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Arduino: alojar datos en la memoria de programa con PROGMEM

Almacene los datos en la memoria FLASH (memoria de programa) en lugar de RAM (a veces nombrada como SRAM, del inglés STATIC RAM = RAM estática).

Los distintos tipos de memoria disponibles en una placa Arduino son:

FLASH: Esta memoria almacena el código del programa.

RAM: Esta memoria almacena los datos del programa y es volátil. Cuando se apaga Arduino se pierden los datos.

EEPROM: Esta memoria almacena datos que son persistentes. Esta memoria puede ser utilizada para guardar configuración o cualquier otro dato que podamos utilizar si se apaga y enciende Arduino.

La palabra clave PROGMEM es un modificador de variable. Se debe usar solo con los tipos de datos definidos en la biblioteca pgmspace.h.

PROGMEM le dice al compilador «ponga esta información en la memoria flash», en lugar de en la RAM, donde iría normalmente.

PROGMEM es parte de la biblioteca pgmspace.h. Ésta se incluye automáticamente en las versiones modernas del IDE. Sin embargo, si estuviese utilizando una versión IDE por debajo de 1.0 (2011), primero deberá incluir la biblioteca en la parte superior de su programa, con esta declaración:

Sintaxis

tipoDato – algún tipo de variable
nombreVariable – el nombre de su matriz de datos

Tenga en cuenta que debido a que la indicación PROGMEM es un modificador de variable, no existe una regla estricta sobre dónde debe ir, por lo que el compilador acepta diversas posiciones, que también pueden ser sinónimos. Sin embargo, las pruebas han indicado que, en varias versiones de Arduino, PROGMEM puede funcionar en una ubicación y no en otra.

Los siguientes ejemplos se han probado y funcionan con los IDE actuales. Las versiones anteriores del IDE pueden funcionar mejor si la palabra PROGMEM se incluye después del nombre de la variable.

Tenga en cuenta que dado que PROGMEM se podría usar con una sola variable, pero en realidad solo vale la pena si tiene un bloque de datos más grande para almacenar, que por lo general es más fácil de poner en una matriz (o en otra estructura de datos C++, algo que queda más allá de la presente discusión).

Usar PROGMEM es un procedimiento de dos pasos. Después de tener los datos que están en la memoria Flash, se requieren métodos especiales (funciones), también definidos en la biblioteca pgmspace.h, para volcar los datos de la memoria de programa a la RAM, de modo de que podamos trabajar con ellos.

Código de ejemplo

Las siguientes secciones de código ilustran cómo leer y escribir unsigned char (bytes) e int (2 bytes) en PROGMEM.

Matrices de cadenas de caracteres

A menudo es conveniente configurar una serie de cadenas de caracteres cuando se trabaja con grandes cantidades de texto, como por ejemplo en un proyecto con una pantalla LCD.

Debido a que las cadenas en sí son matrices, en realidad este es un ejemplo de una matriz bidimensional.

Estas tienden a ser grandes estructuras, por lo que por lo general es deseable colocarlas en la memoria del programa.

El siguiente código ilustra la idea.

Notas y advertencias

Tenga en cuenta que las variables deben estar definidas globalmente, o definidas con la palabra clave static, para poder trabajar con PROGMEM.

El siguiente código NO funcionará cuando esté dentro de una función:

El siguiente código funcionará, incluso si está definido localmente dentro de una función:

La macro F()

Cuando se utiliza una instrucción como:

La cadena a imprimir normalmente se guarda en la memoria RAM. Si su programa imprime muchas cosas en el Monitor Serie, puede acabar llenando la RAM. Si tiene espacio libre en la memoria FLASH, puede indicar fácilmente que la cadena debe guardarse en FLASH, usando la sintaxis:




Uso de la EEPROM de Arduino

La memoria EEPROM (del inglés Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory = ROM programable y borrable eléctricamente) es una memoria no volátil. Esto significa que los datos que almacena no se pierden al desaparecer la alimentación de un dispositivo.

