Pines de Alimentación en Arduino: Guía Completa
Arduino es una plataforma de desarrollo de electrónica y programación que facilita la creación de proyectos interactivos. Para comprender cómo alimentar correctamente tu placa Arduino, es crucial conocer los pines de alimentación y sus funciones.
A continuación, exploraremos los diferentes pines de alimentación disponibles en las placas Arduino más comunes y cómo utilizarlos de manera efectiva.
Placas Arduino y sus Características
Arduino Leonardo
El Arduino Leonardo es una placa de microcontrolador basada en el ATmega32u4. Tiene 20 pines de entrada / salida digital (de los cuales 7 se pueden usar como salidas PWM y 12 como entradas analógicas), un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión micro USB, un conector de alimentación, un encabezado ICSP y un botón de reinicio.
El Leonardo se diferencia de todas las placas anteriores en que el ATmega32u4 tiene comunicación USB incorporada, eliminando la necesidad de un procesador secundario.
Opciones de Alimentación para el Leonardo
El Leonardo se puede alimentar a través de la conexión micro USB o con una fuente de alimentación externa. La alimentación externa (no USB) puede provenir de un adaptador de CA a CC (wall-wart) o de una batería. El adaptador se puede conectar enchufando un enchufe de centro positivo de 2,1 mm en el conector de alimentación de la placa.
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Arduino Mega 2560
El Arduino Mega 2560 es otra placa de microcontrolador basada en el ATmega2560. Tiene 54 pines de entrada / salida digital (de los cuales 15 se pueden usar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UART (puertos serie de hardware), un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un encabezado ICSP, y un botón de reinicio.
Contiene todo lo necesario para soportar el microcontrolador; simplemente conéctelo a una computadora con un cable USB o enciéndalo con un adaptador de CA a CC o una batería para comenzar.
Arduino UNO
Si esta es tu primera experiencia jugando con la plataforma, la UNO es la tabla más robusta con la que puedes empezar a jugar. La placa UNO es una versión genérica y compatible con el entorno de desarrollo Arduino IDE. Está basada en el microcontrolador ATmega328, el cual es ampliamente utilizado en proyectos de electrónica y robótica debido a su simplicidad y versatilidad.
La placa es una opción popular y económica para proyectos de electrónica, especialmente para aquellos que están empezando en el mundo de la programación y la electrónica.
La placa cuenta con un chip ATmega328, que es el corazón del sistema y es compatible con el entorno Arduino IDE.
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Características clave de la placa UNO:
- Pines de E/S digitales: La placa tiene 14 pines digitales de entrada/salida, de los cuales 6 de ellos también pueden utilizarse para generar señales PWM (Modulación por Ancho de Pulso).
- Memoria Flash: La placa tiene 32 KB de memoria flash en el chip ATmega328.
Arduino Nano
La placa Nano es pequeña, completa y compatible con placas de pruebas basada en ATmega328 (Arduino Nano 3.x) o ATmega168 (Arduino Nano 2.x). Tiene más o menos la misma funcionalidad del Arduino Duemilanove, pero en un paquete diferente.
Solo carece de un conector de alimentación de CC y funciona con un cable USB Mini-B en lugar de uno estándar.
Arduino Mini Pro
Esta board funciona a través del microcontrolador ATMEGA328. Tiene 14 pines de entradas/salidas digitales (6 pines pueden ser usados para señales de salida PWM), 6 entradas analógicas, un resonador interno, un botón de reset y agujeros para el montaje de tiras de pines, acorde a la necesidad del circuito.
Se le puede montar una tira de 6 pines para la conexión a un cable FTDI o a una placa adaptadora de la casa Sparkfun para dotarla de comunicación USB y alimentación.
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La Arduino Mini Pro está destinada a instalaciones semi-permanentes en objetos o demostraciones. La placa viene sin conectores montados, permitiendo el uso de varios tipos de conectores o soldado directo de cables según las necesidades de cada proyecto en particular. La distribución de los pines es compatible con la Arduino Mini.
Arduino Due
Arduino Due es la primera tarjeta de desarrollo construida con un poderoso microcontrolador de 32 bit CortexM3 ARM el cual puede ser programado mediante el IDE de Arduino. El Arduino Due posee 54 pines digitales de entrada y salida (de los cuales 12 pueden ser usados como salidas PWM), 12 entradas análogas, 2 salidas análogas, 4 UART (puertas seriales por hardware), cristal oscilador de 84MHz, una conexión compatible con USB-OTG, 2 TWI, Jack de poder, conexión JTAG, botón reset y un botón borrar.
