Protoboard Arduino: La Solución Open Source para Prototipado Eficiente

El prototipado es una gran parte de los procesos de diseño y desarrollo. Es esencial antes de pasar a fases más avanzadas en proyectos PCB. Por lo tanto, si eres un desarrollador de electrónica digital, una protoboard Arduino es el camino a seguir.

Antes de Arduino, los principiantes tenían dificultad para aprender microcontroladores. Tenían que usar kits costosos, que requerían codificación en lenguaje ensamblador que era difícil de usar.

Sin embargo, Arduino cambió el juego al proporcionar una plataforma asequible, fácil de usar con codificación en lenguajes de programación de alto nivel como C++.

Analizaremos una protoboard Arduino y los pasos requeridos para hacer tales placas.

¿Qué es Arduino?

Arduino es una plataforma de software y hardware de electrónica digital de código abierto, proyecto y comunidad de usuarios. La plataforma diseña y construye microcontroladores de placa única fáciles de usar y sus kits para desarrollar electrónica digital.

Una placa de circuito Arduino

¿Qué es una Protoboard?

Por otro lado, una protoboard es una consola plástica rectangular con agujeros perforados cuadrados y símbolos y líneas grabados. Actúa como base de construcción para ensamblar múltiples componentes electrónicos y microcontroladores como Arduino para propósitos de prototipado.

El diseño sin soldadura de la protoboard es la principal diferencia entre ella y los PCB.

Una protoboard sin soldadura

Generalmente, las protoboards vienen con cables jumper, unidades de fuente de alimentación y componentes electrónicos como transistores, resistencias y capacitores.

Algunas Especificaciones de Arduino

• Voltaje de Operación: 7-12V (jack DC), 5V (USB)
• Pines Digitales I/O: 14 (6 para operaciones PWM)
• Pines de Entrada Analógica: 6
• Memoria Flash para Almacenamiento de Programa: 32KB
• RAM: 2KB
• EEPROM: 1KB
• Velocidad de Reloj: 16MHz
• Corriente de Salida Pin DC I/O: 20mA

Construyendo una Protoboard Arduino

Al construir un Arduino en una protoboard, un microcontrolador, como el ATmega328P, forma el kit de circuito Arduino básico. Pero las otras partes son igualmente importantes y componen el resto del circuito. Las especificaciones para el microcontrolador Arduino ATmega328P son:

El chip ATmega328P

Fuente: Wikimedia Commons

Comparado con el microcontrolador ATmega328p estándar, la opción de Arduino en protoboard es mejor porque lleva el bootloader de Arduino. Este bootloader permite la programación con Arduino IDE. Además, Arduino en protoboard te dará estas ventajas:

• Una comprensión más profunda de cómo funciona el hardware de Arduino
• Fácil escalabilidad
• Bajo consumo de energía

Componentes Requeridos

Para configurar el proyecto completo, necesitas los siguientes componentes:

Conecta estos componentes como se muestra en la imagen a continuación.

Una protoboard Arduino ATmega328p con módulo conversor USB-a-serie

Fuente: Wikimedia Commons

Para ayudarte con las conexiones, necesitas saber para qué sirve cada pin en el microcontrolador. Aquí hay un diagrama de pinout para el chip.

Un diagrama de pinout del ATmega328p y la placa Arduino

Fuente: Wikimedia Commons

Conectando la Fuente de Alimentación Externa

Comienza conectando el cableado para la fuente de alimentación de la protoboard. El proceso implica colocar los cables de alimentación y tierra donde se sentará el regulador de voltaje. Toma nota de la numeración de pines para prevenir cualquier conexión incorrecta de componentes.

Luego, agrega los cables de tierra y alimentación en la parte inferior de la placa para conectar cada rail. Después, conecta el regulador de potencia y los rails de potencia a la placa.

El voltaje máximo que puedes aplicar al pin VCC es 6V, y debes evitar llegar a este valor. Usa entre 3.3-5.5V.

En la mayoría de los casos, una fuente de alimentación de 9-12VDC (batería) es suficiente. Sin embargo, este es el trabajo del regulador de voltaje. Por lo tanto, la potencia de entrada debería ser 7-16V para obtener aproximadamente 5V del regulador.

Agrega un capacitor de 10uF entre la entrada del regulador y tierra. También, coloca un capacitor similar en el rail derecho entre el suelo y la alimentación.

Luego, coloca la luz LED y la resistencia de 220-ohm en el lado izquierdo de la placa, justo frente al regulador de voltaje.

Una vez que resuelvas la fuente de alimentación, es hora de cargar el microcontrolador, luego el módulo conversor USB a serie.

Conectando el Microcontrolador

Primero, enchufa el chip en la protoboard, como se muestra en la imagen de arriba. Luego, conecta la resistencia pull-up de 10k a +5V desde el pin de reset para prevenir el reinicio del chip en operación normal. Si tierra a 0V, el pin de reset reinicia el microcontrolador.

Luego, conecta el reloj de 16 MHz a los pines 9 y 10. Conecta los dos capacitores de 22 pF a cada uno de estos pines y a tierra.

Un chip ATmega328P conectado a una protoboard

Fuente: Wikimedia Commons

Después de eso, conecta un pequeño interruptor táctil entre los pines de reset y tierra para actuar como botón de reset. Con este componente en su lugar, presiona el interruptor si quieres reiniciar el chip para subir un nuevo programa.

Es importante notar que algunos chips vienen preprogramados con el programa de parpadeo LED. Generalmente, el software de Arduino contiene el programa directamente del fabricante.

Asegúrate que estos pines se conecten de la siguiente manera:

• Pin 7 – Voltaje de alimentación digital (VCC)
• Pin 8 – GND
• Pin 20 – AVcc – Voltaje de alimentación del conversor ADC. Debes conectar esto a la alimentación de entrada si no usas un ADC. Si usas un ADC, conecta el pin a la alimentación a través de un filtro pasa-bajos.
• Pin 21 – AREF – Pin de referencia analógica para ADC
• Pin 22 – GND

El LED de la placa debería parpadear después de configurar todo y conectar la batería. El propósito de la luz LED es verificar si la placa está recibiendo la cantidad correcta de energía o está en cortocircuito.

Puedes parar aquí, pero la verdadera diversión viene cuando programas la protoboard Arduino. Para flashearla usando tu código, necesitas conectar el módulo conversor USB a serie a la protoboard.

Dado que escribirás el código en el Arduino IDE en tu computadora, el módulo conversor USB a serie proporciona un puerto USB. Necesitarías el puerto para conectar tu computadora al chip de la protoboard vía cable USB.

Conectando el Módulo Conversor USB a Serie

Solo necesitas hacer estas cinco conexiones:

• Rx a Tx
• Tx a Rx
• Vcc a Vcc
• GND a GND
• DTR/RTS a RST a través del capacitor de 10uF

A partir de ahí, puedes ser creativo en el Arduino IDE. Luego intenta ejecutar diferentes piezas de código en el chip, como entrar en modo sueño por una cierta cantidad de tiempo.

Código de ejemplo de parpadeo LED en el Arduino IDE

Fuente: Wikimedia Commons

Resumen

Como puedes ver, las protoboards Arduino proporcionan una plataforma fácil de usar y asequible para pruebas y desarrollo, lo que la hace ideal para diseñadores principiantes de electrónica digital. Si tienes alguna pregunta, contáctanos para más aclaraciones.