Video 12: Interruptores y pulsadores externos
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Utilizaremos interruptores y pulsadores externos para introducir bits en nuestros circuitos digitales. Aprenderemos las diferentes formas de conexión, y construiremos paneles de control con ellos
Academia-Jedi-HW-12.zip: Colección para este tutorial. Descargar e instalar
- Introducción
- Pulsadores externos
- Interruptores externos
- Paneles personalizados
- Ejemplo 1: Pulsador, Interruptor y LEDs
- Ejemplo 2: Tres interruptores y LEDs
- Ejemplo 3: Apertura de una cerradura con clave
- Ejercicios propuestos (16 Bitpoints)
- Ejercicios entregados
- Autor
- Licencia
- Enlaces
- FAQs
Para introducir bits en nuestros circuitos digitales usamos periféricos de entrada, como pulsadores, interruptores, sensores de Infrarrojos, etc. Se conectan a las entradas del circuito. El circuito lee estos bits, y realiza las operaciones de manipulación, transporte y almacenamiento. Finalmente saca bits por sus salidas para que lleguen a los periféricos de salida, como LEDs, servos, zumbadores, etc.
En este tutorial nos centraremos en los interruptores y pulsadores. Tanto los pulsadores como los interruptores pueden estar en dos posiciones, en una de ellas envían un bit a 0 y en la otra un bit a 1. La diferencia está en que en los pulsadores, uno de las posiciones es temporal, o no estable, mientras que en el interruptor ambas son estables
El pulsador cuando está en reposo se encuentra en su posición estable. Nosotros usaremos esta posición para transmitir el bit 0: que significa pulsador NO apretado. Al apretarlo con el dedo envía un 1, y permanece en esa posición de forma temporal, mientras mantengamos el dedo haciendo fuerza. En el momento en que quitamos el dedo, el pulsador volverá automáticamente a su posición de reposo
Su funcionamiento se muestra en esta animación:
Los interruptores tiene dos posiciones estables: una vez que están en una posición, permanecen en ella hasta que volvamos a ejercer fuerza para cambiarla. A diferencia de los pulsadores, NO cambian al dejar de ejercer esta fuerza.
El que la posición de la derecha sea un 0 ó un 1 dependerá de cómo hagamos las conexiones. Todas las combinaciones son posibles. En esta animación podemos ver su funcionamiento
Los interruptores y los pulsadores los podemos conectar tanto a los pines de 3.3v (GPx) como a los pines de 5v (Dx) de la Icezum Alhambra. Según dónde se conecten, tendremos que modificar el valor de la resistencia
Los pulsadores se conectan mediante el siguiete esquema, donde el valor de la resistencia R depende del pin de la FPGA que usemos para la conexión
Con este esquema tenemos un pulsador que envía un 0 cuando NO está pulsado. Si sabes electrónica analógica, la resistencia es de *pull-down. Si conectamos una de pull-up el comportamiento será el inverso: el pulsador envíaría un 1 cuando NO está puslado
Cuando lo conectamos a los pines de 3.3v de la Icezum Alhambra (GPx), los valores típicos de la resistencia que usaremos serán entre 1K y 100K
En este ejemplo se puede ver el montaje de un pulsador conectado al pin GP0, usando una resistencia de 10K
El cable rojo está conectado a la salida de 3.3v de la Icezum Alhambra, el negro a cualquier de los de GND y el amarillo al pin GP0
Y este es el montaje real
Para la conexión a los pines de 5v, usamos el mismo esquema que para los de 3.3v pero la resistencia de pull-down tiene que estar entre 470ohm y 2K. El valor recomendado es de 1K
Este valor de las resistencias es debido al convertidor de niveles de 5v a 3.3v. Los pines de 5v no salen directamente de la FPGA, sino que pasan por un convertidor. Para que se configure correctamente como una entrada la resistencia de pull-down debe tener, típicamente, esos valores
El esquema de conexionado de un pulsador externo al pin D0 de la Icezum Alhambra se muestra en este dibujo hecho con Fritzzing. Se ha utilizado una resistencia de 1K
Y este es el montaje real:
También podemos hacer nuestros pulsadores externos con la impresoras 3D. Este es el PCBPrint Alhambra Button, que incluye un pulsador. Todas las instrucciones de montaje se encuentra en el enlace de la placa
En esta foto vemos el pulsador conectado al pin D0 de la Icezum Alhambra:
Puedes encontrar más PCBPrints en el repositorio
Los interruptores típicamente tiene 3 pines. Uno es el común, que se conecta a alguno de los otros dos según en la posición en la que se encuentre. El esquema de conexión genérico es:
En este interruptor, el pin común es el del centro, y es el que se conecta directamente al pin de la FPGA. Por otro pin se introduce GND y por el último la alimentación, que dependerá del tipo de pin de la FPGa al que nos conectemos. Introduciremos 5v ó 3.3v. Seún la posición donde esté colocado el interruptor, a la FPGA le llegará la señal GND (0) ó la de alimentación (1)
Este es un ejemplo de conexión de un interruptor al pin GP0 de la Icezum Alhambra. La pata común del interruptor es la del centro, que se conecta directamente a GP0. La pata de la derecha se conecta a GND y la de la izquierda a 3.3v.
