Arduino Uno R3

Arduino UNO R3

Finalmente tenemos al Arduino UNO, posiblemente la placa Arduino más robusta en la actualidad. Como ya te había comentado es idéntica a la Duemilanove, pero utiliza un microcontrolador ATmega8U2 (Rev1) o ATmega16U2 (Rev 2 y 3) como interfaz USB-Serie en lugar del chip FT232RL.

Es lo mismo que sucedía con el Arduino MEGA 2560.

Distribución de Pines

El Arduino UNO cuenta con 14 pines digitales de entrada/salida. Estos pueden ser utilizados para interactuar con ledes, botones, u otros dispositivos digitales. De estos pines digitales 6 pueden ser utilizados como salidas analógicas (en realidad son señales PWM).

Cuenta con 6 entradas analógicas de 10 bits de resolución denotadas A0…A5. Estas entradas son muy utilizadas junto con sensores externos para medir parámetros como temperatura, humedad, etc. En caso de no ser necesarios como entradas analógicas, estos pines pueden utilizarse también como entradas o salidas digitales.

En el sitio oficial de Arduino puedes encontrar la distribución de pines completa en formato pdf

Puerto Serie

El Arduino UNO cuenta con un puerto de comunicación serie (usualmente denotado como Serial). Este puerto utiliza los pines digitales 0 y 1 para la recepción y transmisión de datos, respectivamente. Utilizando este puerto es posible comunicarse con el ordenador o con otro dispositivo conectado a los pines 0 y 1.

Bus SPI

La placa también cuenta con un bus SPI. Los pines de este coinciden con los pines digitales 10, 11, 12 y 13 como se muestra en la figura anterior.

El bus SPI también está disponible en el conector ICSP tal y como se muestra en la siguiente figura.

Bus I²C

La placa presenta la posibilidad de comunicarse utilizando el protocolo I²C utilizando los pines SCL y SDA. Es importante notar que estos pines coinciden con los pines analógicos A4 y A5.

Componentes principales del Arduino UNO R3

En la imagen se muestra un Arduino UNO R3 con sus principales componentes señalados. A continuación te hablaré un poco de cada uno de ellos para que entiendas como funcionan en conjunto. Te recomiendo revises el esquema de Arduino UNO R3 para una mejor comprensión.

Microcontrolador ATmega328P

El ATmega328P es el cerebro del Arduino UNO R3. Si echas un vistazo a la primera página  del esquema de Arduino UNO R3 podrás notar que está conectado directamente a los cabezales de pines digitales y analógicos.

Si realizas una rápida inspección a su hoja de datos podrás notar que muchas de las cualidades generales del Arduino UNO (que ya te comenté anteriormente) dependen de este microcontrolador:

• 32 kB de memoria Flash (Espacio disponible para almacenar el sketch).
• 2 kB de memoria SRAM (Es donde se almacenan las variables declaradas en el sketch).
• 1 kB de memoria EEPROM (Permite almacenar datos que se conserven aún ante un reinicio o falla en la alimentación).
• Frecuencia de CPU Máxima: 16MHz (Esto lo explico más adelante).
• Voltaje de Operación máximo: 6.0V (Aunque se recomienda no sobrepasar los 5V).

En pocas palabras y sin liarte: el ATmega328 es el cerebro de la placa (ya que graba, almacena y ejecuta el código programado). El resto de los componentes se encargan de garantizar su correcto funcionamiento,  así como facilitarnos la vida.

Conector USB

El Arduino UNO R3 cuenta con un conector USB tipo B que es utilizado para dos funciones fundamentales:

• Alimentar la placa utilizando los 5 voltios proporcionados por el puerto USB del ordenador.
• Para cargar un sketch al microcontrolador utilizando la interfaz USB-Serie.

Conector Jack

Se trata de un conector de centro positivo. Es utilizado para alimentar la placa cuando no esté conectada al ordenador o se utilice una alimentación superior a los 5 volts.

La alimentación aplicada a este conector debe estar entre los 7 y 12 volts. Esto se debe al regulador de voltaje empleado (en breve hablaremos de él).

Reguladores de Voltaje

La etapa de alimentación de esta placa es similar a las anteriores, así que no voy a repetir lo ya explicado. Por otra parte, me parece que vas a encontrar interesante conocer un poco más sobre los reguladores que emplea.

Como ya te dije, los reguladores de voltaje son los encargados de garantizar el voltaje adecuado al resto de los componentes de un sistema. Analizando el esquemático del Arduino UNO R3 se puede observar que posee dos reguladores de voltaje.

El regulador LD1117S50 es el principal y el encargado de garantizar la alimentación del microcontrolador y los pines +5V presentes en los cabezales de la placa. Este toma un voltaje desde el conector jack o el pin VIN y ofrece una salida de 5V.

Revisando la hoja de datos del regulador podemos comprobar que es capaz de ofrecer hasta 800 mili-amperes de corriente. Además, cuenta con protección ante cortocircuito y/o sobrecalentamiento, que lo hacen un componente robusto y virtualmente indañable.

