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Qué es Arduino. HW Libre.

Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

Hardware Libre: http://es.wikipedia.org/wiki/Hardware_libre

Arduino es una plataforma abierta que facilita la programación de un microcontrolador. Los microcontroladores nos rodean en nuestra vida diaria, usan los sensores para escuchar el mundo físico y los actuadores para interactuar con el mundo físico. Los microcontroladores leen sobre los sensores y escriben sobre los actuadores.

El hardware consiste en una placa con un microcontrolador generalmente Atmel AVR, puertos de comunicación y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados en las plataformas Arduino son el Atmega168, Atmega328, Atmega2560, ATmega8 por su sencillez, pero se está ampliando a microcontroladores Atmel de Arquitectura ARM e Intel.

Por otro lado Arduino nos proporciona un  software consistente en un entorno de desarrollo (IDE) para la programación de arduino y un bootloader cargado en el microcontrolador para facilitar el uso de Arduino. La principal característica del software y del lenguaje de programación de Arduino es su sencillez y facilidad de uso.

Arduino promete ser una forma sencilla de realizar proyectos interactivos para cualquier persona. Para alguien que quiere hacer un proyecto, el proceso pasa por comprar una placa Arduino, descargarnos e instalar el IDE, buscar un poco por internet y simplemente hacer “corta y pega” del código que nos interese y cargarlo en nuestro HW mediante el IDE. Luego hacer los cableados correspondientes con los periféricos y ya tenemos interaccionando el software con el Hardware. Todo ello con una inversión económica mínima: el coste del Arduino y los periféricos.

¿Para qué sirve Arduino? Arduino se puede utilizar para desarrollar elementos autónomos, o bien conectarse a otros dispositivos o para interactuar tanto con el hardware como con el software en un ordenador, móvil, etc… Nos sirve tanto para controlar un elemento, pongamos por ejemplo un motor que nos suba o baje una persiana basada en la luz que haya, gracias a un sensor de luz conectado al Arduino, o bien para leer la información de una fuente, como puede ser un teclado, y convertir la información en una acción como puede ser encender una luz y sacar por un display lo tecleado.

Con Arduino  es posible automatizar cualquier cosa, hacer agentes autónomos (si queréis llamarles Robots también), controlar luces y dispositivos, o mil cosas que queramos fabricar, podemos optar por una solución basada en Arduino.

Arduino es una tecnología que tiene una rápida curva de entrada con básicos conocimientos de programación y electrónica, que permite desarrollar proyectos en el ámbito de las Smart Cities, el Internet de las cosas, dispositivos wearables, salud, ocio, educación, robótica, etc…

Como define Arduino la web oficial: https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction

Definicion de Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Arduino

Que es arduino en un minuto (video): http://learn.onemonth.com/what-is-arduino

Hay otro factor importante en el éxito de Arduino, es la comunidad que apoya todo este desarrollo, comparte conocimiento, elabora librerías para facilitar el uso de Arduino y publica sus proyectos para que puedan ser replicados, mejorados o ser base para otro proyecto relacionado.

En resumen:

Arduino = HW + SW + Comunidad

Mitos sobre Arduino que todo el mundo cree y no son verdad: https://www.baldengineer.com/5-arduino-myths.html

Al trabajar con Arduino, se manejan conceptos de diferentes tecnologías que a priori no tienen nada que ver entre ellos: electronica digital y analogica, electricidad, programación, microcontroladores, tratamiento de señales, protocolos de comunicación, arquitectura de procesadores, mecánica, motores, diseño de placas electrónicas etc…

Antes de Arduino: Eran necesarios los programadores para cada MCU, lenguaje de programación ensamblador usando las instrucciones propias de la MCU y materiales caros.

Ejemplos:

Una plataforma muy extendida para aprender a programar microcontroladores era Basic Stamp. Interesante comparación entre Basic stamp y arduino: http://todbot.com/blog/2006/09/25/arduino-the-basic-stamp-killer/

Por último para entender bien lo que es Arduino, es recomendable ver el documental de Arduino de unos 30 minutos de duración. Arduino the Documentary: http://blog.arduino.cc/2011/01/07/arduino-the-documentary-now-online/

Microcontrolador vs Microprocesador

Diferencia principal entre un ordenador y un Arduino: las entradas y salidas que conectamos.

Analogía: Arduino es un Autómata programable, Raspberry Pi es un Ordenador, así que a la hora de decidirse que utilizar para un proyecto pensar que usaríamos un autómata o un Ordenador.

Para programación en tiempo real el HW a utilizar es el Arduino, para programación intensiva con gran cantidad de datos usaríamos una Raspberry Pi o un PC.

