La electrónica no existe sin hardware, y para empezar con esto tratare de indicarte lo necesario para empezar, sin esto será complicado iniciarse de forma exitosa es este mundo; y aunque tan solo veremos microcontroladores ya nos iremos dando cuenta lo importante de estos conocimientos.
Pues bien manos a la obra.
Protoboard, Breadboard, Placa de pruebas.- Este es un elemento indispensable para armar lo que será la escala intermedia antes de construir un circuito impreso y armar un montaje definitivo. En un protoboard, los terminales conectores de los elementos simplemente se colocan en orificios preparados para tal fin que poseen una conexión muy específica que debes conocer previamente para no cometer errores en el armado y las conexiones de tu diseño. Los tamaños de estos elementos fundamentales son tan variados como sus precios. Y si de consejos hablamos, no te recomiendo comprar el más pequeño y barato por el simple hecho de que estas empezando. NO. Trata de buscar un término medio entre lo que puedas pagar y el tamaño de un protoboard, tratando de evitar algo que te quede chico a la segunda práctica de armar un proyecto. Es decir, trata de comprar algo donde puedas albergar varios circuitos integrados (al menos 3 ó 4) y que te permita incorporar lo mínimo e indispensable en una construcción de práctica.
Modelos de ejemplo de placas de prueba y montaje
El protoboard de la izquierda puede ser un tamaño justo para iniciarte. Allí puedes albergar en su bahía central (entre las letras “e” y “f”, según la imagen superior de ejemplo) unos 3 circuitos integrados o 2 de ellos y algunos otros componentes adicionales que sirvan de soporte funcional al diseño que intentarás ejecutar. Observa que a los costados poseen dos líneas bien definidas. Una roja que en sus extremos tiene un signo positivo y otra de color azul con el símbolo negativo. Por supuesto que serán los conocidos “buses” de alimentación. Es decir, en toda su extensión llevarán la alimentación al circuito. Por supuesto que la energía no se crea o genera mágicamente por sí sola. Así que deberemos conectar la alimentación proveniente desde un circuito que ya veremos de qué se trata y como hacerlo. Para mayor claridad y comprensión, la imagen derecha te muestra el esquema de conexiones que lleva un sistema de pruebas de este estilo. Ese se maneja soldando los componentes, pero nos sirve para que veas cómo son las líneas de conexión “invisibles” dentro de un protoboard.
Y de esta forma aprendemos!!!!!
No temas cargarlo de infinitas cosas. Tú debes tener en claro hacia dónde colocas cada cable y cada componente que interviene en tu proyecto. Tampoco te sientas mal por ser poco prolijo al principio. Si bien la estética del armado de un circuito es fundamental cuando las cosas no funcionan y sobre todo cuando hay que buscar la falla, tampoco es tan crítica en circuitos pequeños. El mejor consejo que te puedo dar, es que las conexiones sean lo más cortas y claras posibles. Evita los cables largos y los componentes con terminales largos. Estas premisas te ayudarán a acelerar los tiempos en momentos de resolución de problemas. Recuerda: un protoboard = rapidez, a la vez podemos cambiar lo que deseemos en un circuito, además de la capacidad de reutilización indefinida.
Alimentación. Fuente de energía.
Lo primero que necesitamos es un sistema de energía capaz de suministrar la tensión necesaria para el buen funcionamiento de los circuitos que intentes desarrollar en tu flamante protoboard, ya que sin energía no hay funcionamiento. Las baterías o las fuentes de alimentación de pared son una alternativa interesante para un buen inicio. Luego, a medida que tu experiencia vaya incrementándose, podrás construir fuentes de alimentación de salidas múltiples de tensión (5V, 9V, 12V, tensiones negativas,tensiones simétricas, etc.) o, en el mejor de los casos, adaptar una fuente de alimentación de ordenador para utilizarla como alimentador universal para toda clase de desarrollos.
Cualquier suministro de energía es útil si se lo adapta correctamente
Las baterías recargables son una de las mejores opciones para alimentar tus proyectos en una fase inicial ya que te pueden ser útiles para otras aplicaciones domésticas. Las fuentes de alimentación (de pared) de 9 ó 12 Volts que sean capaces de suministrar al menos 500 miliamperes (medio Amper) también serán útiles en esta etapa. Lo importante es lograr una tensión de 6 a 12 Volts con la cual alimentaremos los circuitos con los que experimentaremos
Fuente de 5 Volts. Optimizando la alimentación.
