Introducción
Esta es una serie de lecturas escritas para aquellos con conocimientos de electrónica (Estudiantes de ingeniería eléctrica o Ingeniería en computación) para aprender acerca del asombroso mundo de la electrónica integrada y los microcontroladores. Se asume que el lector sabe que es la electricidad y que ha utilizando alguna vez un circuito integrado. Todo lo demás esta detallado de la mejor forma posible. Hay harto material así que tómese su tiempo. Recuerde, si sale humo, ¡al menos ya ha aprendido que es lo que NO hay que hacer la próxima vez!.
¿Qué es un microcontrolador?
Comencemos con lo básico, una puerta OR. Una puerta OR, es una puerta lógica cuya salida depende de 2 entradas. Seguramente has jugado con este tipo de puertas, o posiblemente con un integrado DIP de los que traen 4 puertas OR en el mismo chip. Para que este integrado DIP funcione necesita alimentación, es decir, un pin de poder y un pin a la tierra del circuito (ground). La electricidad es conducida a través del IC (integrated circuit) permitiéndole operar. Seguramente no sabes cómo funciona internamente el IC, pero entiendes que si cambias las entradas, las salidas también cambian. Puedes comprobar esto uniendo las entradas de la puerta OR a la alimentación (también conocido como VCC) o a la tierra (GND). Si entiendes de lo que estamos hablando entonces probablemente ya has jugado con uno de estos en una protoboard. Si todo esto te suena extraño y confuso, no te preocupes, trataremos de hacerlo más simple.
Un microcontrolador es parecido a una puerta OR. Estos tienen algunas entradas y salidas. Lo interesante de esto es que un microcontrolador corre un programa. Los programas deben ser específicos para cada microcontrolador. Por ejemplo, con un poco de trabajo, puedes monitorear la entrada de dos pines A y B. Basado en estas entradas, puedes controlar un pin de salida C. Entonces para simular una puerta OR podemos hacer lo siguiente
if (A == 1 || B == 1) // si A es 1 o B es 1 entonces C es 1
{
C = 1;
}
else //si A es distinto de 1 y B es distinto de 1 entonces C=0
{
C = 0;
}¡Lo anterior es código en lenguaje C!. Puedes codificar todo tipo de diferentes aplicaciones, compilar código, cargarlo en un microcontrolador, alimentarlo eléctricamente, y el código se ejecutará en el microcontrolador. ¡Simple! Los microcontroladores son usados en todos los equipos electrónicos que te puedas imaginar, como por ejemplo los microondas, controles remotos, celulares , mouse, impresoras, ¡y hay más de 150 microcontroladores integrados en los autos nuevos!. Hay uno esperando que sueltes el freno (brakes == 1) y otro para trabar las ruedas (lock_up == 1). Cuando esto pasa, el micro suelta los frenos y tienes ABS (Anti-lock Brake System).
Antiguamente, los microcontroladores eran OTP (One Time Programming) lo que permitía que se programaran una sola vez, si no funcionaba, lo botabas e intentabas de nuevo. Ahora los micro son fabricados con memoria FLASH la cual permite escribir y rescribir el código cientos de veces. He programado micros por años y siempre quemo el micro antes de que llegue al límite de ciclos programables.
Los Micros con memoria Flash son diferentes a los PC’s con memoria RAM. Los computadores requieren de toneladas de poder y componentes para poder iniciarse y funcionar. Los computadores operan con sus elementos a alta temperatura. Además tardan una eternidad en reiniciarse. Los Micros se encienden y comienzan a correr el código en cuestión de milisegundos y si sientes calor saliendo de ellos, entonces algo muy malo ha pasado, probablemente has quemado el micro. Ah, además sólo cuestan unos tres mil pesos.
