Una buena forma de aprender a programar es realizar ejercicios prácticos, si existen errores en el proceso el solucionarlos por nuestra propia cuenta nos permite comprender de mejor manera, en esta ocasión veremos como aprender a utilizar los periféricos de entradas y salidas en Arduino, primeramente debemos saber que algunos pines pueden llegar a tener más de 2 funciones distintas es decir el pin puede ser utilizado como una entrada o salida como también puede ser utilizado para una salida para PWM dependiendo del pin utilizado, como vemos debemos tener el esquema de la placa Arduino para utilizar los periféricos que necesitamos.

Utilizar pines como salida

Como vimos en el artículo anterior la estructura necesaria para iniciar un programa es fácil de utilizar simplemente es necesario incluir la función setup() que sirve para agregar parámetros de iniciación y la función loop() conocido como el bucle principal que es donde nuestro programa se ejecutará todo el tiempo, pero también existen funciones propias del hardware de las cuales utilizaremos la función pinMode() y digitalWrite(). El programa que haremos consiste en hacer parpadear un led durante con una frecuencia de 1 segundo entre apagado y encendido, en electrónica es conocido como modo astable y es muy común utilizar el integrado 555 para estas funciones, pero en esta ocasión utilizaremos Arduino.

Primero mostraré el código completo y luego explicaré para qué sirve cada función para así tener una visión completa del código, el programa quedaría escrito de la siguiente manera:

/*
 *	Programa para hacer parpadear un led en arduino
 */
//variables globales
int led = A0; //utilizó un pin con función análoga en arduino atmega
setup(){
	pinMode(led,OUTPUT);  configurar el pin led como salida digital
}
loop(){ //bucle infinito
	digitalWrite(led,HIGH); //envio un 1 al pin el cual enciende el led
	delay(1000); //retardo de 1 segundo
	digitalWrite(led,LOW); //envio un 0 al pin el cual apaga el led 
	delay(1000);
}

Siempre es buena practica comentar el código y con la práctica logras ver que es de mucha ayuda ya que inclusive no necesitas documentar tu código si tus comentarios son bien explícitos, dividamos el código en secciones para entrar en detalle de que cada función, la primera parte sería de inicialización:

int led = A0; //utilizó un pin con función análoga en arduino atmega
setup(){
	pinMode(led,OUTPUT);  /configurar el pin led como salida digital
}

Cualquier placa de Arduino tiene un valor único para cada pin así de esta manera es identificado cada uno en específico, estos valores los puedes ver a la par de cada conector en la placa y se encuentran escritos en color blanco pueden ser letras y números o solo números, este valor es un entero entonces lo que hacemos con la línea int led = A0 es guardar el número de pin en una variable, como puedes notar el valor que ingrese es A0 y es porque estoy utilizando una placa Arduino Mega2560 para este ejemplo y no parece ser un entero pero el compilador sabe que valor le corresponde y lo convierte así no debes preocuparte por el valor exacto porque sabe que pin estás utilizando, regresando a lo anterior, lo que hacemos es guardar el valor del pin en una variable para que podamos configurar ese pin como salida.

Dentro de la función setup() nos encontramos como la función pinMode(led,OUTPUT), lo que hace esta función es configurar el pin que deseas utilizar ya sea como salida con la constante OUTPUT o como entrada cambiando OUTPUT por INPUT en nuestro caso lo utilizamos como salida, el siguiente bloque es la función loop:

loop(){ //bucle infinito
	digitalWrite(led,HIGH); //envio un 1 al pin el cual enciende el led
	delay(1000); //retardo de 1 segundo
	digitalWrite(led,LOW); //envio un 0 al pin el cual apaga el led 
	delay(1000);
}

A la función loop la llamaré bucle principal para referirme a ella ya que en realidad lo que hace es repetir cada línea de manera infinita y de manera secuencial, con la función digitalWrite(led,LOW) lo que hacemos es enviar o escribir un valor de salida al pin como podrás notar necesitamos el valor de identificación del pin el cual lo declaramos en una variable al principio del código es por esta razón que es que es buena práctica utilizar constantes para referirnos a valores repetitivos, la función digitalWrite() necesita el valor del pin que en este caso es la variable led y un parámetro de salida ya sea 1 ó 0, el compilador de Arduino posee valores constantes que podemos utilizar para hacer más entendible nuestro código en este caso la constante HIGH es igual a 1 y LOW es igual a 0 entonces primero encendemos el led con valor 1 luego esperamos un segundo con la función delay(1000), esta función es para realizar pausas de un milisegundo, 1000 milisegundos son igual a 1 segundo que es el valor que ingresamos, luego queremos apagar el led con valor 0 y esperar otro segundo, y esto se repetirá una y otra vez.

