarga, ste se vuelve a cargar con un voltaje proporcional al valor dela resistencia variable. Utilizamos la instruccin "rctime", que nos permite medir el tiempo de descarga delcondensador. Esta instruccin tiene los siguientes parmetros: el nmero de pin (8), el siguiente valor esel estado (puede ser 0 o 1). En este caso utilizamos un 1, ya que nos interesa medir el tiempo dedescarga del circuito. Un 0 medira el tiempo que tarda en cargarse.) y por ltimo la variable en la queser almacenado el valor del sensor, en este caso la variable "valor". La siguiente instruccin, "debug",nos permite mirar desde el editor los valores que la variable "valor" va tomando. La instruccin debugpermite la utilizacin del modificador "?", que indica al editor del Basic Stamp que ha de desplegar elnombre de la variable, seguido de su valor. Una vez que introducimos este programa, en el editoraparecer unaventana de depuracin,
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donde podremos ir observando los valores [alta] [baja]que va tomando la variable. Estos valores irnvariando en relacin directa con la manipulacin fsica que hagamos del sensor.

3. El protocolo serie, comunicacin del Basic Stamp con Eyesweb

Despus de haber conectado diferentes tipos de sensores al microcontrolador, llega el momento deplantearnos la comunicacin de los valores obtenidos de dichos sensores al ordenador. Tal como yahabamos mencionado, el Basic Stamp se comunica con el ordenador a travs del puerto serie.Cualquiera de los pins del microcontrolador puede servir como entrada o salida de datos seriales. Elprotocolo serie tiene diferentes caractersticas que definen la forma en la que ste se configura ytransmite. Aqu las analizaremos:

- Baud rate: Indica la velocidad con que los datos se transfieren. Esta velocidad se mide en "bauds", quese traduce como "nmero de smbolos, o estados nicos del canal de comunicacin por segundo"(definicin tomada del FreeOnline Dictionary of Computing).http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/ Existenvelocidades estndar, que en el caso del Basic Stamp van desde 300 hasta 9600 bauds.

- Data bits: Nmero de bits que conforman un paquete de datos, o byte. Por lo general, utilizaremos 8 bits,aunque en ciertos casos la comunicacin requerir de 7 bits.- Stop bits: Bit extra, con valor de "1", que indica la terminacin de un paquete transmitido a travs de lava de comunicacin serial.- Parity: Bit extra, utilizado para la deteccin de errores dentro del protocolo serie.

En el Basic Stamp, generalmente utilizaremos los siguientes parmetros: 9600 baud rate, 8 data bits, nostop bits, no parity.
http://217.76.144.68/archivos/_15/html/mobligatorio/00004/html/main_04_02_13.htm##http://217.76.144.68/archivos/_15/html/mobligatorio/00004/html/main_04_02_13.htm##http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/http://217.76.144.68/archivos/_15/html/mobligatorio/00004/html/main_04_02_13.htm##http://217.76.144.68/archivos/_15/html/mobligatorio/00004/html/main_04_02_13.htm##


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Resultar obvio que, para comunicar el Basic Stamp con el ordenador hace falta crear uncircuito

que sea capaz de enviar y/o recibir informacin a travs delpuerto serie, y tambin utilizar un software en el ordenador que nos permita realizar esta tarea.

Comencemos por crear el circuito. Utilizaremos el circuito del interruptor que ensamblamos en el temaanterior, conectando dicho componente al pin8, tal como se muestra en lafoto.