Ahora, de vuelta a la puerta OR. Esta tiene un grupo de pines, todos dedicados a ser entradas o salidas de las varias puertas OR construidas en el chip (4 puertas en un integrado = 8 entradas, 4 salidas, 2 pines tierra/alimentación), 14 pines de diversión. Ahora bien, la función más básica de un micro es la llamada GPIO (general purpose input/output). Estos pines de GPIO pueden ser configurados como entradas o salidas. Cada pin de entrada puede ser monitoreado e interpretado. Por ejemplo:
if (PORTC.2 == 1) //luego hacer algo…El estado de cada pin de salida puede ser elevado o bajado (1 o 0 lógico). Por ejemplo:
while(1) {
RB3 = 1;
delay_ms(1000);
RB3 = 0;
delay_ms(1000);
}¿Adivinas lo que hace el código anterior? Simplemente hace que un pin eleve su estado y lo baje cada 2 segundos. ¿Elegante cierto? Este vendría a ser el “Hola mundo” de los microcontroladores. Parece trivial, pero cuando has estado tratando de hacer funcionar un micro después de 5 horas de tirarte el pelo y ves un LED parpadeando por primera vez, ¡es glorioso!
¿Que tipos de microcontroladores hay? ¿Y cómo hago un LED parpadear?
Acá hay una mirada rápida a los microcontroladores más conocidos:
• PIC: Este es el clásico micro de Microchip. Muy simple, muy probado, muy barato. Son los microcontroladores de 8 bits más populares con muchos recursos disponibles en internet.
• AVR: Este es básicamente el competidor directo de los PIC’s. Hacen lo mismo que los PICs, pero en mi opinión mejor, más rápido, al mismo precio y más simple.
• MSP: Estos son muy buenos micros fabricados por Texas Instrumentes (TI), no tan populares como los AVR o los PIC’s. Sin embargo, son realmente buenos en aplicaciones que requieren bajo consumo. Un MSP puede correr con una pila AA por 5 años seguidos. Su consumo eléctrico es del orden de nano-amperes.
• ARM: ¿Que significa la sigla? No lo se… ARMs son los nuevos del barrio y son muy poderosos, muy bajo costo, se están tomando al mundo, pero pueden ser muy intimidantes si nunca has jugado con un micro antes.
• 8051: El 8051 fue de facto el estándar en microcontroladores de 8-bit (y 4-bit). Desarrollado por Intel en los 80`s, y parece que los profesores aman el set de instrucciones de estos micros. Tecnología muy antigua en mi humilde opinión, pero estos ICs han sido mejorados considerablemente durante los años (ahora basados en Flash, ADC, SPI, etc.).
• 68HC08/11: Otro set de instrucciones muy común, desarrollado por Motorola. Extremadamente popular, y enseñado comúnmente. Estos micros a menudo carecen de RAM y memoria flash.
Googlea cualquiera de estos para más información. Yo he elegido el ATmega168 como la opción de aprendizaje IC. ¿Por qué?
• 16 MIPs (millones de instrucciones por segundo) es suficientemente poderoso para hacer algunos proyectos interesantes. • ¡Es barato!
• Tiene la mayoría de los periféricos que habitualmente se utilizan (UART, SPI, I2C, ADC, oscilador interno, PWM, etc.).
• 8k de memoria programable, suficiente para cualquier proyecto de principiante.
• Las herramientas son gratis (compiladores C para otros micros pueden costar bastante dinero)
• Las herramientas de programación y debugging son de bajo costo.
Con poco dinero en componentes, puedes hacer parpadear un LED. Aunque como con cualquier otro hobby (también conocido como adicción), los costos de las cosas buenas pueden crecer rápidamente.
¿Quieres aventurarte con microcontroladores?
Cualquier IC, necesita alimentación eléctrica. Hay 2 pines que siempre se deben conectar para entregar la energía: VCC y GND. ¿Que es VCC? Es el nombre que recibe el pin del voltaje positivo. No te preocupes, después de unos días de esto, ver VCC será muy común. GND es abreviación de Ground (tierra). Una corriente eléctrica necesita volver a tierra. Puede llamarse también “common” pero a menudo sólo es GND.
Hay cientos de microcontroladores por ahí con distintos voltajes de alimentación, pero 5V (5 Volts) de alimentación es el típico VCC. También es típico el 3.3 V, pero es posible encontrar micros más exóticos de 2.8V y 1.8V VCCs. Por ahora, sólo preocúpate de los 5V y GND para el micro que vamos a utilizar.
¿Donde consigo los 5V?