Para cargar el software a nuestro Arduino debemos dar click en el icono de cargar en la parte superior del IDE y si no cometimos ningún error y el software se encuentra configurado con la placa correcta, nos mostrará un mensaje de carga exitosa, luego debemos probar si nuestro programa funciona bien en la placa Arduino y para eso necesitamos realizar un circuito con protoboard, en el que tomaremos los voltajes de la placa Arduino y colocaremos el led con su resistencia para no quemar lo que irá conectado al pin A0 y el circuito quedaría de la siguiente manera:

Utilizar pines como entradas

Si no cometimos ningún error, deberíamos ver el led parpadear, de la misma forma se puede configurar cualquier pin como salida y no solo puede ser utilizado para encender un led sino que en aplicaciones reales puedes conectar cualquier componente que necesites,pero¿qué pasa si quieres leer el valor de un pin que puede ser un botón o switch por ejemplo? en este caso el pin debe ser configurado como entrada, y para poder mostrar como hacerlo realizaremos un cambio al código anterior agregando un switch para controlar la acción de parpadear, si el switch es igual a 1 entonces la acción se realizará pero si es igual a 0 no se ejecutará nada, el código quedara de la siguiente manera:

/*
 *	Programa para hacer parpadear un led en arduino
 */
//variables globales
int led = A0; //utilizó un pin con función análoga en arduino atmega
int switch = A1; //utilizo el pin como entrada para detectar el pulso del boton
int estado = LOW;
setup(){
	pinMode(led,OUTPUT);  //configurar el pin led como salida digital
	pinMode(button,INPUT); //configuro el pin como como entrada digital
}
loop(){ //bucle infinito
	estado = digitalRead(switch);
	if(estado == LOW){ //si el switch s
		digitalWrite(led,HIGH); //envio un 1 al pin el cual enciende el led
	delay(1000); //retardo de 1 segundo
	digitalWrite(led,LOW); //envio un 0 al pin el cual apaga el led 
	delay(1000);
}
}

En este ejemplo agregamos una resistencia en pull-up la cual nos sirve controlar el estado lógico de la entrada y para que el switch se pueda conectar en este caso a negativo, es una técnica muy utilizada en electrónica, siempre puedes consultar en google sobre pull-up y pull-down si así lo deseas, cabe mencionar que Arduino posee resistencia en pull-up internas pero esta vez no las utilizaremos ya que lo veremos mas adelante.

En el circuito solo debemos incluir un switch con una conexión a una resistencia en pull up que se coloca como se ve en la imagen anterior y el otro pin a tierra, la entrada se encontrara en alto con una baja tensión la cual al ser presionado el switch cederá el paso a tierra que sera reconocido como un 0, de nuevo debemos cargar el software a Arduino y veremos el circuito funcionar, el circuito quedaría de la siguiente manera:

De esta manera logramos configurar los pines de Arduino como entradas y salidas en este caso fue para controlar un led con un switch simple pero en el mundo real pueden tener varias aplicaciones según lo necesites, en el siguiente articulo veremos mas en detalle los periféricos especiales que poseen algunos pines y como siempre tratare de incluir ejemplos prácticos ya que es la mejor forma de aprender.

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En el artículo anterior vimos como preparar nuestra placa arduino para realizar la programación y de esta manera comenzar a desarrollar nuestros proyectos, en el artículo de introducción mencione que es necesario comprender los conceptos básicos de programación de preferencia en lenguaje C y conocer sobre electrónica digital, en este artículo veremos una referencia de las funciones más utilizadas en el lenguaje de programación en arduino, toda esta información la puedes encontrar en la página oficial de arduino.

Estructura de un programa

Es común que antes de ejecutar un programa se deba respetar su estructura para que este compile correctamente, en el caso de programar para arduino se debe agregar la siguiente estructura:

#include<lib.h> // librerias necesarias, opcional
setup(){
	//configuraciones iniciales, obligatorio
}
loop{
	//bucle de ejecución del programa, obligatorio
}

En el código anterior vemos que hay 3 líneas de código #include, setup(), loop(), #include se utiliza en el caso de que necesitemos utilizar una librería adicional, el IDE de arduino permite importar librerías según las necesitemos, en el caso de setup() y loop() son funciones obligatorias.

