Y aquí estamos nuevamente, avanzando con nuestra serie sobre Arduino. Dejamos atrás la teoría básica y estamos sumergiéndonos cada vez más en la práctica. En nuestra última entrada, aprendimos a hacer parpadear de forma infinita el LED incorporado a la placa de Arduino, ese que viene conectado por defecto al pin 13. Te adelanté que en esta nueva publicación abordaríamos cómo conectar un LED externo, y para ello, necesitamos comprender algunos conceptos fundamentales de electrónica, como son la resistencia y la Ley de Ohm. Te preguntarás, ¿por qué son esenciales estos conceptos para algo aparentemente sencillo como iluminar un LED? Resulta que un LED típico requiere una tensión de alimentación de aproximadamente 2V, y como recordarás, los pines de salida de una placa Arduino suministran 5V. Si conectáramos el LED directamente a uno de estos pines, lo más probable es que el LED se dañara al instante. Es aquí donde la resistencia cobra protagonismo, cuya función, en términos simples, es limitar la corriente que fluye hacia el componente, en este caso, nuestro LED. Ahora bien, ¿en dónde entra la Ley de Ohm en todo esto? Esta ley fundamental será nuestra guía para determinar el valor adecuado de la resistencia que debemos usar con el LED. Pero no hay razón para sentirse abrumado por estos nuevos conceptos; los desglosaremos y comprenderemos en detalle a medida que avancemos en nuestra exploración.
Desentrañando la Ley de Ohm: El ABC de los Circuitos Eléctricos
Comencemos por adentrarnos en la Ley de Ohm, una piedra angular de la física y la electrónica que nos descubre cómo interactúan el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en cualquier circuito electrónico. La relación se describe con una fórmula sencilla: V = I * R. Esto nos dice que el voltaje (V) es directamente proporcional a la corriente (I), la cual fluye en amperios, y a la resistencia (R) del conductor, medida en ohmios, entre dos puntos determinados. Ahora, permíteme ilustrarlo de forma más amena. Imagina que la electricidad es como el agua corriendo por una manguera: la resistencia sería comparada con el diámetro de dicha manguera y el voltaje sería similar a la presión del agua. Al incrementar la presión, sin alterar el diámetro de la manguera, naturalmente, más agua fluye. De la misma forma, en un circuito eléctrico, al elevar el voltaje manteniendo la resistencia invariable, la corriente se incrementa proporcionalmente.
En la imagen que encontrarás a continuación, te presento una herramienta visual increíblemente útil para aplicar la Ley de Ohm: la pirámide de Ohm. Es muy sencilla de utilizar. Si cubres con tu dedo la variable que deseas calcular, las otras dos te indicarán la operación a realizar. Por ejemplo, si ocultas la V de voltaje, verás I (corriente) multiplicada por R (resistencia). Si tapas la I, obtendrás la división de V entre R. Y si es R la que cubres, te quedará V dividido entre I. Además, al lado he incluido las fórmulas detalladas para calcular cada una de estas variables, facilitando aún más su comprensión si la representación gráfica no es suficiente.
Comprendiendo las Resistencias: Los Reguladores del Mundo Electrónico
La resistencia es un componente electrónico fundamental que limita el paso de la corriente eléctrica. Recordando nuestro ejemplo de la manguera: la corriente de agua se mantiene constante, igual al flujo con el que inicia su camino. Pero si aprietas la manguera, el flujo de salida disminuye significativamente. Así opera una resistencia, ejerciendo presión para controlar la corriente que pasa a través de sí misma. Especialmente con los LEDs, la precisión es vital. Estos componentes son delicados frente a la corriente excesiva; un exceso y se arriesgan a sobrecalentarse y a sufrir daños irreparables. La resistencia, entonces, juega un papel defensivo: calibra la corriente a un nivel que el LED pueda tolerar sin riesgos, asegurando así su operación óptima y segura.
