Caso práctico: Resistor en serie para protección de entrada GPIO

Materiales

• 1 × Placa de desarrollo con microcontrolador (por ejemplo, Arduino Uno).
• 1 × Pulsador tipo botón (push-button) de 4 patas o 2 patas.
• 1 × Resistor de 10 kΩ (R1) para serie con la entrada GPIO.
• 1 × Resistor de 10 kΩ (R2) para pull-down (referencia a GND).
• 1 × Fuente de 5 V (puede ser la misma del Arduino, pin +5V).
• 1 × Protoboard.
• 6–8 × Cables de conexión tipo macho-macho.

Guía de conexionado

• Conecta el pin +5V del microcontrolador (por ejemplo, Arduino Uno) a la línea de alimentación positiva de la protoboard (etiquétala como +5V).
• Conecta el pin GND del microcontrolador a la línea de masa de la protoboard (etiquétala como GND).
• Elige un pin digital del microcontrolador, por ejemplo GPIO D2; este será el nodo GPIO.
• Conecta un extremo del pulsador a +5V.
• Conecta el otro extremo del pulsador al nodo VA (este será el nodo intermedio entre pulsador y resistor serie).
• Conecta el resistor R1 = 10 kΩ entre el nodo VA y el nodo GPIO (serie de protección de entrada).
• Conecta el resistor R2 = 10 kΩ entre el nodo GPIO y GND (pull-down para que el pin esté en 0 V cuando el botón no se pulsa).
• Verifica que no haya ninguna conexión directa (cable solamente) entre +5V y GND.
• En el código del microcontrolador, configura el pin D2 como entrada digital estándar (INPUT, sin pull-up interno).

Esquemático

            +5V
            |
            |
          [PULS] Pulsador
            |
            o VA node
            |
          [R1] 10kΩ  (serie protección)
            |
            o GPIO node (pin D2 MCU)
            |
          [R2] 10kΩ  (pull-down)
            |
           GND

Mediciones y pruebas

• Comprobación básica con multímetro:

  • Mide la continuidad del circuito con el multímetro en modo continuidad entre +5V y GND: no debe pitar (no debe haber cortocircuito directo).
  • Verifica el valor aproximado de R1 y R2 midiendo su resistencia en ohmios antes de montarlos (alrededor de 10 kΩ cada uno).

• Medición de tensión en el pin GPIO (V_GPIO):

  • V_GPIO significa “tensión en el pin GPIO” respecto a GND.
  • Coloca la punta negra del multímetro en GND y la punta roja en el nodo GPIO.
  • Con el pulsador SUELTO: deberías medir aproximadamente 0 V (gracias al resistor R2 como pull-down).
  • Con el pulsador PULSADO: deberías medir aproximadamente 5 V (la tensión se transmite a través de R1 hasta el pin GPIO).

• Medición de corriente a través del resistor serie (I_R1):

  • I_R1 significa “corriente que atraviesa el resistor R1”.
  • Para medir corriente, el multímetro debe ponerse en serie con el componente:
    • Desconecta el extremo de R1 que va al nodo VA.
    • Conecta la punta roja del multímetro al nodo VA y la punta negra al extremo libre de R1 (así la corriente pasa por el multímetro).
  • Pulsa el botón y lee la corriente: deberías obtener un valor del orden de 0,5 mA (5 V / 10 kΩ = 0,5 mA aproximadamente).

• Prueba funcional con el microcontrolador:

  • Sube un programa sencillo que lea el pin D2 y envíe por el puerto serie el texto “BOTON: PULSADO” o “BOTON: SUELTO”.
  • Observa en el monitor serie que:
    • Sin pulsar el botón: se reporte estado bajo (0 lógico) de forma estable.
    • Pulsando el botón: se reporte estado alto (1 lógico) de forma clara.
  • Si el microcontrolador se resetea o se cuelga al pulsar el botón, revisa las conexiones y valores de R1 y R2.

• Criterios de éxito:

  • V_GPIO ≈ 0 V con el pulsador suelto y V_GPIO ≈ 5 V al pulsarlo.
  • I_R1 ≈ 0,5 mA (menos de 1 mA) al pulsar el botón.
  • El microcontrolador detecta correctamente los cambios de estado sin comportamientos erráticos.
  • No hay calentamiento apreciable en resistores ni en el microcontrolador al tacto.

Errores comunes

• Conectar el pulsador directamente entre +5V y el pin GPIO sin resistor serie:
• Esto funciona muchas veces, pero reduce la protección del pin: si se configura accidentalmente como salida en bajo, la corriente puede ser muy alta (limitada solo por la resistencia interna).
• Olvidar el resistor pull-down (R2):
• El pin queda “flotando” cuando el botón no se pulsa, provocando lecturas aleatorias (saltos espurios entre HIGH y LOW).
• Conectar mal el pulsador de 4 patas:
• En muchos botones las patas están unidas por parejas; si se cablea en paralelo en lugar de en serie, el botón puede quedar siempre activado.
• Poner el resistor R1 en el lugar equivocado:
• R1 debe ir entre el pulsador y el pin GPIO (nodo VA hacia nodo GPIO), no entre +5V y el pulsador, ni entre el GPIO y GND (esa función es de R2).

Seguridad y buenas prácticas

• Trabaja siempre con alimentación de 5 V o menos para estas prácticas básicas.
• No cambies el cableado con el circuito alimentado: primero desconecta el USB o la alimentación externa.
• Usa valores de resistor de al menos 1 kΩ cuando pongas algo en serie con un pin GPIO, a menos que tengas un motivo claro para usar menos.
• Lee en la hoja de datos de tu microcontrolador la corriente máxima recomendada por pin y por puerto para saber cuánta protección necesitas.

Posibles mejoras

• Añadir un condensador pequeño (por ejemplo, 100 nF) entre el nodo GPIO y GND para reducir aún más el rebote del pulsador (filtro RC simple).
• Implementar en el firmware un algoritmo de debounce por software (por ejemplo, ignorar cambios dentro de una ventana de 20 ms).
• Cambiar R2 por un pull-up (entre GPIO y +5V) y conectar el otro lado del pulsador a GND, con la misma idea de añadir R1 en serie para protección.
• Probar con diferentes valores de R1 (4,7 kΩ, 22 kΩ, 47 kΩ) y observar cómo cambia la corriente I_R1 y el ruido recogido en el pin GPIO.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

Sígueme:

¿Quiénes somos?