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Paperduino. Arduino-PCB

Descripción


Pues sí, otra variante de Arduino, y más concretamente de Paperduino.
Cuando ví por primera vez Paperduino, me quedé asombrado de lo que me pareció una idea tan simple (http://lab.guilhermemartins.net/2009/05/06/paperduino-prints/), pero al realizarlo me dí cuenta de que el proceso de soldadura se hacía bastante complicado. Por ello pensé que sería mejor hacer una variante con circuito impreso.

El circuito es una simplificación de Arduino, es decir, no tiene convertidor USB-SerieTTL en la placa, ni conector de 6 pines para el ISP (si te parece chino lo que te estoy diciendo, no te preocupes, ya lo explicaré más adelante). Es un diseño sencillo muy similar al Arduino-Serial.


 He realizado algunas modificaciones respeto a diseño del paperduino original, por un lado le he añadido un conector para poder alimentar directamente el circuito con 5v, ya que cada vez es más común que tengamos por casa alimentadores viejos para mp3, móviles... que suministren esta tensión. Con lo que si queremos podemos simplificar todavía más el circuito y eliminar el regulador 7805. También he desconectado la señal ARef de 5V por si alguna vez queremos utilizar otra tensión de referencia para los convertidores analógico/digitales, y por último, la placa está preparada para el caso de que utilices un cable de programación FTDI que sea compatible con 5v, uniendo entonces los puntos FTDI-VCC (justo debajo del logo de txapuzas en la placa) podrás alimentar el chip con el propio cable FTDI (Repito, haz esto sólo si tu cable FTDI suministra tensiones de 5v)






He intentado mantener la distribución de los componentes del Paperduino, y que la placa sea lo más sencilla posible para poder realizarla sin proceso de fotograbado o plancha, (si quieres puedes hacerlo) sino simplemente transladando los agujeros de la pegatina "paperduino" a la placa, y luego con un rotulador dibujar las pistas.

Para programarlo necesitarás un cable FTDI (puedes realizar uno siguiendo las indicaciones de:
http://txapuzas.blogspot.com/2010/07/cable-de-programacion-para-arduino-ftdi.html).
Si utilizas este cable, debes tener en cuenta que el chip que utiliza trabaja con tensiones de 3,3v y el paperduino está alimentado a 5v, el pin 2 del conector FTDI (Vcc) no está conectado, de esta forma la placa no se alimenta de dicho pin, sólo de la batería o rectificador y no estropeamos el chip del cable. (es decir puedes tener el paperduino siempre conectado con una alimentación externa). no obstante si dispones de otro tipo de cable, que permita entregue una alimentación de 5v, la placa está preparada para que unas las dos alimentaciones mediante un puente (FTDI-Vcc).

Componentes
    1     7805 Regulador de voltaje 2 LEDs (colores diferentes) 2     Resistencias 1K 1     Resistencia 10K 2     Condensadores 100 uF /25v 1     Cuarzo de 16 MHz 2     Condensadores de 22 pF (Tienen que ser cerámicos, parece que los de poliester dan problemas) 1     Condensador de  100nF 1     Pulsador de Reset 1     Atmel ATMega168, ATMega328P con bootloader (ver texto) 1     Zócalo de 28 pines
    Barras de pines macho y hembras y una placa para PCB
    (El precio no supera los 10€ !!!!)

Para realizar un sistema Arduino, podemos utilizar varios micros (el ATMega8 obsoleto, el ATMega168 o el ATMega328)

micro       Flash SRAM eeprom Compatibilidad
atmega8       8k   1K   512   Arduino Serial(28pin-OBSOLETO)
atmega168    16k   1K   512   Arduino Diecimila (28pin)
atmega328    32k   2k  1024   Arduino Duemilanove (28pin)
atmega1280  128k   8k    4k   Arduino Mega (sólo en SMD 64pin)