La EEPROM fue pensada para mantener aquellos datos que deseamos resguardar luego de apagar y reiniciar un microcontrolador, y disponer de ellos al retomar la operación.

El ATmega328P —el microcontrolador del Arduino UNO, el Nano y otros de la línea Arduino— tiene una capacidad de 1.024 bytes (1 Kb) de memoria EEPROM. La hoja de datos nos indica que la EEPROM del ATmega328P acepta hasta 100.000 ciclos de lectura/escritura. Parece mucho, pero el solo hecho de tener una cantidad de ciclos de escritura acotada ya nos indica que su función no es en nada similar a una RAM. Es para guardar datos, y no en forma momentánea y veloz, sino de manera durable. No ponga nunca operaciones con la EEPROM dentro de la función loop(), ya que, dada la velocidad de trabajo del microcontrolador, llegará rápidamente al límite de 100.000.

Tengamos también en cuenta otro dato importante: una operación de escritura en la EEPROM requiere 3,3 ms para completarse frente a la velocidad miles de veces superior de la RAM, capaz de operar a 20 MHz.

Para acceder a la memoria EEPROM debemos usar la librería EEPROM disponible de manera estándar desde el IDE de Arduino. La biblioteca —o librería— se llama EEPROM.h, y se debe incluir al inicio del programa.

Funciones en la biblioteca EEPROM:

FUNCIÓN EEPROM.read()

Lee un byte de la posición de memoria que indica su parámetro. De fábrica, todas las posiciones de memoria tienen escrito el valor 255 (0xFF).

Sintaxis:

      EEPROM.read(direccion)

Parámetros:

direccion: la posición de memoria (de 0 a 1023 = 1024).

Ejemplo con EEPROM.read(), leer toda la EEPROM y mostrarla en Monitor Serie

FUNCIÓN EEPROM.write()

Esta función escribe un byte en la posición indicada de la EEPROM. Tiene dos parámetros: el primero es la dirección de memoria (de 0 a 1023) donde se escribirá el byte; el segundo es el valor que se va a escribir en la EEPROM, que debe ser un valor entero entre 0 y 255. La función no retorna ningún valor.

Sintaxis:

      EEPROM.write(direccion,valor)

Parámetros:

direccion: dirección en la memoria (de 0 a 1023)
valor: el valor a escribir en la memoria

Ejemplo: Escribir valores en un sector de la memoria

FUNCIÓN EEPROM.update()

Escribe un byte en la EEPROM. El valor es escrito solo si es diferente al valor que esta previamente almacenado en esa posición de memoria.

Sintaxis:

      EEPROM.update(direccion,valor)

Parámetros:

direccion: la dirección de la memoria (0 a 1023)
valor: el valor a escribir en la memoria




FUNCIÓN EEPROM.put()

Esta función escribe cualquier tipo de dato en la EEPROM. El valor es escrito solo si es diferente al valor que esta previamente almacenado en esa posición de memoria, por lo que es mucho más versátil.

Sintaxis:

      EEPROM.put(direccion,valor)

Parámetros:

direccion: dirección en la memoria (0 a 1023)
valor: valor a escribir en la memoria

Ejemplo: Guardar una variable tipo float en la memoria EEPROM

FUNCIÓN EEPROM.get()

Permite leer cualquier tipo de dato en la EEPROM.

Sintaxis:

      EEPROM.get(direccion,variable)

Parámetros:

direccion: dirección en la memoria (0 a 1023)
variable: el nombre de la variable donde guardaremos el valor leído de la memoria

Ejemplo: Leer un valor float

OPERADOR EEPROM[]

Este operador permite usar el identificador EEPROM[] como una matriz en la cual indicamos la dirección.