Ahora, escribiremos el siguiente programa parahacer que, cada vez que activamos el interruptor, se enve un carcter al ordenador:

pin con 16baud con 16468

inicio:if in8 then mensajegoto inicio

mensaje:serout pin,baud,["x"]goto inicio

Analicemos el cdigo: en la primera lnea estamos definiendo una constante, llamada "pin". Estaconstante la utilizaremos para definir el nmero de pin por el cual saldr el mensaje serial. Recordemosque el Basic Stamp tiene pins que van desde el 0 hasta el 15. Cuando utilizamos el pin 16 paracomunicacin serial, estamos especificando que usaremos el conducto que ya est conectado por

defecto. El mismo cable serie que hemos utilizado para programar el microcontrolador nos servir, sinnecesidad de mover las conexiones, para realizar el intercambio de mensajes. Definimos tambin otraconstante, llamada "baud", que nos indica los parmetros de la comunicacin serial. Este valor proviene


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de unas tablas que podemos encontrar en el manual del Basic Stamp. El valor 16468 equivale a decir queusaremos una velocidad de 9600 bauds, 8 bits de datos, sin bit de paridad e invertido. Este ltimoparmetro indica que estamos usando el pin 16 para comunicacin serial. Siempre que se usa este pin,los datos se invierten.

Tenemos nuestra primera etiqueta: "inicio". Aqu estamos revisando, mediante la instruccin in8, si es quehay alguna seal de voltaje en el pin nmero 8, que es donde tenemos conectado el interruptor. De seras, saltaremos a la etiqueta "mensaje", en la cual estamos enviando un caracter a travs del puerto seriemediante la instruccin "serout". Esta instruccin tiene tres parmetros: el pin que se utilizar para enviarel caracter, el "baud mode", y el caracter a enviar. Los dos primeros parmetros los hemos definido atravs de sus respectivas constantes, el tercero se especif ica con la sintaxis de parntesis cuadrados ycomillas dobles: ["x"], significa que enviaremos un caracter que corresponde a una "x". As pues, tenemosun circuito en el cual hay un pulsador que, al ser activado, enva una "x" al ordenador a travs del puertoserie

Nuestro programa est listo para cargarse en el Basic Stamp, pero ahora tenemos que resolver lacuestin de cmo leer este caracter. El software a elegir depende principalmente de lo que queramos

hacer con las seales provenientes del microcontrolador: mostrar un grfico o una animacin, reproducirun sonido... existe una gran variedad de aplicaciones multimedia que pueden leer el protocolo serie. Porejemplo:

-Macromedia Director:http://www.macromedia.com/ a travs de un Xtra o extensin, llamadocommXtra,http://www.directxtras.com/main.asp?UUID=1484112& podemos tener acceso al puerto serie desde estepopular entorno de desarrollo.

-PD,http://www.seeq.com/popupwrapper.jsp?referrer=&domain=pure-data.orgMAX:http://www.cycling74.com/index.htmlEstos dos entornos de programacin visual ya cuentan con objetosque pueden leer el puerto serie. Estas dos herramientas se adaptan especialmente bien a la utilizacin desonido, aunque no se limitan a ello.

-Processing: http://processing.org/ Esta nueva herramienta, que permite escribir programas en unlenguaje similar a Java, cuenta tambin con mtodos de lectura del puerto serie. Processing estespecialmente dirigido para la creacin de grficos algortmicos, con diferentes niveles de interactividad.

-Eyesweb: http://www.eyesweb.org/ Esta herramienta, dirigida especficamente a la manipulacin deimagen y video en tiempo real, cuenta con objetos para comunicarse con el puerto serie. Usaremos estaaplicacin por diferentes motivos: se trata de una aplicacin gratuita, desarrollada por la Universidad deGnova. Esta aplicacin, junto con manuales, documentacin y ejemplos, puede bajarse de Internet. Setrata, adems, de una aplicacin que en un tema posterior nos permitir hablar sobre la utilizacin de lacmara como sensor

4. Una breve introduccin a Eyesweb

Eyesweb es un entorno de programacin visual que funciona en Windows, dedicado al desarrollo deaplicaciones multimedia en tiempo real. Est especialmente dirigido al anlisis de imgenes, y delcontenido expresivo del movimiento. Es una plataforma abierta capaz de interactuar con diferentespuertos de comunicacin: MIDI, TCP/IP (lo cual nos permite intercomunicar dos o ms ordenadoresconectados a una red) y, por supuesto, el puerto serie. Actualmente hay una gran cantidad de artistas einvestigadores inter

arte electronico_tiselli

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