Introducción a la electrónica
Conceptos básicos
Carga eléctrica
Los objetos pueden tener una carga eléctrica positiva, negativa o no tener ninguna y ser neutros. A nivel de las partículas subatómicas los protones tienen una carga positiva, los electrones negativa y los neutrones son, como su nombre nos indica, neutros. En los átomos, el núcleo contiene a los protones y neutrones mientras los electrones orbitan alrededor.
Energía
Los electrones pueden ser forzados a salir de su órbita alrededor del núcleo si les aplicamos energía. Al hacer esto creamos areas con una carga positiva y otras con una carga negativa (como los polos de una batería).
What is Electricity? en learn.sparkfun
Electric Power en learn.sparkfun
Voltaje
Cuando forzamos la acumulación de electrones en un área determinada dejamos otra con menos electrones y creamos una diferencia de voltaje. Cuando dos objetos o áreas tienen una diferencia de voltaje, podríamos decir que los electrones quieren brincar para balancear la situación y hacerla estable.
Corriente
Cuando dos objetos están sujetos a una diferencia de voltaje, los electrones tratarán de regresar a su posición original y al hacerlo generán lo que llamamos una corriente eléctrica.
La corriente se mide en una unidad llamada Amperios
Resistencia
Cuando los electrones viajan de un punto a otro por causa de una diferencia de voltaje pueden encontrar diferentes niveles de dificultad en su recorrido, a esta dificultad se le llama resistencia y se mide en Ohms.
La ley de Ohm
Entonces, lo que tenemos:
- Voltaje: diferencia de carga entre dos puntos.
- Corriente: la cantidad de carga que se mueve entre los dos puntos.
- Resistencia: la tendencia de un material a resistir el flujo de la carga.
A veces es más fácil entenderlo si intentamos representar estos fenómenos con agua:
Georg Ohm descubrió que el ( V ) Voltaje, la ( R ) resistencia y la ( I ) Corriente tienen una relación que se describe con la siguiente fórmula:
La ley de Ohm en la wikipedia
Voltage, Current, Resistance, and Ohm's Law en learn.sparkfun
Circuitos
Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos (como baterías, resistores, inductores, capacitores, interruptores, semiconductores, entre otros) que transportan la corriente eléctrica a través de una trayectoria cerrada.
📖 wikipedia
What is a Circuit? en learn.sparkfun
Series and Parallel Circuits en learn.sparkfun
Presentación de los materiales
El Arduino
Arduino is an open-source electronics platform based on easy-to-use hardware and software. Arduino boards are able to read inputs - light on a sensor, a finger on a button, or a Twitter message - and turn it into an output - activating a motor, turning on an LED, publishing something online. You can tell your board what to do by sending a set of instructions to the microcontroller on the board. To do so you use the Arduino programming language (based on Wiring), and the Arduino Software (IDE), based on Processing.
🔗 arduino.cc
La Breadboard
Una placa de pruebas o placa de inserción (en inglés protoboard o breadboard) es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos, cables para el armado, prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares.
📖 wikipedia
How to use a breadboard en learn.sparkfun
El Led
Un diodo emisor de luz o led 1 (también conocido por la sigla LED, del inglés light-emitting diode) es una fuente de luz constituida por un material semiconductor dotado de dos terminales. Se trata de un diodo de unión p-n, que emite luz cuando está activado. Si se aplica una tensión adecuada a los terminales, los electrones se recombinan con los huecos en la región de la unión p-n del dispositivo, liberando energía en forma de fotones.
📖 wikipedia
Light-Emitting Diodes (LEDs) en learn.sparkfun
La resistencia
En electricidad, se le denomina resistencia a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega (Ω), en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
📖 wikipedia
Resistor en sparkfun.learn
Los jumpers
A jump wire (also known as jumper, jumper wire, DuPont wire) is an electrical wire, or group of them in a cable, with a connector or pin at each end (or sometimes without them – simply "tinned"), which is normally used to interconnect the components of a breadboard or other prototype or test circuit, internally or with other equipment or components, without soldering.
