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Sistemas embebidos

Circuitos dedicados a objetos, sistemas computacionales diseñados para realizar funciones dedicadas cubriendo necesidades específicas. Al contrario de lo que ocurre con los ordenadores de propósito general (PC)

Con algunos conocimientos del lenguaje C, se pueden programar estos «CHIP» para interactuar con cualquier objeto del mundo.

La comunicación adquiere gran importancia en los sistemas embebidos. Lo normal es que el sistema pueda comunicarse mediante interfaces estándar de cable o inalámbricas. Así un SI normalmente incorporará puertos de comunicaciones del tipo RS-232, RS-485, SPI, I²C, CAN, USB, IP, Wi-Fi, GSM, GPRS, DSRC, etc.

El subsistema de presentación tipo suele ser una pantalla gráfica, táctil, LCD, alfanumérico, etc

Se denominan actuadores a los posibles elementos electrónicos que el sistema se encarga de controlar. Puede ser un motor eléctrico, un conmutador tipo relé etc. El más habitual puede ser una salida de señal PWM para control de la velocidad en motores de corriente continua

El módulo de E/S analógicas y digitales suele emplearse para digitalizar señales analógicas procedentes de sensores, activar diodos ledes, reconocer el estado abierto cerrado de un conmutador o pulsador, etc

El módulo de reloj es el encargado de generar las diferentes señales de reloj a partir de un único oscilador principal. El tipo de oscilador es importante por varios aspectos: por la frecuencia necesaria, por la estabilidad necesaria y por el consumo de corriente requerido. El oscilador con mejores características en cuanto a estabilidad y coste son los basados en resonador de cristal de cuarzo, mientras que los que requieren menor consumo son los RC. Mediante sistemas PLL se obtienen otras frecuencias con la misma estabilidad que el oscilador patrón

El módulo de energía (power) se encarga de generar las diferentes tensiones y corrientes necesarias para alimentar los diferentes circuitos del SE. Usualmente se trabaja con un rango de posibles tensiones de entrada que mediante conversores ac/dc o dc/dc se obtienen las diferentes tensiones necesarias para alimentar los diversos componentes activos del circuito

Además de los conversores ac/dc y dc/dc, otros módulos típicos, filtros, circuitos integrados supervisores de alimentación, etc

El consumo de energía puede ser determinante en el desarrollo de algunos sistemas embebidos que necesariamente se alimentan con baterías, con lo que el tiempo de uso del SE suele ser la duración de la carga de las baterías

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Utilización de #define en el Preprocesador de la IDE

El preprocesador es una herramienta que se encarga de realizar ciertas tareas antes de que el código sea compilado. Su función principal es procesar las directivas del preprocesador, que son instrucciones que comienzan con el símbolo #, como #include, #define, #ifdef, entre otras.

#define

#define mantiene un conjunto caracteres definidos, algunos de ellos deben ser sustituidos por sus valores equivalentes. Proporciona un mecanismo por el que una parte de código de un programa se puede mostrar u ocultar dependiendo del valor de alguno de los caracteres definidos con la directiva

#define.

En este ejemplo, la construcción es la siguiente:

#define PEPE

void setup() {

  Serial.begin(115200);

#ifdef PEPE
  Serial.print("Bienvenido al sistema PEPE\n");
#else
  Serial.print("Bienvenido al otro sistema\n");
#endif

}

void loop() {

}
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El ESP 32

El ESP32 es el potente chip IoT de Espressif System. Con núcleos duales de 160 MHz, 4 MB de memoria flash, 520 KB de RAM y abundantes periféricos como WiFi y Bluetooth, proporciona una plataforma de procesamiento de alta capacidad que rivaliza incluso con las placas Linux de nivel básico.

A pesar de su potencia, el ESP32 está diseñado para programarse utilizando el conocido IDE de Desarrollo. Esto permite a los desarrolladores aprovechar el rendimiento del ESP32 sin dejar de utilizar la amplia gama de biblioteca. No es necesario sumergirse en una programación compleja de bajo nivel.

Se puede programar desde Drone que recorra los cielos o una:

Máquina Encapsuladora de Café

(Trabajo hecho en 2018)

Electrónica y programación para prototipo con ESP32, LCD, Controladoras de Motor paso a paso y transistor para motor DC y resistencia de sellado.


Control de potencia: Mosfet IRLB3034

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Arrays: Variables multiplicadas

Crearemos un ARRAY de números enteros (int) y realizaremos algunas operaciones básicas con él.