Sintaxis:

      EEPROM[direccion]

Parámetros:

direccion: dirección en la memoria (0 a 1023)

Ejemplo: Uso del operador EEPROM[]


Módulo codificador rotativo KY-040 [ó KY-007] – (Kit de sensores Keyes 040/007)

A veces lo que se toma con despreocupación, o quizás con falta de conocimientos, al publicarse en un medio tan multitudinario como Internet afecta a otros. Se encuentran afirmaciones totalmente opuestas entre sí “a vuelta de página” (en el caso de Internet, un enlace que sigue a otro en la búsqueda de Google). En este caso, por lo que he visto, la duda surge de publicaciones en los sitios de venta, incluso en los más grandes. Y se trata de la numeración del módulo de encoder rotativo de la serie de Keyes.

Encontrarán fotos rotuladas KY-007, y también KS-007. Al mismo tiempo, me encuentro artículos que muestran listas “oficiales” de Keyes en las cuales NO EXISTE el módulo KY-007. El que venden con esta numeración se trataría en realidad del KY-040, y este sí existe en su catálogo.

Esto para aclarar confusiones si usted compró un módulo que numeraron como KY-007, aclarando a continuación en el título de la venta con un número 040, sin prefijo. Si hace una búsqueda en algún sitio de venta, encontrará un título escrito así.

Hechas las aclaraciones, y para seguir con la publicación ordenada de la serie de módulos, paso a explicar de qué se trata un encoder (o codificador) rotativo (o si prefiere, giratorio).

En principio, los invito a ver el artículo Codificadores de posición angular que aporta muchos conceptos que pueden ser de utilidad. En este caso se trata de un codificador incremental. Este diseño tiene dos salidas levemente defasadas, gracias a lo cual se puede saber en qué dirección gira el eje. Además, han agregado un pulsador que se activa al presionar el eje verticalmente.

Las salidas del módulo están nombradas con las denominaciones CLK (salida A del codificador), DT (salida B del codificador), y SW (correspondiente a “Switch”, o llave/pulsador en castellano). Los otros dos pines que completan son la alimentación + y la tierra o común GND.

Los contactos de la plaqueta están identificados con una leyenda impresa. Es fácil conectar el encoder.

Si se utilizara el decodificador en forma independiente, sus contactos son:

Diagrama de conexiones en la plaqueta KY-040:


Internamente, dos contactos levemente desplazados se deslizan sobre una placa cuyos sectores están conectados a tierra (GND). Como siempre uno de los dos cerrará circuito primero, se puede saber en qué sentido se está girando el codificador monitoreando cuál de las dos líneas se conecta primero a GND (yendo de ALTO a BAJO). Dependiendo del sentido de giro, será primero A o B. Los dos resistores que tiene la placa mantienen las señales en un valor ALTO cuando no hay contacto.

Diagrama mecánico simplificado

Un codificador rotatorio tiene un número fijo de posiciones por revolución. Estas posiciones se sienten fácilmente como pequeños «clics» cuando se acciona el codificador. El diagrama muestra menos contactos para simplicidad visual, pero el concepto de funcionamiento es idéntico si la cantidad es mayor. Por ejemplo, el módulo de Keyes que uso en esta prueba tiene treinta de estas posiciones, aunque entiendo que la cantidad puede variar según el modelo o partida. Esto no modificará los resultados para nuestro uso.


Como en toda llave con contactos mecánicos, la señal no será totalmente limpia. Habrá una serie de rebotes muy rápidos cuando se juntan las partes metálicas, y también algunos al desconectarse. Esto se debe prever en el programa, introduciendo un breve retardo cuando se detecta que una de las señales cambia de valor, y luego se la lee de nuevo para comprobar que efectivamente se ha estabilizado. A este método se le llama debounce en inglés, lo cual significa (no tenemos una palabra para esto) “eliminación de rebote”. Esta denominación se debe a que por elasticidad de los contactos metálicos, por lo general se produce una serie de rebotes de aquel contacto que es móvil hasta que la conexión se establece definitivamente.




El efecto es menor si los contactos se deslizan un sobre otro, como en el caso de este codificador, pero sí existen ruidos y se deben tanto a efectos de rebote como a que los bordes metálicos, a nivel microscópico, no son absolutamente lisos.