A partir de la tensión obtenida por las baterías o por el transformador de pared, debemos organizar dentro del protoboard una fuente de alimentación de 5 Volts regulados para hacer funcionar con la tensión correcta y exacta a cualquier microcontrolador. Con el sencillo agregado de algunos capacitores, un simple regulador de tensión fijo estará listo para trabajar. Para que puedas identificar los elementos mencionados y cómo deben estar dispuestos dentro del protoboard, te mostramos una imagen ilustrativa que te servirá de guía al momento de la construcción y armado de esta parte fundamental del desarrollo.
Fuente de 5 Volts armado en un protoboard
El circuito equivalente a lo que puedes ver en la construcción mostrada se detalla algunas pautas muy importantes a tener en cuenta que son las que te garantizarán un funcionamiento correcto y libre de inconvenientes causados por inversión de polaridad o exceso de tensión de entrada. Como siempre tendremos en cuenta, para que esto funcione correctamente, no debes descartar ningún componente del circuito (por intrascendente que te parezca) y debes montar de manera ordenada los dispositivos tal como muestran el circuito y la imagen anterior.
Esquema de una fuente de 5 Volts para experimentación
A la entrada de tensión puedes aplicarle desde 6 hasta 12 Volts de corriente continua. El diodo D1 protege a todo el circuito ante posibles inversiones accidentales de polaridad al conectar la energía al circuito. el diodo zener D2 que regulará la entrada de tensión a U1. De este modo,U1 siempre tendrá en su entrada una tensión de 7.5 V, cuando la alimentación sea superior a los 9 Volts. Esto permitirá utilizar U1 sin disipador de calor y operando a una temperatura segura. Los capacitores C1 y C3 se encargan de eliminar cualquier ruido residual que pueda existir en la entrada de alimentación que sea producto de arrancadores de iluminación fluorescente o de motores eléctricos funcionando en la cercanía. Por su parte, C2 y C4 se encargarán de atenuar el ripple o zumbido inducido por impulsos de baja frecuencia, como puede ser la red de energía domiciliaria. Con este sencillo circuito, entonces, tendremos completada la sección de alimentación a nuestro microcontrolador.
El Oscilador. Cualquier sistema inteligente que lleve en su interior un programa necesita un sistema de reloj(clock) que vaya marcando el ritmo de las instrucciones que realice el desarrollo. Le indicará paso a paso al microcontrolador el ritmo al que se cumplirán las instrucciones. Como el segundero determina el ritmo de avance del reloj o como el metrónomo se utiliza para indicar el tempo o compás de una canción, el oscilador, en un sistema con microcontrolador, sirve para indicarle al sistema interno la cadencia o el ritmo en el que se ejecutarán las instrucciones. Atención a este concepto: no debemos confundir la velocidad a la que se realizan los eventos externos del sistema (encender luces, activar solenoides, emitir sonidos, leer pulsadores, etc.) con el ritmo al que se ejecutan las instrucciones de programa dentro de un microcontrolador.
El Oscilador. Cualquier sistema inteligente que lleve en su interior un programa necesita un sistema de reloj(clock) que vaya marcando el ritmo de las instrucciones que realice el desarrollo. Le indicará paso a paso al microcontrolador el ritmo al que se cumplirán las instrucciones. Como el segundero determina el ritmo de avance del reloj o como el metrónomo se utiliza para indicar el tempo o compás de una canción, el oscilador, en un sistema con microcontrolador, sirve para indicarle al sistema interno la cadencia o el ritmo en el que se ejecutarán las instrucciones. Atención a este concepto: no debemos confundir la velocidad a la que se realizan los eventos externos del sistema (encender luces, activar solenoides, emitir sonidos, leer pulsadores, etc.) con el ritmo al que se ejecutan las instrucciones de programa dentro de un microcontrolador.
El oscilador de un sistema con microcontrolador, indicará el ritmo de vida del sistema
Por un lado, podemos realizar un programa que genere una intermitencia de encendido en un LED de 2 veces en un segundo, utilizando un PIC con un oscilador interno que funcione a 20 millones de ciclos por segundo (cristal de 20Mhz). Para un correcto funcionamiento, bastará con colocar un par de capacitores cerámicos de unos pocos picofaradios (22 a 47pF) con respecto a GND (Tierra). Algunos diseñadores incluyen en paralelo con el cristal una resistencia de 1 a 4,7 Mohm, pero esto no es esencial en los desarrollos iniciales. Por otro lado, existen muchos microcontroladores que ya traen incorporado en su interior un tipo de oscilador que no requiere de cristal externo.
Para esto, dentro del programa de funcionamiento del sistema, debemos indicarle al micro este modo de operación, mediante instrucciones precisas que en la jerga de la programación se las conoce como “setear los fuses”. Es decir, debemos darles los valores correctos a determinados registros internos del microcontroladorpara que éste funcione según estos parámetros seleccionados. Pero para todo esto ya tendrás tiempo más adelante. Comienza colocándole un cristal al sistema ya que la programación es más sencilla y, si no les indicas nada específico, todos los programas que se utilizan para generar el código que empleará el micro tomarán por defecto que utilizarás un cristal.