¡Cuidado! Es un pin de 3.3v. ¡NO CONECTARLO A 5V!
En esta foto se muestra el montaje real:
Este es el esquema para conectar un interruptor a los pines de 5v de la Icezum alhambra. Lo implementaremos de dos maneras, con placa entrenadora y con una PCBPrint
Este es el esquema en Fritzzing. Es muy parecido al interruptor para 3.3v, pero conectando ahora al pin D0 en vez del GP0 y al de 5v en vez del al de 3.3v
Y esta es una foto del montaje real:
Una opción muy cómoda es hacernos nuestras propias placas con interruptor externo con la impresora 3D. Una de estas placas es la Alhambra Switch, pero puedes encontrar más en el repositorio de los PCBPrints
En esta foto vemos la Alhambra switch conectada al pin D0 de la Icezum Alhambra:
i
c Ya hemos visto algunos periféricos con los que empezar a montar paneles de control para propar nuestros circuitos circuitos. Utilizaremos una base de corcho donde colaremos los elementos con chinchetas
Usaremos piezas impresas en 3D para fijar los elementos al panel. Todos los que se muestran a continuación se han diseñado con FreeCAD
| Pieza | Descripción |
|---|---|
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Soporte para Icezum Alhambra. Coloca la Icezum Alhambra en su base y sujétala al corcho usando fíjadores de esquina |
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Soporte para Servo Futaba 3003. Base para dar estabilidad al servo. Sujétala al corcho usando fijadores de esquina |
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Puntero para Servo Futaba 3003. Muy útil para ver cómo ha girado el servo |
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Clavijas de amarre para servos. Fija otras piezas a los servos, sin usar tornillos |
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Tablero indicador para servo. Mostrar las dos posiciones del servobit de 180 grados. Fijado al servo a través de clavijas de amarre |
 |
Fijador de esquinas. Amarra al corcho cualquier pieza con esquinas |
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Fijador de cables. Mantén los cables fijados al corcho y bien ordenados :-) |
 |
Fijador de placas. Fija los PCBprints y otras placas al corcho |
Este es un ejemplo de panel para hacer pruebas
Tiene dos pulsadores, tres interruptores y un servo. Tanto la icezum Alhambra como el servo están amarrados mediante fijadores de esquinas y los PCBprints con fijadores de placas
En este primer ejemplo conectadores un Interruptor y un pulsador externos en los pines de 5v D12 y D13. Haremos un circuito para que enciendan los LEDS 7 y 0 respectivamente. Este es el panel creado para probarlo:
El circuito en Icestudio ya lo sabemos hacer. La única novedad es que elegimos los pines de entrada D13 y D12 para el pulsador y el interruptor respectivamente
Cargamos el ejemplo en la placa y lo probamos. En esta animación vemos el funcionamiento: Con el interruptor encendemos el LED 0 y con el pulsador el LED 7 (ambas cosas se pueden hacer a la vez, por supuesto)
En este ejemplo conectaremos tres interruptores a los pines D13, D12 y D11 y los usaremos para encender seis LEDS, dos por cada interruptor. El panel es el siguiente:
En el circuito conectaremos el primer interruptor a los LEDs 7 y 6, el segundo a 4 y 3, y el tercero a los LEDs 1 y 0
Lo cargamos para probarlo. En esta animación se muestra su funcionamiento:
Utilizando los interruptores, ya podemos introducir números binarios en nuestros circuitos
Utilizamores 3 interruptores para introducir un código de 3 bits. Al apretar un pulsador se moverá un servo si el código es el correcto, simulando que es la apertura de la caja fuerte. El código para abrir la caja fuerte será 111. Es decir, los tres switches a 1. En los LEDs se mostrará el estado de los interruptores, igual que en el ejemplo 2
El panel es el siguiente
Para implementar el circuito, utilizaremos dos puertas AND para saber si el código es el correcto. Se activará la señal final si todos los interruptores están a 1. La cerradura se abrirá si el código es correcto Y se ha apretado el pulsador, por lo que utilizaremos una tercera puerta AND
Cargamos el circuito y lo probamos. En esta animación se muestra el funcionamiento
Al soltar el pulsador, la cerradura vuelve a su posición inicial. Lo suyo sería que se quedase abierta durante un tiempo, o hasta que apretásemos otro pulsador. Pero para ello necesitamos almacenar bits, que todavía no sabemos :-)