Te presento a continuación una imagen que te ayudará a reconocer a primera vista una resistencia o resistor eléctrico. La fotografía destaca un resistor con un aumento significativo, preparándote para la sorpresa de su diminuto tamaño real. Tras él, encontrarás paquetes que exhiben algunas de las medidas estándar disponibles comercialmente. Respecto a los colores, si bien el tono de fondo varía según el fabricante, los anillos coloreados codifican el valor del componente. Existe un código de colores para interpretar estos valores, y aunque memorizarlo no es imprescindible —ya que las resistencias se venden en paquetes de valores unificados, y un multímetro puede determinar su medida fácilmente—, te ofrezco un enlace para profundizar en este tema. Es una herramienta valiosa para aquellos interesados en enriquecer su comprensión técnica. Encuentra el enlace para una guía completa sobre la codificación por colores AQUÍ y al hacer clic en la imagen.
Voltaje y Corriente: Alimentando LEDs Correctamente
Ya hemos cubierto dos pilares fundamentales para nuestro proyecto de hoy: la Ley de Ohm y el papel de las resistencias. Sin embargo, para iluminar con éxito un LED mediante uno de los pines de nuestro microcontrolador, debemos comprender las necesidades específicas de voltaje y corriente del LED. En lo que respecta al voltaje, los LEDs no operan con un valor fijo; varían típicamente entre 1.8V y 2.2V. Es importante destacar que estos valores pueden variar según el tipo y color del LED; por ejemplo, los LEDs azules y blancos suelen requerir un voltaje mayor, alrededor de 3.0V a 3.3V. Esta información detallada suele estar especificada en la hoja de datos proporcionada por el fabricante o el vendedor cuando compras un conjunto de LEDs, por lo que siempre es recomendable consultarla para ajustar nuestros cálculos a las especificaciones exactas de nuestros componentes. Como norma general y para fines educativos, tomamos 2V como un valor promedio para nuestros cálculos. Por otro lado, la corriente óptima para un LED estándar suele estar entre 15 mA y 20 mA. Exceder los 20 mA no solo puede disminuir la longevidad del LED, sino que también corremos el riesgo de quemarlo si la corriente aplicada es demasiado alta.
Calculando la Resistencia Ideal para Nuestro LED
Ahora que conocemos el voltaje estándar y la corriente necesaria para iluminar un LED, es hora de aplicar los conceptos que hemos aprendido hoy para determinar la resistencia correcta. Como establecimos, para propósitos educativos vamos a asumir que el voltaje ideal para el LED es de 2V. En cuanto a la corriente, hemos mencionado que lo aconsejable oscila entre 15mA y 20mA. Personalmente prefiero usar el límite inferior de 15mA para conservar la vida útil del LED, evitando así el máximo de 20mA que podría reducirla.
Refresquemos la Ley de Ohm que formula que V (Voltaje) = I (Corriente) * R (Resistencia), lo que nos permite calcular R (Resistencia) = V (Voltaje) / I (Corriente). Es importante señalar aquí un detalle crucial: contamos con dos valores de voltaje a considerar, los 5V suministrados por el pin del microcontrolador y los 2V que el LED necesita. Para la fórmula, usaremos la diferencia entre estos dos, es decir, los 3V que deseamos 'eliminar' o disipar del circuito, resultando en: R = (5V - 2V) / 0.015A. Convirtiendo 15mA a amperios para la fórmula nos da 0.015A, y al resolver encontramos que R = 200Ω. Sin embargo, las resistencias vienen en valores estándar en el mercado, por lo que seleccionaríamos la más próxima a nuestro cálculo, que sería de 220Ω. Con este valor, estamos listos para proceder a Tinkercad y realizar las conexiones pertinentes para verificar que todo funcione correctamente.
