LABORATORIO NRO. 8

ELECTRÓNICA DIGITAL

LABORATORIO Nº 8

MÚSICA CON ARDUINO

1. CAPACIDAD TERMINAL

• Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.
• Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.
• Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

2. COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA SESIÓN:

• Programación de tonos musicales.
• Creación de nuevos bloques.

3. MARCO TEÓRICO:

¿Que es un Arduino ?

Es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos.
Arduino puede “sentir” el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos. El microcontrolador de la placa se programa usando el “Arduino Programming Language y el “Arduino Development Environment” . Los proyectos de Arduino pueden ser autonomos o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador.
Las placas se pueden ensamblar a mano o encargarlas preensambladas; el software se puede descargar gratuitamente. Los diseños de referencia del hardware  están disponibles bajo licencia open-source, por lo que eres libre de adaptarlas a tus necesidades.
Si entre tus inquietudes está descubrir qué es la programación con arduino y para qué se utiliza, acabas de llegar al lugar indicado para poner fin a todas tus dudas. Y es que el arduino es nada más y nada menos que una placa basada en un microcontrolador, concretamente un ATMEL.
Pero, ¿qué es un microcontrolador? Se trata de una plataforma de hardware libre. Cuenta con un circuito integrado mediante el cual se pueden grabar instrucciones. A su vez, estas instrucciones se escriben usando un lenguaje de programación que permite al usuario establecer programas que interactúan con circuitos electrónicos.
El arduino es una placa que tiene todos los elementos necesarios para conectar periféricos a las entradas y salidas de un microcontrolador. Es decir, es una placa impresa con los componentes necesarios para que funcione el microcontrolador y su comunicación con un ordenador a través de la comunicación serial.

¿Cómo funciona el Arduino?

Las funciones de Arduino, como ocurre con la mayoría de las placas de microcontroladores, se pueden resumir en 3 factores:
Cuenta con una interfaz de entrada. Esta puede estar directamente unida a los periféricos , o conectarse a ellos a través de puertos.
La interfaz de entrada tiene como objetivo trasladar la información al microcontrolador. El microcontrolador es la pieza que se encarga de procesar esos datos. Además, varía dependiendo de las necesidades del proyecto en el que se desee usar la placa, y existe una gran variedad de fabricantes y versiones disponibles.
También cuenta con interfaz de salida. Este se encarga de llevar la información procesada a los periféricos autorizados de hacer el uso final de esos datos. En algunos casos puede tratarse de otra placa en la que se centraliza y procesa la información de forma totalmente renovada, o sencillamente, puede ser una pantalla o un altavoz encargado de mostrar la versión final de los datos.
Lenguaje de la programación con Arduino: C++
¿Qué lenguaje utiliza este tipo de programación?

La plataforma Arduino se programa con un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel Processing, lo que significa que es similar a C++.
¿Qué quiere decir esto? 

Que se trata de un lenguaje de programación de propósito general asociado a un sistema operativo llamado UNIX.
Este lenguaje de medio nivel, trata con objetos básicos como caracteres, números, bits y direcciones de memoria, entre otros.
Este tipo de lenguaje posee una gran portabilidad. Gracias a ello se suele utilizar para la programación de sistemas como la construcción de intérpretes, compiladores, y editores de texto.

Musica con Arduino

Crear música con Arduino o sonidos sueltos es relativamente fácil y suele ser una práctica muy interesante para hacer con alumnos que están empezando a familiarizarse con la programación.
En principio únicamente vamos a necesitar un zumbador piezoeléctrico y la placa de Arduino para poder generar música con Arduino. Una vez se comprende la generación de sonidos se pueden realizar proyectos más complejos implementando un pequeño instrumento electrónico donde le podamos indicar notas mediante teclas, sensores capacitivos, sensores de ultrasonidos, etc.
Un zumbador piezoaeléctrico consigue generar un sonido al vibrar en la frecuencia de la señal eléctrica que recibe. El valor en frecuencia de la señal determinará el tono en el que suene el piezoeléctrico. Es un sonido de muy baja calidad pero vamos a poder generar notas y con ello música.

mBot está equipado con un pequeño "Buzzer" que puede ayudarnos a emitir sonidos con un tono concreto, donde se puede programar y hacer sonar música.