Para esto, dentro del programa de funcionamiento del sistema, debemos indicarle al micro este modo de operación, mediante instrucciones precisas que en la jerga de la programación se las conoce como “setear los fuses”. Es decir, debemos darles los valores correctos a determinados registros internos del microcontroladorpara que éste funcione según estos parámetros seleccionados. Pero para todo esto ya tendrás tiempo más adelante. Comienza colocándole un cristal al sistema ya que la programación es más sencilla y, si no les indicas nada específico, todos los programas que se utilizan para generar el código que empleará el micro tomarán por defecto que utilizarás un cristal.
Diversidad de formatos de cristales osciladores
Reset de inicio del sistema.
Esta conexión es necesaria ya que en los comienzos nuestros programas pueden ser algo inestables o quizás funcionen hasta un determinado momento y luego se detengan. Más práctico que desconectar la energía y volver a conectarla es colocar el pulsador de RESET para el que todo microcontrolador tiene reservado un espacio. Además, durante el inicio del sistema (al conectarle la energía), el núcleo de proceso del microcontrolador requiere de esta conexión para obtener un arranque o inicio adecuado. La práctica es muy sencilla y no demanda ningún aspecto especial dentro del programa que le carguemos al microcontrolador. El circuito específico es muy elemental. A través de este mismo pin, se puede implementar (para los más avanzados) una configuración especial para ingresar la tensión de programación (Vpp) en una conexión ICSP(In Circuit Serial Programming). En lugar de colocar una simple resistencia al positivo de la alimentación, un pequeño arreglo que incorpora un diodo y una resistencia resuelven esta conexión.
Un simple pulsador es la conexión indicada para la entrada de RESET
Indicador de funcionamiento.
Un pequeño LED que nos muestre el suministro de energía al sistema siempre es muy útil de disponer. Malas conexiones en los porta-pilas, en los conectores de batería o en los terminales de entrada de tensión que generalmente nos sucederán en las primeras prácticas y podrían producirnos un dolor de cabeza nada necesario. Y si de accidentes hablamos, la inversión de polaridad al conectar la fuente de alimentación puede llevarnos a perder mucho tiempo hasta descubrir el problema. Por un lado, estaremos seguros de que no romperemos nada por haber colocado en la entrada de alimentación un diodo 1N4007, como vimos antes. Y por el otro lado estaremos seguros de que la tensión está llegando al sistema porque vemos la fuente de alimentación encendida. ¡Todo está bien pero no funciona! Estos pequeños errores pueden hacernos perder mucho tiempo, pero una pequeña luz indicadora puede ser la solución rápida con una simple observación visual.
Un indicador LED es un auxiliar muy importante y sencillo de realizar
Además, la presencia de un indicador de “Power ON” nos dará la sensación de estar construyendo un equipo con calidad profesional. Siempre existe la posibilidad de que necesitemos varias indicaciones de alimentación a diferentes circuitos. Para esto, debemos saber calcular la resistencia que llevará en serie el diodo LED indicador. Sabiendo que una corriente de funcionamiento segura para este dispositivo es de 20mA (20 miliamperes), utilizaremos la elemental Ley de Ohm (Se q diras no lo recuerdo!!! Pero no te hagas el que no la sabes, pero con todo V=I*R) para calcular el valor de la resistencia. Para el caso más común de una alimentación de 5Volts, el cálculo será igual a Tensión de Alimentación / Corriente de LED = Valor de la Resistencia. Recordemos que los valores necesarios para el cálculo deben ser empleados en unidades enteras, esto es, 5 Volts / 0,02 Amper = 250 Ohm. Como el valor comercial más aproximado es de 220Ohm, seleccionaremos éste para un funcionamiento apropiado, eficaz, seguro y vistoso.
¿Qué tenemos hasta aquí?
Todo lo visto hasta aquí es la configuración mínima de hardware para hacer funcionar un sistema con un microcontrolador. Sólo te falta saber qué deseas hacer con el sistema. Un elemental diodo LED intermitente, una consola de juego, un instrumento para el taller, ¿qué se te ocurre hacer? Lo que sea que decidas, siempre será bueno que sea sencillo al comenzar y, como siempre, un destellador LED es la práctica inicial obligada. En todos los casos, al microcontrolador hay que grabarle en su interior el programa para su funcionamiento, es decir, el set de instrucciones para que haga lo que deseas. Hay que “enseñarle” lo que debe hacer. Hay que programarlo.
Continuara.....