Ver los detalles de los ejercicios y las entregas en el menú Archivos/Ejemplos/2-Ejercicios de la colección de este tutorial
Resumen:
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Ejercicio 1 (Total 5 Bitpoints): Utilizar un interruptor y pulsador externos para controlar a Franky. Diseñar un circuito digital para que Franky mueva la cabeza a derecha o izquierda según el estado del interruptor. Al apretar el pulsador ambos ojos parpadearán con una frecuencia de 10Hz. Con esto convertimos a Franky en un robot defensivo. Con sus ráfagas láser dispara a los enemigos, que le vienen por la derecha y la izquierda :-)
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Ejercicio 2 (Total 3 Bitpoints): Hacer un circuito digital con un pulsador externo para abrir y cerrar la barrera. Al apretarlo se abre, y al soltarlo se cierra. Añadir un interruptor externo para habilitar / deshabilitar el control manual de la barrera. Sólo funcionará el pulsador cuando el interruptor está a 1. Cuando esté a 0 la barrera estará bloqueda, y aunque se apriete el pulsador, NO se abrirá
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Ejercicio 3 (Total 5 Bitpoints): Hacer un circuito digital para controlar la apertura de una caja fuerte. Hay tres interruptores externos para introducir la clave. Hay un pulsador externo para abrir la caja. Sólo se abrirá si la clave introducida en los interruptores es la correcta. Esta clave será 101 (Interruptores primero y tercero a 1, y el segundo a cero). Cuando la clave es la correcta y se aprieta el pulsador, se moverá un servo que simula el cierre de la caja. Al soltar el pulsador el servo volverá a su posición inicial
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Ejercicio 4 (3 Bitpoints). Ejercicio Libre. Premiar la creatividad. Entregar por redes sociales o github: Pantallazos, enlaces, vídeos, etc...
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- Juan González-Gómez (Obijuan)
- Repositorio con las colecciones de la Academia Jedi de Hardware
- BricoGeek. Tienda Friki donde comprar componentes electrónicos
- Repositorio de la Icezum Alhambra
- Documentación de la Icezum Alhambra: (PNG)(SVG)(PDF)
- Icestudio
- Monedas Bit imprimibles
- Printbot Beetle
- Ultimate Gripper
- Pinza paralela
- Robot Educativo Zowi
- Qué es PWM y para qué sirve. Entrada en el bloq de Rincón Ingenieril
- Repositorio de PCBPrints
- PCBPrint Alhambra-Button
- PCBPrint Alhambra Switch
- Soporte Icezum Alhambra
- Soporte para Servo Futaba 3003
- Puntero para servo Futaba 3003
- Clavijas de amarre para servos
- Tablero indicador binario para servo
- Fijador de esquinas
- Fijador de cables
- Fijador de placas
- ¿Dónde puedo conseguir la placa Icezum Alhambra?
Pueden conseguir una desde Alhambrabits
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¿Dónde puedo comprar material electrónico?. Hay muchos sitios. Uno muy bueno es Bricogeek
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¿Cómo aprendo a manejar github?
Hay mucha información en internet. En su momento hice este Tutorial: Github y FreeCAD para enseñar a manejarlo. Los ejemplos están hechos con ficheros de FreeCAD, sin embargo, lo que se enseña es genérico. También vale para las entregas de los ejercicios del tutorial de Electrónica digital para makers
- Los pulsadores de la Icezum Alhambra no me funcionan
Eso es debido a que se han metido restos de flux y no hacen buen contacto. En el apartado ¡No me funcionan los pulsadores! del Tutorial 9 se indica cómo solucionarlo fácilmente
- ¿Dónde puedo encontrar más información sobre las señales PWM?
Echa un vistazo a este post de Rincón Ingenieril sobre el tema
- He conectado un pulsador externo pero no me funciona. He hecho un circuito para conectar el botón con un led, y al apretar se enciende el LED, pero luego no se apaga. NO funciona bien
Los pulsadores externos que se conecten a los pines de 5v de la Alhambra (D0 - D13) tiene que llevar una resistencia de pull-up o pull-down con valores entre 470 ohm y 2K. Típicamente usamos 1K. Esto hace que los conversores de nivel se configuren como entradas y que el pulsador funcione correctamente
Puedes encontrar más información En este enlace