Con lo cual nos tenemos que quedar con el ATMEGA168 o el ATMEGA328, que podemos comprar en cualquier tienda de componentes electronicos, pero para que funcione con el editor de programas Arduino, es necesario que el chip esté grabado con un pequeño programa denominado "bootloader", que se ocupa de facilitar la futura grabación de nuestros maravillosos programas (en el argot de Arduino sketches).  Ahora viene la pescadilla que se muerde la cola, ¿cómo podemos grabar el bootloader en el micro, si se necesita el bootloader para grabar programas en él?. Tenemos varias soluciones:
Comprar el chip con el bootloader pregrabado
En internet puedes encontrar micros ya preparados (con bootloader), que puedes utilizar directamente (yo he comprado 2 ATMEGA328P en Ebay por 11€ los dos y portes incluidos!).
Comprar el chip virgen y grabar el bootloader con otro arduino
Tienes la explicación un poco más abajo.
Comprar el chip virgen y grabar el bootloader con un grabador
Mira este enlace: http://www.arduino.cc/en/Hacking/Bootloader
Comprar el chip virgen y grabar el bootloader con un cable paralelo modificado


Realización


El método utilizado para la realización de la placa es con una placa de circuito impreso y las ayudas de unas pegatinas. Si quieres puedes utilizar el método habitual de fotograbado, pero un método a mi parecer más sencillo (y claro más "txapuzas") es el siguiente:

1 Descarga el archivo comprimido en zip e imprime el documento "Paperduino_v0" (lo tienes disponible en varios formatos más abajo, en apartado descargas).



2 Comprueba mediante la regla situada en el margen izquierdo del documento impreso que está a escala 1/1, es decir que la regla mide 250mm de longitud. Si no es así deberás modificar algún parámetro de tu impresora para que la impresión sea a escala natural.

3 Recorta la zona denominada "Lado cobre".

4 Recorta un trozo de la placa con las dimensiones de la pegatina recortada.

5 Pégala con algún adhesivo reposicionable o bien con cinta adhesiva a la placa por el lado de cobre (posteriormente eliminaremos esta pegatina).

6 Taladra todos los agujeros de inserción de componentes representados en la pegatina. (Es mejor taladrar desde el lado de cobre para que no aparezcan rebabas en las pistas)

7 Despega la pegatina del lado de cobre


8 Con un rotulador permanente y tomando como referencia los agujeros taladrados, copia las pistas a la placa.

9 Mete la placa en Cloruro Férrico

10 Recorta la pegatina del "lado de componentes" (Si quieres puedes pegar encima un trozo de "Aeronfix" transparente para protegerla.

11 Tomando algunos de los agujeros taladrados como referencia pega la pegatina "lado de componentes" a la placa

12 Vete soldando los componentes. Suele ser recomendable soldarlos en este orden:

  1. puentes, zócalos y conectores. 
  2. Resistencias
  3. Condensadores
  4. Diodos y transistores


Galería

Parece que a los "chicos" de complubot  les ha gustado Paperduino-Pcb:


y a yOPERO! :



Carga del Gestor de Programas (Bootloader)

Para cargar el bootloader, puedes utilizar un programador externo, un programador casero a través del puerto paralelo, o también puedes utilizar un Arduino como programador (datos recogidos de: http://arduino.cc/es/Tutorial/ArduinoISP.)

Tendrás que conectar el Paperduino de la siguiente forma:
 
Es decir:

Arduino        Paperduino
10             RESET
D11            D11
D12            D12
D13            D13
5v             5v
GND            GND

Y el proceso es siguiente:

  1. Carga el programa ArduinoISP (File>Examples>ArduinoISP) a tu placa Arduino
  2. Conecta los cables desde tu placa Arduino a la placa Paperduino tal y como está explicado arriba.
  3. Selecciona en el menú Tools > Board la placa a la que corresponda el chip al que quieres programar el bootloader (El chip que utilizas en el Paperduino).
  4. Usa el comando Tools>Burn Bootloader > Arduino as AVRISP.