Se puede cambiar la nota de duración en el zumbador

Imagen tomada realizando las pruebas con el potenciómetro, el cual variará la tonalidad del sonido, dependiendo del sonido programado para cada parámetro en cuestión de Ohmios

4. VIDEO DEMOSTRATIVO

5. OBSERVACIONES:

•  Se observó que el módulo que contiene las entradas ya sea para el arduino, también tiene una entrada para reproducir música, se le puede encontrar como Speaker.
• La música puede también variar su tonalidad dependiendo de la resistencia que se le agrega, la cual fue ya vista con el potenciómetro.
• El cableado debe conectarse y sacarse con cuidado pues se pueden encontrar módulos las cuales tengan entradas rotas debido a que el conductor se quedó atrapado dentro.

6. CONCLUSIONES

• La tonalidad de la música varía dependiendo de la intensidad proporcionada en ella, lo cual puede variar dependiendo de la carga, lo que podría afectar a los sonidos reproducidos.
• La música es programable, a tal punto que se puede crear melodías perfectas de cualquier tono.
• El programa mBlock tiene varias opciones, entre una de ellas se encuentra la opción para crear sonidos en distintos tiempos, ya sea de la programación.

7. FOTO GRUPAL:

• Bramon Vilca, Víctor Sthib
• Cutipa Arivilca, José Eduardo
• Sánchez Polanco, Bruno Daniel

LABORATORIO NRO. 7

ELECTRÓNICA DIGITAL

LABORATORIO Nº 7

SENSORES Y ACTUADORES DIGITALES CON ARDUINO

1. CAPACIDAD TERMINAL

• Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital. 
• Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información. 
• Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

2. COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA SESIÓN:

• Programación de sensores digitales con Arduino. 
• Programación de actuadores digitales con Arduino. 
• Implementación de proyecto con sensores y actuadores digitales.

3. MARCO TEÓRICO:
Sensores:
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad o un sensor capacitivo), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Los sensores se pueden clasificar en función de los datos de salida en:

• Digitales 
• Analógicos 
• Comunicación por Bus 

A la hora de elegir un sensor, debemos leer detenidamente las características y elegir uno que sea compatible con nuestro sistema (tensión y voltaje) y que sea sencillo de usar o nos faciliten una librería sencilla y potente. En su forma más abstracta, un sensor no es más que una caja negra que transduce un estado físico que queremos monitorear en una propiedad eléctrica que podemos medir. Puede ser tan simple como un conjunto de contactos que cambian entre abierto y cortocircuito cuando pulsamos un botón o abrimos una ventana. Puede ser un potenciómetro que cambia la resistencia cuando un humano gira un dial o un robot extiende un brazo.También puede ser tan complicado como un circuito integrado que detecta la aceleración y el magnetismo a lo largo de tres ejes para determinar la orientación, la aceleración y el rumbo de la brújula hacia su dispositivo IoT.


Un sensor tiene tres parámetros fundamentales, el rango (valores entre los que puede medir), la resolución (la variación mínima que puede detectar) y la sensibilidad (lo que varía la magnitud de salida en relación con la variación de la magnitud medida).


Los sensores se clasifican atendiendo a varios criterios, como:
Por la señal que emiten, tenemos analógicos y digitales (o discretos)

Por la influencia que tienen sobre el proceso, tenemos sensores pasivos cuando no influyen, o activos cuando absorben energía

Por los parámetros que pueden variar en el sensor pueden ser mecánicos, eléctricos, electromagnéticos, ópticos.


Pero el análisis más usual es por el tipo de magnitud que pueden medir.

