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Herramientas para desarrollo rápido de prototipos en aplicaciones conectadas por medio de la familia de microcontroladores de 32 bits PIC32/SAM de Microchip

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Además de microcontroladores, Microchip también ofrece herramientas de desarrollo de hardware y software. La familia de microcontroladores proporciona ejemplos de aplicaciones o herramientas para el desarrollo de prototipos destinados a la industria y la tecnología, como conectividad, bajo consumo y seguridad funcional, entre otras. Las herramientas de desarrollo de hardware y software nos permiten desarrollar prototipos con rapidez sin necesidad de diseñar placas de circuito impreso.

Dentro de su oferta de herramientas de hardware, Microchip ofrece las tarjetas de desarrollo Curiosity Nano y Curiosity. Los kits de desarrollo Curiosity Nano se caracterizan por su bajo coste y pequeño formato con capacidad de depuración y programación incorporada. Se basan en un adaptador denominado Nano Base y, mediante tarjetas Click y tarjetas de extensión, pueden potenciar las capacidades de las tarjetas de desarrollo añadiendo sensores, interfaces táctiles, pantallas o cualquier otra interfaz de conectividad requerida para desarrollar cualquier aplicación.

Los kits Nano también permiten diseñar con toda la familia de microcontroladores de 8, 16 y 32 bits de Microchip, por lo que las aplicaciones de todo tipo son escalables para estas familias de microcontroladores.
Las tarjetas de desarrollo Curiosity incorporan asimismo conectores de audio, interfaces gráficas, conectores gráficos y conectores para conectividad a internet, entre otros.
Además de los conectores Mikroe se encuentran los conectores XPRO, mientras que algunas de las tarjetas Curiosity también tienen conectores Arduino, que permiten utilizar shields para Arduino con el fin de implementar prototipos de aplicaciones.

Herramientas de software para complementar el hardware
Por lo que se refiere a herramientas de software, Microchip ofrece cuatro herramientas principales. Por encima de todos se encuentra el MPLAB® X IDE, un entorno de desarrollo integrado (Integrated Development Environment, IDE) utilizado para desarrollar aplicaciones embebidas en los controladores digitales de señal y los microcontroladores de Microchip.
Otra herramienta es compilador MPLAB XC, que permite traducir el lenguaje de alto nivel C o el código C++ al lenguaje ensamblador del microcontrolador que se está desarrollando.
Otra herramienta importante es el entorno de desarrollo de software MPLAB Harmony, que forma parte del gran ecosistema MPLAB X de Microchip y permite desarrollar aplicaciones embebidas en los microcontroladores de 32 bits de Microchip. Harmony, que cuenta con diversas funciones, proporciona varios ejemplos de demostraciones para empezar a desarrollar aplicaciones y prototipos, así como bibliotecas escalonadas y modulares. También dispone de bibliotecas de periféricos para la conexión a registros de hardware y ofrece bibliotecas de middleware, drivers abstractos y servicios del sistema.

También existen varias herramientas de desarrollo gráfico que permiten crear proyectos y generar código por medio de una interfaz gráfica de usuario. Todo esto se puede descargar en una plataforma GitHub y todo el entorno de desarrollo de software MPLAB Harmony v3 está disponible en GitHub. Una de las herramientas de desarrollo gráfico es MCC, la herramienta de configuración de código de Microchip, que ahora es compatible con los microcontroladores de 32 bits, proporcionando así a los clientes una herramienta de configuración común para todas las familias de microcontroladores. Con esta herramienta se puede configurar código, crear proyectos y generar código mediante bibliotecas de software.
Veamos tres ejemplos de proyectos de desarrollo, pero en primer lugar hemos de echar un vistazo a un par de recursos importantes para estos ejemplos. El primero es el paquete de aplicaciones de referencia MPLAB Harmony, disponible como repositorio en GitHub. Este repositorio tiene muchas aplicaciones autónomas para demostrar las funciones y las capacidades de los microcontroladores de 32 bits. Entre los ejemplos de las aplicaciones de referencia se encuentran desde aplicaciones sencillas y de demostración hasta otras mucho más complejas y dotadas de numerosas funciones, así como demostraciones que utilizan tarjetas Click de MikroElektronika, XPRO y otras.
El propio paquete de aplicaciones de referencia también incluye ejemplos de demostración con tarjetas Click de MikroElektronika que explican cómo utilizarlas con el entorno de desarrollo de software Harmony.


Ejemplos de desarrollo rápido de prototipos
Nuestro primer ejemplo es controlar el funcionamiento de un ventilador dependiendo de la temperatura de la sala, como muestra el siguiente diagrama.

El ventilador, que funciona a baja, media o alta velocidad, se puede conectar o desconectar dependiendo de la temperatura de la sala. En este ejemplo utilizamos un kit de evaluación PIC32CM MC00 Curiosity Nano, que incorpora un microcontrolador Cortex M0+, un dispositivo cortafuegos que se conecta a la tarjeta Click de MikroElektronika mediante líneas I2C. Tenemos dos tarjetas Click: Weather Click y Fan Click. La primera usa parámetros de temperatura, presión y humedad, mientras que la segunda permite controlar el ventilador conectado a ella.
Ambas están unidas mediante la interfaz I2C y solo hay un caso de I2C utilizado desde el lado del microcontrolador y se conecta a dos líneas diferentes en dos direcciones diferentes. La aplicación inicializa estas tarjetas Click y luego lee la temperatura de la sala por medio de I2C. Compara el valor de la temperatura con el valor requerido y, si la temperatura es superior a 25 °C y se desea que el ventilador funciona a velocidad media, lo acciona de la manera correspondiente. De forma parecida, lo conecta y desconecta y funciona a varias velocidades.