Carga de Sketches

Una vez que el chip tiene el bootloader cargado (PaperBootloader) se ha convertido en un Arduino, y por lo tanto podemos cargar los sketches directamente desde el entorno Arduino.
Para realizar la carga de Sketches podemos utilizar el PaperFTDI o el PaperRS232, pero también podemos utilizar el chip FTDI de un Arduino. Para ello quitaremos el chip ATMega de la placa Arduino (con cuidado), y conectaremos el Arduino con el Paperduino de la siguiente manera:
 Es decir:

Arduino        Paperduino
0 (RX)         0 (RX)
1 (TX)         1 (TX)
Reset          Reset
5v             5v
GND            GND

Notas:
En el Arduino es necesario quitar el chip ATmega. 
Si quieres, puedes utilizar el conector FTDI, ya que salvo la alimentación tienes ahí todos los pines necesarios. 
En el paperduino tendremos el chip con el bootloader en el que queramos cargar el sketch. No es necesario alimentar al Paperduino, ya que toma la alimentación del Arduino.
Al utilizar el sistema de programación e la placa Arduino, tiene reset automático, es decir, no es necesario apretar el reset para programar el paperduino.
Desde el entorno Arduino eligiremos la placa que se corresponda con el chip instalado en el Paperduino (ATmega328P o ATmega168)


Información legal

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El autor no asume ninguna responsabilidad que se pueda derivar de problemas técnicos o fallos en los equipos informáticos, que se produzcan a causa de los circuitos e ideas expuestos en el blog de txapuzas electrónicas, así como de los daños que pudieran ocasionar.
El autor se exime de toda responsabilidad ante posibles daños o perjuicios que pueda sufrir el usuario a consecuencia de errores, defectos u omisiones en la información facilitada.



Descargas

El esquema, descripción e imágenes están disponibles en el siguiente enlace:

Si tienes problemas con el enlace anterior, aquí puedes descargar todos los archivos de txapuzas

Notas
Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
Si encuentras algún fallo, se te ocurre alguna mejora, o simplemente quieres hacer algún comentario, te lo agradeceré: Gracias :-)

36 comentarios:

  1. WOW! Congrats!!!!
    I totally love your improvements on the paperduino!! Specially the PCB layout!

    Just a quick note:
    altlablx.org is now altlab.org
    guibot.net is now guibot.pt

    :)

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  2. como se conectan los cables del puerto paralelo al paperduino? por que al no tener isp no se como conectar a la placa el cable casero que recomiendan en arduino.cc

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  3. Hola anónimo
    Si quieres cargar el bootloader debes conectar los cables de la siguiente forma (el paperduino debe estar alimentado):

    Conector ....Puerto..........PAPERDUINO
    ICSP..........paralelo
    1................11(220R)........18 (MISO)
    2................-.....................- (5V)
    3................1 (470R)........19 (SCK)
    4................2 (470R)........17 (MOSI)
    5................16...................1 (Reset)
    6................18...................8 (GND)

    Saludos

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  4. Llevo ya dos placas echas y ninguna de las dos me funciona :(

    - Tengo 5v en pines 1,7,20,21 (reset,Vcc,AVcc,Aref)
    - 0v en GND.
    - pin 19 (PB5)a 0v. No me parpadea el led y no cambia el voltaje. Si lo pruebo en una placa Arduino UNO sí me parpadea.

    He probado con 2 micros ATMega328 y con las dos placas y ninguna me funciona. Tengo voltaje en los pines del oscilador así que no creo que esté roto. He comprobado que no haya puentes en las pistas y las soldaduras están relativamente bien.

    ¿Alguna idea?

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  5. Hola Anónimo:
    ¿Los dos chips tienen cargados el bootloader y el Skech (programa) blink.pde ?

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  6. Hola Íñigo. Sí, ambos tienen bootloader(me parece que uno es el de Diecimila y el otro un UNO) y el sketch. En la placa Arduino funcionan bien. Ahora he subido el ejemplo del blink pero ponieno en high y low los pines desde el 10 al 13 y de nuevo me funcionan en la tarjeta Arduino pero en la que yo hice no tengo ningún voltaje a la salida de esos pines (mido directamente en el chip desde PB1 a PB5).
    No veo ningún problema de puentes/soldaduras y sería raro haberme equivocado en las dos tarjetas que he hecho.
    He probado alimentando directamente los pines con 5v y ahora estoy alimentando con 7v a través del regulador y nada, sigo sin señal a la salida de esos pines.