SENSORES DE VELOCIDAD Son también conocidos como sensores taco métricos, y pueden ser de tres tipos: Sensores inductivos Idénticos a los vistos anteriormente, unidos a un contador, que analiza cuántas señales se producen en un segundo. Sensores ópticos De forma similar a los sensores de posición, un emisor y un receptor están separados por una rueda perforada que puede girar. Se cuenta cada impulso de luz que recibe el receptor durante un segundo, obteniendo la velocidad. Tacogeneradores Son pequeñas dinamos que obtienen un voltaje en función de la velocidad de giro. Este sistema es ampliamente usado en sistemas como los anemómetros, para medir la velocidad del viento. SENSORES DE TEMPERATURA Para esta misión, además de los conocidos termómetros de mercurio, hay otros tres tipos básicos: Termistor NTC Es una resistencia que disminuye su valor óhmico al aumentar la temperatura según una función exponencial. Termostato bimetálico Son dos pacas metálicas unidas que tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica. Cuando se calientan, una lámina se dilata más que la otra, produciendo el arqueamiento de ambas. Con esta deformación se puede abrir o cerrar un circuito eléctrico. Con un tornillo que regula la fuerza que debe ejercer el bimetal para combarse se puede regular la temperatura a la que se produce la desconexión. Es el clásico control de la calefacción o de las planchas eléctricas. Termopar En este caso se sueldan los extremos de dos metales diferentes, y esta unión actúa como sonda. El funcionamiento del termopar se basa en que la movilidad de los electrones es distinta en cada metal. Si los extremos opuestos también están unidos y a una temperatura conocida, las distintas movilidades producen un voltaje tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas entre los extremos. SENSORES DE PRESIÓN Tubo en U El líquido que hay en la rama con mayor altura compensa, con su peso, la mayor presión en la rama opuesta. Por su naturaleza, se puede emplear también en la comparación de dos presiones. El tubo en U es un aparato sencillo, pero es la base de sensores más sofisticados, como pueden ser los tubos Pitot, que se usan para medir la velocidad en los aviones. Tubo Bourdon y Cápsula anaeroide Son sensores que tienen dos cámaras, una de ellas conectada a la presión a medir y la otra a una presión conocida, normalmente la atmosférica. Con la diferencia de presiones se produce un desplazamiento que se puede medir con palancas, engranajes, sensores de desplazamiento.

Actuadores
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre elemento externo. Este recibe la orden de un regulador, controlador o en nuestro caso un Arduino y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.


Existen varios tipos de actuadores como son:
Electrónicos
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos
Motores
Bombas

Funcionamiento del actuador Rotatorio

 El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º, por ejemplo 180º; y de actuadores multivuelta, para válvulas lineales que poseen un eje de tornillo o que requieren de múltiples vueltas para ser actuados.

Actuadores electrónicos
Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.


Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión.


Actuadores neumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.


Actuadores eléctricos


La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.

Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.

4. VIDEO DEMOSTRATIVO

5. OBSERVACIONES:

•  Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. 
• Los sensores se pueden clasificar en función de los datos de salida en Digitales, Analógicos y Comunicación por Bus.
• A la hora de elegir un sensor, debemos leer detenidamente las características y elegir uno que sea compatible con nuestro sistema (tensión y voltaje) y que sea sencillo de usar o nos faciliten una librería sencilla y potente.

6. CONCLUSIONES

• Creamos un prototipo de semáforo con contador utilizando el arduino.
• Logramos entender la logica de un contador, ya sea ascendente o descendente.
• Se logró programar un circuito con sensores.
• Se hizo reconocimiento de los dispositivos y del software arduino.

7. FOTO GRUPAL:

• Bramon Vilca, Víctor Sthib
• Cutipa Arivilca, José Eduardo
• Sánchez Polanco, Bruno Daniel

LABORATORIO NRO. 6

ELECTRÓNICA DIGITAL

LABORATORIO Nº 6

PROGRAMACIÓN DE ARDUINO

1. CAPACIDAD TERMINAL

• Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.
• Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.
• Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

2. COMPETENCIA ESPECIFICA DE LA SESIÓN:

• Programar la tarjeta ARDUINO UNO utilizando un lenguaje gráfico y comparar con lengua de texto.
• Conocer el entorno de mBlock y todas sus posibilidades.
• Realizar programación básica utilizando software mencionado.