Supongamos que queremos crear un array de 5 elementos e imprimirlos en el monitor serial. Además, calcularemos la suma y el valor máximo dentro del array.

void setup() {
  // Iniciar la comunicación con el monitor serial
  Serial.begin(115200);

  // Crear un array de 5 elementos
  int miArray[5] = {10, 15, 8, 3, 12};

  // Llamar a la función para imprimir el array
  imprimirArray(miArray);

  // Calcular y mostrar la suma de los elementos del array
  int suma = calcularSuma(miArray);
  Serial.print("Suma de los elementos: ");
  Serial.println(suma);

  // Encontrar y mostrar el valor máximo dentro del array
  int maximo = encontrarMaximo(miArray);
  Serial.print("Valor máximo: ");
  Serial.println(maximo);
}

void loop() {
  // Nada aquí en este ejemplo
}

// Función para imprimir el contenido del array
void imprimirArray(int arr[]) {
  Serial.println("Contenido del array:");
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    Serial.print(arr[i]);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();
}

// Función para calcular la suma de los elementos del array
int calcularSuma(int arr[]) {
  int suma = 0;
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    suma += arr[i];
  }
  return suma;
}

// Función para encontrar el valor máximo dentro del array
int encontrarMaximo(int arr[]) {
  int maximo = arr[0];
  for (int i = 1; i < 5; i++) {
    if (arr[i] > maximo) {
      maximo = arr[i];
    }
  }
  return maximo;
}
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Programación estructurada

La programación estructurada es un paradigma de programación orientado a mejorar la claridad, calidad y tiempo de desarrollo de un programa de computadora recurriendo únicamente a subrutinas y a tres estructuras de control básicas: secuencia, selección (if y switch) e iteración (bucles for y while); asimismo, se considera innecesario y contraproducente el uso de la transferencia incondicional (GOTO); esta instrucción suele acabar generando el llamado código espagueti, mucho más difícil de seguir y de mantener, además de originar numerosos errores de programación.

 

Algunos ejemplos de la sintaxis utilizada para delimitar bloques en diferentes lenguajes de programación son:

  1. ALGOL 68: Utiliza palabras clave como if y fi para delimitar bloques, por ejemplo:

    bash
  • if condition then statement1; statement2; fi
  • PL/I y Pascal: Utilizan palabras clave como BEGIN y END para delimitar bloques, por ejemplo:

    sql
  • BEGIN statement1; statement2; END
  • Python: Utiliza sangría de espacio en blanco para delimitar bloques, por ejemplo:

    python
  • if condition: statement1 statement2
  • C y muchos lenguajes posteriores: Utilizan llaves {} para delimitar bloques, por ejemplo:

    c
  1. if (condition) { statement1; statement2; }

La consistencia en la delimitación y estructura de los bloques es crucial para la legibilidad y mantenibilidad del código. Los bloques también juegan un papel importante en la determinación del ámbito de las variables y en el control del flujo de ejecución del programa.

 

Elementos


Estructuras de control

Siguiendo el teorema del programa estructurado, todos los programas se ven como compuestos de estructuras de control:

<pre class="wp-block-syntaxhighlighter-code"><strong>Sequence</strong>: declaraciones ordenadas o subrutinas ejecutadas en secuencia.
<strong>Selection</strong>: una o varias instrucciones se ejecutan dependiendo del estado del programa. Esto generalmente se expresa con la palabra clave como if..then..else..endif. La declaración condicional debe tener al menos una condición verdadera y cada condición debe tener un punto de salida como máximo.
<strong>Iteration</strong>: una instrucción o bloque se ejecuta hasta que el programa alcanza un cierto estado, o se han aplicado operaciones a cada elemento de una colección. Esto generalmente se expresa con palabras clave como while, repeat, for o do..until. A menudo, se recomienda que cada bucle solo tenga un punto de entrada (y en la programación estructural original, también solo un punto de salida, y algunos lenguajes lo imponen).
<strong>Recursion</strong>: una declaración se ejecuta llamándose repetidamente a sí misma hasta que se cumplen las condiciones de terminación. Si bien en la práctica son similares a los bucles iterativos, los bucles recursivos pueden ser más eficientes desde el punto de vista computacional y se implementan de manera diferente como una pila en cascada.</pre>

Representación gráfica de los tres patrones básicos (secuencia, selección y repetición) utilizando diagramas NS (azul) y diagramas de flujo (verde).
Subrutinas

Subrutinas son las unidades a las que se puede llamar, como procedimientos, funciones, métodos o subprogramas. Se utilizan para permitir que una sola declaración haga referencia a una secuencia.
BloquesOrígenes de la programación estructurada

A finales de los años 1970 surgió una nueva forma de programar que no solamente permitía desarrollar programas fiables y eficientes, sino que además estos estaban escritos de manera que se facilitaba su comprensión en fases de mejora posteriores.

El teorema del programa estructurado, propuesto por Böhm-Jacopini, demuestra que todo programa puede escribirse utilizando únicamente las tres instrucciones de control siguientes:

Secuencia.
Instrucción condicional.
Iteración (bucle de instrucciones) con condición inicial.

