Hardware de Arduino Uno explicación de todas sus partes principales

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Clase donde se explica el funcionamiento del hardware de Arduino Uno

En esta clase vas aprender los aspectos más importantes del circuito impreso de Arduino Uno, ademas de toda la documentación gráfica para que puedas repasar a tu ritmo el temario, dispones de un video bastante largo pero realizado con un lenguaje muy sencillo que con el que vas adquirir una idea general pero muy fuerte de que es el hardware de Arduino Uno.

¿Que es el hardware de Arduino Uno?

¿Qué es el Hardware de Arduino Uno?

El hardware de Arduino Uno es un circuito impreso o placa que contiene una MCU o microcontrolador y muchos otros componentes electrónicos que nos permite usar de forma fácil esta MCU en la vida real.

En este curso nos vamos a centrar en la placa Arduino Uno, aprenderemos el funcionamiento de todas las conexiones y componentes electrónicos más destacados.
Comencemos…

Diferentes tipos o modelos de circuitos impresos de Arduino UNO

Diferentes tipos de circuitos impresos de Arduino Uno

Las placas o PCb o circuitos impresos de Arduino están en continua revisión y mejora, por eso cómo puedes ver en el caso de esta imagen nos podemos encontrar un mismo modelo de Arduino UNO con su piezas colocadas en diferentes lugares.

También cómo ya hemos comentado las placas de Arduino al ser un hardware de diseño libre sus esquemas están disponibles en internet, para que cualquiera puede hacer su propia placa a su manera.

El que existan muchas versiones de circuitos impresos de Arduino Uno a nosotros no nos debe de preocupar porque lo importante son sus conexiones o conectores y estas siempre serán las mismas y estarán en el mismo lugar aunque cambiemos de fabricante.

Usar circuitos impresos de Arduino Uno para construir prototipos o proyectos finales como plataforma, es la mejor forma de garantizar la longevidad y continuidad del mismo.

Partes y componentes principales del Arduino UNO

Partes principales del circuito de Arduino Uno.

La placa o circuito impreso Arduino Uno es el que nosotros vamos a estudiar en este curso de Arduino, por eso vamos primeramente a identificar sus componentes electrónicos principales y tambien sus conexiones.

  1. La placa tiene una entrada de corriente o de fuente de alimentación externa.
  2. Puerto USB.
  3. Fusible.
  4. Regulador de 5 voltios.
  5. Interruptor de Reset.
  6. Atmega 16, es el circuito integrado encargado de adaptar las señales del puerto USB a la MCU.
  7. Cristales de cuarzo.
  8. La MCU en el caso del Arduino Unos es el Atmega328p.

Ahora vamos aprender para qué sirve cada uno de estos puntos.

Explicación del funcionamiento de la entrada de corriente del circuito impreso de Arduino Uno

Funcionamiento de la entrada de alimentación o corriente del circuito impreso Arduino Uno.

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Ejemplos de cómo alimentar un Arduino Uno en la escuela.

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Alimentación extern de Arduino Uno usando Shields o escudos

Ejemplos de alimentación del Arduino Uno usando Shield

Otra forma de dar corriente a nuestro circuito Arduino Uno es pinchando sobre él un shield que tiene pilas recargables y un sistema que las carga.

Como has podido ver existen muchas posibilidades para poder alimentar a nuestro Arduino, aunque las más sencilla y usada por todos es coger la alimentación desde el propio puerto USB del ordenador.

Recordemos que desde el puerto USB del Arduino podemos alimentarlo , enviarle programas, y tambien enviar y recibir datos.

Conexión del Arduino Uno al puerto USB

Puerto USB del circuito impreso de Arduino Uno

2º Puerto USB, desde este conector unimos nuestro circuito Arduino al ordenador, para ello necesitamos un cable que por un lado sea USB y  por el otro USB tipo AB, este cable suele ser el que se usan en las impresoras.

Si nuestro ordenador solo tiene puertos usb tipo C , podemos usar un adaptador que convierta el puerto USB-C a usb normal para luego conectar nuestro Arduino con el cable de antes.

