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Physical Computing - Sensing and Controlling the Physical World with Computers Susana Nahum Capítulo 4: El Microcontrolador Lo más difícil es hacer que el computador haga algo, por lo que se traduce en que si manda el mensaje “Hello world” = blinking LED, entonces después de eso todo es más fácil. En un circuito simple, el microcontrolador no tiene posibilidades. Pero cuando se introduce en microcontrolador surge una amplia variedad de opciones. 

Input si se reemplaza la ampolleta por el microcontrolador, este podría contar las veces que se aprieta el switch, tener diferentes reacciones dependiendo del contexto, cuánto tiempo aprieta el botón y con cuanta fuerza, etc. Outputcuando por el contrario se reemplaza el switch por el microcontrolador, se puede manejar el encendido y apagado de luces simultáneamente o por separado, todo por los comandos del software.

Se pueden causar una serie de outputs dependiendo de los órdenes que se le dan a los distintos inputs. Todos los microcontroladores van a tener pins para conectar a power y a ground, pins para programar el chip y pins de input y output. Algunos microcontroladores tienen otros pins. En el software uno programa qué es lo que quiere que haga cada pin. Las funciones más básicas son las de input y output digitales, casi todos los pin pueden hacerlo, pero sólo algunos pueden ser análogos. Cualquier chip con forma regular (dos corridas de pins) la numeración parte de arriba a la izquierda y baja en forma de U. 

Microcontroladores de Bajo Nivel: Reloj Externo todo microprocesador necesita un pulso de voltaje regular para medir sus operaciones. Se una un external cristal.

Existen microcontroladores como los que usamos en el curso que son reprogramables, pero también hay algunos que son programables one-time. Cada vez que una programa el microprocesador borra lo anterior y graba lo nuevo. La programación es en un solo sentido. No hay forma de conseguir un código legible desde el microprocesador al pc.

Toda la información pasa por el cable USB o el serial y así después de cargarlo si una lo desconecta el programa ya está grabado en el microcontrolador.


Depurando En programación o en electrónica nada funciona bien la primera vez. Aprender a programar es como aprender a depurar. Primero necesitamos una idea de lo que puede no estar funcionando. Luego se debe reemplazar lo que supuestamente no funciona y ver si eso era el problema. Al buscar el problema, trata de probar una parte a la vez. Si el elemento que probé no funciona, devuelve el original y prueba otra cosa. Ser sistemático no sólo resuelve el problema, sino que nos dice dónde estaba el problema una vez que los solucionamos. Errores comunes: o El circuito tiene energía? o Son los pins del software el mismo que el del circuito? o Funciona el LED? o Tiene la resistencia el valor apropiado? o Está el circuito conectado bien a la entrada USB? o Está el software configurado a la entrada USB correcta? o Tiene otra aplicación control de la entrada USB? Si todo lo anterior falla cuestiónate las asunciones más básicas. Revisa todo lo que crees estar seguro de que está bien. Entre menos cosas asumidas, lo haces mejor en depurar.

Capítulo 6: Los “cuatro grandes” esquemas, los programas y los transductores Este capítulo trata sobre los “cuatro grandes” que son análogo input, análogo output, digital input y digital output y sobre cómo se pueden programar, sus circuitos y los transductores. Elegir los transductores es normalmente lo más difícil de un proyecto. Los controles digitales sólo tienes dos formas; on-off, up-down, in-out, etc. En cambio los análogos, tiene toda la gama; lejos, un poco más cerca, cerca y pegado! 