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  7. Hola Fran
    En realidad el esquema es muy sencillo, y si tienes un micro con el programa blink cargado y funcionando en un Diecimila, y lo insertas en la placa Paperduino, deberia funcionar automáticamente al alimentarlo. Sólo se me ocurre que el pulsador de reset esté girado 90º y resetee el chip constantemente.
    Para que funcione solo es necesario conectar la patilla 1 (reset) y 7(Vcc) a 5v y la 8 (GND) a 0V. y que en las 9 y 10 esté el cristal de 16MHz con sus condensadores a masa. Puedes probar eliminando poco a poco todos los demás componentes hasta que detectes donde está el fallo.
    También puede ser que tengas alguna "soldadura fría", es decir alguna que visualmente está bien soldada pero no tiene conexión electrica. (me pasó una vez, y no lo descubrí hasta que comprobé una por una todas las soldaduras con un tester).
    Puede pasar que los diodos LED que utilizas necesitan más intensidad para brillar, puedes bajar el valor de la resistencia hasta 470 Ohmnios. (pero si no mides tensión no creo que sea esto)
    Lo siento, espero haberte ayudado un poco.

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  8. Muchas gracias Íñigo. Ya he detectado el fallo: usaba condensadores de 22 pF de poliéster en vez de cerámicos. En la protoboard me llegaron a funcionar alguna vez y otras hacía que el led parpadease de forma anárquica con resistencia de 460 ohms. En las placas que monté con resistencia de 1k ni siquiera se encendía el led y no conseguía voltaje a la salida de ningún pin.

    Ha sido cambiar los condensadores por unos cerámicos y funcionar las dos placas perfectamente, de hecho me extraña que funcionen los micros por todas las perrerías que les he hecho buscando dónde podía estar el fallo (alguna vez se me han escapado unos 9v directos a Vcc, me he confundido y he cambiado la polaridad de la fuente...)

    Creía que servían ambos tipos de condensador pero parece ser que a estas frecuencias se deben poner cerámicos.

    Un saludo.

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  9. Enhorabuena.
    Y gracias por compartirlo.
    Voy a ponerlo en el blog para que no le ocurra lo mismo a otro.

    Saludos

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  10. Gracias!!!

    http://yopero-tech.blogspot.com/2011/03/home-made-arduino-ii.html

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  11. Que tamaño tiene la placa del paperduino?
    y que formato de hoja (tamaño) usas para imprimirlo?

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  12. Hola Soujiro-kun
    Paperduino-PCB tiene 49x74mm
    Está preparado para imprimir sobre una hoja DIN-A4 (el documento "paperduino-pcb_02) disponible en varios formatos en el archivo zip de descargas.
    Saludos

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  13. hola como ?? me gustaria que alguien me ayedo por favor !!! ya termine mi paperduino en PCB y arme el cable para programarlo con la IDE de arduino e instale el giveio, tengo windows 7 32 bit! le doy 5V a la placa y cuando le doy a cargar el bootloader me tira este error:

    avrdude: can't open device "giveio"

    avrdude: failed to open parallel port "lpt1"

    no se como hacer para que lo cargue sin problemas !!!!!!!!!
    ya probe manteniendo el boton de reset mientras le doy a que cargue el bootloader pero de ninguna manera lo hace!! mi meil es pali-666@hotmail.com si alguien me podria orientar o de aclararme que es lo que hago mal se lo agradezco

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  14. Saludo !!!

    Gracias excelentes proyectos, utilice tu trabajo y desarrolle una placa mas grande utilizando conectores de tornillo, lo hice así pues por motivos de visión se me facilita el trabajo, además que tener los pines bien sujetos me ha facilitado mucho desarrollar los ejemplos que vienen en los tutoriales. ah y por cierto el cable FTDI con cable de celular Nokia DKU-5 me funciono perfecto.

    Nuevamente mil gracias.

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  15. una pregunta aca en peru, solo he podido conseguir los atemga 8, podra funcionar bien con este tipo de micro?, que limitaciones tiene a la hora de programar y en el ide de arduino, a la hora de pasar los sketches, que tipode tarjeta debo elegir para que los transfiera.

    Gracias por la ayuda presatd de antemano

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  16. Hola anónimo
    Creo que no deberías tener problemas con el ATMega8 (de hecho los primeros Ardino utilizaban este micro):
    (http://www.arduino.cc/en/Main/Standalone)

    El único problema es que no podrás realizar programas muy grandes ya que tiene menos memoria.