Iniciando Nuestro Circuito en Tinkercad: De Bloques a Código
Una vez que ingresamos en Tinkercad, iniciamos un circuito nuevo y, tal como aprendimos previamente, arrastramos nuestro microcontrolador al espacio de trabajo. Es importante recordar que debemos transformar el código de bloques al código escrito, una habilidad esencial para avanzar en el mundo de la programación. Aunque en nuestra sesión anterior abordamos cómo hacer parpadear un LED y notamos que este es el programa predeterminado en un microcontrolador recién iniciado, te animo a eliminar ese código inicial. Vamos a escribirlo de nuevo desde cero. Quiero reiterarte que la práctica constante es el verdadero camino hacia la maestría. Así, como un ejercicio de repaso, pasaremos brevemente por los pasos para hacer parpadear el LED. Posteriormente, realizaremos la conexión de un LED externo a nuestro proyecto. Aquí viene lo interesante: haremos dos ensayos para observar las diferencias — primero conectaremos el LED directamente y luego añadiremos una resistencia al circuito. Esto nos permitirá ver en la práctica el efecto de la resistencia y reforzar los conocimientos que hemos estado construyendo juntos.
Repaso Práctico: Estructura Básica del Código Arduino
Refresquemos rápidamente cómo logramos que un LED parpadee. Recordarás que cualquier proyecto en Arduino se organiza en dos funciones esenciales: setup() y loop(). Antes de estas funciones, indicamos el tipo de retorno con la palabra void, ya que estas no devuelven ningún valor. De esta manera, definimos la estructura básica de nuestro código: void setup() { } para la configuración inicial, y void loop() { } para las acciones que se repiten. A continuación, te presento cómo está quedando nuestro código para que puedas seguir el progreso hasta este momento.
Asignación de Pines: Cómo Utilizar pinMode()
Ahora, es momento de decidir cuál pin del microcontrolador usaremos y cómo lo vamos a usar —si será para enviar señales (OUTPUT) o para recibir información (INPUT). Esto lo configuramos con la función pinMode(), que necesita saber dos cosas: el número del pin y su modo de uso. Ya practicamos con el pin 13 y su LED integrado, así que ahora vamos a probar con otro pin, por ejemplo, el pin 2. Esta instrucción es parte de la sección setup() de nuestro código y la escribimos así: pinMode(2, OUTPUT). Aquí abajo te muestro cómo se ve esta parte en nuestro código.
Manejando Tiempos con digitalWrite() y delay()
Ahora que ya hemos definido el pin 2 como salida, pasemos a la función loop() para crear el efecto de parpadeo en nuestro LED. Aquí, utilizaremos dos funciones clave. La primera, digitalWrite(), se encarga de encender o apagar el pin: le decimos a qué pin dirigirnos y después, si queremos activarlo (HIGH) o desactivarlo (LOW). Para encenderlo escribimos: digitalWrite(2, HIGH). La segunda función es delay(), que pausa el programa el tiempo que le especifiquemos, medido en milisegundos. Anteriormente usamos 1000 milisegundos, o lo que es lo mismo, 1 segundo. Hoy, para notar la diferencia, usaremos 2000 milisegundos. Después del primer retardo, apagamos el LED con digitalWrite(2, LOW) y añadimos otro delay() de 2000 milisegundos. Con eso, nuestro código está listo para probar el LED.
Conectando el LED: Identificando Ánodo y Cátodo
Con el código ya completo, es hora de enfocarnos en el hardware. Como mencioné, realizaremos dos pruebas en la simulación de Tinkercad, un entorno seguro donde no hay riesgo de dañar componentes reales. Empecemos por colocar un LED en el área de trabajo. Pero antes de hacer cualquier conexión, es crucial entender cómo identificar la terminal positiva, o ánodo, y la terminal negativa, o cátodo, del LED. El ánodo es la patita más larga y se conectará al pin 2 —es decir, al positivo—. Por otro lado, el cátodo es la patita más corta y se conectará al ground, o tierra, marcado como GND en el microcontrolador. Una vez claro esto, conectemos con cuidado el LED al microcontrolador. Dado que es la primera vez que trabajamos con un componente externo, te mostraré cómo hacerlo paso a paso. Simplemente coloca el LED cerca del microcontrolador y haz clic en el extremo de la patita que quieras conectar. Tinkercad generará automáticamente un 'cable' virtual que podrás dirigir hasta el punto de conexión deseado. En nuestro ejemplo, conectaremos el ánodo al pin 2 y el cátodo al pin GND.