Setup(): Esta función se utiliza para inicializar parámetros y funciones, se ejecuta una única vez al encender o reiniciar la placa, en esta función podemos configurar los pines según necesitemos, configurar parámetros de comunicación, establecer variables con valores iniciales etc.

Loop(): Esta es la función donde se ejecuta el programa, esta se repite de manera continua osea que entra en un bucle infinito lo que sería igual a un while(true) en lenguaje C, aquí debemos realizar el programa que necesitamos ejecutar.

Un ejemplo practico seria hacer parpadear un led cada segundo de manera infinita, el código quedaría de la siguiente manera:

const int led = 13; // definición de pin 13 el cual encenderá el led
void setup ()
{
  pinMode (led, OUTPUT);
}

// El led se encenderá durante un segundo y luego se apagará durante un segundo.
void loop () // el proceso se repetirá infinitamente.
{
  digitalWrite (led,HIGH);// enviamos un 1 al pin led
  delay (1000); // un retardo de 1 seg
  digitalWrite (led,LOW);//enviamos un 0 al pin led
  delay (1000);
}

 Variables

En cualquier lenguaje de programación utilizaremos variables para almacenar nuestra información, en el caso de arduino podemos utilizar los siguientes tipos de variables, y como es de esperarse la diferencia es la cantidad de memoria que puede utilizar cada tipo.

• Boolean: Es de tipo lógico los valores pueden ser 1 ó 0 como también puede ser true o false, este tipo de variable consume muy poca memoria porque utiliza 1 bit de almacenamiento.
• Byte: Permite almacenar 8 bits de datos que puede ser un número de 0 a 255.
• Int: Puede almacenar 2 byte de memoria que sería un entero con signo positivo o negativo que puede ser un número en el rango de -32,768 a 32,768.
• Unsigned: Permite manejar valores enteros sin utilizar signo, por ejemplo al declarar una variable entera esta posee 2 byte de memoria del cual 1 bit se utiliza para el signo ya sea negativo o positivo lo que deja 15 bits para el valor si vemos el número máximo permitido que seria 2^15 es igual a 32,768, si quitamos el signo con la palabra unsigned tendríamos el bit del signo disponible lo cual seria 2^16 que es igual a 65,536 como número máximo a almacenar, esta función aplica para variables tipo int, long, char.
• Long: Este tipo de variable utiliza 4 bytes de memoria que equivale a 32 bits de datos que puede ser un número en el rango de -2,147,483,648 a 2,147,483,648, si quitamos el signo el valor máximo sería igual a 4,294,967,295 que es un número muy grande.
• Char: Únicamente permite caracteres como por ejemplo ‘a’ ,’b’, ‘c’, etc… Solo permite una única letra y esta debe estar dentro de comillas ya sean simples o dobles.
• Float: Esta variable permite el uso de punto flotante de 6 a 7 dígitos a partir del punto.
• Array: Un array es una colección de variables, puede ser de cualquier tipo y por lo general se declara a la par del nombre de la variable ejemplo: int myInts[6] lo que significa que tenemos 6 variables con el mismo nombre, para acceder a una en especifico solo agregamos el índice en la posición deseada ejemplo: myInts[2] en este caso estamos utilizando la posición 2 del arreglo.

Existen más variables que podemos ver en la página de referencia, por lo general las mencionadas anteriormente son las más utilizadas.

Condicionales

Las condicionales o sentencias son instrucciones que permiten realizar una función o no en valor a la condición, en la programación de arduino disponemos de las condiciones propias de c las cuales son if, if..else, switch, la ventaja es que existen muchos información y ejemplos en internet por este motivo no entraré en detalle con este tema.

Bucles

Al igual que las condicionales en internet existe mucha información al respecto con este tema, en arduino tenemos las funciones while, for, do.. while, y goto. la sintaxis es similar a la del lenguaje c, y su uso es fácil de utilizar en la práctica.

Si bien es cierto que la programación en arduino es fácil de realizar, siempre debemos poseer los conocimientos basicos en programacion, mi intención en este artículo es de mencionar las funciones y palabras más utilizadas en arduino, también es cierto que aquí solo es una fracción de las que realmente existen, por este motivo es recomendable visitar la página oficial en la sección de referencias o dando click aquí, es considerado buena práctica revisar todas las funciones aunque no las utilicemos principio.

Aún hace falta ver mas funciones propias de arduino, pero tratare de explicarles con ejemplos prácticos en los siguientes artículos, porque algunas funciones son más fáciles de aprender en la práctica que en la teoría y también porque de esta manera avanzamos más rápido y llegar a aprender como realizar proyectos más complejos que es donde se pone mas emocionante todo lo aprendido.