Solamente con estas tres estructuras se pueden escribir todos los programas y aplicaciones posibles. Si bien los lenguajes de programación tienen un mayor repertorio de estructuras de control, estas pueden ser construidas mediante las tres básicas citadas.

Historia
Fundamentación teórica

El teorema del programa estructurado proporciona la base teórica de la programación estructurada. Señala que la combinación de las tres estructuras básicas, secuencia, selección e iteración, son suficientes para expresar cualquier función computable. Esta observación no se originó con el movimiento de la programación estructurada. Estas estructuras son suficientes para describir el ciclo de instrucción de una unidad central de procesamiento, así como el funcionamiento de una máquina de Turing. Por lo tanto, un procesador siempre está ejecutando un «programa estructurado» en este sentido, incluso si las instrucciones que lee de la memoria no son parte de un programa estructurado. Sin embargo, los autores usualmente acreditan el resultado a un documento escrito en 1966 por Böhm y Jacopini, posiblemente porque Dijkstra había citado este escrito.4​ El teorema del programa estructurado no responde a cómo escribir y analizar un programa estructurado de manera útil. Estos temas fueron abordados durante la década de 1960 y principio de los años 1970, con importantes contribuciones de Dijkstra, Robert W. Floyd, Tony Hoarey y David Gries.
Debate

P. J. Plauger, uno de los primeros en adoptar la programación estructurada, describió su reacción con el teorema del programa estructurado:

Nosotros los conversos ondeamos esta interesante pizca de noticias bajo las narices de los recalcitrantes programadores de lenguaje ensamblador que mantuvieron trotando adelante retorcidos bits de lógica y diciendo, ‘Te apuesto que no puedes estructurar esto’. Ni la prueba por Böhm y Jacopini, ni nuestros repetidos éxitos en escribir código estructurado, los llevaron un día antes de lo que estaban listos para convencerse.5​

Donald Knuth aceptó el principio de que los programas deben adaptarse con asertividad, pero no estaba de acuerdo (y aún está en desacuerdo)[cita requerida] con la supresión de la sentencia GOTO. En su escrito de 1974 «Programación estructurada con sentencias Goto», dio ejemplos donde creía que un salto directo conduce a código más claro y más eficiente sin sacrificar demostratividad. Knuth propuso una restricción estructural más flexible: debe ser posible establecer un diagrama de flujo del programa con todas las bifurcaciones hacia adelante a la izquierda, todas las bifurcaciones hacia atrás a la derecha, y sin bifurcaciones que se crucen entre sí. Muchos de los expertos en teoría de grafos y compiladores han abogado por permitir solo grafos de flujo reducible[¿quién?][¿cuándo?].

Los teóricos de la programación estructurada se ganaron un aliado importante en la década de 1970 después de que el investigador de IBM Harlan Mills aplicara su interpretación de la teoría de la programación estructurada para el desarrollo de un sistema de indexación para el archivo de investigación del New York Times. El proyecto fue un gran éxito de la ingeniería, y los directivos de otras empresas lo citaron en apoyo de la adopción de la programación estructurada, aunque Dijkstra criticó las maneras en que la interpretación de Mills difería de la obra publicada.

Habría que esperar a 1987 para que la cuestión de la programación estructurada llamara la atención de una revista de ciencia de la computación. Frank Rubin lo hizo en ese año, con el escrito: «¿“La sentencia GOTO considerada dañina” se considera dañina?». A este le siguieron numerosas objeciones, como una respuesta del propio Dijkstra que criticaba duramente a Rubin y las concesiones que otros autores hicieron cuando le respondieron.
Resultado

A finales del siglo XX, casi todos los científicos están convencidos de que es útil aprender y aplicar los conceptos de programación estructurada. Los lenguajes de programación de alto nivel que originalmente carecían de estructuras de programación, como FORTRAN, COBOL y BASIC, ahora las tienen.
Ventajas de la programación estructurada

Entre las ventajas de la programación estructurada sobre el modelo anterior (hoy llamado despectivamente código espagueti), cabe citar las siguientes:

* Los programas son más fáciles de entender, pueden ser leídos de forma secuencial y no hay necesidad de tener que rastrear saltos de líneas (GOTO) dentro de los bloques de código para intentar entender la lógica interna.
* La estructura de los programas es clara, puesto que las instrucciones están más ligadas o relacionadas entre sí.
* Se optimiza el esfuerzo en las fases de pruebas y depuración. El seguimiento de los fallos o errores del programa (debugging), y con él su detección y corrección, se facilita enormemente.
* Se reducen los costos de mantenimiento. Análogamente a la depuración, durante la fase de mantenimiento, modificar o extender los programas resulta más fácil.
* Los programas son más sencillos y más rápidos de confeccionar.
* Se incrementa el rendimiento de los programadores.