Tienes que darle 5V y GND a tu micro. Tu casa corre a 220V AC (o 110V en otros países). AC = corriente alterna y es bastante mala para microcontroladores de 5V de corriente continua. Así que necesitas convertir 220V AC (o 110) a 5V en corriente continua.
¡OK! , Nuestro primer paso será construir un circuito regulador de voltaje.
Puedes comprar algo llamado “eliminador de pila”, “transformador AC/DC”, etc. Un transformador toma un voltaje alto y lo convierte en uno menor. NO asumas que un transformador etiquetado de 5V efectivamente entregara los 5V en su salida. Esto es un error conceptual. Lo se, lo se, publicidad engañosa. Sólo conecta tu multímetro al conector y verás que voltaje es el que efectivamente está entregando. Probablemente sea algo así como 8 o 9V. ¡Esto matara tu micro, así que más vale que continúes leyendo!.
Asumamos que estás usando un transformador y entrega algo como 9V. Desafortunadamente estos 9V de salida tienen bastante ruido, es decir, oscilan mucho. ¿Que significa esto? Tú necesitas un voltaje DC, es decir un voltaje sólido y sin variaciones (opuesto al alterno). Un transformador usa trucos baratos para obtener de los 220V AC los 9V DC. Así que la señal del transformador tiende a alternar 100-500mV. En vez de unos sólidos 9VDC, veras una señal que sube y baja desde los 8.5 a 9.5 Volts. Esto puede causar estragos en tu sistema, y por otro lado los 9V son muy altos (necesitamos 5V) así que necesitamos convertir los 220V a través del transformador, y enviar los 9V a través de un regulador de voltaje para llegar a los 5V DC limpios (sin ruido). Si, suena complicado. No te preocupes, después de obtener tus 5V, te preguntarás por qué tenías miedo.
El regulador más común se llama LM7805. ¿Por qué? No lo sé. Nunca he tocado un regulador que efectivamente tenga un LM7805 estampado afuera. Siempre hay otras letras estampadas afuera como LM78L05 o LV78X05 o algo por el estilo. Sólo tienes que saber que hay varios fabricantes que producen la misma parte, con un pequeño toque cada una. Lo que necesitas es una de estas partes genéricas que están diseñadas como un regulador de voltaje lineal de 5V. Si estás experimentando en una protoboard (conocidas también como breadboard en el extranjero) también lo querrás en el encapsulado TO-92 o TO-220. Hablaremos más sobre encapsulados adelante.
Tienes el regulador y el transformador. ¡Hora de conectarlo!
Aquí puedes ver el pin-out del LM7805. Cuando hayan dudas, siempre revisa el datasheet (hoja de datos) antes de conectar un nuevo componente y también cierra el switch on/off. Para este regulador Input es la entrada de voltaje no regulado y debe ser mayor que 7V. GND es la tierra y Output es la salida de 5V regulada. Tu transformador debe tener 2 cables. Uno es 9V y el otro GND.
Todas las tierras necesitan estar conectadas juntas para que la corriente fluya a través del sistema. Repito una vez más, conecta todas las tierras. Esta es la segunda razón por la que a un novato no le funciona lo que esta haciendo. A nuestra protoboard, estaremos entregándole 9V (o lo que el transformador tenga en la salida, hasta 15V) y sacando 0V (GND) y 5V a nuestros rieles de la protoboard.
Podemos hacer un sin número de configuraciones en nuestro circuito de alimentación incorporando más componentes. Arriba se muestra una configuración clásica de un regulador LM7805, 9V de entrada y unos sólidos 5V de salida.
Nota sobre el esquemático: los dos pines de tierra no se muestran conectados. Asumimos que las redes (cables verdes) que llevan el mismo nombre están conectadas entre sí. Los esquemas pueden agrandarse y complicarse, así que no verás los cables juntos en ellos, pero en tu protoboard necesitas conectar todos los pines GND juntos. En este caso es el cable GND de tu transformador conectado al pin GND del regulador.
¡¡Excelente!! Ya casi estamos listos, pero ¿por qué el multímetro no lee 5.000 V? la respuesta es la siguiente, la electrónica no es tan buena como dicen. Los reguladores más baratos tiene un 5% de tolerancia, es decir, varía entre 5.25 y 4.75V. En la práctica, deberías tener entre 5.1V y 4.9V con la mayoría de los reguladores. Por supuesto puedes gastar mucho dinero y obtener tolerancias menores pero 5.1 y 4.9 funciona para nuestros propósitos.
