Esta es la placa más clásica de todas, el Arduino UNO R3 es todo un veterano con características básicas interesantes para los amantes de la electrónica y la programación. Es ideal para utilizar en tus primeros para con la plataforma Arduino ya que es ampliamente utilizado y tiene una infinidad de ejemplos prácticos en Internet con casi cualquier sensor o actuador.

Es relativamente pequeña y gracias a su diseño, puede aguantar todo tipo de proyectos, incluso con principiantes. ¡Hemos visto placas llevar algún que otro "chispazo" y seguir funcionando por partes!

Su forma es lo que se llama R3, lo que significa que dispone de cientos de placas de expansión llamadas Shields que permite ampliar sus funcionalidades. Es desde luego el formato de placa más común en cuanto a accesorios y expansiones.

Pero primero, veamos en detalle sus características principales.

Características de Arduino UNO R3

Definición de pines y esquema del Arduino UNO R3

Gracias a esta imagen, puedes ver de un tirón para qué vale cada uno de sus pines. Es un esquema-chuleta muy práctica que siempre está bien tener a mano. Más abajo tienes unos enlaces donde si quieres lo puedes descargar en formato PDF para poder imprimirlo.

Cómo programar el Arduino UNO

El Arduino Uno se puede programar con el Software Arduino IDE. Para eso, debes seleccionar "Arduino Uno" en el menú Herramientas / Placa. El ATmega328 en Arduino Uno viene preprogramado con un bootloader que le permite cargar programar sin el uso de un programador de hardware externo. 

Se comunica usando el protocolo STK500 original. También puedes omitir el bootloader de arranque y programar el microcontrolador a través del conector ICSP (In Circuit Serial Programming) usando Arduino ISP o similar. 

Ésta operación borrará el bootloader de la placa y no podrás volver a cargar programas mediante el puerto USB.

Protección del bus USB

El Arduino Uno tiene un polifusible integrado que protege los puertos USB de tu ordenador ante cortocircuitos y sobrecorriente. Aunque la mayoría de los ordenadores proporcionan su propia protección interna, el fusible proporciona una capa adicional de protección. Si se aplican más de 500 mA al puerto USB, el fusible cortará automáticamente la conexión hasta que se elimine el cortocircuito o la sobrecarga.

Comunicación USB

El Arduino UNO no utiliza un conversor serial como el FTDI232. En su lugar, tiene otro pequeño microcontrolador Atmega16U2 programado como conversor USB-Serial. También se puede programar mediante ICSP para usos avanzados.

Cómo alimentar el Arduino UNO

La placa Arduino Uno se puede alimentar a través de la conexión USB o con una fuente de alimentación externa. La fuente de alimentación se selecciona automáticamente. La alimentación externa (no USB) puede provenir de un adaptador de corriente de pared o de una batería. 

El adaptador se puede conectar con un enchufe de centro positivo de 2,1 mm de diámetro en el conector Jack de alimentación de la placa. Los cables de una batería se pueden insertar en los cabezales de los pines GND y VIN del conector POWER. 

La placa puede funcionar con una fuente externa de 6 a 20 voltios. Sin embargo, si se alimenta con menos de 7 V, el pin de 5 V puede suministrar menos de cinco voltios y la placa puede volverse inestable. Si usas más de 12V, el regulador de voltaje puede sobrecalentarse y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios.

Desglose de pines de alimentación:

• VIN: El voltaje de entrada a la placa Arduino cuando está usando una fuente de alimentación externa (a diferencia de los 5 voltios de la conexión USB u otra fuente de alimentación regulada). Puedes suministrar voltaje a través de este pin o, si suministras voltaje a través del conector de alimentación, acceder a él a través de este pin.
• 5V: Este pin proporciona 5V regulados desde el regulador interno de la placa. La placa puede recibir alimentación desde el conector de alimentación DC (7 a 12 V), el conector USB (5 V) o el pin VIN de la placa (7-12 V). El suministro de voltaje a través de los pines de 5 V o 3,3 V puentea el regulador y puede dañar la placa si lo haces mal. Por lo tanto ese método alimentación no es recomendable
• 3V3: Proporciona 3.3 Voltios generado por el regulador integrado. El consumo máximo de corriente es 50 mA.
• GND: Pines negativos (masa)
• IOREF: Este pin en la placa Arduino proporciona la referencia de voltaje con la que opera el microcontrolador. Una shield configurada correctamente puede leer el voltaje del pin IOREF y seleccionar la fuente de alimentación adecuada o permitir que los conversores de voltaje (ADC) en las salidas funcionen con 5V o 3.3V.

Memoria Flash, RAM y EEPROM

El ATmega328 tiene 32 KB (0,5 KB ocupados por el gestor de arranque, bootloader) disponibles para almacenar el programa. También tiene 2 KB de SRAM (volátil) y 1 KB de EEPROM (permanente), que se puede leer y escribir con la librería EEPROM.

Mapa de pines del microcontrolador ATMega328 en Arduino

El mapa de pines es la correlación entre el nombre de un pin en el entorno de Arduino y su conexión física con el microcontrolador ATMega328. El mapa es idénticos en todos los modelos que tengas un microcontroladro ATMega8, ATMega168 y ATMega328.

Cada uno de los 14 pines digitales del Arduino Uno se pueden utilizar como entrada o salida, utilizando las funciones pinMode(), digitalWrite() y digitalRead(). Todos los pines funcionan a 5 Voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir 20 mA (como máximo) como condición de operación recomendada y tiene una resistencia de pull-up interna (desconectada por defecto) de 20 a 50k ohmios. 