 

Funcionamiento del puerto USB del Arduino UNO.

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Funcionamiento del fusible de protección SMD del Arduino Uno

Fusible de protección del Arduino Uno.

3º El fusible, es un componente de protección, en este caso protege el…

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Regulador de tensión del Arduino Uno

Funcionamiento del regulador de voltaje del Arduino Uno

4º Regulador de 5 voltios, es un pequeño circuito integrado encargado de disminuir la tensión de 7 voltios a 12 voltios que entra por la entrada o cuando usamos el conector de alimentación o tambien por el pin VIN que esta en el circuito impreso de Arduino, a un valor de 5 voltios para luego alimentar la MCU y todos los componentes internos del Arduino.

Recordemos que la tensión de trabajo de la MCU ATmega328p es de 5 voltios.

Entradas de corriente o alimentación del Arduino Uno

Recordemos que la tensión de trabajo de la MCU ATmega328p es de 5 voltios.
Y que podemos alimentar al Arduino Uno usando una fuente de alimentación externa a travez del conector de entrada o del pin Vin.

Esquema del regulador de voltaje del Arduino Uno.

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Explicación del funcionamiento del pin Vin del Arduino Uno.

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Explicación interruptor reset del Arduino Uno

Funcionamiento del interruptor de Reset del Arduino Uno.

5º  El Interruptor de Reset, es el encargado de reiniciar o resetear el programa que se esta ejecutando en el Arduino cuando lo pulsamos.

Pulsar el reset  no borra el programa que esta cargado en el Arduino solo lo vuelve a iniciar, ósea el Arduino Uno vuelve a la primera linea del código del programa y ejecuta todos los pasos que están escritos en ese código.

Explicación del funcionamiento del atmega16 que trae el Arduino Uno

Explicación sobre el uso del chip Atmega16 que trae el Arduino Uno

6º Atmega 16, es el circuito integrado encargado de adaptar las señales del puerto USB a la MCU, este circuito viene en la placa oficial de Arduino, las placas chinas suelen tener otro diferente como por  ejemplo el CH340 y por ese motivo las placas chinas necesitan que instalemos un driver especial para que las reconozca el puerto USB del ordenador.

Si usas placas oficiales de Arduino no vas a necesitar instalar ningún driver al ordenador.

Explicación del funcionamiento de los cristales de cuarzo que trae el Arduino Uno

Explicación sobre los cristales de cuarzo del Arduino Uno.

7º Cristales de cuarzo, el Arduino Uno tiene dos cristales de cuarzo uno para  el circuito Atmega 16 y otro  para la MCU, en el caso de la MCU es un cristal de cuarzo mas estable , ambos son de 16 mhz de frecuencia.
Los cristales de cuarzos son componentes electrónicos que vibran a una frecuencia determinada, en el caso del Arduino Uno los cristales de cuarzos vibran a 16 millones de pulsos o ciclos.

Explicación del funcionamiento del atmega328p que trae el Arduino Uno

Explicación sencilla sobre el uso del chip Atmega328 que trae el Arduino Uno

8º La MCU, en el caso del Arduino Uno es el Atmega328p, puede ser en formato SMD, o del tipo DIP o con pines.

En la clase anterior hablamos de lo que era una MCU o microcontrolador y mas concretamente del Atmega328 donde explicamos sus características tecnicas más destacables.

