Programación Con Arduino

La placa, el entorno y las instrucciones básicas

Arduino Uno - Placa electrónica programable que puede leer señales y controlar componentes mediante instrucciones escritas por el usuario. En este capítulo se utilizará una Arduino Uno, aunque muchas ideas también aparecen en otras placas de la familia Arduino.

En la placa se encuentran varios elementos importantes:

• Puerto USB - Conector que permite comunicar la placa con el computador y suministrar energía. - Microcontrolador - Pequeño circuito que ejecuta el programa cargado en la placa. - Pines digitales - Conexiones numeradas que pueden trabajar, principalmente, con dos estados: encendido o apagado. - Pines de alimentación - Conexiones que entregan energía o referencia eléctrica al circuito. - LED integrado - Pequeña luz incorporada en la placa. En la Arduino Uno suele estar asociada al pin digital 13. - Botón de reinicio - Permite comenzar nuevamente la ejecución del programa.

El LED integrado es especialmente útil para comenzar porque no exige montar un circuito externo. El diseño ya está hecho dentro de la placa y las conexiones ya están establecidas. Por eso, el estudiante puede concentrarse en escribir y analizar el código.

Entorno de programación - Programa del computador donde se escribe el código, se revisa y se envía a la placa. Para Arduino se utiliza normalmente el entorno Arduino IDE, sigla de entorno de desarrollo integrado. El IDE permite escribir el programa, verificar si tiene errores y cargarlo en la placa.

Antes de cargar un programa, hay que identificar tres elementos: la placa seleccionada, el puerto de comunicación y el código que se desea enviar. Si uno de los dos primeros está mal configurado, el programa puede estar correctamente escrito, pero no llegará a la placa.

La configuración básica puede realizarse así:

1. Conecta la Arduino Uno al computador mediante el cable USB. 2. Abre el entorno Arduino IDE. 3. Selecciona el modelo de placa Arduino Uno en el menú de placas. 4. Selecciona el puerto que aparece al conectar la placa. 5. Escribe o abre el programa. 6. Presiona el botón de verificación para buscar errores. 7. Presiona el botón de carga para enviar el programa a la placa.

Programa - Conjunto ordenado de instrucciones que la placa ejecuta. En Arduino, el programa se escribe con una estructura basada en dos funciones principales: setup() y loop().

setup() - Parte del programa que se ejecuta una sola vez, justo después de encender o reiniciar la placa. Se utiliza para preparar los pines y establecer configuraciones iniciales.

loop() - Parte del programa que se repite continuamente mientras la placa tenga energía. Si se escribe una acción dentro de loop(), Arduino la repetirá una y otra vez.

Pin digital - Entrada o salida que trabaja con estados discretos. Para este primer proyecto, se usará como salida: enviará una orden para encender o apagar el LED.

pinMode() - Instrucción que define si un pin será una entrada o una salida. Para controlar una luz, el pin debe configurarse como salida.

digitalWrite() - Instrucción que coloca un pin digital en estado alto o bajo. En un ejemplo sencillo, HIGH representa encendido y LOW representa apagado.

delay() - Instrucción que detiene temporalmente la ejecución del programa. El tiempo se escribe en milisegundos. Un segundo equivale a 1000 milisegundos; por tanto, delay(1000) produce una pausa de un segundo.

Un programa básico para hacer parpadear el LED integrado es el siguiente:

`cpp void setup() { pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); }

void loop() { digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); delay(1000); digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); delay(1000); } `

La palabra LED_BUILTIN identifica el LED integrado de la placa. Usarla evita depender directamente del número del pin y hace que el programa sea más fácil de trasladar a algunas placas diferentes.

El orden de las instrucciones es fundamental. Primero se enciende el LED, después se espera un segundo, luego se apaga y finalmente se espera otro segundo. Al terminar, loop() vuelve a comenzar. El resultado es un parpadeo con un ciclo completo de dos segundos: un segundo encendido y un segundo apagado.

Los signos también tienen una función. Las llaves { } delimitan las instrucciones de una función. El punto y coma; indica el final de una instrucción. Si falta un punto y coma, el IDE suele mostrar un error al verificar el programa. Los comentarios comienzan con // y sirven para explicar el código sin modificar su funcionamiento.

cpp // Configura el LED integrado como salida pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

Una buena práctica consiste en no copiar el código sin analizarlo. Pregúntate: ¿qué ocurre si se cambia delay(1000) por delay(250)? El LED permanecerá encendido un cuarto de segundo y apagado un cuarto de segundo, por lo que parpadeará más rápido. Si se cambia solo la primera pausa, el tiempo de encendido será diferente del tiempo de apagado.

