Dibuja Gráficos Personalizados en tu Osciloscopio con un DAC R-2R y Arduino

Componentes y materiales

• 50× Resistencias 1 kΩ (o 2 kΩ para 2R; mantener proporción R/2R)
• 1× Arduino UNO (o Nano, o STM32 Blue/Black Pill para 2×8 bits)

Aplicaciones y servicios online

• Arduino IDE
• Python 3 + tkinter (herramienta de dibujo)

Sobre el proyecto

El DAC R-2R

Convertidor digital-analógico sencillo que solo requiere resistencias. Dos valores: R y 2R (doble). Cada bit del puerto añade una rama 2R. Con 8 bits (PORTD) y 6 bits (PORTB) en Arduino UNO/Nano se obtienen ejes X (8 bits) e Y (6 bits). Si se usa STM32 (puertos completos de 8 bits), se pueden usar dos DAC de 8 bits.

Ejemplo: R = 1 kΩ → 2R = 2 kΩ (dos de 1 kΩ en serie). Número de bits = ramas 2R.

Manipulación de puertos

Se usa escritura paralela directa a registros PORTD (pines 0-7, 8 bits) y PORTB (pines 8-13, solo 6 bits usables). Configuración en setup():

DDRD = B11111111;  // 8 bits salida
DDRB = B00111111;  // 6 bits salida (bits 6-7 son cristal)

En setup() se remapean los valores Y de 8 bits (0-255) a 6 bits (0-63) con map().

Herramienta de dibujo (Python/tkinter)

1. Instalar: pip install tk
2. Ejecutar: python drawlog.py > arduino_list.txt
3. Ventana 255×255 px; clic-arrastra para dibujar.
4. Al cerrar, genera arrays x_points[], y_points[] y NUM_POINTS listos para pegar en el sketch.
5. Reduce puntos automáticamente (borra 1 de cada 2) para refresco rápido.

Modo X-Y del osciloscopio

Conectar salida DAC X (PORTD) → Canal 1, salida DAC Y (PORTB) → Canal 2. Poner osciloscopio en modo X-Y. Ajustar escalas/posición hasta ver la figura.

Optimización de memoria (importante)

• En UNO: usar byte para arrays; límite ~400 puntos por RAM.
• Truco PROGMEM (Timster): mover arrays a memoria de programa → ~15 000 puntos.

  const byte x_points[NUM_POINTS] PROGMEM = {...};
  const byte y_points[NUM_POINTS] PROGMEM = {...};
  void loop() {
    for (int t=0; t<NUM_POINTS; t++) {
      PORTD = pgm_read_byte_near(x_points + t);
      PORTB = pgm_read_byte_near(y_points + t) >> 2; // 8→6 bits
      delayMicroseconds(FIGURE_DELAY);
    }
  }
  

Código

Sketch Arduino (UNO/Nano)

const byte FIGURE_DELAY = 1;
const int NUM_POINTS = 87;
byte x_points[NUM_POINTS] = {106,106,105,...};
byte y_points[NUM_POINTS] = {78,80,81,...};
void setup() {
  DDRD = B11111111; DDRB = B00111111;
  for (byte t=0; t<NUM_POINTS; t++)
    y_points[t] = map(y_points[t],0,255,0,63);
}
void loop() {
  for (byte t=0; t<NUM_POINTS; t++) {
    PORTD = x_points[t];
    PORTB = y_points[t];
    delayMicroseconds(FIGURE_DELAY);
  }
}

Herramienta de dibujo (Python)

import tkinter as tk
X=[]; Y=[]; lastx=lasty=0
def xy(e): global lastx,lasty; lastx,lasty=e.x,e.y
def addLine(e): global lastx,lasty; canvas.create_line(lastx,lasty,e.x,e.y); lastx,lasty=e.x,e.y
def on_move_press(e):
  X.append(str(e.x)); Y.append(str(255-e.y))  # invertir Y
root=tk.Tk(); root.geometry("255x255")
canvas=tk.Canvas(root); canvas.grid(sticky="nsew")
canvas.bind("",xy); canvas.bind("",addLine)
root.bind("",on_move_press); root.mainloop()
for i in range(1,len(X)//2): X.pop(i); Y.pop(i)
print(f"const int NUM_POINTS = {len(X)};")
print(f"const unsigned long x_points[NUM_POINTS] = {{{','.join(X)}}};")
print(f"const unsigned long y_points[NUM_POINTS] = {{{','.join(Y)}}};")

Esquemáticos

Cuatro imágenes: escalera R-2R de 8 bits (PORTD), de 6 bits (PORTB), versión con dos valores de resistencia (R y 2R), y versión todo con mismo valor (2R = dos R en serie). Incluyen conexiones a pines Arduino y masa común.