Hardware Arduino

Los Arduino y en general los microcontroladores tienen puertos de entrada y salida y puertos de comunicación. En Arduino podemos acceder a esos puertos a través de los pines.

Otro aspecto importante es la memoria, Arduino tiene tres tipos de memoria:

  • SRAM: donde Arduino crea y manipula las variables cuando se ejecuta. Es un recurso limitado y debemos supervisar su uso para evitar agotarlo.
  • EEPROM:  memoria no volátil para mantener datos después de un reset o apagado. Las EEPROMs tienen un número limitado de lecturas/escrituras, tener en cuenta a la hora de usarla.
  • Flash: Memoria de programa. Usualmente desde 1 Kb a 4 Mb (controladores de familias grandes). Donde se guarda el sketch.

Veamos a fondo la placa Arduino Uno:

Especificaciones detalladas de Arduino UNO: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

Microcontroller & USB-to-serial converter ATmega328P & Atmega16U2
Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V
Input Voltage (limits) 6-20V
Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins 6
DC Current per I/O Pin 40 mA
DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz

Aspectos más destacados de Arduino UNO.

  • No necesita de un cable FTDI para conectarse al MCU, en su lugar usa una MCU especialmente programado para trabajar como conversor de USB a serie.
  • Alimentación: vía USB, batería o adaptador AC/DC a 5V, seleccionado automáticamente. Arduino puede trabajar entre 6 y 20V, pero es recomendado trabajar entre 7 y 12V por las características del regulador de tensión.
  • Puerto Serie en los pines 0 y 1.
  • Interrupciones externas en los pines 2 y 3.
  • Built-in LED en el pin 13.
  • Bus TWI o I2C en los pines A4 y A5 etiquetados como SDA y SCL
  • El MCU ATmega328P tiene un bootloader precargado que permite cargar en la memoria flash el nuevo programa o sketch sin necesidad de un HW externo.
  • Arduino Uno dispone de un fusible autoreseteable que protege el puerto USB de nuestro ordenador de cortocircuitos y sobrecorrientes. Si se detectan más de 500mA salta la protección.

Placas Arduino

Arduino dispone de una amplia variedad de placas y shields para usar dependiendo de nuestras necesidades.

Arduino Uno

Web: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

Es la placa estándar y posiblemente la más conocida y documentada. Salió a la luz en septiembre de 2010 sustituyendo su predecesor Duemilanove con varias mejoras de hardware que consisten básicamente en el uso de un USB HID propio en lugar de utilizar un conversor FTDI para la conexión USB. Es 100% compatible con los modelos Duemilanove y Diecimila. Viene con un Atmega328 con 32Kbytes de ROM para el programa.

Este es el Arduino que vamos a usar en el curso.

Esquematico: http://arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3-schematic.pdf

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/atmega328p.aspx

Planos del Arduino UNO: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno#documentation

Arduino Mega

Web: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

Es con mucha diferencia el más potente y el que más pines i/o tiene, apto para trabajos ya algo más complejos aunque tengamos que sacrificar un poco el espacio, cuenta con el microcontrolador Atmega2560 con más memoria para el programa, más RAM y más pines que el resto de los modelos.

Esquematico: http://www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-mega2560_R3-sch.pdf

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/atmega2560.aspx

Planos del Arduino MEGA: http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

Arduino Leonardo

Web: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardLeonardo

La diferencia de este arduino con el resto es que trae un único MCU ATmega32u4 que tiene integrado la comunicación USB, lo que elimina la necesidad de un segundo procesador. Esto tiene otras implicaciones en el compartimento del arduino al conectarlo al ordenador, lo que no lo hace apto para iniciarse con él.

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/atmega32u4.aspx

Arduino Micro

Web: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMicro

También basado en el ATmega32u4 pero mucho más compacto.

Ejemplo de placa para uso de Arduino pequeños: https://spiercetech.com/shop/home/17-arduino-nano-30-controller-terminal-breakout-board.html

Arduino 101

Web: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoard101 es el sucesor del Arduino UNO con procesador Intel Curie Quark de 32 bit diseñado para ofrecer el mínimo consumo de energía, 384 KB de memoria flash, 80 KB de SRAM, un sensor DSP integrado, bluetooth de baja energía, acelerómetro y giroscopio de 6 ejes.