El resultado visible es una forma de comprobar el razonamiento. Si el LED no parpadea, conviene revisar la placa seleccionada, el puerto, la carga del programa y el orden de las instrucciones antes de cambiar el código al azar.

La idea clave de esta sección es sencilla: setup() prepara, loop() repite, pinMode() configura, digitalWrite() cambia el estado y delay() controla el tiempo.

Ejemplo guiado: un parpadeo de 300 milisegundos

Se desea construir un primer proyecto con el diseño ya definido: una Arduino Uno conectada por USB al computador, sin protoboard ni cables adicionales. El objetivo es que el LED integrado permanezca encendido durante 300 milisegundos y apagado durante 700 milisegundos. El estudiante debe decidir qué instrucciones necesita y en qué orden colocarlas.

1. Identificar el componente que se controlará. No se utilizará un LED externo. Se controlará el LED integrado mediante LED_BUILTIN. Esto evita realizar conexiones adicionales y permite concentrarse en el programa.

2. Decidir cuándo se configura el LED. La configuración solo debe hacerse una vez. Por eso, pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); se coloca dentro de setup().

3. Definir la primera acción repetida. El ciclo debe comenzar encendiendo el LED. La instrucción correspondiente es digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);.

4. Convertir el tiempo solicitado. El tiempo de encendido es de 300 milisegundos, así que se escribe delay(300);. No es necesario convertirlo porque ya está expresado en la unidad que utiliza delay().

5. Apagar el LED y esperar. Después de la primera pausa, se escribe digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);. Luego se agrega delay(700); para mantenerlo apagado durante 700 milisegundos.

6. Comprobar la repetición. Al terminar la segunda pausa, loop() vuelve al principio. El ciclo completo dura 1000 milisegundos: 300 de encendido más 700 de apagado. Por eso, el patrón se repite aproximadamente una vez por segundo.

El código completo queda así:

`cpp void setup() { pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); }

void loop() { digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); delay(300); digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); delay(700); } `

7. Cargar y observar el resultado. Se verifica el programa, se seleccionan Arduino Uno y el puerto correcto, y se carga el código. El LED debe emitir destellos breves: estará encendido 300 milisegundos y apagado 700 milisegundos.

Resultado final: el LED integrado se enciende durante 300 milisegundos, se apaga durante 700 milisegundos y repite ese patrón continuamente.

Para analizar el programa, cambia solo delay(700) por delay(300). Ahora el ciclo completo dura 600 milisegundos y el LED permanece encendido y apagado durante el mismo tiempo. La modificación permite comprobar que una pequeña variación en un número cambia directamente el comportamiento físico de la placa.

Como tarea de construcción, conserva el diseño dado: Arduino Uno conectada por USB, sin componentes externos. Escribe el código desde cero, carga el programa y anota si el resultado coincide con la predicción. Después explica oralmente o por escrito qué instrucción controla el encendido, cuál controla el apagado y qué instrucciones determinan la duración de cada estado.

Práctica y comprobación

1. ¿Qué función se ejecuta una sola vez al iniciar la placa? Pista: busca la función que contiene la configuración del LED.

2. ¿Qué ocurrirá si se elimina delay(1000) después de digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);? Pista: piensa cuánto tiempo permanecerá el programa en el estado encendido antes de ejecutar la siguiente instrucción.

3. Escribe un programa para que el LED permanezca encendido 2 segundos y apagado 500 milisegundos. Pista: utiliza delay(2000) para el encendido y delay(500) para el apagado.

4. ¿Por qué pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); debe aparecer antes de digitalWrite()? Pista: una instrucción prepara el pin y la otra cambia su estado.

5. Si el LED no parpadea después de cargar el programa, ¿qué tres elementos revisarías primero? Pista: comprueba la placa, el puerto y si la carga terminó correctamente.

Clave de respuestas: La función que se ejecuta una sola vez es setup(). Si se elimina la primera pausa, el LED puede cambiar de estado casi inmediatamente y el destello será muy breve. Para el tercer ejercicio se usan HIGH, delay(2000), LOW y delay(500). pinMode() configura el pin como salida antes de intentar controlarlo. Ante un fallo, se revisan la placa seleccionada, el puerto de comunicación y la carga del programa.

El primer proyecto deja una idea concreta para conservar: un programa no es una lista de palabras aisladas. Cada instrucción ocupa un lugar, controla una acción y produce un efecto observable en la placa. Al escribir, cargar y modificar el código, el estudiante empieza a convertir una secuencia de instrucciones en un comportamiento real.

End of chapter one. 4 more chapters in the full book.