El biestable definitivo con mBlock y Arduino UNO

mBlock 5 es una poderosa plataforma de programación basada en Scratch 3.0 especialmente diseñada para robótica, STEM y aprendizaje de programación. Al admitir el lenguaje Python basado en bloques, mBlock 5 nos permite crear juegos y animaciones libremente y programar robots Makeblock y más hardware de recursos abiertos como Arduino UNO. Este software cuenta con tecnologías de vanguardia como IA e IoT, lo que lo convierte en el software de programación perfecto para educadores, estudiantes, creadores y niños.

El IDE, o Entorno de Desarrollo Integrado, es donde podemos programar mediante bloques una gran variedad de dispositivos y robots de forma sencilla.

Como es habitual en este blog, vamos rápidamente al grano, ya que para mí últimamente el tiempo apremia y sólo dispongo del necesario para contaros de forma empírica lo que da cada entrada.

Abrimos el entorno con el navegador Google Chrome, ya que en Linux (en mi caso, Debian 12 "bookworm") es con el navegador que mejor va: https://ide.mblock.cc/

Lo primero es añadir el dispositivo que vamos a programar; en mi caso, la placa Arduino UNO (Dispositivos -> Añadir):

En vez de usar el driver mLink para conectar la placa Arduino UNO, y como tengo instalado y conectado el entorno IDE de Arduino a través de un puerto USB ttyACM0 (el dispositivo ACM0 es un dispositivo USB integrado estandarizado), hago clic en Cambiar a conexión directa:

y luego, hago clic en Serie:

 

  Elijo el dispositivo ttyACM0:

El hardware de Arduino UNO debe de estar conectado.

Biestable con un pulsador usando el IC 555

Para concluir la serie de circuitos básicos con el IC 555, os dejo en esta entrada un estupendo biestable (MVB) que se activa y desactiva con un único pulsador. Fácilmente se puede modificar para usar con diferentes tensiones y con elementos de control como relés u optoacopladores, por ejemplo.
En el esquema anterior os doy una idea de lo requerido en el diseño, donde se aprecia como a las entradas de los comparadores aplicamos una tensión de referencia equivalente a la mitad de la tensión de alimentación, marcando internamente la red resistiva el umbral de ventana propio de activación y desactivación (1/3 Vcc y 2/3 Vcc). Sólo necesitamos aplicar un impulso transitorio en las entradas 2 y 6 del IC para hacer bascular el Flip-flop interno, apagando y encendiendo el LED cada vez que se pulsa el pulsador.

Un vídeo vale más que mil palabras, y veréis que el resultado es espectacular.

Original biestable con el 555

El 555 siempre ha sido y es un discreto circuito integrado universal para crear multivibradores monoestables, astables y biestables. La peculiaridad del circuito que esbocé aquí reside en que usa dos salidas, una la patilla 3 y otra la 7, y trabaja con una tensión de 3V.
Hablamos de monoestable, astable o biestable, si el multivibrador mantiene uno, ninguno, o dos estados estables de conducción. Actuando sobre las entradas, en este caso Set y Reset, podemos cambiar el estado de conducción a activado(ON) o desactivado(OFF). La salida 3 y 7 están invertidas, y si el LED verde se enciende, el rojo permanecerá apagado, y viceversa.
Es muy fácil esbozar un seguidor de líneas o un seguidor solar (con un pelín más de desarrollo) usando como base este circuito.

Cambiando el valor de las resistencias R1 y R2 podremos variar la sensibilidad lumínica del circuito. Es un estándar didáctico original e interesante.

Un vídeo ilustrativo nos clarifica su funcionamiento:

Biestable con un relé y un transistor bipolar

Este es un circuito muy simpático que funciona muy bien como biestable, hecho con los mínimos elementos posibles, y modificándolo ligeramente lograremos convertirlo en un monoestable o en un astable. Es en esencia un biestable que se autobloquea a través de la resistencia R3 cuando pulsamos inicialmente el pulsador, manteniendo al transistor T1 saturado. A través de la resistencia R4 y el condensador electrolítico C1 establecemos un tiempo que nos permite mantener un estado estable de trabajo, encendido o apagado, y la carga y descarga de ese condensador para poder cambiar de estado se hace a través de las resistencias R2 y R1. Dependiendo de la posición en que se encuentre el relé, es decir, del estado de conducción, la carga y descarga del condensador C1 se realiza automáticamente al pulsar el pulsador ON/OFF. La fuerza contraelectromotriz generada por la bobina del relé se disipa a través de los propios componentes del circuito, haciendo innecesario el uso de un diodo polarizado inversamente en paralelo con la bobina del relé.