Si no se toma esta precaución, los ruidos causarán que la lectura de una vuelta completa del codificador arroje diferentes números.

Programa Básico, Conexión con el Arduino

Para investigar sobre implementaciones más avanzadas recomiendo ver la biblioteca KY-040-Encoder-Library—Arduino de Bill Williams.

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Módulo codificador rotativo KY-040 [ó KY-007] – (Kit de sensores Keyes 040/007)

Módulo de emisor piezoeléctrico pasivo KY-006 (Kit de sensores Keyes 6)

Este módulo zumbador piezoeléctrico Keyes KY-006 puede producir una gama de tonos de sonido dependiendo de la frecuencia de entrada.

Especificaciones:

El módulo KY-006 consiste en un emisor piezoeléctrico de sonido pasivo, que puede reproducir tonos entre 1,5 a 2,5 kHz al encenderlo y apagarlo en diferentes frecuencias usando retardos o PWM.

Voltaje de funcionamiento: 1,5 ~ 15V DC
Rango de generación de tonos: 1,5 ~ 2.5kHz
Dimensiones: 18,5 mm x 15 mm

Diagrama de conexión:

La entrada de señal (S) se conecta al pin digital 9 en el Arduino y masa (indicado por ) a GND. El pin medio no se utiliza.

Uso del piezoeléctrico con la función tone()

Descripción:

La función tone() genera una onda cuadrada de la frecuencia especificada (y un ciclo de trabajo del 50%) en un pin digital del Arduino. Se puede especificar una duración; de lo contrario, la señal continúa hasta que se realiza una llamada a la función noTone(). El pin se puede conectar a un zumbador piezoeléctrico u otro altavoz para reproducir tonos.

Solo se puede generar un tono a la vez. Si ya se está reproduciendo un tono en un pin diferente, la llamada a tone() no tendrá ningún efecto. Si el tono se reproduce en el mismo pin, la llamada establecerá una nueva frecuencia.

El uso de la función tone() interferirá con la salida PWM en los pines 3 y 11 (en placas que no sean Mega).

No es posible generar tonos inferiores a 31 Hz. Para detalles técnicos, vea las notas de Brett Hagman.

NOTA: si desea reproducir diferentes tonos en múltiples pines, debe llamar a la función noTone() en un pin antes de llamar a tone() en el siguiente pin.

Sintaxis:

tone(pin, frecuencia)
■ tone(pin, frecuencia, duración)

Parámetros:

pin: el pin sobre el que generar el tono
frecuencia: la frecuencia del tono en hercios – unsigned int
duración: la duración del tono en milisegundos (opcional) – unsigned long

Feliz cumpleaños

Para Elisa

Canción de Star Wars

Brilla, brilla, pequeña estrella

Módulo de emisor piezoeléctrico pasivo – KY-006: Dibujo de la pieza para el editor Fritzing

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Módulo transmisor de infrarrojo KY-005 (Kit de sensores Keyes 5)

Este módulo de Keyes contiene un led emisor de luz infrarroja y una resistencia limitadora de corriente.

El módulo transmisor de infrarrojo consiste de un led infrarrojo de 5mm y un resistor asociado. Funciona en conjunto con el receptor de infrarrojo KY-022.

Voltaje de Operación: 5V
Corriente Directa: 30 ~ 60 mA
Consumo de energía: 90mW
Temperatura de Operación: -25°C to 80°C
Dimensiones: 18,5mm x 15mm

La línea central del módulo es la alimentación, y se conecta a los +5V del Arduino. La línea marcada con el signo va conectada a GND del Arduino. La línea marcada con la letra S va conectada a la línea digital 2 del Arduino.

Código de ejemplo:

El siguiente programa de Arduino utiliza la biblioteca IRremote para enviar señales de infrarrojos en serie con el KY-005.