Para facilitar tu comprensión, incluyo a continuación una imagen de la interfaz de Tinkercad que muestra la conexión correcta del LED. Esto servirá como una referencia visual completa para verificar que tu montaje es el adecuado.
Antes de iniciar nuestra primera simulación en Tinkercad, es importante señalar un par de detalles para evitar cualquier confusión. En primer lugar, en el simulador no distinguirás las patas del LED por su longitud como en la realidad. En lugar de eso, el ánodo (el positivo) se marca con una pequeña curva. Aunque no puedas apreciar la diferencia de tamaño, Tinkercad te ayuda identificando cada terminal; si pasas el cursor sobre ellas, el simulador te indicará cuál es el ánodo y cuál el cátodo, lo que hace imposible conectarlos incorrectamente. El segundo aspecto a considerar es el código de colores utilizado para las conexiones. He conectado el ánodo al pin 2 utilizando un cable rojo, que es el color estándar para indicar el flujo de corriente. Por otro lado, para el cátodo, he elegido un cable negro, que comúnmente representa la conexión a tierra o negativo (GND). Si bien en la práctica los colores de los cables son a elección del usuario, seguir estos estándares facilita el reconocimiento y seguimiento de las conexiones en nuestros proyectos.
Iniciando la Simulación: Precauciones y Advertencias en Tinkercad
Con el hardware ya listo, lo siguiente es poner en marcha la simulación. Al seleccionar 'Iniciar Simulación' en Tinkercad, el sistema emitirá una advertencia referente a la intensidad de corriente que atraviesa el LED: se mostrará un mensaje alertando que la corriente es de 53.5 mA cuando el límite recomendado es de 20 mA. Es importante entender que las simulaciones no replican con exactitud todas las condiciones reales. En un escenario fuera del simulador, aplicar tal intensidad de corriente a un LED y a un microcontrolador auténticos podría resultar en un breve destello antes de que el LED se dañe permanentemente, aunque las reacciones pueden variar. A continuación, se muestra la advertencia generada por el simulador.
Integración y Configuración de la Resistencia en el Circuito
Después de observar los efectos en el LED al conectarlo directamente al microcontrolador sin resistencia, procederemos a la segunda prueba: integrar una resistencia adecuada, previamente determinada en 220Ω, en el circuito. Comenzaremos por arrastrar la resistencia al área de trabajo y la posicionaremos junto al LED. Es crucial saber cómo identificar el valor de una resistencia dentro de Tinkercad. Al hacer clic sobre la resistencia, se despliega un menú que permite ajustar sus especificaciones. Encontrarás una opción para establecer el valor; aquí, introducirás “220”. Adicionalmente, necesitarás cambiar la unidad de medida, que por defecto se muestra en KΩ (1kΩ = 1000Ω), a Ω. Más detalles y una visualización clara de este proceso se pueden apreciar en la imagen que acompaña este texto.
Orientación de la Resistencia y Principios de Flujo de Corriente
Después de preparar la resistencia para su conexión, es natural tener algunas dudas esenciales que requieren aclaración inmediata. Una de las preguntas más comunes es si la orientación de la resistencia afecta su función, es decir, si existe una manera correcta de conectarla. La respuesta es simple: no importa la dirección en la que se coloque la resistencia, su efecto será el mismo en cualquier sentido.