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Una vez que tengamos nuestro Arduino sin importar cual hayas escogido es momento de programarlo para que realice las tareas que deseas, pero antes debemos saber que software necesitamos y cómo debemos hacerlo, primero debemos conectar el cable usb de nuestro Arduino a la computadora que estemos usando, en la placa podrás ver que se encenderá un led, este nos indica que posee alimentación y que esta funcionando.

Instalación del entorno de desarrollo

Para programar la placa de Arduino se necesita un entorno de desarrollo único ya que utiliza el lenguaje de programación Processing el cual esta basado en java, pero es aún más simple porque la capacidad de los microcontroladores es limitada, lo que lo hace mas fácil de programar. Arduino IDE es el nombre del software para programar cualquier placa Arduino, para descargarlo da click aquí, debemos buscar la versión para nuestro sistema operativo, puedes descargar la versión estable (al día de hoy es la versión 1.0.5) o puedes descargar la versión beta que es la que se encuentra al día pero puede contener errores, el ide se encuentra escrito en java por lo que necesitas tener instalado como mínimo el jre de java, si no lo tienes puedes descargarlo de este link, estando en la pagina solo debes dar click en aceptar licencia y buscas la versión que es compatible con tu sistema operativo.

Si ya has instalado el jre de java, debes ejecutar el instalador de Arduino IDE en el caso de Windows es de seguir las instrucciones al momento de instalar, y para Linux solo debes descomprimir la carpeta y dar click en el archivo Arduino, si no se ejecuta puedes entrar desde la terminal a la carpeta donde esta el ejecutable y usar el comando ./arduino o el comando que utilizamos para ejecutar scripts en linux, al finalizar debes ver la ventana de trabajo tal como la imagen de abajo.

Área de trabajo

El Ide de Arduino es fácil de utilizar y es muy intuitivo lo que quiere decir que el menú y los iconos son fácil de entender y hacen lo que su nombre indica, al ejecutar el entorno por primera vez debemos configurar lo con la versión de Arduino que estemos usando y el puerto donde se encuentra conectado.

Para configurar el modelo de Arduino que tenemos debemos ir a Tools > Board y nos mostrará una lista en la cual debemos buscar nuestra placa, en mi caso seleccionaré Arduino Mega 2560, ahora debemos configurar el puerto que utilizará el entorno para que reconozca la placa, para eso debemos ir al menú Tools > serial port  y seleccionar una opción, por lo general si tu sistema operativo es Windows es la opción COM3, pero si no funciona prueba con las opciones que te aparecen hasta encontrarla, y en el caso de linux dependiendo la versión que tengas puede ser /dev/ttyACM0 o /dev/ttyUSB0  y simplemente das click en la opción y listo.

Primer programa para Arduino

Debemos probar que todo esté funcionando correctamente para ello haremos nuestro primer programa, no daré mucho detalle de cada comando porque es para prueba, pero en el siguiente artículo entraremos en detalle sobre los comando de programación para Arduino.

En el espacio en blanco en el ide escribimos el siguiente código:

void setup() {
  Serial.begin(9600); 
 }
 void loop() {:
   Serial.println(“hola mundo!”);
   delay(10000);
 }

Debajo del menú principal podemos ver 2 iconos uno llamado check y otro con una flecha apuntando a la derecha, el primero sirve para verificar que el código esté escrito correctamente, y el segundo verifica y carga el software al Microcontrolador, damos click en la segunda opción, luego nos aparecerá un mensaje que todo ha salido correctamente, de esta manera grabaremos los programas a nuestra placa y como puedes ver es realmente sencillo.

El programa que acabamos de hacer sirve para enviar un mensaje por medio del puerto usb a la pc, el mensaje es un sencillo hola mundo que se repite cada 10 seg, ahora para poder ver el mensaje es posible de varias maneras, pero en este caso utilizaremos una herramienta que posee el ide de Arduino, en el menú Tools, damos click serial monitor y nos abrirá una ventana la cual posee dos opciones solo tocaremos la segunda opción dejando el valor 9600 baud que es la velocidad con que nos estamos comunicando, si todo ha salido bien podremos ver el mensaje “Hola mundo”.

De esta manera ya estamos preparados para comenzar a desarrollar con Arduino, en el próximo articulo veremos la introducción para programar en Arduino y comenzar a realizar programas prácticos para esta placa.

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