CLASE SOBRE LA MCU ATMEGA328P DE ARDUINO UNO

PINOUT del Arduino Uno

Este es el Pin out de la placa Arduino Uno ahora vamos aprender para qué se usa cada pin de los conectores del Arduino UNO.
Empezamos por arriba con el pin que dice No conectado, como su nombre indica en este pin no hay nada conectado es solamente un pin vacío.
Seguimos con el pin IOREF, este pin es la entrada y salida de la tensión de referencia, en el encontramos la tensión de referencia que se usa por defecto en la MCU, en el caso del Arduino Uno en este pin hay 5 voltios DC. Luego de aquí salen 5 voltios DC, que se suele usar como salida de tensión de Referencia para algún escudo o shield externo que la necesite.
Luego viene el Pin de RESET que es una entrada de reset que se activa llevado este pin a masa o GND.
Luego viene el pin 3.3V este pin es una salida de tensión de 3,3 voltios pero de muy pocos miliamperios.
Luego viene el pin 5V este pin es una salida de tensión de 5 voltios , es la misma tensión con la que se alimenta el Arduino, se suele usar para alimentar sensores que consuman muy poca intensidad, la intensidad máxima que le podemos pedir a esta salida de 5 voltios es la misma que soporta el circuito integrado regulador. (Recuerda que el circuito integrado regulador alimenta tambien al Arduino).
Luego vienen  dos pines de GND, que tambien son el polo negativo de la fuente de alimentación, y tambien es masa o chasis.
Luego viene el pin Vin, este pin va directamente conectado a la entrada del circuito integrado regulador de tensión, por aquí podemos alimentar al Arduino con una tensión de 7 a 12 voltios máximo. ( Entre mas cerca de 7 voltios sea la tensión de alimentación menos se va a calentar el IC regulador)
Ahora vienen las entradas analógicas, y dos de ellas son ademas conexiones que se emplean para el puerto de comunicacion del tipo I2C.

Ya hemos terminado con las conexiones de un lado ahora vamos a ver para qué se usan las del lado contrario.
Empezamos por los dos pines de arriba , son pines repetidos, concretamente los pines A4 y A5
Luego viene el pin AREF es la entrada de la tensión de referencia usada por los conversores analógicos digitales, su valor no puede exceder de 0 a 5 voltios.
Luego viene un pin de GND, ya son 3 los pines que tiene el Arduino de masa o GND o de polo negativo.
Luego viene 14 pines digitales que son puertos de entrada y de salida , algunos de estos pines tienen ademas otras funciones que vamos a explicar más adelante.
De los pines digitales hay tambien 4 pines que están conectados al conector ICSP macho que esta en el circuito impreso.
También de estos pines digitales, 6 pines pueden ser salidas del tipo PWM .
Y por ultimo tenemos el puerto serial en transmisión y recepción en los pines de abajo.

En la mayor parte de nuestros proyectos solo usaremos los pines digitales y los pines analógicos.
Esta claro que al principio toda esta información es muchísima, pero por ahora solo tenemos que estar pendiente al video y entender que la placa tiene unos determinados pines que se usan para hacer cosas que iremos aprendiendo a lo largo de este curso.

Funcionamiento del Led de On o de encendido del Arduino Uno

Explicación del funcionamiento del Led de On o Power del Arduino Uno

La placa de Arduino Uno tiene internamente algunos diodos led uno de ellos es el diodo led de ON, este diodo se ilumina de manera constante desde que aparecen 5 voltios en la placa.

Recordemos que estos 5 voltios salen del IC regulador.

Todas estas flechas de color rojo señalan pines de salidas que tienen 5 voltios DC.

Explicación del funcionamiento del Led de TX RX del Arduino Uno

Diodos led TX RX, estos diodos parpadean cuando el Arduino esta recibiendo o transmitiendo información por el puerto serial y en este caso tambien tendremos este tipo de información por el puerto digital 0 y 1.

Por ese motivo no se …

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LedBuiltIn explicación del led interno del Arduino Uno, pin digital 13

Explicación del funcionamiento del LED BUILTIN o led interno de pruebas del Arduino Uno

Diodo led Interno marcado con la letra L, este diodo esta conectado directamente al pin digital 13.

Si activamos el pin digital 13 como HIGH, veremos que el diodo led interno o L se va a iluminar.

Para activar el diodo led interno de las placas Arduino tambien podemos usar la palabra reservada…

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Luego según hemos visto existen 4 formas de iluminar el diodo led interno que traen algunos circuitos impresos de Arduino y son estas:

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Explicación de ¿Qué es, y para que se usa el conector ICSP?.

El conector ICSP no es algo que vayamos a estudiar en este curso, pero sí es importante saber para lo que se emplea y por eso lo explicamos.