En el segundo ejemplo se monitoriza el pulso cardíaco de una persona, ayudando así a analizar los patrones del sueño o el rendimiento en diversas actividades deportivas. En este ejemplo se usaría una tarjeta SAM E51 Curiosity Nano, que tiene un microcontrolador Cortex M4 y se conecta a una tarjeta Heart Rate Click y una eINK Bundle Click. La Heart Rate 9 Click proporciona los datos del pulso cardíaco a través del UART y se visualizar en una pantalla de bajo consumo, denominada eINK Click Bundle, la cual se conecta a través de SPI.

Tras inicializar estos módulos y visualizar un valor por defecto en la eINK Click Bundle, el usuario active la medida pulsando un botón y poniendo el dedo sobre el sensor de pulso cardíaco. El microcontrolador lo lees y muestra el valor en la pantalla de bajo consumo.
El tercer ejemplo es una extensión del primero, añadiendo una pantalla al ejemplo de control de un ventilador en función de la temperatura de la sala.

En este caso tenemos un rectángulo de puntos con una eINK Click Bundle añadida al mismo diagrama de bloques. El flujo de la aplicación sigue siendo el mismo. Una vez leída la temperatura, se fija el ventilador a baja, media o alta velocidad, y al mismo tiempo se muestran el valor de la temperatura y la velocidad del ventilador en la pantalla de bajo consumo.

La segunda parte de este ejemplo añade capacidad inalámbrica ya que ofrece la posibilidad de controlar la aplicación a través de un smartphone Android con BLE. Las instrucciones se envían al smartphone para conectar y desconectar el ventilador, o bien hacer que funcione en un modo basado en la temperatura.

En el ejemplo 3, las partes 1 y 2 también se pueden integrar en una aplicación controlada por un dispositivo inteligente, por control remoto y con pantalla.

Cómo desarrollar las aplicaciones
Vale la pena describir los tres pasos que se seguirían para desarrollar estas aplicaciones. El primer paso consiste en crear un proyecto con MPLAB X IDE para el microcontrolador escogido, por ejemplo un SAM E51 usando MCC. A continuación se configuran el reloj, los periféricos y las patillas correspondientes. Si se utiliza un ejemplo existente y se desea ampliarlo no es preciso crear un proyecto nuevo sino aprovechar el ya existente y simplemente abrirlo en MPLAB X IDE.
El segundo paso es añadir el código de la aplicación. Ante de ello se utilizarían los ejemplos de tarjetas Click de MikroElektronika ya existentes.
Estos ejemplos tienen ciertas rutinas que se pueden usar para implementar la funcionalidad de la tarjeta Click en las aplicaciones finales. Básicamente se añaden a la aplicación y se implementa la aplicación dependiendo de las necesidades.
El tercer paso consiste en ejecutar la aplicación y evaluar la salida. Para ello hay que abrir la app de Android, denominada MBD, y se pregunta si se desea activar la ubicación con Bluetooth, aceptarlo. Pulse el icono BLE UART, que muestra el tipo de dispositivo que puede explorar. Escoja BM70 y aparecerá una lista con todos los dispositivos disponibles basados en BLE. Busque el dispositivo de demostración de UART transparente y una vez encontrado se puede cancelar la exploración en marcha y pulsar sobre la demostración de UART transparente.

Entonces se establecerá una conexión con el dispositivo que permitirá comunicar datos. Pulsando sobre el icono de transmisión de datos se activará la transmisión adecuada en la parte inferior. Esto nos lleva a una pantalla en la que se pueden escribir las instrucciones para controlar el dispositivo: desconectar el ventilador, conectarlo o haciendo que funcione a una determinada velocidad. Estas instrucciones se obtienen por medio de mensajes de texto.
Si se desea desconectar el ventilador hay que escribir la instrucción de desconexión en el control de BLE y pulsar el botón de enviar. Para manejarlo en un modo basado en la temperatura, escriba en el control de temperatura de la instrucción, pulse el botón y el ventilador funcionará dependiendo de la temperatura de la sala. También se puede variar la temperatura poniendo un dedo sobre el sensor y el ventilador variará su velocidad a baja, media o alta velocidad dependiendo de la temperatura de la sala.

Plataforma de desarrollo de software MPLAB Harmony
Microchip ofrece varios recursos que facilitan el desarrollo de aplicaciones, como pilas de gráficos, audio y bibliotecas criptográficas, entre otros.
Además de las tarjetas Curiosity y Curiosity Nano para desarrollo rápido de prototipos, Microchip también ofrece plataformas como las series Xplained Pro o XPLORE, así como la serie Ultra de tarjetas de desarrollo Curiosity.

Más información

Autores:
Syed Thaseemuddin, Ingeniero Técnico, Microchip Technology Inc.
Shridhar Channagiri, Director de Marketing de Producto, Microchip Technology Inc.

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