A diferencia de otras tarjetas, Arduino Due trabaja con 3,3V, pudiendo tolerar un voltaje máximo en sus pines I/O de 3.3V.
De acuerdo a las limitaciones de voltaje de sistema impuestas por el Atmel SAM3X8E, la mayoría de los Shield de Arduino que funcionan con 5V no funcionarán correctamente con la tarjeta Arduino Due.
Descripción de los Pines de Alimentación
- VIN: El voltaje de entrada a la placa Arduino cuando está usando una fuente de alimentación externa (a diferencia de los 5 voltios de la conexión USB u otra fuente de alimentación regulada). La placa UNO es capaz de operar en un rango más amplio de voltajes, desde 6 V hasta 20 V.
- 5V: La fuente de alimentación regulada que se utiliza para alimentar el microcontrolador y otros componentes de la placa.
- 3V3: Un suministro de 3.3 voltios generado por el regulador de a bordo.
- GND: Conexión a tierra. Podemos utilizar cualquier GND como negativo para alimentación.
- IOREF: El voltaje al que operan los pines de E / S de la placa (es decir, VCC para la placa).
Arduino UNO
Consideraciones Adicionales
- Compatibilidad de Voltaje: Es crucial verificar las especificaciones de voltaje de los componentes que conectes a tu Arduino para evitar daños.
- Uso de Cables y Conectores: Se puede utilizar para hacer mazos de cables o puentes entre encabezados en PCB.
Por ello hoy mostraremos todas las partes del Arduino que veras en todas las placas (o en la gran mayoría) y hasta en otro tipo de controladores.Debemos entender, para un comienzo, que Arduino es una plataforma de desarrollo de electrónica y programación que se compone a grandes rasgos de un microcontrolar y sus entradas y salidas listas para usar, así como también la facilidad de comunicación con otros dispositivos.
Esto nace de la necesidad de facilitar estos recursos en pequeños, para incentivar la creatividad y el pensamiento desde una edad temprana., sin necesidad de inundarlos con información detallada de electrónica e ingenierías. De esta forma esta plataforma hoy en día es una herramienta para que cualquier persona que lo desee pueda aprender y/o desarrollar sus propios proyectos.
Como podemos ver en la imagen, hay muchos componentes en la tarjeta, no haremos un detalle electrónico basado en modelos matemáticos, pero si sabrás que puedes hacer y para que te servirán en otros dispositivos todos, o la gran mayoría de partes.
Para comenzar definiremos nuestro Arduino como una caja negra. Caja negra haciendo alusión al sistema de registro de los aviones para accidentes, que en realidad no son negras, sino que se les denomina así porque no se sabe lo que contiene, solo sabemos qué hace una función. Lo mismo sucede con nuestra tarjeta, será una caja con entradas, que son procesadas, y salidas.
Si filosofamos un poco, nos daremos cuenta que básicamente todo se comporta de esta manera, algo toma referencias (entrada), las analiza (proceso) y ejecuta una acción (salida). Un ejemplo real seria nuestro baño diario. Giramos la llave, tocamos el agua (entrada), la comparamos con una sensación adecuada para nosotros (procesamos la información) y giramos la llave para agua fría o caliente (salida). Haz el ejercicio y piensa cuantos sistemas que conoces realizan la misma lógica.
Básicamente, las señales de entrada pueden ser de dos tipos, digitales y analógicas. Las señales digitales solo tienen 2 estados, serán reconocidas como 1 o 0, todo o nada, alto o bajo (5V o 0V), como la luz de una habitación que esta encendida o apagada. Arduino Uno tiene 13 señales digitales que pueden funcionar como entrada o salida (definidas en el programa), o sea, leerá 5V o 0V, o entregará 5V o 0V. Otros modelos como el Arduino Mega tienen 54 señales digitales, que funcionan de la misma forma.
Una recomendación. Cuando el Arduino está conectado por usb al PC no es recomendable usar pines que tengan identificación de TX y RX, ya que estos corresponden al puerto que está siendo usado por el usb, así que tendrán comportamientos erráticos.