En un proyecto grande la elección es usar ambos, cada uno en la tarea que mejor hace. Por ejemplo, la recolección de datos, supervisión del entorno, envío de alarmas, accionar motores, etc.. lo dejaremos para el arduino, el tratamiento de los datos recogidos, el interfaz gráfico de usuario, envío de correos, etc… lo dejaremos para un ordenador o una raspberry pi o similar.

Diferencias entre el microprocesador y el microcontrolador, características al usarlos en la implementación de sistemas digitales programables:

  • CPU
  • Memorias RAM y ROM
  • Velocidad de Operación
  • Tamaño
  • Costes
  • Interferencias (ruido)
  • Tiempo de desarrollo

El uso de una u otra tecnología depende del fin que se espera, pues debido a sus características propias, los microcontroladores y los microprocesadores pueden adquirir variados y diferentes espacios de implementación, por ejemplo, los microprocesadores se han desarrollado fundamentalmente orientados al mercado de los ordenadores personales y las estaciones de trabajo, pues allí se requiere una elevada potencia de cálculo, el manejo de gran cantidad de memoria y una gran velocidad de procesamiento. Mientras que los microcontroladores están concebidos fundamentalmente para ser utilizados en aplicaciones puntuales, es decir, aplicaciones donde el microcontrolador debe realizar un pequeño número de tareas, al menor costo posible. En estas aplicaciones el microcontrolador ejecuta un programa almacenado permanentemente en su memoria, el cual trabaja con algunos datos almacenados temporalmente e interactúa con el exterior a través de las líneas de entrada y salida de que dispone.

Microprocesadores Microcontroladores
CPU El microprocesador tiene mucha más potencia de cálculo, por lo cual solamente realiza sus funciones con lo que tiene (datos) y su algoritmo o programa establecida. Es una de sus partes principales, la cual se encarga de dirigir sus operaciones.
Memorias RAM y ROM Son dispositivos externos que lo complementan para su óptimo funcionamiento. Las incluye en un solo circuito integrado.
Velocidad de Operación Rápida Lenta en comparación con la de un microprocesador
Tamaño La configuración mínima básica de un Microprocesador está constituida por un Microprocesador, una memoria RAM, una memoria ROM, un decodificador de direcciones, lo cual lo convierte en un circuito bastante engorroso. El Microcontrolador incluye todo estos elementos en un solo Circuito Integrado por lo que implica una gran ventaja en varios factores,  como por ejemplo, la disminución en el tamaño del circuito impreso por la reducción de los circuitos externos.
Costos Para el Microprocesador, el costo es muy alto en la actualidad. El costo para un sistema basado en Microcontrolador es mucho menor.
Interferencias Son más susceptibles a la interferencia electromagnética debido a su tamaño y a su cableado externo que lo hace más propenso al ruido. El alto nivel de integración reduce los niveles de interferencia electromagnética
Tiempo de desarrollo El tiempo de desarrollo de un microprocesador es lento. Por el contrario, el de un microcontrolador es rápido.

Raspberry Pi es un ordenador de placa reducida o (placa única) (SBC) de bajo coste, desarrollado en Reino Unido por la Fundación Raspberry Pi. El diseño incluye un System-on-a-chip Broadcom BCM2835, que contiene un procesador central (CPU) ARM1176JZF-S a 700 MHz, un procesador gráfico (GPU) VideoCore IV, y 512 MiB de memoria RAM.

Los sistemas operativos soportados son distribuciones Linux para arquitectura ARM, Raspbian (derivada de Debian), RISC OS 5, Arch Linux ARM (derivado de Arch Linux) y Pidora (derivado de Fedora)

Web principal: http://www.raspberrypi.org/

Especificaciones técnicas: http://es.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi#Especificaciones_t.C3.A9cnicas

El System-on-a-chip Broadcom BCM2835: http://www.raspberrypi.org/wp-content/uploads/2012/02/BCM2835-ARM-Peripherals.pdf

GPIO:

También intel saca su alternativa a raspberry: http://www.intel.es/content/www/es/es/do-it-yourself/edison.html

Vídeo que lo explica todo esto de una forma muy clara: https://www.youtube.com/watch?v=7vhvnaWUZjE&feature=youtu.be

Ejercicio: ¿Puedo convertir un arduino en un ordenador? ¿Cómo? ¿Es práctico?

Arduino como un ordenador:

Microcontroladores 8 bits, 16 bits, 32 bits

El tamaño de la palabra es un aspecto importante en la arquitectura de procesadores.

La mayoría de los registros de un Microprocesador/Microcontrolador tienen el tamaño de la palabra y las operaciones que hace la ALU es manejando operandos cuyo tamaño es el tamaño de la palabra, así como la cantidad de datos transferidos a memoria y dirección utilizada para designar una localización de memoria a menudo ocupa una palabra.

También los valores que pueden tomar las variables dependen del tamaño de la palabra.

http://es.wikipedia.org/wiki/Palabra_%28inform%C3%A1tica%29