✍️ DESCRIPCIÓN y ANÁLISIS del HARDWARE ARDUINO

El Hardware  😎  Arduino 

✊   Como se menciono anteriormente el Sistema Arduino es la unión de Hardware y Software, que permite el desarrollo de aplicaciones de Computación Física, el hardware de Arduino lo constituyen sus placas o tarjetas electrónicas basadas en el Microcontrolador ATMEGA, e incluyen una interfaz USB para la descarga del firmware además de terminales que ponen a disposición del diseñador los pines de entrada/salida del Microcontrolador interno a la tarjeta. Los modelos de tarjetas Arduino son variadas en números de entradas / salidas, pero todas responden al mismo lenguaje de programación, algunos de los modelos de tarjetas Arduino disponibles se muestran en la figura siguiente.

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Algunos modelos de tarjetas Arduino

Vista frontal y trasera de una tarjeta Arduino modelo UNO

Modelo Arduino UNO

💥   La tarjeta básica y más popular de Arduino es la modelo UNO, figura anterior  👆, que contiene para interacción con el usuario catorce entradas/salidas digitales, seis entradas analógicas y un puerto serie que permite realizar comunicación con periférico, además de un puerto serie, una conexión USB, en la figura siguiente 👇 se puede observar la localización de las entradas analógicas y digitales disponibles para la interacción entre Arduino y el entorno físico, por medio de sensores y actuadores, además se puede observar la localización de los pines de alimentación y del Microcontrolador  Atmega 328P.

El hardware de la tarjeta Arduino modelo UNO

👊  A continuación se explorara a detalle el hardware de la tarjeta Arduino Uno, para observar con las ventajas que se dispone en ella, para comenzar, en el extremo izquierdo de la placa tenemos las conexiones USB y de alimentación de Voltaje, figura siguiente 👇, en el extremo izquierdo está el conector de bus serie universal que conecta la tarjeta Arduino al ordenador, por tres razones: para suministrar alimentación a la placa, para descargar las instrucciones o programa a la memoria interna de Arduino, y para la comunicación de datos desde una computadora. 

Conectores USB y de Alimentación de Voltaje de una Tarjeta Arduino

A la derecha de la imagen ☝ se observa el conector de alimentación de voltaje, a través de este conector se puede alimentar la Arduino con un una fuente de alimentación externa de 9 Vdc, y así hacer la implementación de un sistema autónomo de la alimentación de la computadora.

👌   En la mitad inferior está el corazón de la tarjeta Arduino: el Microcontrolador, como se muestra en la siguiente figura  👇, este es el "cerebro" del Arduino, el elemento que le brinda la capacidad de procesamiento computacional a Arduino, se trata de un pequeño chip que contiene un procesador o CPU para ejecutar las instrucciones de un programa informático almacenado en su memoria interna, este Microcontrolador proporciona diversas vías o pines para poder de enviar y recibir datos para sensores y actuadores.

Microcontrolador Atmega328p, corazón del Arduino UNO

👲  Un Microcontrolador se dice que es una computadora de un solo chip, ya que en su interior se encuentran los bloques funcionales necesarios para implementar un sistema computacional, dentro se encuentra una CPU, además de un bloque de memoria (ROM y RAM), un circuito reloj interno, y periféricos de Entada/Salida para la comunicación externa.

El Microcontrolador dentro de una tarjeta Arduino es el Atmega328p, en la versión Arduino UNO, es fabricado por la compañía ATMEL dentro de la familia AVR de Microcontroladores RISC de 8 bits.

👉   Otras placas Arduino están basadas en diversos modelos de Microcontroladores siempre del fabricante ATMEL y de la familia AVR.

😎 Siguiendo con la descripción de las partes de la placa Arduino, justo debajo del Microcontrolador se encuentran son dos filas de pines de conexión tipo "hembra", también llamados female headers, como se muestra en la figura siguiente 👇, la primera fila a la izquierda ofrece conexiones de alimentación y la capacidad de utilizar un pulsador externo para enviar una señal de RESET a la placa, la fila de la derecha ofrece seis entradas analógicas que se utilizan para medir señales eléctricas que varían en voltaje, es en estas entradas que se podrá conectar sensores de tipo analógico.

Pines de alimentación y análogos de la tarjeta Arduino UNO

👋   En la parte superior de la tarjeta se encuentran dos filas más de pines de conexión o headers, como se muestra en la figura siguiente 👇, están numerados de 0 a 13, y son pines de entrada/salida digital, con estos se pude detectar si una señal eléctrica está presente o se puede generar una señal de activación, además los pines 0 y l son también conocidos como el Puerto serie de Arduino, que se utiliza para enviar y recibir datos a otros dispositivos, tales como un ordenador a través del conector USB. 