Y ahora que ya tenemos el voltaje, deberíamos preocuparnos de las oscilaciones. Si hay ruido que viene desde el pin de entrada del regulador, este intentará eliminarlo, pero algunos ruidos inevitablemente llegan al pin de salida. Tu multímetro lee 5.08V, pero eso es por la forma en que toma la lectura. Este toma muchas mediciones y luego te muestra en promedio de estas. ¿Conoces a alguien que tenga un osciloscopio?, si es así, muéstrale este tutorial y dile que te enseñe el ruido en tu riel de 5V. Sin condensador de filtro, puedes ver tanto como 200mV de ruido.
¿Qué es un filtro condensador? Un filtro condensador es básicamente una especie de batería que ayuda a suavizar la oscilación. Existen cantidades de analogías sobre los condensadores aquí va una:
“Los condensadores actúan como estanques de agua. Cuando tu circuito tira un montón de agua fuera del sistema, el condensador ayuda a mantener el voltaje alto temporalmente hasta que el sistema de poder pueda ponerse al día. Por ejemplo: tú puedes vivir en una ciudad con agua y tener una buena presión de agua. Si tomas una ducha afectas la presión del sistema de agua, aunque sea un poco. Si todos en la ciudad prenden sus duchas y tiran la cadena de sus baños, la presión de agua bajaría enormemente. Un gran estanque de agua ayudaría a minimizar estos problemas de presión. Un gran condensador ayuda a minimizar los problemas de fluctuaciones de voltaje en tu protoboard.”
¿Es muy importante utilizar un condensador? Probablemente puedas hacer funcionar tu sistema sin filtros condensadores, pero no es una buena práctica de Ingeniería. Arma tu circuito sin condensadores, pero cuando las cosas no funcionen y te preguntes si son los condensadores o tu código, o tu timing, o quizás volaste un sensor van a ser demasiadas las incógnitas y te volverán loco. Mi recomendación: ocupa un par de condensadores básicos 100uF en la entrada y 10uf en la salida.
Usarás muchos condensadores de 100uF y 10uF en circuitos de alimentación y utilizarás condensadores de 0.1uF alrededor de los micros sin discreción. Estos 2 condensadores deberían suavizar la entrada en el regulador y la salida bastante bien.
Supongo que ahora vez los símbolos del esquemático con un poco de temor. ¿Que son los + y las líneas curvas? El esquema de los componentes esta indicando que los 100uF y los 10uF están polarizados. Demonios, ¿qué es eso? Tiempo para un break, hablemos sobre condensadores.
• Condensadores electrolíticos: estos son condensadores grandes, capaces de acumular desde 10uF hasta 1 Farad. Son baratos y buenos para almacenar cargas. Son polarizados, es decir tienen un pin positivo y uno negativo.
El condensador tiene un signo menos en uno de los costados, el cual indica que el pin debe ser conectado a tierra.
• Condensadores Cerámicos: son los más baratos y comunes de los que usarás en tu protoboard. No están polarizados así que puedes ponerlos de cualquier forma en tu protoboard. Los condensadores de cerámica no pueden almacenar tanta carga como los electrolíticos pero necesitarás a ambos en tu protoboard.
• Hay muchos tipos más de diferentes condensadores pero por el bien de tu cabeza, no lo veremos todos.
Ok, ahora necesitas ocupar algo de lógica. Sabes que la parte positiva del condensador de 100uF necesita ser conectado al pin input, pero sólo el negativo esta marcado. ¿Confundido? ya te acostumbrarás. El negativo va a tierra, el otro va al pin de la entrada del regulador.
¿Qué pasa si los pones al revés? Bueno las cosas podrían ponerse explosivas.