📖 wikipedia
Ejercicio
Hands ON: mi primer LED
En el primer ejercicio la idea es familiarizarnos con los materiales, y aprender a ustilizar la breadboard para hacer conexiones. Lo primero es construir un circuito para prender un LED, para esto se utilizarán:
- Un Arduino UNO
- Un led (del color que quieras)
- Una resistencia de 220 - 330 ohms
- Un par de cable jumpers
Una vez que logramos prender el led, vamos a agregar un push-button a nuestro circuito, de esta forma tendremos la posibilidad de interrumpir el flujo de corriente electrica y controlar nuestro led de forma manual.
Para disminuir la posibilidad de dañar componentes, se recomienda construir el circuito en su totalidad y verificar (de preferencia tres veces 😉) que todo está bien conectado, antes de conectar el cable USB. Siempre recuerda desconectar el USB antes de hacer cambios en tu circuito.
Microcontroladores
En la electrónica digital la información es representada por la presencia o ausencia de voltaje, un simple interruptor puede expresar estos dos valores al cambiar de encendido a apagado y guardar un bit de información. Esta es la razón clave por la cual el sistema binario es utilizado en los sistemas digitales.
De esta manera definimos los niveles lógicos que se utilizan en todos los dispositivos digitales que nos rodean:
1 - 0
True - False
High - Low
Agrupando multiples switches podemos guardar números de cualquier extensión.
No sería ideal si tuviéramos un switch en miniatura que puediéramos controlar fácilmente?: el transistor nos permite muy fácilmente abrir o cerrar el flujo de electrones para transmitir un 0 o un 1.
Combinando multiples transistores podemos formar compuertas lógicas
Con múltiples compuertas lógicas podemos formar circuitos integrados más complejos que resuelvan problemas concretos.
¿Arduino?
Arduino is an open-source hardware and software company, project, and user community that designs and manufactures single-board microcontrollers and microcontroller kits for building digital devices. Its hardware products are licensed under a CC BY-SA license, while the software is licensed under the GNU Lesser General Public License (LGPL) or the GNU General Public License (GPL), permitting the manufacture of Arduino boards and software distribution by anyone. Arduino boards are available commercially from the official website or through authorized distributors.
📖 wikipedia
Freedom to use, understand, modify and share your tools.
The Arduino project has been very important in opening black boxes, the electronic world has changed dramatically since this project became popular, introducing people from completely different fields to the world of electronics and allowing the use of this tools in all kind of creative processes.
Arduino components
Arduino is not just a board, it is composed by tree complementary parts, obviously the hardware, the software, and the community.
Each of this has an important role on growing collective knowledge on electronics. Their approach is always based on openness and the idea of summing efforts.
- On the hardware side you will see support for all type of boards, independently if there are produced by Arduino group or not, they also release circuit schematics, so anyone can produce and sell boards.
- On the software side, creating an accessible IDE, and most importantly cores and libraries that allow easy access to previously difficult and very technical features and functions. Allowing beginners and non technical inclined people to begin prototyping their own ideas.
- And the community as producer of a very large amount of knowledge in the form of tutorials, libraries, open sourced projects.
Pinout
Siempre que vayas a utilizar una placa es conveniente tener a la mano su pinout y así saber cómo puedes utilizar cada uno de sus pines.
Inputs y Outputs
Cruzando la calle
Obtenemos información con los ojos - INPUTS Tomamos decisiones con el cerebro - PROCESSING Actuamos con las piernas - OUTPUTS
Reading a button
Input digital con la función DigitalRead()
int buttonPin = 2;
int value = 0;
void setup() {
pinMode(buttonPin, INPUT);
Serial.begin(115200);
}
void loop() {
value = digitalRead(buttonPin);
Serial.println(value);
}
Abre el puerto serial y verifica los valores que estas recibiendo, deberías ver algo así como:
000000111110000001111111
Puedes encontrar información sobre el puerto serial en la documentación de Arduino.
Blinking led
Output digital con la función digitalWrite() haciendo uso de la función delay()
int ledPin = 9;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(1000);
}
Prueba a cambiar los valores del tiempo que el led está encendido o apagado, por ejemplo delay(200)
Input y output digital
int buttonPin = 2;
int ledPin = 9;
int value = 0;
void setup() {
pinMode(buttonPin, INPUT);
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
value = digitalRead(buttonPin);
if (value == HIGH) {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
} else {
digitalWrite(ledPin, LOW);
}
}