Pines digitales de la tarjeta Arduino UNO

👍   Los pines marcados con  ( ~ ) también pueden generar una señal eléctrica variable PWM, que puede ser útil para cosas como la creación de efectos de iluminación o el control de motores eléctricos, en publicaciones posteriores se tocara este tema.

😀   Otros componentes dentro de la tarjeta Arduino son los diodos emisores de luz (LEDs), siguiente figura 👇, estos diminutos dispositivos se encienden cuando una corriente pasa a través de ellos, la placa Arduino tiene cuatro LEDs: uno marcado como ON o POWER que sirve para indicar que la tarjeta tiene energía, además de dos LEDs etiquetados TX y RX que se iluminan indicando que se están transmitiendo o recibiendo datos entre el Arduino y los dispositivos conectados a través del puerto serie USB. 

LEDs montados en la tarjeta Arduino UNO

Otro LED marcado L se conecta al pin digital número 13 y puede ser utilizado por el diseñador como testeo de funcionamiento de la tarjeta.

Ejemplos de montajes con Arduino

👨   Y, por último, dentro de toda placa Arduino se encuentra el botón RESET, figura siguiente 👇, que al igual que con una computadora normal, a veces las cosas pueden ir mal con el Arduino, y cuando todo lo demás falla, puede que tenga que reiniciar el sistema Arduino, pues esta es la función del botón RESET dentro de la tarjeta.

Botón de RESET de la tarjeta Arduino UNO

 

💣   Una de las grandes ventajas del sistema de Arduino es su facilidad de expansión en hardware, es fácil añadir más funciones de hardware a la capacidad básica de la tarjeta Arduino, las dos filas de pines a lo largo de cada lado de la Arduino permiten la conexión de un escudo o shield, esto es otra placa electrónica con los pines que le permiten conectarse sobre la placa Arduino. Por ejemplo, en la figura siguiente 👇 se muestra un escudo para Arduino que contiene una interfaz Ethernet que permite que el Arduino pueda comunicarse a través de redes e Internet, este es conocido como Escudo Ethernet.

Dos modelos de escudos para la tarjeta Arduino

Tarjeta Arduino modelo MEGA

💢   Otro de los modelos más usados es la tarjeta Arduino modelo MEGA, figura siguiente 👇, esta placa es un poco más grande que la versión UNO en lo que a pines de entrada y salida se refiere, el Arduino MEGA dispone de 54 terminales de entrada/salida digital además de 16 entradas analógicas, además contiene trece salidas digitales tipo PWM, , además de 4 puertos seriales TTL gracias a su Microcontrolador central el ATMEGA2560, con lo cual la hace una de las placas más grandes dentro de los modelos Arduino, existen más modelos que difieren en número de terminales, pero todas se programan de igual forma , así que solo debemos de preocuparnos en elegir el modelo que más se apegue a nuestras necesidades de entradas y salidas, para conocer todos los modelos disponibles pude consultar la siguiente dirección web: http://arduino.cc/en/Main/Products

Aspecto de la tarjeta Arduino MEGA

💥   A continuación se detallan las características técnicas y de funcionamiento más importantes de los dos modelos más populares de Arduino: UNO y MEGA, cabe recordar que existen más modelos de tarjetas Arduino y cada una solo cambia en número de entradas y salidas disponibles en la placa, y que desde el punto de vista de programación todas son iguales. Algunas características técnicas de funcionamiento de la tarjeta Arduino UNO (también válida para la tarjeta modelo NANO) se detallan a continuación:

Microcontrolador  ---------------------------  ATmega328

Voltaje de Operación  -----------------------  5V

Voltaje de Entrada  --------------------------  7-12 V

Numero de Pines E/S Digitales 14  -------  (21 max.)

Número de Entradas Análogas ------------   6

Corriente de Salida por pin  ---------------   40 mA

Memoria FLASH  --------------------------   32 KB 

SRAM   --------------------------------------   2 KB

EEPROM ------------------------------------  1 KB

Velocidad de Reloj  -------------------------  16 MHz

👊   La tarjeta Arduino modelo MEGA es otra de las más populares, las características de esta placa se presentan a continuación, y en la figura anterior 👆 se puede apreciar la forma física de esta tarjeta.

Microcontrolador  ----------------------   ATmega2560

Voltaje de Operación  ------------------   5V

Voltaje de Entrada  ---------------------   7-12 V 

Numero de Pines E/S Digitales  ------   54

Número de Entradas Análogas  ------    16

Corriente de Salida por pin  ----------    40 mA

Memoria FLASH  ---------------------    256 KB

SRAM  ----------------------------------    8 KB

EEPROM  ------------------------------    4 KB 

Velocidad de Reloj  -------------------    16 MHZ

Escrito por Archie Tecnology