Una segunda interrogante, quizás menos evidente, concierne al punto de conexión de la resistencia. Podría parecer lógico suponer que se debe conectar en el lado positivo, donde se origina la corriente y el voltaje, para regular precisamente estos valores antes de que lleguen al LED. Sin embargo, este razonamiento es parcialmente erróneo. Sea que conectemos la resistencia al lado positivo o al negativo (GND), el resultado sobre el LED será idéntico. La clave está en comprender el flujo de la corriente: un componente solo conduce cuando se completa el circuito, es decir, cuando se conecta tanto al polo positivo como al negativo.
Un ejemplo práctico muy ilustrativo lo encontramos en los electricistas que, aparentemente de forma temeraria, tocan cables descubiertos sin recibir descargas eléctricas. Esto se debe a que si no hay conexión con el GND, ya sea directamente o a través de un conductor como el cuerpo humano hacia la tierra, no se establece un circuito cerrado y, por lo tanto, la corriente no fluye. (Advertencia: esta explicación tiene propósitos educativos únicamente. No se debe replicar esta acción, ya que la seguridad es siempre la prioridad). Volviendo al circuito del LED, gracias a este principio eléctrico, no importa si la resistencia se coloca antes del ánodo o del cátodo; el efecto sobre la corriente que llega al LED será el mismo.
A continuación, puedes observar una imagen que ilustra la conexión de la resistencia entre el GND y el LED.
Como habrás notado en la imagen anterior, además de la resistencia, he incluido un multímetro para que puedas observar el voltaje que recibe el LED, el cual es precisamente el valor que determinamos que debería tener, 2V. No obstante, mi intención al colocar el multímetro no fue solo para que visualizaras el voltaje en el LED, sino también para anticiparte que en la siguiente entrada del blog aprenderemos a manejar esta herramienta. Profundizaremos en cómo medir tanto el voltaje como la corriente (amperios). Además, no solo nos centraremos en cómo utilizar el multímetro, sino que exploraremos conceptos sobre circuitos paralelos y en serie, así como el amperaje máximo que debe fluir a través de cada pin del microcontrolador para no comprometer su integridad y, así, prolongar su vida útil.
Repasando lo que hemos Aprendido
¡Aquí estamos, Arduino-Lover, dando otro emocionante paso en nuestro viaje con Arduino! Esta vez, nos zambullimos en las aguas profundas de la electrónica práctica. Hemos jugado con los conceptos básicos y ahora es el momento de conectar un brillante LED externo y domar la corriente con la mágica Ley de Ohm. ¿Listos para unir la teoría con la práctica y encender nuestros proyectos con conocimiento? ¡Prepárate para una aventura electrificante mientras desglosamos estos conceptos esenciales de una manera super amena y fácil de entender! Aquí tienes un resumen jugoso de los puntos clave que hemos explorado hoy.
🚀 Resumen Rápido: Led Externo conectado al Microcontrolador
- Conectar un LED Externo: Importancia de la resistencia y la Ley de Ohm para la conexión segura de un LED a Arduino.
- Desentrañando la Ley de Ohm: Comprender la relación entre voltaje, corriente y resistencia para aplicarla en circuitos con LEDs.
- Comprendiendo las Resistencias: Uso de resistencias para controlar la corriente y proteger los LEDs de daños por sobrecorriente.
- Voltaje y Corriente para LEDs: Necesidades específicas de voltaje y corriente según el tipo y color de los LEDs.
- Calculando la Resistencia Ideal: Método para calcular la resistencia óptima para un LED, asegurando su funcionamiento sin riesgos.
Con esto, llegamos al final de este artículo. Espero sinceramente que hayas aprendido algo nuevo y que hayas disfrutado el proceso. Recuerda que puedes enviarme un mensaje en cualquier momento a través de este enlace en la pestaña de contacto. Ya sea que tengas alguna duda o solo quieras saludar, estaré encantado de recibir tu mensaje y de tomarme el tiempo, para responderte. ¡Hasta la próxima, Arduino-Lover!
¡Un Abrazo, Braulio de AprendeCode!