Digital Input son los transductores más simples. Sólo pueden estar on o off y el switch es el más común de ellos. o Transductores: Switches convierte energía mecánica en energía eléctrica. Algunos términos útiles son: o Normalmente abierto el circuito está abierto normalmente. o Normalmente cerrado o Switches momentarios como el timbre o Switches que cambian interruptor de luz (se queda en una nueva posición) o Switches de dos polos Los switches siempre se nombran según el máximo voltaje y amperaje que utilizan. Algunos otros switches: de pie, de alfombra, de arrastre (puertas, cajas o deslizar), de pelos o bigotes (muy sensibles), de inclinación (mercurio) y magnéticos. o

Circuitos: para conectar un microcontrolador con un input digital se necesitan tres conexiones. Una conexión a power, una al microcontrolador y otra a tierra. Estas conexiones necesitan resistencias ya que cuando el switch está abierto igual puede recibir algún tipo de energía.


o

Programando: en algunos microcontroladores hay que programar y decirle al I/O que va a ser un input antes de darle otra instrucción. Si se quiere usar el switch sólo para prender algo, entonces el microcontrolador no es necesario. Este puede dar respuestas más complejas que sólo encender y apagar. Para eso necesitamos agregar al código los outputs digitales.

Digital Outputs cualquier cosa que se puede prender o apagar, por ejemplo un

ventilador, un auto o una radio, son transductores. o Transductores: el más simple es una LED, también puede ser un buzzer. Cualquier otra cosa que use más energía va a necesitar un intermediario, como son transistores y relays.  Relays son switches que funcionan electromagnéticamente y no por la fuerza mecánica de los dedos. También existen relays electromecánicas o de estado sólido. Se nombran por voltaje y corriente.  Transistores son switches electrónicos, más rápidos y más baratos que los relays. Los transistores sólo funcionan con energía DC, no funcionan con AC. Existen muchos transistores, pero se clasifican en 2; los bipolares y los de efecto de campo. Todos tienen 3 conexiones; la base, el colector y el emitidor. Existen NPN y PNP que corresponden a normalmente abierto y normalmente cerrado respectivamente. En el empaque debe decir que pata corresponde a qué. o o

Circuitos: el circuito más simple de digital output es el del LED. Programar: es muy simple, ya lo hemos hecho con el LED, si funcionó ahora pueba con algo más emocionante. Input Análogo si necesitas más información que la que te da un input digital, entonces necesitas uno análogo. o Transductores: algunos transductores leerán la información de un input análogo, unos muy simples son las resistencias variables.  Resistencias Variables estas resistencias convierten cambios mecánicos, de luz, calor y otras formas de energía a resistencia. El más común es el potenciómetro. También están los termistores, photoresistor, de fuerza, flex,  Transductores de Input Análogos de Voltaje Variable son transductores más complejos. Son como sensores de cosas. Otro ejemplo son los micrófonos. o Circuitos: existen dos circuitos básicos para leer un voltaje análogo, son el divisor de voltaje funciona sólo en microcontroladores que convierten lo análogo o digital y el circuito de resistencia-capacitador que funciona para todos los microcontroladores. o Programar: los códigos para convertir de análogo a digital o leer la información análoga.  Modulación de Amplitud de Pulso de Input: es otro método común para tener un input análogo. Cuenta el tiempo entre el on y off y del off al on nuevamente, así mide la intensidad de la energía que mide el sensor.


Output Análogo a veces uno quiere más que simplemente prender o apagar algo, sino que los quiere prender suavemente, o abrir hasta la mitad, etc. Entonces se necesita un output análogo. Se pueden usar los mismos accesorios que un output digital, como el LED y el buzzer de bajo consumo, pero ahora también podemos usar el motor servo.  Modulación de Amplitud de Pulso de Output: (PWM) para crear una salida de voltaje variante se imita un voltaje análogo usando modulación de amplitud. El tiempo es mínimo así parece que el LED estuviese más bajo. o Programar: DC motors se debe tener cuidado que al programar inputs y outputs el resultado puede ser entrecortado. Haciendo sonidos se deben prolongar, entre más corto, peor se escucha y si se quiere una canción, se deben poner las notas musicales. Motores servo, no sólo se puede controlar el movimiento y la velocidad, sino que la dirección.

Desde Analog In a Analog Out: Funciones de Salida la mayoría de estas transformaciones se resuelven con un poco de matemáticas, pero existen algunas más complicadas. Lo primero que necesitamos saber son los rangos donde funcionan los I/O. Esto se puede ver con un programa que nos muestra los valores. Lo importante es seguir los rangos.


Tarea # 5 Cap. 4 y 6