    El proceso de grabación del bootloader y posteriormente el de cargarle los sketches (programas) es el mismo al indicado en el post.

    Saludos

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  17. buenas el regulador que poneis es uno tipo MC78M05CT a 5V,? Valdria cualquier regulador de 5 v?

    es que asi aprovecho , gracias a todos

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  18. Hola Anonimo,
    El MC78M05CT te vale perfectamente.
    En realidad vale cualquier regulador de 5v que tenga las patillas compatibles (se suelen denominar 7805 genéricamente).
    Si quieres, puedes alimentar el micro con una fuente de tensión estabilizada (de un viejo PC por ejemplo) de 5v (el cable rojo) y ya no es necesario este componente.

    Saludos

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  19. Hola a todos.
    Sigo todos los pasos del tutorial para cargar el bootloader (http://arduino.cc/es/Tutorial/ArduinoISP) pero me sale el siguiente error:

    avrdude: Expected signature for ATMEGA168 is 1E 94 06
    Double check chip, or use -F to override this check.

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  20. Hola anónimo,
    Yo tampoco he podido programar el bootloader en un ATMega168 "virgen" utilizando un Arduino como ISP (con ATMega328P), pero no he tenido ningún problema para programar un ATMega 328P con él.
    Todavía no he descubierto la causa.
    Siento no poder ayudarte.

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  21. Hola Iñigo, tengo la máquina acabada y funciona ok, ahora quiero poner los finales de carrera y tengo el arduino uno. me puedes ayudar para definir las conexiones. Estoy viendo el esquema de el paperduino y me lio un poco. gracias.

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  22. ¡Hola!

    Tengo una "Breakout Board FT232RL USB to Serial" de SparkFun y me gustaría usarlo directamente en el 6 pines FTDI del Paperduino través del cable. ¿Puedo hacer esto?

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    Respuestas
    1. Hola, no creo que tengas problemas, sólamente indicarte que no conectes el pin de Vcc, (es probable que sea de 5v), y alimentes el paperduino por otro medio mientras cargas el programa.
      SL2

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  23. Hola Iñigo, me ha encantado tu pagina, me encanto tu proyecto de CNC y pienso realizarlo mas adelante, por ahora hice este proyecto y me ha resultado de maravilla, gracias a el, rescate un cable de datos de nokia que tenia por ahi guardado sin uso, ademas dejame decirte que realize una modificacion al cable, la linea de vcc que originalmente entrega 3.3V, si revisas dentro del encapsulado del cable(Tienes que abrirlo me temo)te puedes encontrar con una salida de 5V que no esta soldada (al menos en mi caso CA-42) que puedes usar para alimentación del Paperduino. En caso de no tener dicha salida, puedes alargar el cable un poquito y conectarlo directamente al terminal de 5V del USB. Al PaperDuino le agrege 2 resistencias de 1K entre las lineas de Tx y Rx que vienen del cable y sus respectivos terminales en el ATmega328 para que la comunicacion no se vea afectada por el uso de dichos pines del ATmega, otra cosa que cambie (me toco ver la documentación y los esquemáticos del arduino duemilanove) fue que use el terminal DTR del cable en combinación con un condensador de 0.1uF, lo conecte a reset a fin de que la carga de sketches fuera automática sin presionar el botón de reset, y finalmente le quite los condensadores de 22pF al cristal, porque francamente, no me afectan la comunicación ni el funcionamiento del sistema(al menos en mi caso) esto lo hago porque he tenido muy malas experiencias con estos condensadores. Por cierto no se si te habías dado cuenta pero las lineas de Tx y Rx que vienen del cable las debes conectar a los pines de RX y Tx Respectivamente (es decir invertido), si te fijas en tu esquemático tienes a Tx conectado con Tx y a Rx conectado con Rx, lo que da error al momento de programar los sketches(a mi me paso esto) Ahi te dejo unas fotos de mi trabajo con el cable y con el PaperDuino. en fin Te debo felicitar, porque hiciste un excelente trabajo con este circuito y con los demas en tu pagina, he aprendido mucho aqui. Muchas gracias y disculpa lo largo de este comentario

    http://img689.imageshack.us/img689/9452/file0037v.jpg
    http://img694.imageshack.us/img694/5167/file0040w.jpg
    http://img232.imageshack.us/img232/702/file0024z.jpg
    http://img826.imageshack.us/img826/1466/file0044.jpg
    http://img835.imageshack.us/img835/7307/file0045.jpg

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  24. hola, gran tuto el tuyo.

    puedo Cargar el Sketches desde un arduino uno a un
    V2 Pro Mini 328 16Mhz ??