La conexión del pin de salida la determina la biblioteca: la entrada digital 3 en Arduino Uno. Depende de la placa que se esté utilizando, de modo que si utiliza otra se debe verificar la documentación de la biblioteca de IRremote. Será necesario un receptor de infrarrojos como el KY-022 para procesar la señal.

Los enlaces a las bibliotecas requeridas para el programa de ejemplo de Arduino con KY-005 se pueden encontrar en los enlaces más abajo.

Este programa envía un código de encendido/apagado de Sony TV cada vez que se envía un caracter al puerto serie, lo que permite que Arduino encienda o apague el televisor. (Tenga en cuenta que los códigos de Sony deben enviarse 3 veces de acuerdo con el diseño del protocolo).

Biblioteca IRremote: una biblioteca remota de infrarrojos multiprotocolo para Arduino

El código más reciente está en github.com/shirriff/Arduino-IRremote

La biblioteca remota IRremote permite enviar y recibir códigos remotos de IR en múltiples protocolos. Es compatible con NEC, Sony SIRC, Philips RC5, Philips RC6 y protocolos sin formato. Si se necesitan protocolos adicionales, son fáciles de agregar. Incluso la biblioteca puede utilizarse para grabar códigos desde su control remoto y retransmitirlos, como un control remoto universal mínimo.

Para usar la biblioteca, descargue desde github y siga las instrucciones de instalación en el archivo readme.

Cómo enviar:

Esta biblioteca remota de infrarrojos consta de dos partes: IRsend transmite paquetes remotos IR, mientras que IRrecv recibe y decodifica un mensaje IR. IRsend utiliza un LED infrarrojo conectado al pin digital 3. Para enviar un mensaje, llame al método de envío para el protocolo deseado con los datos a enviar y la cantidad de bits a enviar. Los ejemplos de la biblioteca proporcionan programas simples que muestran cómo enviar códigos. Uno de ellos es el que está listado más arriba.

Cómo recibir:

IRrecv utiliza un detector de infrarrojos conectado a cualquier pin de entrada digital.

El ejemplo IRrecvDemo en la biblioteca aporta un ejemplo simple de cómo recibir códigos:

La clase IRrecv realiza la decodificación y se inicializa con enableIRIn(). Se llama al método decode() para ver si se ha recibido un código; si es así, devuelve un valor distinto de cero y coloca los resultados en la estructura decode_results. Una vez que se ha descodificado un código, se debe llamar al método resume() para reanudar la recepción de códigos. Tenga en cuenta que decode() no bloquea; el croquis puede realizar otras operaciones mientras espera un código porque los códigos son recibidos por una rutina de interrupción.




Algunos antecedentes sobre los códigos IR

Un control remoto IR funciona encendiendo y apagando el LED en un patrón particular. Sin embargo, para evitar la interferencia de fuentes IR, como la luz solar o las luces, el LED no se enciende de manera constante, sino que se enciende y apaga a una frecuencia de modulación (generalmente 36, 38 o 40 KHz). El tiempo en que se envía una señal modulada se llama “marca”, y cuando el LED está apagado se llama “espacio”.

Cada tecla del control remoto tiene un código particular asociado (generalmente de 12 a 32 bits), y emite este código cuando se presiona la tecla. Si se mantiene presionada la tecla, el control remoto generalmente emite repetidamente el código de la tecla. Para un control remoto NEC, se envía un código especial de repetición cuando se mantiene presionada la tecla, en lugar de enviar el código repetidamente. Para los controles remotos Philips RC5 o RC6, se alterna un poco el código cada vez que se presiona una tecla; el receptor utiliza este bit de conmutación para determinar cuándo se presiona una tecla por segunda vez.

En el extremo receptor, el detector de IR demodula esta señal y emite una señal de nivel lógico que indica si está recibiendo una señal o no. El detector de IR funcionará mejor cuando su frecuencia coincida con la frecuencia del remitente, pero en la práctica no importa mucho.

Enlaces:

Biblioteca IRremote
Módulo de led emisor infrarrojo – KY-005: Dibujo de la pieza para el editor Fritzing

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