ICSP- Es un tipo de conexión, permite que algunos circuitos electrónicos y circuitos integrados como pueden ser las MCU de Arduino, sean programadas en el propio circuito impreso, no es necesario desconectar estos circuitos integrados de la placa para programarlos y tampoco que estén programados antes de instalarlos en el circuito impreso .

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Conectores ISP ICSP que trae el circuito de Arduino Uno

Conectores ICSP que trae el Arduino Uno.

El circuito impreso de Arduino Uno v 3 tiene dos conectores del tipo ICSP.
Un conector ICSP se usa para programar el ATMEGA 16 y el otro conector ICSP se usa para programar el ATMEGA328.

Recordemos que el ATMEGA16 es el circuito integrado del puerto serial, y el ATMEGA328 es el circuito integrado MCU ósea el microcontrolador que esta conectado a los pines digitales y analógicos del circuito impreso de Arduino UNO.

Veamos ambos conectores ICSP por separado.

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Conector ICSP usado para el chip Atmega 16 del Arduino Uno.

Conector ICSP usado para el chip Atmega 328 del Arduino Uno.

La placa de Arduino uno tiene un conector macho con 6 pines que están marcados con las letras ICSP.

ICSP = IN CIRCUIT SERIAL PROGRAMMING .

El conector ICSP sirve para programar el…

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Arduino Uno como programador de ICSP

Arduino Uno como programador ICSP.

Si extraemos del circuito impreso del Arduino UNO, la MCU Atmega328, podemos usarlo de programador ICSP de otras placas o dispositivos con este puerto.

También por el conector ICSP se puede programar por completo el Atmega328 , pero en Arduino han sido más listo y a nuestro Arduino Uno le han incorporado un puerto USB para que lo programemos algo fantástico ya que el puerto USB lo tenemos en todos los ordenadores.

Usando el IDE de Arduino como programador de ICSP

Usando el IDE de Arduino para programar por el puerto ICSP.

Ajuste del IDE de Arduino para programar circuitos usando ICSP.

En el programa de Arduino vamos a la pestaña de herramientas y luego a programador.
En la pestaña de programador, seleccionamos Arduino cómo ISP.
De esta forma podemos cargar un bootloader a un Arduino Averiado.

Programando el bootloader de un Arduino Uno usando bus ICSP

Arduino Uno como programador de ICSP de otro Arduino Uno.

En esta imagen puedes ver cómo se carga un  fichero de bootloader usando un Arduino Uno sin chip por el puerto ICSP , para pasarle el bootloader a un Arduino Uno Averiado.

 

Explicación de ¿Qué es el conector JP2 del Arduino Uno?.

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reset EN o reset enable en el circuito de Arduino Uno - desconectar Auto Reset

Explicación del Jumper RESET EN del circuito impreso de Arduino Uno.

RESET EN , Es un puente en forma de pista que se puede cortar para desactivar…

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Disposición de los pines del Arduino Uno

Disposición de los pines de los puertos externos de los circuitos Arduino.

La colocación de los pines de nuestra placa Arduino mantiene un estándar que permite conectar sobre ella placas que se llaman Shield o escudos.
Los shields o escudos, tienen la finalidad de aportar funcionalidades extras a nuestro circuito impreso de Arduino.

¿Qué son los Shields de Arduino?

Shields o escudos para Arduino.

Arduino dispone de un gran numero de shields o escudos.
Por ejemplo una shield que tiene la electronica para conectar motores al Arduino.
Una Shield con una placa del tipo protoboard.

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Ejemplos de varios tipos de shield para Arduino.

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Compatibilidad de los pines externos entre los circuitos impresos de Arduino

Compatibilidad de los pines de los circuitos Arduino.

En esta foto puedes ver dos circuitos impresos de Arduino, el  modelo Arduino Uno y el modelo Arduino mega.
Las dos placas o circuitos impresos comparten pines en los mismos lugares, esto permite que exista una compatibilidad entre ambos circuitos impresos y así puedan usar los mismos shields o escudos.

▶ Como has podido ver esta clase es enorme, y por eso tiene mucho contenido oculto, si quieres aprender facilmente y de una forma ordenada sobre Arduino Uno y su Hardware de verdad que esta clase es tú solucion. ◀