Esto es lo que pasa cuando sobrecargas voltaje o inviertes la polaridad. El del medio es normal. El de la izquierda, se puede notar un poco elevado en su tapa. Esto pasa cuando el electrolito de adentro se expande. El condensador de la derecha nos muestra que pasa cuando la presión es tan grande, que atraviesa la tapa de metal. ¿Notas el + impreso en la tapa de estos condensadores? Está impreso para que cuando la presión suba, el condensador se abra como el de la derecha (mejor que hacer volar la tapa del condensador por la habitación)
La foto está tomada del interior de un computador Gateway (circa 1999). Gateway ha ocupado algunos condensadores al límite de la especificación requerida (1000uF/16V). Los /16V significa que están calificados para utilizarse con voltajes de hasta 16V. Estos condensadores estaban en el riel de 12V para suavizar la oscilación pero obviamente fallaron. Gateway estaba tratando de ahorrar $0.50 usando un condensador que estuviese muy cerca del máximo. ¡La fabricación no es perfecta!. Como cualquier producción, la población de los condensadores y sus tolerancias se ven como curvas de campana Gauss. La mayoría de los cap calificados para 16V pueden soportar 16V. ¡Algunos hasta 18V, hasta 22V! pero la tolerancia en forma de campana va en ambos sentidos. Un número menor de condensadores calificados para 16V pueden fallar a los 10V, algunos a los 8V. Si tienes una oscilación bastante grande en la línea de 12V y puedes hacer fallar el cap calificado de 16V. Una buena regla es redimensionar los condensadores a un 50%. Por ejemplo, un condensador calificado para 12V es bueno para ser usado en un riel de 6V, uno de 24 para uno de 12V, etc.
¿Sabes lo que pasa cuando un condensador electrolítico falla como uno de los de la foto de arriba? Bueno, simplemente dejan de funcionar, en la mayoría de los casos, fallan de forma segura, es decir, no funcionaran como condensadores, pero no harán cortocircuito con la tierra. La diversión comienza cuando la falla es tan mala que las partes internas se fusionan y obtienes un corto circuito – ahí verás como se derrite el condensador. En el caso de este computador, el software comenzó a mostrar un conjunto de fallas, porque el circuito de la placa madre tenía muchas oscilaciones.
Fallas similares pueden suceder si inviertes la polaridad de un condensador. Si el voltaje es bajo (menos de 25V) el condensador probablemente sólo se dañe un poco. Si realmente quieres causar daño, dile a un profesional que conecte un condensador de 10V invertido a 10000V. Instantáneamente explotará como popcorn.
Para filtros condensadores en el circuito de alimentación. Yo recomiendo usar un condensador de 25V de 100uF (100uF/25V) en la entrada y uno 10uF/10V en la salida. Los ingenieros te dirán que los sobredimensiones, es decir, uno que diga 100V no confíes en el si pasas los 50V. Esto generalmente es buena práctica. Siguiendo con esta idea nuestro 100uF/25V es bueno para entradas hasta 12.5V antes de que tengamos probabilidades de volar los electrolitos. De nuevo, no esperes que un condensador para 5V soporte una entrada de 9V.
¡De vuelta a nuestro suministro de energía!. No te preocupes por volar cosas todavía. Estamos trabajando con voltajes bajos y no tendrás problemas. Una vez más, si algo se calienta, tira humo o chispea, desconecta el sistema. Hablando de apagar cosas, ¡necesitamos un switch!.
El switch te permitirá encender o apagar el sistema. Puede ponerse muy molestoso el tener que poner y sacar los cables para dar y sacar alimentación a tu sistema.
Recuerda las advertencias sobre revertir VCC y GND ¿Qué tan malo puede ser?, bueno, si los conectas al revés, eso es muy malo y puede hacer que tu microcontrolador deje de funcionar para siempre, así que protejámonos.
El componente marcado como D1 es un diodo. Un diodo deja pasar la corriente en una sola dirección y bloquea el flujo de corriente en la dirección opuesta. Este dejará pasar los 9V en dirección correcta, y si accidentalmente conectas tu poder en la dirección incorrecta, bloqueará la corriente para que no dañe tu sistema.
Siempre se diseña así para proteger el sistema, nunca se sabe que fuente de poder se le conectará a la placa. Si conectas un tipo erróneo de transformador nos estaremos protegiendo de nosotros mismos.
Hay algunos puntos débiles en la protección con un diodo.