3. MARCO TEÓRICO:

Programación de un arduino

La programación de Arduino es la programación de un microcontrolador. Esto era algo más de los ingenieros electrónicos, pero Arduino lo ha extendido a todo el público. Arduino ha socializado la tecnología.

Programar Arduino consiste en traducir a líneas de código las tareas automatizadas que queremos hacer leyendo de los sensores y en función de las condiciones del entorno programar la interacción con el mundo exterior mediante unos actuadores.

Arduino proporciona un entorno de programación sencillo y potente para programar, pero además incluye las herramientas necesarias para compilar el programa y “quemar” el programa ya compilado en la memoria flash del microcontrolador. Además el  IDE nos ofrece un sistema de gestión de librerías y placas muy práctico. Como IDE es un software sencillo que carece de funciones avanzadas típicas de otros IDEs, pero suficiente para programar.

¿Para qué sirve Arduino? 

Arduino se puede utilizar para desarrollar elementos autónomos, conectándose a dispositivos e interactuar tanto con el hardware como con el software. Nos sirve tanto para controlar un elemento, pongamos por ejemplo un motor que nos suba o baje una persiana basada en la luz existente es una habitación, gracias a un sensor de luz conectado al Arduino, o bien para leer la información de una fuente, como puede ser un teclado, y convertir la información en una acción como puede ser encender una luz y pasar por un display lo tecleado.

HW Arduino

El HW de Arduino es básicamente una placa con un microcontrolador. Un microcontrolador (abreviado µC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

Características de un Microcontrolador:

• Velocidad del reloj u oscilador
• Tamaño de palabra
• Memoria: SRAM, Flash, EEPROM, ROM, etc..
• I/O Digitales
• Entradas Analógicas
• Salidas analógicas (PWM)
• DAC (Digital to Analog Converter)
• ADC (Analog to Digital Converter)
• Buses
• UART
• Otras comunicaciones.

Prueba laboratorio.

4. VIDEO DEMOSTRATIVO

5. OBSERVACIONES:

• El circuito estuvo un poco complicado por la confusión al conectar el cable.
• El programa se tuvo que descargar en un simulador de windows.
• El programa de simulación no salía por el contador, estaba mal calculado.
• El límite del contador es el F.
• Se demoró en el laboratorio pues no había una versión buena del programa requerido.

6. CONCLUSIONES

• La programación es similar a un lenguaje de alto nivel, sin embargo no es tan complejo de comprender, básicamente está en inglés.
• El arduino consiste en una placa con un controlador y un entorno de desarrollo y bajo costo nos permiten hacer varias tareas.
• El arduino es una herramienta muy importante en los equipos que pueden detectar o controlar sensores, luminarias, motores, etc.
• El arduino consiste en códigos que simplifican el proceso de trabajar con micro controladores.
• El arduino ha ayudado bastante al mundo actual con la gran tecnología existente el día de hoy.

7. FOTO GRUPAL:

• Bramon Vilca, Víctor Sthib
• Cutipa Arivilca, José Eduardo
• Sánchez Polanco, Bruno Daniel

LABORATORIO NRO. 5

ELECTRÓNICA DIGITAL

LABORATORIO Nº 5

TEMPORIZADORES Y GENERADORES 
DE CLOCK

1. CAPACIDAD TERMINAL

• Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.
• Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.
• Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

2. COMPETENCIA ESPECIFICA DE LA SESIÓN:

• Implementación de circuitos temporizadores.
• Implementación de circuitos generadores de clock.
• Implementación de circuito contador utilizando temporizadores y generadores de clock.