Un máximo de 40 mA es el valor que no debe excederse en ningún pin para evitar daños permanentes al microcontrolador. Además, algunos pines tienen funciones especializadas:

• Serial: Pin 0 (RX) y 1 (TX): Se utiliza para recibir (RX) y transmitir (TX) datos por el puerto serie TTL. Estos pines están conectados a los pines correspondientes del chip serie ATmega8U2 USB a TTL.
• Interrupciones externas: Pin 2 y 3: Estos pines se pueden configurar para activar una interrupción en un valor bajo, un flanco ascendente o descendente o un cambio de valor. Suele utilizarse con la función attachInterrupt()
• PWM: Pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11: Proporcione una salida PWM con una resolución de 8 bits usando la función analogWrite().
• Bus SPI: Pines 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK): Estos pines permiten una comunicación SPI mediante la biblioteca SPI. Muchos dispositivos como pantallas LCD funcionan con éste tipo de bus. Además es un bus bastante rápido comparado con el I2C.
• LED: Pin 13: Hay un LED incorporado conectado al pin digital 13. Cuando el pin tiene un valor ALTO, el LED está encendido, cuando el pin está en BAJO, está apagado.
• Bus I2C: pin A4 (SDA) y pin A5 (SCL): También llamado TWI, permite una comunicación I2C utilizando la biblioteca Wire. Una gran cantidad de sensores utilizan éste tipo de bus I2C y funciona con hasta 128 dispositivos teóricos sobre el mismo bus.
• AREF: Voltaje de referencia para las entradas analógicas. Usado con analogReference ().
• RESET: Si pones ese pin a nivel BAJO puedes reiniciar el microcontrolador. Normalmente se usa para agregar un botón de reinicio a los shield que bloquean el que está en la placa.

El Arduino Uno tiene 6 entradas analógicas, etiquetadas como A0 a A5, cada una de las cuales proporciona una resolución de 10 bits (es decir, 1024 valores diferentes). Por defecto miden desde tierra hasta 5 voltios, aunque es posible cambiar el extremo superior de su rango usando el pin AREF (IOREF) y usando la función analogReference(). 

Puerto de comunicación Serie

El Arduino Uno tiene varias funciones para comunicarse con el ordenador, otras placa Arduino u otros microcontroladores. El ATmega328 proporciona comunicación serie UART TTL (5V), que está disponible en los pines digitales 0 (RX) y 1 (TX). El ATmega16U2 integrado en la placa se encarga de esta comunicación en serie a través de USB y aparece como un puerto de comunicación virtual para el software en el ordenador. 

El firmware del ATmega16U2 utiliza los controladores COM USB estándar y no se necesita ningún controlador o driver externo. Sin embargo, en algunos sistemas Windows antiguos como el XP o el 7, se requiere un archivo .inf. 

El software Arduino IDE incluye un monitor serie que permite enviar datos simples hacia y desde la placa. Los LED RX y TX de la placa parpadearán cuando los datos se transmitan a través del chip USB a serie y la conexión USB al ordenador (pero no para la comunicación en serie en los pines 0 y 1).

Una buena librería para comunicación serie es la SoftSerial que viene integrada en Arduino IDE.

Reinicio automático

En lugar de requerir una pulsación física del botón de RESET al cargar un programa, la placa Arduino Uno está diseñada de una manera que permite que se reinicie mediante un software que se ejecuta en el ordenador. Una de las líneas de control de flujo de hardware (DTR) del ATmega16U2 está conectada a la línea de RESET del ATmega328 a través de un condensador de 100 nanofaradios. 

Cuando esta línea se pone a nivel bajo, la línea de reinicio cae lo suficiente para reiniciar el chip. El software Arduino  utiliza esta capacidad para permitirle cargar código simplemente presionando el botón de carga en la barra de herramientas de la interfaz. Esto significa que el bootloader puede tener un tiempo de espera más corto, ya que la reducción de DTR puede coordinarse bien con el inicio de la carga. 

Esta configuración tiene otras implicaciones. Cuando el Uno está conectado a una computadora con Mac OS X o Linux, se reinicia cada vez que se establece una conexión desde el software (a través de USB). Durante el siguiente medio segundo más o menos, el gestor de arranque se ejecuta en el Arduino Uno. Si bien está programado para ignorar los datos con formato incorrecto (es decir, cualquier cosa además de la carga de un nuevo código), interceptará los primeros bytes de datos enviados a la placa después de que se abra una conexión. Si un Sketch que se ejecuta en la placa recibe una configuración única u otros datos cuando se inicia por primera vez, asegúrate de que el software con el que se comunica espera al menos un segundo después de abrir la conexión y antes de enviar estos datos. 

La placa Uno contiene una pista que se puede cortar para desactivar el reinicio automático. También tiene unos pads  a cada lado de la placa que se pueden soldar juntas para volver a habilitarlo. Tiene la etiqueta "RESET-EN". También puede desactivar el reinicio automático conectando una resistencia de 110 ohmios de 5 V a la línea de RESET.

Documentación Arduino UNO R3

• Página oficial (arduino.cc)
• Datasheet ATMega328 (microchip.com)
• Archivos EagleCAD (zip)
• Esquema (PDF)
• Definición de pines (PDF)
• Dimensiones (DXF)