Antes de iniciar a programar Arduino debemos de entender su estructura física así como también sus características y lo que diferencia de uno modelo a otro, como sabemos por el artículo de introducción, la placa Arduino se compone de un microcontrolador y los componentes necesarios para hacerlo funcionar todo embebido en un placa lista para usar. El microcontrolador es el componente principal de la placa es a lo que debe la mayoría de sus características, entonces comenzaremos con comprender como funciona el microcontrolador y luego veremos que es necesario para comenzar a programar esta Arduino.
Imagen de arduino uno
Un microcontrolador es un circuito integrado programable compuesto por una unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida, son capaces de ejecutar instrucciones grabadas en su interior, la mayoría de ellos utiliza la arquitectura Harvard lo que permite el almacenamiento del programa separado de la memoria de almacenamiento local, se necesita una frecuencia de reloj para realizar operaciones, como puede ser un oscilador RC compuesto por una resistencia y un capacitor como también un cristal de cuarzo con una mayor precisión.
La arquitectura que compone un microcontrolador puede variar de uno a otro pero de manera general lo compone un CPU (una unidad central de procesamiento) que se encarga de realizar la lógica necesaria, la memoria ram conocido también como memoria volátil que almacena valores en tiempo de ejecución y la memoria rom que puede ser EEPROM o Flash EEPROM que puede almacenar información de manera permanente incluso si es desconectado el microcontrolador de la fuente de alimentación, la diferencia entre memoria EEPROM Y Flash EEPROM es la velocidad de almacenado.
Es el núcleo del microcontrolador y es el que se encarga de realizar la instrucciones lógicas grabas en memoria, es llamado el procesador o microprocesador, es posible conseguir el componente separado como puede ser por ejemplo el microprocesador z80, pero se debe completar con la memoria ram y rom por separado lo que un microcontrolador incluye en un solo chip esto es uno de los motivos por lo que se han vuelto populares, la cpu entre sus componentes principales podemos mencionar la unidad lógica aritmética ALU (en inglés) que se encarga de las operaciones matemáticas con bits, y el contador de programa que lleva la secuencia y permite los saltos de programa utilizando la memoria de pila que permite regresar a la posición deseada sin perder el control del programa, es necesario un circuito oscilador conocido como reloj que es el que permite llevar la secuencia del programa, un oscilador más rápido permite una mayor velocidad de procesamiento.
Es conocida como memoria volátil ya que mientras se ejecute el programa la información se mantendrá si es desconectada la fuente de alimentación toda la información se pierde, también es conocida como memoria de acceso aleatorio porque puede ser grabada sin ningún orden especifico, es utilizada para guardar información en tiempo de ejecución, al no almacenar datos de manera permanente es mucho mas rápida que la memoria rom, la forma de medición es en bytes las computadoras actuales permiten gigas de información pero a nivel de un microcontrolador se utilizan bytes o kilobytes, siempre se recomiendan técnicas de programación para optimizar ram como por ejemplo punteros en lenguaje c ya que es un recurso valioso para el microcontrolador.
La memoria interna del microcontrolador es de tipo no volátil, es así porque no se borra al ser desconectada de la fuente de alimentación, en esta se almacena el programa que debe ser ejecutado por el cpu, también se almacena información entre bytes o kilobytes dependiendo del modelo de microcontrolador, aparte se encuentra la memoria rom conocida como memoria EEPROM aunque en realidad tanto la memoria interna como la memoria EEPROM utilizan la misma tecnología que es llamada EEPROM, al almacenar la información de manera permanente es mucho más lenta que la memoria ram en ocasiones se debe realizar una pausa para asegurarnos que la información se almacenó correctamente, por lo general la memoria EEPROM tiene un espacio menos espacio llegando a ser en bytes, pero es posible expandir la con memorias externas de gran tamaño.
Un microcontrolador puede disponer de varios pines dependiendo de la familia y la serie del mismo, estos pines pueden ser digitales o análogos y en algunos caso poseer características únicas como enviar un pulso con modulación PWM (en inglés), detectar eventos conocido interrupciones así como también puede ser utilizados para realizar una comunicación por puerto serial, todas estas configuraciones las debemos realizar por medio de programación, cuando un pin es utilizado como digital, este puede ser entrada o salida siendo 5 voltios un 1 y tierra un 0, si un pin es utilizado como análogo, este solo puede ser utilizado como entrada porque su fin en medir señales de voltaje, convirtiéndose en un convertidor análogo a digital, en el mayoría de microcontroladores un pin puede ser utilizado de cualquier forma ya sea entrada o salida digital, convertidor análogo, o alguna característica especial si es el caso, dejando la configuración al programador.
Teniendo más claro el concepto de un microcontrolador podes ver como funciona Arduino y sus principales ventajas, básicamente Arduino es un microcontrolador soldado a una placa con todos los componente necesarios para funcionar, así como también una conexión usb para ser programado y conectores de cada pin para se utilizados de manera más fácil.
Por ejemplo podemos comparar Arduino Uno con Arduino Atmega 2560, para ver lo que hace especial uno de otro, primero veamos las características principales de arduino uno:
Ahora veamos las características de Arduino atmega 2560:
Como podrás notar hay una clara diferencia, en memoria interna, ram y EEPROM también en el número de pines. Es así porque Arduino Atmega 2560 es una actualización de Arduino uno, y es válido pensar que Arduino Atmega 2560 es mejor opción, pero en algunos casos nuestro proyecto puede ser muy simple por lo que un Arduino uno seria una mejor opción ya que no necesitamos tantos recursos para hacerlo, también cabe mencionar que cada Arduino funciona con un reloj de 16mhz lo cual no esta mal pero si comparamos el microcontrolador con otro este es un detalle a considerar porque es la velocidad de procesamiento.
De esta manera podemos estar seguro que arduino usar, según nuestras necesidades o presupuesto, y así estar listos para comenzar a programar. Lo que veremos en el siguiente artículo.
