Atmega328P independiente de Arduino (Arduino standalone)

Recuerdo mi primer contacto en la facultad con un microcontrolador (de Texas Instrumens, no recuerdo el modelo). Había que usar complejos y caros programadores para volcar el código, y para volver a usarlos había que borrar sus EPROM con luz ultravioleta. Hoy están mucho más accesibles, y la plataforma Arduino, basada en el microcontrolador Atmega328P, tiene bastante culpa de ello (aunque no son los únicos, claro). Hoy cualquiera con un PC y ganas puede adquirir un Arduino por muy pocos euros y empezar a jugar con él. Ni siquiera es necesario programar en ensamblador ya que el entorno de desarrollo permite programarlos en un lenguaje de alto nivel. El prototipado es, hoy en día, mucho más sencillo y barato gracias a estas nuevas plataformas, pero en algún momento hay que pasar del prototipo al circuito final (o al menos, a un prototipo ya sin la placa de Arduino a cuestas). Vamos a ver cómo usar el microcontrolador Atmega328P en un circuito real e independiente de la placa de Arduino.

El bootloader es parte de la magia de Arduino. Es un pequeño código almacenado en su memoria que se ejecuta al arrancar y que se encarga de leer datos por su puerto serie y almacenarlo en la memoria flash. Es decir, que nos permite cargar nuestro propio código sin necesidad de usar un programador externo. Los Atmega328P se pueden adquirir a muy bajo precio, pero en la mayoría de los casos vendrán sin su correspondiente bootloader (a veces incluso aunque el vendedor diga que sí). Así que, si no lo trae, lo primero que tendremos que hacer es cargar el bootloader en el microcontrolador. La buena noticia es que podemos hacerlo con la ayuda de la propia placa Arduino. Esta es la lista de materiales que vamos a necesitar:

• Arduino UNO.
• Protoboard.
• Un Atmega328P (ojo, no un Atmega328, son distintos).
• Oscilador 16MHz (tipo HC49S)
• Dos condensadores cerámicos de 22pF.
• Dos resistencias (1K y 10K)
• Cables

La distribución de pines del Atmega328P es la siguiente:

Lo mínimo necesario para que el Atmega328P funcione es, por supuesto, conectar los pines 7 y 20 a VCC (5V) y el 8 y 22 a tierra. Aunque el Atmega328P puede funcionar con su reloj interno de 8MHz, sin bootloader no vamos a poder activarlo, así que usaremos uno externo a 16MHz que se conecta a las patillas 9 y 10, con sus correspondientes condensadores (he usado dos cerámicos de 22pF). Si tienes un resonador a 16MHz (yo no tenía ninguno a mano) puedes usarlo en lugar del oscilador y ahorrarte los dos condensadores.

Finalmente el circuito queda así:

El programa que se encarga de escribir el bootloader necesita (como mínimo) una conexión al pin de Reset (con la resistencia de 10K) y a los pines 13, 12 y 11. Así queda el circuito ya montado en la protoboard.

Ahora, con el Arduino conectado al PC y el entorno de desarrollo ejecutándose, seleccionamos en el menú Archivo: Ejemplos > Arduino ISP.

En el menú Herramientas: Programador > Arduino as ISP.

Y finalmente, también en el menú Herramientas, seleccionamos Grabar secuencia de inicio.

Sólo nos queda pulsar el botón para cargar el código en el microcontrolador (el botón de la flechita). Si todo va bien, nuestro Atmega328P ya tiene grabado su bootloader y está listo para que podamos cargar nuestro programa en él. Podríamos pincharlo en el zócalo de una placa Arduino y programarlo normalmente para después volver a ponerlo en la protoboard, pero la buena noticia es que podemos programarlo directamente en la protoboard conectando los pines TX y RX a la placa Arduino. Ojo, antes hay que quitar el Atmega328P que hay en la placa Arduino. Las conexiones quedarían así:

Así es como debe quedar. Nótese que el Arduino tiene el zócalo del Atmega328P vacío.

Pues bien, ahora vamos a programarlo. Usaremos el famoso Blink que trae de ejemplo el entorno de desarrollo. Está en el menú Archivo > Ejemplos > Basic > Blink.

Cambiamos el programador en Herramientas > Programador > AVR ISP.

Finalmente pulsamos el botón de la flechita para cargar nuestro programa. Ahora el código está grabado en el microcontrolador y cada vez que le suministremos 5V y lo pongamos en marcha, lo ejecutará. El programa Blink hace parpadear un led de la placa Arduino que está conectado al pin 13, así que tendremos que poner un led y una resistencia de 1K en la protoboard para poder probar el montaje.

En la fotografía de cabecera del artículo se puede ver el resultado final.

Nuestro circuito aún no estaría completo, ya que en un circuito real es necesario usar algún tipo de regulador de voltaje a 5V como el l7805cv, incluso aunque alimentemos el montaje con pilas, pero para simplificar, alimentaré el circuito con una fuente de alimentación estabilizada. Recuerda que hay que suministrar 5V (el circuito apenas consume 20 miliamperios). Si todo está correcto, el led comenzará a parpadear gracias a nuestro circuito basado en el Atmega328.