Las entradas/salidas

Introducción

Los microcontroladores cada vez están más extendidos en nuestro mundo cotidiano. La simplicidad en su puesta en marcha y programación hace que se utilicen en los ámbitos más variados, desde la automoción hasta los electrodomésticos. Su principal fortaleza reside en su capacidad para comunicarse con el mundo exterior. Con frecuencia, estos microcontroladores están acoplados a diversos captadores o interruptores, por los que recogen información. Esta información se procesa, a continuación, y se reutiliza para manipular los motores, diodos o comandos diversos.

Esta capacidad de comunicarse proviene de las entradas/salidas que tienen. Cada microcontrolador dispone de algunas entradas y salidas, habitualmente de varios tipos diferentes. Las tarjetas Arduino, equipadas con el microcontrolador ATmega, no son una excepción a la regla. Su acceso es, si cabe, más sencillo porque estas tarjetas utilizan conectores estándares que permiten realizar conexiones rápidas y sin soldadura.

Figura 1: Conector hembra estándar para Arduino

Este capítulo presentará las diferentes entradas/salidas existentes en las tarjetas Arduino, sus límites y algunos ejemplos de utilización.

Los tipos de entradas

1. Las entradas digitales

Las entradas digitales son, con diferencia, las más extendidas en una tarjeta Arduino. También son las más utilizadas en las aplicaciones. Entre las aplicaciones más corrientes se encuentran la lectura de pulsadores, teclados e incluso simplemente de corrientes eléctricas. Son muy sencillas de implementar. Sin embargo, tienen algunas restricciones que hay que saber respetar, principalmente a nivel del umbral de la corriente a aplicar.

Estas entradas se utilizan para transmitir las señales lógicas. Estas señales solo pueden tomar dos valores, un nivel alto o un nivel bajo. El nivel alto se representa idealmente por una tensión positiva de 5 voltios, mientras que el nivel bajo se representa idealmente por una tensión nula. Sin embargo, estos niveles se pueden alcanzar por otros valores. De hecho, el nivel se considera como alto por el microcontrolador cuando la tensión es superior a 3V y se considera como bajo cuando la tensión es inferior a 1,5V. Todos los valores comprendidos entre estas dos tensiones no se pueden considerar como valores correctos, y el comportamiento de Arduino no se puede predecir en este caso.

Estos valores de tensión son diferentes en las tarjetas Arduino que funcionan con 3,3V. El nivel se considera alto por encima de 2V y bajo por debajo de 0,8V.

Además, estas entradas solo pueden soportar una corriente máxima de 40 mA. Es importante vigilar que se respeten estos límites para no dañar irreversiblemente la tarjeta Arduino.

Cuando los conectores digitales están configurados en modo entrada, se configuran en un estado de alta impedancia, esperando a leer un valor. Si no hay ningún circuito conectado a un conector en este estado, puede haber perturbaciones eléctricas ambientales. La lectura de un conector como este puede dar resultados aleatorios. Es importante conocer esta propiedad durante el uso de un interruptor. De hecho, cuando un interruptor está abierto, el conector al que está unido no está conectado a ningún circuito. La lectura de una aplicación como esta puede tener un comportamiento aleatorio. Un medio de resolver este problema consiste en el uso de una resistencia llamada de atracción.

Figura 2: Utilización de una resistencia de atracción

Figura 3: Utilización de una resistencia...

Los tipos de salida

1. Las salidas digitales

Las entradas digitales también pueden funcionar como salidas. Funcionan de manera similar, por lo que una salida digital tiene una corriente continua de 0V cuando el conector se configura con la constante LOW y 5V cuando se configura en modo HIGH. Cada uno de los conectores solo puede proporcionar máximos de 40 mA de corriente, y existe un límite para la totalidad de los conectores de la tarjeta, que solo pueden proporcionar en un instante dado 200 mA simultáneamente.

Estas salidas digitales pueden ser suficientes para alimentar algunos pequeños circuitos o para controlar relés o transistores. Una de las primeras aplicaciones más sencillas y que requiere tan solo unos pocos componentes es la alimentación de un diodo electroluminiscente. Los diodos se utilizan habitualmente en las aplicaciones, tanto con objetivos de visualización como decorativos. Estos diodos no se deben utilizar sin una resistencia en serie. La resistencia a utilizar depende del tipo de diodo que se usa. Cada diodo tiene una tensión de uso diferente y es necesario calcular la resistencia para cada diodo con una formula muy sencilla.

La tensión se suma en una conexión en serie. Por tanto, la tensión en los bornes de la alimentación es igual a la suma de las tensiones en los bornes de la resistencia y del diodo. Si la tensión en los bornes del diodo está...