3. MARCO TEÓRICO:

3.1 Generador de clock: Se le conoce así al componente que produce impulsos con una determinada frecuencia, este generador suele servir como un controlador en una unidad funcional.

3.2 Composición: Es un multivibrador de corriente, el generador en ordenadores y en relojes suele ser un oscilador de cristal. En los automóviles el generador de clock para las luces intermitentes suele ser un reé con un temporizador.

3.3 Temporizador 555: Es un circuito integrado cuya función principal es producir impulsos de temporización con presición, entre sus funciones secundarias están la de oscilador , divisor de frecuencia, modulador o generador.
Este circuito integrado incorpora dentro de si, dos comparadores de voltaje, un flip flop, una tapa de salida de corriente, un divisor de voltaje por resistor y un transistor de descarga.
El 555 tiene diversas aplicaciones, como: Control de sistemas secuenciales, divisor de frecuencias, modulación por ancho de pulso, generación de tiempos de retraso, repetición de pulsos, etc.

 3.3.1 Funcionamiento:
Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales 8 (+Vcc) y 1(GND) tierra; el voltaje de la fuente va desde los 5 voltios hasta 15 voltios de corriente continua, la misma fuente se conecta a un circuito pasivo RC, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una señal de voltaje que esta en función del tiempo, esta señal de tensión es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal 2 (TRIGGER) que es la entrada de un comparador.
La terminal 6 (THRESHOLD) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que le sirve de disparo.
La terminal 5(CONTROL VOLTAGE) se dispone para producir modulación por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal 7 (DISCHARGE), se descarga cuando el transistor (NPN) T1, se encuentra en saturación, se puede descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarización del transistor (PNP) T2.
Se dispone de la base de T2 en la terminal 4 (RESET) del circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee.
La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da más versatilidad al circuito de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al nivel de tierra es de 200 mA.
La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al Reset y Set del FF tipo SR respectivamente, la salida del FF-SR actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente (Buffer), mientras que en la terminal 6 el nivel de tensión sea más pequeño que el nivel de voltaje contra el que se compara la entrada Reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el nivel de tensión presente en la terminal 2 sea más grande que el nivel de tensión contra el que se compara la entrada Set del FF-SR no se activará.
3.4 Contadores de rizado: Son dispositivos contadores que tienen conectados los flip flops en forma asíncrona, es decir, que no,tienen conectadas las entradas de reloj (CLK) en paralelo, sino que tiene que esperar que el primer flip flop, al activarse por el pulso conmute generando una salida, la cual active o coloque en modo de conmutación al siguiente flip flop, el cual con el siguiente pulso conmuta activando al siguiente y asi sucesivamente. El modo de conmutación en los flip flop se consigue colocando las entradas J y K en ALTA (1 lógico).

El módulo de un contador está determinado por la cuenta máxima a la que es diseñado, es decir, si el contador es diseñado para que cuente de 0.

Armado del circuito astable

Pruebas con el Osciloscopio

Con 1 ms

Con 10 µs

Con 1 s

Armado del circuito monoestable

Funcionamiento en máximo

Funcionamiento en mínimo

4. VIDEO DEMOSTRATIVO

5. OBSERVACIONES:

• Los tipos de Multivibrador Mono estable, versión pulsador tiene dos estados mínimo y máximo, variando su tiempo de duración de estado.
• Podemos cerrar o abrir circuitos con salidas de circuitos combinacionales.
• Si al circuito se le aumenta de valor las resistencias, el LED parpadeará más lento.

6. CONCLUSIONES

• Comprobamos el circuito integrado 555 siendo un contador de una sola cifra.
• Comprobamos que el multivibrador astable se caracteriza por una salida de onda cuadrada.
• Se lograron implementar circuitos generadores de clock sin dificultades.
• Se logró implementar circuito contador utilizando los temporizadores y generadores de clock.

7. FOTO GRUPAL:

• Bramon Vilca, Víctor Sthib
• Cutipa Arivilca, José Eduardo
• Sánchez Polanco, Bruno Daniel