Arduino. Guía práctica de fundamentos y simulación

246 Pages·33.055 MB·Spanish; Castilian

by  Eugenio López Aldea

Arduino
Guía práctica de
fundamentos y simulación
Eugenio López Aldea

Arduino
Guía práctica de
fundamentos y simulación
Eugenio López Aldea
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Arduino. Guía práctica de fundamentos y simulación
© Eugenio López Aldea
© De la edición: Ra-Ma 2016
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ISBN: 978-84-9964-613-8
Depósito legal: M-1271-2016
Maquetación: Antonio García Tomé
Diseño de portada: Antonio García Tomé
Filmación e impresión: Copias Centro
Impreso en España en marzo de 2016
A mi familia.

ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................11
ACERCA DEL AUTOR .....................................................................................................13
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA ELECTRICIDAD Y LA ELECTRÓNICA 15
1.1 INTRODUCCIÓN ...............................................................................................15
1.2 DE LOS SISTEMAS A LOS COMPONENTES Y DE LOS COMPONENTES
A LOS SISTEMAS ..............................................................................................15
1.3 FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA DE CIRCUITOS .......................................17
1.3.1 Conceptos generales sobre la electricidad, tensión, intensidad
y potencia ...............................................................................................17
1.3.2 Dipolos y cuadripolos .............................................................................20
1.3.3 Generadores de tensión y corriente ........................................................20
1.3.4 Componentes eléctricos, resistencia (pull-up y pull-down), capacidad
e inductancia ...........................................................................................23
1.3.5 Ley de Ohm ............................................................................................25
1.3.6 El transformador .....................................................................................26
1.3.7 Tipos de señales y aparatos de medida ...................................................28
1.3.8 Introducción a la Simulación de Circuitos .............................................31
1.4 CONCEPTOS DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA ...........................................32
1.4.1 Diodos semiconductores ........................................................................32
1.4.2 Transistores.............................................................................................33
1.4.3 Fuentes de alimentación .........................................................................37
1.5 CONCEPTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL ...................................................38
1.5.1 Información digital .................................................................................38
1.5.2 Funciones lógicas y puertas digitales .....................................................38
1.5.3 Circuitos integrados digitales. Microchips .............................................42
1.5.4 Convertidores A/D y D/A .......................................................................45
1.6 PUERTO USB......................................................................................................47
8 ARDUINO. GUÍA PRÁCTICA DE FUNDAMENTOS Y SIMULACIÓN © RA-MA
CAPÍTULO 2. PLATAFORMAS DE HARDWARE ABIERTO ....................................49
2.1 DEFINICIÓN GENERAL DE PLATAFORMA HARDWARE ............................49
2.2 HARDWARE DE CÓDIGO ABIERTO ..............................................................50
2.3 TECNOLOGÍA HARDWARE DE CÓDIGO ABIERTO Y SUS TIPOS ............50
2.3.1 Arduino ...................................................................................................51
2.3.2 Beagle .....................................................................................................52
2.3.3 Flyport ....................................................................................................53
2.3.4 Nanode ...................................................................................................55
2.3.5 Raspberry Pi ...........................................................................................57
2.3.6 Otras: GP_Bot ........................................................................................58
2.4 COMPARATIVA ENTRE PLATAFORMAS HARDWARE ...............................59
CAPÍTULO 3. HARDWARE DE LA PLACA ARDUINO .............................................63
3.1 DEFINICIÓN DE ARDUINO Y PRESENTACIÓN DE LA PLACA ................63
3.2 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE ARDUINO ................................................65
3.2.1 El microcontrolador y su tipología .........................................................65
3.2.2 Arquitectura interna de un microcontrolador .........................................67
3.2.3 Arquitectura RISC y CISC .....................................................................68
3.2.4 El microcontrolador de Arduino (Atmel) ...............................................69
3.2.5 Memorias y registros del microcontrolador ...........................................72
3.2.6 Sistemas de alimentación de Arduino ....................................................75
3.2.7 Comunicación con el puerto serie ..........................................................77
3.2.8 Comunicación a través de chip ATmega 16u2 .......................................79
3.2.9 Protocolos de comunicación I2C/TWI y SPI .........................................79
3.2.10 Entradas y salidas de la placa Arduino ...................................................83
3.3 CARACTERÍSTICAS DE LA PLACA ARDUINO UNO ..................................87
CAPÍTULO 4. MODELOS Y ESCUDOS ARDUINO .....................................................91
4.1 MODELOS Y ACCESORIOS DE ARDUINO ...................................................91
4.2 MODELOS DE PLACAS ARDUINO ................................................................91