Genuino MKR1000

Web: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoMKR1000 version para IoT con procesador Atmel ARM Cortex M0+ de 32bits ATSAMW25 que es el mismo procesador que Genuino Zero pero con wifi integrado, chip de cifrado y antena integrada.

Un listado con todos los Arduinos puede verse en: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2016/09/25/novedades-arduino/

Shields Arduino

Las shields son placas de circuitos modulares que se montan unas encima de otras para dar funcionalidad extra a un Arduino. Esta Shields son apilables.

Las shields se pueden comunicar con el arduino bien por algunos de los pines digitales o analógicos o bien por algún bus como el SPI, I2C o puerto serie, así como usar algunos pines como interrupción. Además estas shields se alimenta generalmente a través del Arduino mediante los pines de 5V y GND.

En muchos casos nos encontraremos que los shields vienen sin soldar las patillas o en algunos casos sin algunos componentes soldados.

Cada Shield de Arduino debe tener el mismo factor de forma que el estándar de Arduino con un espaciado de pines concreto para que solo haya una forma posible de encajarlo.

Debemos tener en cuenta que cuando instalemos un shield, habrá que leer su documentación que nos dirá si inhabilita algunas de los pines I/O o si usa un bus y que requisitos tiene para su utilización. Generalmente las shields vienen con un ejemplo o una librería para su uso.

Ethernet Shield

Web: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield

La placa Arduino se comunica con el módulo W5100 y la micro-SD utilizando el bus SPI (mediante el conector ICSP). Esto se encuentra en los pines digitales 11, 12 y 13 en el modelo UNO y en los pines 50, 51 y 52 del modelo MEGA. En ambas placas, el pin 10 es utilizado para seleccionar el W5100 y el pin 4 para la micro-SD. Estos pines no pueden ser utilizados para otros fines mientras la Ethernet Shield esté conectada. El en MEGA, el pin SS (53) no es utilizado pero debe dejarse como salida para que el bus SPI funcione correctamente.

Para su funcionamiento usa la librería Ethernet: https://www.arduino.cc/en/Reference/Ethernet

Arduino WiFi Shield 101

Web: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoWiFiShield101

Este nuevo shield es una mejora de la anterior wifi shield desarrollada junto con Atmel que usa el módulo WINC1500 y también añade funciones de cifrado hardware gracias al chip de cifrado ATECC508A diseñado para el mercado de IoT. Los pines 5 y 7 son usados por este shield.

Usa una nueva librería llamada WiFi101 https://www.arduino.cc/en/Reference/WiFi101 que también usan otros Arduinos con wifi integrado como el MKR1000. Esta librería es muy compleja y ocupa más del 60% de la memoria disponible en el Arduino UNO, dejando poco espacio para los sketches. Si se van a realizar programas complejos, este shield es recomendable usarlo con Arduino Zero, 101 o Mega.

Arduino Motor Shield

Web: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoMotorShieldR3. Permite manejar dos motores DC, controlando su dirección y velocidad. Está basado en un chip de doble puente H L298:

Este shield usa dos canales y cada canal usa 4 pines, en total nos ocupa 8 pines del Arduino

Un módulo con el mismo puente H pero sin formato shield: http://tienda.bricogeek.com/motores/285-controlador-de-motores-doble-puente-h-l298.html

Nuevas Shields Oficiales

Arduino.org ha lanzado otras shields y nuevas versiones de las ethernet y GSM. Todas las shields de arduino.org en http://www.arduino.org/products/shields

Grove Shield

Web: http://www.seeedstudio.com/depot/Grove-Base-Shield-p-754.html. Un Shield para el sistema grove que facilita la conexión de sensores y actuadores.

Relay Shield

Web: http://www.seeedstudio.com/depot/relay-shield-v20-p-1376.html?cPath=132_134. Este shield proporciona 4 relés para manejar dispositivos que no pueden controlarse directamente con las I/O de Arduino. Dispone de unos indicadores de uso de los relés.

En este caso se usan 4 pines digitales para usar cada uno de los relés.

Existen muchísimos shields que seguro que se adaptan a nuestro proyecto. En cada web de los fabricantes tenemos variedad donde elegir.

Un listado completo donde encontrar cualquier tipo de shield: http://shieldlist.org/

Breakout Boards

Además de los Shield, también tenemos disponibles módulos independientes (breakout boards) para conectar directamente a Arduino:

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