• Todos los diodos tienen un voltaje de caída, esto significa que 9V en un lado caerá a 8.5V en el otro. Así que tus 9V del transformador se transformaron en 8.5V
• Los diodos también tienen clasificaciones. Si tratas de proteger 1A (1 Ampere) con un diodo diseñado para 0.1A, el diodo rápidamente se calentará y fallará. Para protección de reversa, recomendamos un diodo de 1A modelo 1N4001. Estos últimos son muy comunes y baratos.
Nota que los diodos están polarizados. Tienen una dirección a la que le debes poner atención. Muchos diodos tienen una banda indicando el cátodo. ¿Qué es un cátodo?. Navega un poco en Google e infórmate al respecto. Todo lo que tienes que saber es que esa línea en la parte esquemática es la misma línea en el diodo.
Entonces si quieres instalar un diodo de protección reversa, los 9V de tu transformador van en el término del diodo, el lado sin la banda (el ánodo). El cátodo (con la banda) va en el switch. Tu switch luego va al input. Mueve el switch y veras 5V en el output usando el multímetro. Bien, ¿Cansado de usar el multímetro cada vez que quieras ver si hay 5V?. Ya es hora de conectar el cable en el LED de poder.
Un diodo emisor de luz (LED) es una aleación de silicio que se ilumina cuando pasa corriente por ella. Busca en Google para ver su ciencia. Como regla general, Los LEDs pueden tener una corriente máxima de 20mA a través de ellos antes de que presenten fallas.
Si conectas tu LED como en el esquema de arriba, se va a poner muy brillante por un segundo y luego se quemará. Esto pasa porque el LED es un diodo y la corriente fluirá desde el ánodo al cátodo y luego a tierra de forma descontrolada. El silicio dejará pasar una corriente del orden de un ampere por una fracción de segundo y quemará al LED. Para limitar este flujo a 20mA, necesitamos de la famosa ley de ohm.
Hora de sacar los libros:
V= R·I (ley de ohm)
Si tenemos 5V y sólo queremos 20mA pasando por el LED
5V= 0.02 * R
R= 250 Ohm
Esto no es completamente verdad, ya que el LED tiene una caída de voltaje, pero no te preocupes por eso. Instalar LEDs es muy común cuando trabajas con microcontroladores. Todo lo que necesitas recordar es que necesitas limitar el flujo de corriente. Lo más básico para hacer esto es utilizar un resistor de 220 Ohm que funcionará (LED luz fuerte), 330 Ohm también es bueno (LED menos intenso). 220 y 330 son los valores más comunes de resistencia en este caso.
Yo recomiendo altamente que te ensucies las manos. Pon un LED con un resistor de 1K luego 330, luego 220, luego 100, 50, y finalmente vuélalo sin ponerle resistencia. ¿Divertido no? Bien. ¿Tienes un repuesto cierto?.
Nuestro circuito final de alimentación. Parece harto trabajo, pero una vez que configures esto en tu protoboard, no lo vas a sacar más. Lo que has aprendido es la base para alimentar los microcontroladores. El voltaje de entrada puede cambiar, el voltaje de salida puede cambiar también (a 3.3V por ejemplo), pero lo básico esta todo ahí. Mueve el switch y deberías tener un buen riel de 5V y un LED dejándote saber que todo esta ok. Si el LED no se ilumina, significa que algo más en el riel de los 5V esta consumiendo mucha corriente y el LED no se ilumina. Este es un fuerte indicador de que algo anda mal. Si prendes el sistema y no se ilumina el LED, inmediatamente apágalo y verifica el cableado.
Quizás te preguntes si el orden resistor/LED importa, y la respuesta es no, no importa. Puede conectarse al revés, cualquier configuración limitará la corriente a través del LED.
Bien, ya has llegado hasta acá. Ahora alguna información básica acerca de las oscilaciones/ruidos y porque son malas.
Si tienes oscilaciones grandes en tu riel, digamos 500mV o más, puede provocar un efecto llamado “latchup”. Esto quiere decir que funciona bien con 4.8V, pero cuando el voltaje caiga a 4.3V se irá a un estado “desconocido”. Cuando vuelva a los 4.8V (ya que vuelve a oscilar hacia arriba), el micro probablemente se pegará. Esto es bastante inusual en estos días, ya que los fabricadores de chips han hecho un buen trabajo en las partes internas para protegerse de esto, pero en general, las oscilaciones son malas y si quieres hacer un buen diseño es mejor que lo tengas en cuenta.