Inspeccionando la gráfica de Voltaje de salida vs Temperatura presente en la hoja de datos se nota que su salida es altamente estable, presentando una pequeña variación en el voltaje para todo el rango de temperaturas admisibles.

Si quieres conocer más detalles sobre este regulador te recomiendo que revises por ti mismo su hoja de datos.

El Arduino UNO R3 no utiliza el chip FT232RL, esto provoca que sea necesario agregar un segundo regulador de voltaje para obtener los 3.3 voltios. Este regulador es un LP2985-33DBVR, capaz de ofrecer a su salida (que está conectada al pin 3.3V) un voltaje de 3.3 voltios.

El pin de 3.3V es utilizado para alimentar componentes externos que requieran esta alimentación en particular. Y aunque puedas pensar que no es necesario te garantizo que te ayudará a simplificar muchas aplicaciones.

Si revisamos su hoja de datos vemos que puede ofrecer una corriente máxima de 150mA (sin embargo, se recomienda no exceder los 50mA). Esto nos indica que hay que tener mucho cuidado con lo que conectamos a este pin, ya que no está pensado para grandes consumos.

Interfaz USB-Serie de programación/comunicación

Es el encargado de establecer un puente entre el ordenador y el microcontrolador ATmega328P para permitir la programación de este último o el intercambio de datos. El Arduino UNO, a diferencia de las placas USB anteriores, utiliza un microcontrolador ATmega8U2 o ATmega16U2 para esta función.

La presencia de este microcontrolador extra en la placa le ofrece un ventaja sustanciosa, dado que se podría usar como un microcontrolador completamente funcional y no solo como un conversor USB-Serial. Eso permitiría usar ambos microcontroladores en la misma placa.

Si quieres profundizar en este tema te recomiendo le eches un ojo al proyecto HoodLoader2 o a su documentación en formato wiki donde explican como realizar este proceso paso a paso.

Cristal oscilador y Resonador cerámico (Ambos de 16MHz)

El cristal oscilador y el resonador cerámico son componentes que generan variaciones de voltaje a una frecuencia muy precisa (16MHz en este caso). Estos son utilizados por el ATmega16U2 y el ATmega328P, respectivamente, para generar sus correspondientes señales de reloj.

En ambos casos se conectan a los correspondientes pines XTAL1 y XTAL2 de los microcontroladores (como se muestra en el esquema de Arduino UNO R3), que internamente están conectados a un circuito especial llamado oscilador. Este circuito toma las variaciones de voltaje (obtenidas del cristal o resonador) para generar una onda cuadrada a su misma frecuencia.

Esa onda cuadrada es llamada señal de reloj y determina qué tan rápido el microcontrolador ejecutará las operaciones que le hemos programado. De este modo, si se utiliza un cristal de 10MHz el microcontrolador realizará 10 millones de instrucciones por segundo.

Aclarando el trabalenguas: El cristal o resonador determina la velocidad de operación del microcontrolador. En este caso, tanto el cristal como el resonador utilizados generan variaciones a una frecuencia de 16MHz por ser la máxima admisible por ambos microcontroladores.

LEDs integrados en el Arduino UNO R3

La placa cuenta con un total de 4 Ledes:

• LED ON: Este led está conectado a la salida del selector de voltaje, por lo tanto se enciende cuando la placa está siendo alimentada correctamente.
• LED Tx: Pestañea cuando el Arduino transmite información al ordenador. Esto permite comprobar de forma simple si la placa está realmente transmitiendo información.
• LED Rx: Pestañea cuando la placa recibe información del ordenador. De este modo se puede comprobar si realmente se está efectuando la comunicación.
• LED Integrado: Este led está conectado al pin digital 13 y es denotado como LED_BUILTIN. Para encenderlo/apagarlo es necesario poner este pin en un estado alto (HIGH)/bajo(LOW).

Botón de Reinicio

Este botón permite que reinicies el microcontrolador ATmega328P. Esto significa que todo el código programado será ejecutado nuevamente, tal y como si el sistema se acabara de energizar.

¿Cómo alimentar un Arduino UNO R3?

Analizando lo que te he mostrado existen tres opciones para alimentar nuestro Arduino:

1. Utilizando el puerto USB.
2. Utilizando el conector Jack: Esta opción requiere un voltaje entre los 7 y 12 volts.
3. Utilizando los pines GND y VIN: Esta opción requiere un voltaje entre los 7 y 12 volts.

 

¿Dónde comprar un Arduino UNO R3?

Si tan solo te tomas la molestia de abrir tu navegador y escribir en tu buscador favorito “WWW.TIENDAMOBI.COM” obtendrás un único resultado que te llevara a una amplia gama de productos. Y es que, dudo que exista algo más fácil de comprar que un Arduino UNO (o algún clon compatible), prácticamente esta tienda virtual lo tiene.