Por otro lado, las entradas analógicas pueden tener infinitos valores entre amplitudes definidas con el tiempo, como las señales de audio. Infinito siempre es teórico, en la práctica las entradas analógicas medirán valores entre 0V y 5V y serán comprendidas por la tarjeta como valores entre 0 y 1023 (1024 valores ya que se considera el 0 como un valor más). Esto ocurre porque se debe digitalizar el valor analógico para que sea comprendido en el mismo idioma de nuestra tarjeta (lenguaje digital de unos y ceros, como en matrix) y para ello se ocupan 10 bit y como son 2 valores posibles en cada bit (1 y 0) tendremos combinaciones, 1024 valores a repartir entre 0V y 5V, de infinito nada. Quien digitaliza la señal analógica al lenguaje de unos y ceros es el Conversor analógico digital, CAD o DAC en inglés.
El Arduino Uno tiene 6 entradas analógicas, que soporta una tensión de hasta 5V y pueden ser escaladas a valores menores, pero no superiores. Otras placas pueden tener más o menos entradas, un CAD de mayor o menor cantidad de bit, pero se comportarán de la misma forma.
Las entradas analógicas también pueden ser utilizadas como señales digitales, donde A0 equivale al pin 14 en la placa Uno.
Antes de pasar a otros componentes debemos mencionar que, en rigor, no existen salidas analógicas, pero si mucha astucia para emularlas. Esa astucia es llamada PWM, conocida como modulación de ancho de pulso. En las señales digitales podrán ver una raya al costado de algunos pines como el 3 y el 5, eso significa que pueden trabajar como salidas PWM. En el fondo se juega con los tiempos en los que la señal está en 1 y en 0 (el ancho del pulso), esto genera una respuesta “analógica” desde una digital.
La zona de alimentación al costado de las entradas analógicas, permite dos cosas. Una, distribuir alimentación desde el Arduino para algunos sensores o para control y dos, alimentar la tarjeta.
3,3V y 5V son salidas de voltaje desde la tarjeta, con ello podemos alimentar componentes externos. Podemos utilizar cualquier GND como negativo para alimentación. Por otra parte, Vin nos permite alimentar de forma externa la tarjeta Uno con voltajes de hasta 12V, la tarjeta trabaja con 5V y utiliza un regulador que permite esto.
Las formas convencionales de alimentar la tarjeta son, principalmente por el Usb que aparte de funcionar como alimentación nos permite monitorearla para hacer pruebas y por un Jack de alimentación, fundamentalmente para baterías de 9V. Este elemento es muy usado en los kits de Arduino Educación.
La tarjeta tiene dos conexiones para comunicarse por ICSP, un tipo de comunicación serial. El que se encuentra cerca de las entradas analógicas, específicamente sirve para programar el Bootloader del microcontrolador que utiliza Arduino. El Bootloader es un gestor de arranque que interpreta los programas, permite enviar y recibir datos por los puertos, hace posible la comunicación USB. El ICSP que está cerca del conector usb de la tarjeta, es justamente el que nos permite programar el microcontrolador encargado de la comunicación usb.
Entre los componentes que veremos y podrían llamar nuestra atención (y que son fundamentales en cualquier microcontrolador) se encuentra el cristal de cuarzo, un oscilador de 16Mhz que determina la velocidad de la ejecución del programa.
Arduino utiliza un microcontrolador que ejecuta nuestro programa, pero como mencionamos, existe otro que permite la comunicación Usb y es el ATmega16u2. Un chip cuadrado que verán detrás del conector Usb de la tarjeta. No ahondaremos en esto, la idea es conocer cada parte de la tarjeta y entender que hace.
Llegamos al cerebro de esta tarjeta, el microcontrolador ATmega 328. Como se mencionó al comienzo, el Arduino es un microcontrolador con las entradas y salidas listas para usar.
Aquí hay una tabla que resume los pines de alimentación y sus funciones:
| Pin | Función | Descripción |
|---|---|---|
| VIN | Voltaje de Entrada | Voltaje de entrada externa (6-20V en UNO) |
| 5V | Alimentación Regulada | Fuente de 5V para el microcontrolador y componentes |
| 3.3V | Alimentación Regulada | Fuente de 3.3V generada por el regulador |
| GND | Tierra | Conexión a tierra |
| IOREF | Referencia de Voltaje | Voltaje de operación de los pines de E/S |
[TUTORIAL] 02 - Métodos de alimentación para Arduino
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