Inicialmente el condensador está descargado, y al pulsar el pulsador se carga a través de R2 saturando a T1 activando el relé, quedando bloqueado a través de la resistencia R3; al volver a pulsar el pulsador el condensador se descarga a través de R1, llevando al transistor al estado de corte desactivando el relé.
Curiosamente, si unimos los extremos del pulsador este circuito se convierte en un astable de 1 Hz.
Os dejo a continuación con el vídeo para que alucinéis con esta tecnología minimalista.

Encender y apagar un LED con un sonido

En suma, lo que les voy a describir no es ni más ni menos que un biestable activado con un sonido. El circuito está compuesto principalmente por un micrófono electret, un diodo LED y una plataforma de hardware libre llamada Arduino Uno. Uso también una resistencia ajustable para poder establecer de forma tradicional el umbral de sensibilidad del micrófono.
En el software hay tres variables importantes: valorMicro, valorAdj y biestable. La variable entera “valorMicro” recoge el valor de la entrada analógica A0. Esta entrada tiene una resolución de 10 bits, y la tensión de referencia por defecto es de 5V; sabiendo esto, la sensibilidad de la entrada analógica es de 5v/1024, es decir, 4,9 mV, de sobra para que nuestro electret pueda disponer de un ajuste de sensibilidad extraordinario. Comparando esta variable con la variable de ajuste “valorAdj”, que recoge el valor de la entrada analógica A1, podremos establecer  la sensibilidad del micrófono entre un rango muy fino para umbrales de ruido muy bajo y otro rango más grueso para umbrales de ruido mucho mayores. No es necesario usar como resistencia ajustable la que yo usé de precisión, podremos usar cualquier otra de 4K7 o 10K, por ejemplo, ya que es un resistor que establece una tensión de referencia en la entrada analógica A1. Con una palabra o una palmada podremos activar y desactivar el diodo LED.
Cambiando oportunamente el valor de la variable “biestable” entre 0 y 1 conseguimos encender y apagar el LED cuando el sonido emitido supera el umbral establecido para el micrófono.
El programa está suficientemente comentado para que pueda ser entendible por cualquier entusiasta de Arduino.

Biestable con Arduino

Comenzar con cierta didáctica para ir haciéndonos con el Arduino Uno parece razonable. Antes de los grandes proyectos, conocer poco a poco de qué va esto puede contribuir a que nadie se aburra antes de empezar.
Habrá un millón de ejercicios como éste, pero cada uno la emprende como sabe, y yo quiero aportar mi granito de arena para que nadie pueda quedar en la estacada. Así, este biestable es un sencillo ejercicio que nos va a permitir conocer el operador de comparación ==, e operador de asignación =, el operador booleano && (Y), el condicional IF ELSE, el manejo de variables enteras int, la estructura de un programa con Arduino y la creación de un subprograma. Todo muy sencillo, ya lo verán.
Con este biestable vamos a poder apagar y encender un LED con un sólo pulsador, lo mismo que hace el biestable tipo T que dejé en otra entrada.
El programa está lo suficiente comentado como para percatarnos fácilmente de cómo va. Asi, lo único importante es que maneja una variable para conmutar de encendido y apagado, y está condiconado el encendido y apagado del LED al cambio de valor que en cada momento establecemos en la variable "biestable" y el hecho de pulsar el pulsador.
El programa es como sigue:

En el siguiente vídeo observamos como trabaja:

Os dejo el programa en formato texto por si queréis estudiarlo o moficarlo a vuestro antojo.

Apagar y encender un diodo LED con un único pulsador (Biestable tipo T)

Este circuito lo hice a partir de un biestable JK (Jack Kilby), y funciona como un Biestable T (Toggle), es decir, que por cada flanco activo de la entrada de reloj (Clk), la salida del biestable cambia de estado.
En este circuito conecto un pulsador a la entrada de reloj para que la salida del biestable cambie cada vez que lo pulsemos. El condensador C1 lo añado para minimizar el efecto rebote del pulsador. Cuando oprimimos el pulsador (al soltarlo, activo por nivel alto) el LED se enciende o se apaga, dependiendo del estado  que presente antes.
El Biestable o Flip-Flop es capaz de almacenar un bit de información, conservando el estado de 0 o 1 hasta que aplicamos el impulso de reloj correspondiente (síncrono) que provoca su cambio de estado.
Con cada chip 4027 podremos usar dos Biestables T, y controlar si queremos 2 LEDs. Con un poco de ingenio, y aplicando al menos la tensión (3 a 18 Vcc) de trabajo del relé que queramos usar, podremos controlarlo con este circuito, eso sí, añadiendo un amplificador de corriente como Seguidor de Emisor para evitar sobrecargar el circuito integrado.

Simulación del Biestable tipo T con Logic.ly