Supongamos que tienes 500mV de oscilación en tu sistema y estás utilizando el conversor análogo digital del microcontrolador con un sensor de temperatura. El sensor de temperatura tiene un pin de salida que entregará un voltaje análogo que variará 100mV por cada grado Celsius. Así que a 25ºC (temperatura ambiente) el sensor entregara 2500mV o 2.5V.
Cuando tu micro hace conversiones con el conversor análogo a digital, éste compara la señal de alimentación (Vcc) con la señal analógica del sensor de temperatura. Bueno, si tus sólidos 5V tienen 500mV de oscilación el micro reportará 2.5V de lectura y los comparará con un valor entre 3V y 2V (3000mV = 30ºC y 2000mV = 20ºC). Como puedes ver esto es inaceptable. Simplemente necesitamos eliminar el ruido de la alimentación si queremos trabajar con señales análogas.
Nota sobre protoboard: Si no sabes cómo utilizar un protoboard, lee este tutorial que hemos preparado para tí. En resumen el artículo señala lo siguiente, los rieles de poder (las columnas rojas/azul) están conectadas internamente entre ellas. Las columnas dentro del área principal están interconectadas. Luego, puedes insertar un cable en el orificio y estará conectado eléctricamente al orificio vecino (conexiones verticales para las columnas numeradas, y conexiones horizontales para los rieles azul/rojo de poder).
Nota sobre LEDs: Los LEDs son dispositivos con polaridad, es decir, deben conectarse en la dirección correcta. Los LED tienen cátodos y ánodos. ¿Cuál es cual? Mira el siguiente esquema del elemento:
Un Led ¿Ves la flecha? ¿Ves la línea plana al final del triángulo?. Físicamente el LED tendrá un lado plano, el cual corresponde a la línea plana (cátodo) en la imagen del esquemático. Cuando conectas un LED, debes tener en cuenta que este es un diodo y los diodos sólo dejan pasar corriente en una dirección (de ánodo a cátodo – en dirección de la flecha) así que el lado plano del LED necesita estar conectado a tierra de alguna forma (usualmente a través de una resistencia) y en consecuencia el otro lado es el ánodo y necesita conectarse al poder para que fluya la corriente. Si lo conectas al revés, no se encenderá y eventualmente podrás dañar el LED. Si el LED no enciende verifica que tienes los 5V en el riel correcto y luego da vuelta tu LED si es necesario.
Nota sobre la polarización de los condensadores. El condensador más largo (100uF) está directamente conectado a la los pines de entrada y tierra del regulador de voltaje. El signo (–) esta conectado al pin de tierra. El condensador más pequeño (10uF) está conectado a los rieles de poder. El signo (-) (en blanco) esta conectado a tierra, el pin opuesto está insertado en el riel (+). ¡El LED que indica si hay alimentación está encendido!.
El switch tiene 3 pines. El pin del centro es el pin común. Si el switch de desliza hacia la derecha, se conectará el pin del centro con el pin de la derecha. Deslízalo hacia la izquierda y se hará la conexión entre el pin de al medio con el pin de la izquierda. Para que el switch funcione correctamente necesitamos que el voltaje sin regular (9V en nuestro caso) sea entregado al pin del centro del switch. Cuando deslice el interruptor a la izquierda (como en la foto anterior), la corriente fluirá desde el pin del centro al de la izquierda y se irá al regulador de voltaje. Cuando deslice a la derecha, el pin del centro estará conectado al de la derecha (el cual no está conectado a nada). En este estado, la corriente no fluye a ningún lado y la protoboard permanece apagada. ¡Voila! tenemos conectado el switch de poder.
Esta foto es clave. Cuando inicialmente conecté este circuito. Activé el switch y el LED no encendió. Esto significa que algo anda mal, si el LED no prende es por que hay un corto circuito en algún lado. Hasta los buenos cometemos errores. Aquí es donde sacamos el multímetro y comenzamos a probar continuidad.