    Saludos!!

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  25. Hola Omnimusha,
    Si el arduino V2 Pro Mini 328 16Mhz es un arduino similar al paperduino (no tiene chip USB), y puedes cargar los programas por tres métodos (explicados en esta página):

    - "Carga de sketches": con un Arduino standar (quitándole el chip).

    - con un PaperFTDI: http://txapuzas.blogspot.com/2010/07/cable-de-programacion-para-arduino-ftdi.html

    - con un "PaperRS232": http://txapuzas.blogspot.com/2009/12/paperrs232-convertidor-rs232-ttl-para.html

    NOTA:supongo que el "V2 Pro Mini 328 16Mhz" ya tiene cargado el botloader. (puedes comprobarlo, si al alimentarlo el LED
    del pin 13 parpadea)

    Saludos

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  26. Hola, en mi pais solo dispongo del atmega328 pero no es P ni PU y me pregunto: podré hacerme de mi paperduino con este chip? gracias por su respuesta

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  27. Hola Iñigo:

    Mil gracias nuevamente por tan buenos tutoriales !!
    Ya tengo armada una "Arduino PCB" con un Atmel 328P-PU, pero aún no pude fabricar el cable FTDI. Consulta:¿Al aplicar 5V a la placa con el 328P-PU instalado (sin el FTDI)deben prenderse los 2 leds (solo se me prende 1) y poder conectar el pin 13 para "blink"???
    Gracias de antemano !!

    Edgardo.-

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  28. De esta forma no se podría conectar al computador?
    http://www.phys-x.org/rbots/images/stories/images/Arduino/atmega328minimal.jpg

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    1. Si, pero el puerto serie del ordenador (Rx y Tx) trabaja con +12v y -12v, mientras que las señales Rx y Tx del Arduino con 0v y +5v, por lo que se necesita un circuito que convierta las señales (como el paperFTDI)

      SL2

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  29. hola que tal saludos, muy buenos los temas, quisiera saber en que software diseñas las placas pcb ya que necesito hacerle unas modificaciones a uno de ellos , es decir, agregarle un moludo de un rele y de una placa xbee shield... gracias

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    Respuestas
    1. Hola, para hacer las placas pcb uyilizo inkscape (no es un programa de enrutado PCB, sino de dibujo generalista), lo puedes bajar de :
      http://inkscape.org/download/?lang=es,

      SL2

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  31. Oye mira que me estaba preguntando si podía hacer yo este proyecto por mi cuenta, y tengo alguna serie de dudas:

    Puedo utilizar un Atmega 328 - PU ?? Es decir, la distribución de los pines del "bichito" es la misma?

    Puedo encender el Arduino sin la alimentación es decir, utilizando sólo la tensión que venga del cable FTDI?

    Y tampoco tengo muy claro como realizar la conexión del cable FTDI con el Arduino... me puedes ayudar?

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    Respuestas
    1. Si,el ATmega328PU es el que he utilizado yo.

      El chip del cable FTDI se alimenta con 3,3v, por lo que no puedes alimentar el paperduino a partir de ese cable. (a no ser que tangas algún cable espacial con 5v).

      Para saber como utilizar el cable FTDI, puedes mirar en la página del paperFTDI:
      http://txapuzas.blogspot.com.es/2010/07/cable-de-programacion-para-arduino-ftdi.html

      SL2

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  32. Bien, buenas, llevo unos meses con tu trabajo en tareas pendientes, y hasta he hecho un diseño de pcb con el programa fritzing, basandome un poco en lo que hiciste tu.

    Mi pregunta sería como conectar la tarjeta arduino con un puerto usb en lugar de la conexión FTDI que tienes tu, pues no me convence de la misma manera que lo otro, ya que preferiría prescindir de la alimentación externa.

    Muchas gracias y un saludo.

    Felicidades por tu trabajo ;)

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