4.2.1 Arduino UNO .........................................................................................92
4.2.2 Arduino Zero ..........................................................................................93
4.2.3 Arduino Leonardo ..................................................................................95
4.2.4 Arduino Yun ...........................................................................................96
4.2.5 Arduino Due ...........................................................................................98
4.2.6 Arduino Mega ........................................................................................99
4.2.7 Arduino Ethernet ..................................................................................101
4.2.8 Arduino Fio ..........................................................................................102
4.2.9 Arduino Nano .......................................................................................102
4.2.10 Arduino LilyPad ...................................................................................103
4.2.11 Arduino Pro ..........................................................................................103
4.2.12 Arduino Pro Mini .................................................................................104
4.2.13 Arduino Esplora ...................................................................................105
4.2.14 Arduino Micro ......................................................................................106
4.2.15 Arduino BT ...........................................................................................107
© RA-MA ÍNDICE 9
4.2.16 Arduino Duemilanove ..........................................................................107
4.2.17 Arduino Diecimila ................................................................................108
4.3 ESCUDOS (SHIELDS) HARDWARE DE ARDUINO ....................................108
4.3.1 Escudo Proto ........................................................................................109
4.3.2 Escudo Motor .......................................................................................109
4.3.3 Escudo Ethernet ....................................................................................110
4.3.4 Escudo Wi-Fi ........................................................................................111
4.3.5 Escudo GSM ........................................................................................111
CAPÍTULO 5. SOFTWARE ARDUINO ........................................................................113
5.1 FUNDAMENTOS DE LA PROGRAMACIÓN ...............................................113
5.1.1 Conceptos de la programación .............................................................114
5.1.2 Algoritmos ............................................................................................115
5.2 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN DE ARDUINO ......................................116
5.2.1 Estructura general de un programa en Arduino ....................................117
5.2.2 Sintaxis .................................................................................................118
5.2.3 Variables ...............................................................................................118
5.2.4 Constantes ............................................................................................120
5.2.5 Aritmética, operadores de comparación y lógicos ...............................120
5.2.6 Estructuras de control ...........................................................................122
5.2.7 Funciones de entrada y salida digitales ................................................124
5.2.8 Funciones de entrada y salida analógicas .............................................127
5.2.9 Funciones de comunicación serie .........................................................129
5.2.10 Funciones de tiempo .............................................................................133
5.2.11 Funciones personalizadas .....................................................................135
5.3 LIBRERÍAS DE ARDUINO .............................................................................138
5.3.1 Librería EEPROM ................................................................................140
5.3.2 Librería Ethernet y Wi-Fi .....................................................................140
5.3.3 Librería Firmata ....................................................................................140
5.3.4 Librería GSM .......................................................................................141
5.3.5 Librerías LiquidCrystal y TFT .............................................................141
5.3.6 Librería SD ...........................................................................................141
5.3.7 Librerías Servo y Stepper .....................................................................142
5.3.8 Librerías SPI y Wire .............................................................................142
5.3.9 Librería Software Serial .......................................................................143
5.3.10 Creación de librerías propias ................................................................143
CAPÍTULO 6. ARRANCANDO ARDUINO .................................................................145
6.1 IDE DE ARDUINO ...........................................................................................145
6.1.1 Instalación del IDE de Arduino ............................................................145
6.2 PRIMERA APLICACIÓN PRÁCTICA CON ARDUINO ................................151
6.3 OTROS IDE DE ARDUINO .............................................................................157
CAPÍTULO 7. APLICACIONES CON ARDUINO. SENSORES Y ACTUADORES ...163
7.1 SENSORES........................................................................................................163
7.1.1 Clasificación de los sensores ................................................................164