Entradas y Salidas en Arduino

Arduino dispone de una serie de entradas y salidas digitales y analógicas programables que es la base de manejo de Arduino. Es fundamental conocerlas para empezar a programar Arduino.

En Arduino UNO la disposición de los pines de entrada y salida son:

En el Wemos D1 Mini la disposición de los pines de entrada y salida son:

En todas las placas los pines son multifunción o multipropósito, es decir en función de la configuración tienen una funcionalidad u otra.

Pines Digitales

Una señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada.

En arduino y todas las placas compatibles los pines digitales se describen y tienen la propiedades siguientes:  http://arduino.cc/en/Tutorial/DigitalPins

En arduino y placas compatibles para tratar las entradas y salidas digitales usamos las siguientes funciones:

• pinMode() – configura en el pin especificado si se va a comportar como una entrada o una salida. http://arduino.cc/en/Reference/PinMode
• digitalWrite() – Escribe  un valor HIGH o LOW en el pin digital especificado. Si el pin está configurado como OUTPUT pone el voltaje correspondiente en el pin seleccionado. Si el pin está configurado como INPUT habilita o deshabilita la resistencia interna de pull up del correspondiente pin. http://arduino.cc/en/Reference/DigitalWrite
• digitalRead() – lee el valor del pin correspondiente como HIGH o LOW. http://arduino.cc/en/Reference/DigitalRead 

En la imagen siguiente se muestra el estado por defecto de una I/O digital en un microcontrolador de Arduino. Se ha simplificado con interruptores la compleja electrónica que hay dentro. Por defecto los digital I/O pins están configurados como inputs en un estado de alta impedancia (equivalente a una resistencia de 100 Mohms en frente del pin), es decir, SW3 a ON y no hace falta llamar a la función pinMode() aunque es recomendable para aclarar el código.

• PinMode(x, INPUT) –> SW3 = ON (resto a OFF). Los valores leídos serán aleatorios si el pin de Arduino está al aire. El pin está en un estado de alta impedancia (resistencia de 100 Mohms).
• PinMode(x,INPUT_PULLUP) –> SW3 = ON & SW4 = ON (resto a OFF). Los valores leídos sin nada conectado al pin es HIGH. La Resistencia R1 tiene un valor dependiendo del microcontrolador, pero tiene un valor entre 20kOhm y 150kOhm.
• PinMode(x, OUTPUT) & digitalWrite(x,HIGH) –> SW2 = ON & SW1 = +5V (resto a OFF). Estado de baja impedancia, no hay resistencia interna y es necesario poner una resistencia adecuada a la salida el pin para no superar los 40mA (source) máximos admitidos
• PinMode(x, OUTPUT) & digitalWrite(x,LOW) –> SW2 = ON & SW1 = GND (resto a OFF). Estado de baja impedancia, no hay resistencia interna y es necesario poner una adecuada para no superar los 40mA (sink) máximos admitidos

Pines Analógicos

Una señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente y pueden tomar cualquier valor. En el caso de la corriente alterna, la señal analógica incrementa su valor con signo eléctrico positivo (+) durante medio ciclo y disminuye a continuación con signo eléctrico negativo (–) en el medio ciclo siguiente.

La señal digital obtenida de una analógica tiene dos propiedades fundamentales:

• Valores. Que valor en voltios define 0 y 1. En nuestro caso es tecnología TTL (0 – 5V) para Arduino Uno y (0 – 3.3V) para ESP8266.
• Resolución analógica: nº de bits que usamos para representar con una notación digital una señal analógica:
  • http://arduino.cc/en/Reference/AnalogReadResolution
  • http://arduino.cc/en/Reference/AnalogWriteResolution

En arduino los pines analógicos se definen y tienen las propiedades siguientes: http://arduino.cc/en/Tutorial/AnalogInputPins

En arduino para tratar las entradas y salidas analógicas usamos las siguientes funciones:

• analogReference() – configura la referencia de voltaje usada para la entrada analógica.  http://arduino.cc/en/Reference/AnalogReference
• analogRead() – lee el valor del pin analógico especificado.  http://arduino.cc/en/Reference/AnalogRead
• analogWrite() – escribe un valor analógico (onda PWM) al pin especificado. No en todos los pines digitales se puede aplicar PWM. http://arduino.cc/en/Reference/AnalogWrite

Entradas analógicas:

Las Salidas PWM (Pulse Width Modulation) permiten generar salidas analógicas desde pines digitales. Arduino Uno no posee salidas analógicas puras, sin embargo el Arduino Due sí tiene salidas analógicas puras mediante dos DAC. El arduino due, posee dos salidas analógicas puras mediante dos conversores digital a analógico. Estos pines pueden usarse para crear salidas de audio usando la librería correspondiente.

Diferentes valores de una señal PWM:

Para el Wemos D1 Mini, solo hay un pin de entrada analógica y de pines con capacidad PWM como indica esta imagen: