AULA 1 - Microcontroladores - Técnico

Introdução aos Microcontroladores

Apresentação sobre Microcontroladores

Apostila sobre Microcontroladores

A plataforma Arduíno

(Extraído da apostila Curso de Arduíno, de Álvaro Justen e do curso Programação Básica em Arduíno, UFSC)

Arduino 1 é um projeto que engloba software e hardware e tem como objetivo fornecer uma plataforma fácil para prototipação de projetos interativos, utilizando um microcontrolador.

O projeto do Arduino teve início em 2005 na cidade de Ivrea, Itália.

O Arduino é composto por uma placa com microcontrolador Atmel AVR e um ambiente de programação baseado em Wiring e C++.

Tanto o hardware como o ambiente de programação do Arduino são livres, ou seja, qualquer pessoa pode modificá-los e reproduzi-los.

O Arduino também é conhecido como plataforma de computação física.

PLATAFORMAS DE COMPUTAÇÃO FÍSICA: são sistemas digitais ligados a sensores e atuadores, que permitem construir sistemas que percebam a realidade e respondem com ações físicas. O Arduíno é baseado em uma placa microcontrolada, com acessos de Entrada/Saída (I/O), que permite a criação de sistemas embarcados para aplicações industriais, comerciais, amadoras, profissionais, dos mais variados tipos.

Existem inúmeros modelos de Arduínos, como veremos na sequência, mas existem alguns mais populares, como o antigo Duemilanove (2009, em italiano) e o Uno, muito utilizado atualmente.

A principal diferença entre um Arduino e um computador convencional é que, além ter menor porte (tanto no tamanho quanto no poder de processamento), o Arduino utiliza dispositivos diferentes para entrada e saída em geral.

Por exemplo: em um PC utilizamos teclado e mouse como dispositivos de entrada e monitores e impressoras como dispositivos de saída; já em projetos com o Arduino os dispositivos de entrada e saída são circuitos elétricos/eletrônicos.

Como a interface do Arduino com outros dispositivos está mais perto do meio físico que a de um PC, podemos ler dados de sensores (temperatura, luz, pressão etc.) e controlar outros circuitos (lâmpadas, motores, eletrodomésticos etc.), dentre outras coisas que não conseguiríamos diretamente com um PC.

A grande diferença com relação ao uso desses dispositivos, no caso do Arduino, é que, na maior parte das vezes, nós mesmos construímos os circuitos que são utilizados, ou seja, não estamos limitados apenas a produtos existentes no mercado: o limite é dado por nosso conhecimento e criatividade! O melhor de tudo nesse projeto é que seu software, hardware e documentação so abertos. O software é livre (GNU GPL2), o hardware é totalmente aberto, especificado (basta entrar no site e baixar os esquemas) e a documentação está disponível em Creative Commons3, os usuários podem colaborar (seja escrevendo documentação, seja traduzindo) através da wiki!

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Referências:

1. Site oficial Projeto Arduino
2. Baixar apostila de Álvaro Justen
3. Curso de programação básica para Arduíno

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Modelos de Arduíno

• Arduino UNO
• Arduino Leonardo
• Arduino Due
• Arduino Esplora
• Arduino Mega
• Arduino Mega ADK
• Arduino Ethernet
• Arduino Mini
• Arduino LilyPad
• Arduino Micro
• Arduino Nano
• Arduino ProMini
• Arduino Pro
• Arduino Fio

Quadro Comparativo

(arduino.org)

Arduino UNO:

Talvez o modelo mais popular atualmente seja o Uno:

• Microcontrolador: ATmega328
• Tensão de operação: 5V
• Tensão recomendada (entrada): 7-12V
• Limite da tensão de entrada: 6-20V
• Pinos digitais: 14 (seis pinos com saída PWM)
• Entrada analógica: 6 pinos
• Corrente contínua por pino de entrada e saída: 40 mA
• Corrente para o pino de 3.3 V: 50 mA
• Quantidade de memória FLASH: 32 KB (ATmega328) onde 0.5 KB usado para o bootloader
• Quantidade de memória SRAM: 2 KB (ATmega328)
• Quantidade de memória EEPROM: 1 KB (ATmega328)
• Velocidade de clock: 16 MHz

Alimentação

• O Arduino UNO pode ser alimentado pela porta USB ou por uma fonte externa DC.
• A recomendação é que a fonte externa seja de 7 V a 12 V e pode ser ligada diretamente no conector de fonte ou nos pinos Vin e Gnd.

IDE Arduino

O ambiente de desenvolvimento do Arduino (IDE) é gratuito e pode ser baixado no seguinte endereço: [Arduino.org/software#ide]

Utiliza uma biblioteca de funções que simplifica a sua programação, por meio de uma sintaxe similar a das linguagens C e C++ (Wiring).

As principais funcionalidades do IDE do Arduino são:

• Escrever o código do programa
• Salvar o código do programa
• Compilar um programa
• Transportar o código compilado para a placa do Arduino (menu Upload)
• Permitir comunicação serial com o PC

Funções

As duas principais funções de um código Arduíno, isto é, de um programa desenvolvido para o Arduino são:

• setup(): onde devem ser definidas algumas configurações iniciais do programa. Executa uma única vez, no início.
• loop(): função principal do programa. Fica executando indefinidamente.

Todo programa para o Arduino deve ter estas duas funções!

Exemplo 1: acionando o led da placa (pino digital 13)

Começaremos com o exemplo clássico Blink, que já vem como exemplo, no aplicativo.

Para encontrar o exemplo clique em File ! Examples ! Digital ! Blink.

O programa tem como objetivo acender e apagar o LED de um em um segundo. Para compilar este exemplo não é necessário de nenhuma outra infraestrutura, ou hardware, que não o próprio Arduino.

Primeiramente, vamos criar uma variável chamada ledPin para endereçar o pino de saída, onde o LED da placa já está conectado (variável do tipo inteiro):

int ledPin = 13;

Assim quando nos referirmos à variável ledPin, estaremos nos referindo ao pino 13.

Este tipo de instrução não é obrigatória, mas é uma das boas práticas de programação e organização de código!

O seguinte passo é classificar o ledPin como pino de SAÍDA, porque os pinos são bidirecionais.

Isto é feito da seguinte maneira:

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
 }

A função pinMode() tem como primeiro parâmetro o número do pino e como segundo parâmetro, se ele é pino de entrada ou saída.

Agora começaremos a escrever o processamento.

O programa rodará em um loop eterno, pois não deverá haver interrupções (ocorrências ou interferências que mudem o estado).

Dentro do loop terá uma função que fará o LED ficar aceso por 1 segundo e depois apagado, por mais um segundo, e assim, sucessivamente.

Escreva da seguinte maneira:

void loop() {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    delay(1000);
 }

A função delay(x) pára a execução do código durante x milissegundos (ms). Por isto temos que utilizar o argumento 1000, para setar os atrasos em 1 segundo (=1000 ms).

O código completo poderia ser:

A função digitalWrite() escreve uma informação digital (nível lógico), ou seja, 0 (LOW) ou 1 (HIGH) em uma das saídas digitais. Seu primeiro parâmetro é o pino de saída, que no caso é o ledPin (pino 13). O segundo parâmetro é o estado a ser atribuído ao pino, HIGH ou LOW.

Quando uma porta digital está em estado baixo (LOW), ela estará em 0V; já quando está em estado alto (HIGH), estará com 5 V.

Antes de fazer o upload do programa (carregar o código pra memória FLASH do Arduíno), primeiro deve-se escolher a porta USB em que o Arduino se encontra (conectado ao PC).

Para isso vá em Tools ! Serial Port ! porta, para setar onde porta é o nome da porta onde estão ligados o Arduino (/dev/ttyUSB*, no caso de GNU/Linux, COM* em Windows).

Para saber em qual porta o Arduino se encontra, faça por tentativa e erro, logo escolha um e tente rodar, caso não rode, é o outro.

Outro passo que deve-se fazer é escolher o modelo da placa, para isso vá em: Tools ! Board e o modelo da sua placa.

Agora sim para fazer o upload, clique em Upload, como mostra a figura abaixo:

Exercícios:

1. Baseado no programa exemplo acima, o que vc imagina que a função digitalWrite() faça?
2. Baseado no programa exemplo acima, o que vc pensa sobre as palavras reservadas HIGH e LOW? Para que servem?
3. Altere o código para que o led da placa fique 2 segundos apagado e 3 segundos aceso.
4. Porque a função delay() é necessária?
5. Porque foi necessário utilizar-se o pino digital 13?

Outras funções

Digital I/O

pinMode() digitalWrite() digitalRead()

Analógico I/O

analogReference() analogRead() analogWrite() - PWM

Avançado I/O

tone() noTone() shiftOut() pulseIn()

Tempo

 millis() micros() delay() delayMicroseconds()

Matemática

min() max() abs() constrain() map() pow() ***só do C/C++ sqrt() ***só do C/C++

Trigonométrica

sin() ***só do C/C++ cos() ***só do C/C++ tan() ***só do C/C++

Números aleatórios

randomSeed() random()

bits e Bytes

lowByte() highByte() bitRead() bitWrite() bitSet() bitClear() bit()

Interrupções externas

attachInterrupt() detachInterrupt()

Interrupções

 interrupts() noInterrupts()

Comunicação Serial

Serial.

begin()  read()  write()  print()  println() e available()

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