Nota rápida: Recomiendo utilizar un multímetro que suene al medir continuidad. Este modo te permite encontrar cortocircuitos mediante tonos. En este modo, si tocas las 2 puntas juntas escucharás un tono indicando que hay una conexión directa entre una punta y la otra (obviamente, pues los juntamos). Este tipo de prueba la usarás incontables veces cuando no te funcione el circuito a la primera. En el ejemplo anterior, probando de un riel GND a otro, note que no hubo sonido. Por lo tanto, había un circuito abierto en alguna parte, lo que me llevó a imaginarme un corte en los rieles.
Si tienes una protoboard de tamaño mediano como la foto anterior, notarás algo horriblemente extraño. Varios de los hoyos en los rieles de poder no están conectados.
Hay una razón por la que los rieles de poder no están interconectados. Si tienes una protoboard con múltiples voltajes de alimentación, no puedes compartirlos en la misma columna de orificios. Así que las protoboards modernas separan los rieles para que puedas aislar las diferentes partes de tu circuito. Por ejemplo, si estás construyendo un diseño complejo puedes necesitar 5V y 3.3V en la misma placa. Para propósito de este tutorial (y para casi todos los usos de las protoboards) asumimos que sólo estarás usando 5V y GND. Por lo tanto, necesitamos usar cables y hacer un puente para interconectar los rieles aislados, formando rieles de 5V y GND continuos.
Cuando conecté por primera vez mi fuente de poder, sólo tenía los puentes largos negros/rojos al lado derecho de la placa, y no tenía puentes pequeños en el medio de los rieles. Sin estos puentes intermedios, sólo una parte del protoboard estaba alimentada. ¡El LED nunca estuvo energizado!. Por eso necesitarás probablemente cables cortos como puentes (y algunos largos al final) para conectar todos los rieles (+5V) juntos y los (-) (GND) juntos.
Algunas otras notas sobre el uso de las Protoboards.
• Al principio no le prestarás atención a esto. Yo tampoco lo hice inicialmente. Usa distintos tipos de colores con los cables. Es realmente de ayuda ver a donde van el poder y los cables de GND, si GND es negro y 5V es rojo. Yo conecté 200 cables usando solo naranjo. Cuando las cosas no funcionaron, fue difícil descubrir para donde iban las conexiones.
• No ocupes cables largos. Cuando cortes y peles cables para conexiones, tampoco gastes mucho tiempo en hacerlos perfectamente ajustados. No importa. No uses 10 cms de cable si con 1 basta.
• La regla anterior también aplica a los LEDs, resistores y cristales. ¡Corta las patas!. Aunque tengas manía obsesiva como yo es difícil alterar permanentemente una parte de esta forma. ¿Qué pasa si para otro proyecto necesitas que la pata alcance más lejos?. Bueno, las resistencias cuestan menos de 100 pesos cada una. En el futuro, si necesitas que llegue desde A a B , sólo compra otra. No vale la pena tener patas expuestas que se puedan doblar y hacer corto circuito con otras.
Ahora con tu fuente de poder construida, pon tu multímetro en modo de voltaje y revisa el voltaje de tu protoboard probando el riel azul (0V o GND) y el rojo (5V o VCC).
Así que no tienes 5V. Nada en ingeniería es perfecto. Si tienes variaciones de hasta 100mV está bien. Estos reguladores de voltaje son baratos por una razón, y no necesitamos alta precisión. De 4.9V a 5.1V esta bien.
¡Felicitaciones! ¡Construiste tu primera Protoboard!
Para cuando ya domines el tema y quieras saltarte este paso te ofrecemos la “Breadboard Supply” (Fuente de poder para Protoboard de 5V/3,3V) que es básicamente el mismo circuito de esta lectura montado sobre una placa cuyo fin es el desarrollo rápido de prototipos.
Puedes adquirir además un Protoboard, un Multímetro y un Transformador AC/DC de 9V en nuestra tienda www.mcielectronics.cl para que completes esta lectura.
Estas lecturas son una traducción al español del tutorial “Beginning Embedded Electronics Tutorials” desarrollado por SparkFun Electronics. Traducido para Ingeniería MCI por Julián Aguayo. Revisado y corregido por Iván Sarmiento y Paul Aguayo.
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