Apostila - Introdução ao Arduino básico

Minicurso de Robótica – Arduino Componentes do Arduino

1 – Conexão USB – Utilizada para a comunicação com o computador. 2 – Alimentação – Ligue aqui o plug para alimentar o Arduino quando não estiver no computador. 3 – Chip de comunicação com o computador – Este chip que faz a comunicação entre o computador e o Arduino. 4 – Cristal de 16MHz – É este componente que faz a frequência do microcontrolador funcionar. 5 – Conexões digitais – Funcionam tanto como entrada quanto como saída de dados. As que possuem um “~” na frente, são saídas PWM. 6 – Led – Está ligado ao pino 13, serve para fazer pequenos testes sem precisar ligar mais nada no Arduino. 7 – Leds TX/RX – Indicam que o Arduino está se comunicando com o computador. 8 – Este é o microcontrolador ATMEGA328 – O cérebro do nosso Arduino. 9 – Barra de energia – Fornece uma fonte de energia para alimentar pequenos dispositivos externos (ou outros circuitos – “Shields”). 10 – Pinos (TX/RX) para comunicação serial com dispositivos externos. 11 – Led de indicação de ligado – Indica quando o Arduino está ligado à uma fonte de energia. 12 – Botão de RESET – Reinicia o Arduino, começando sua programação desde o início. 13 – Entradas analógicas – Entradas que podemos ligar potenciômetros ou outros componentes analógicos.

Aqui estão alguns detalhes do que não é tão óbvio na placa: 2 – Este é um plug de alimentação externa. Quando você for utilizar a placa e ela não estiver conectada ao computador, é necessário fornecer energia através deste plug para o Arduino. A alimentação recomendada é entre 7 e 12V.

5 – Estes pinos são chamados de “portas”, pois é a forma que podemos entrar com dados ou obter dados do Arduino. Neste caso, essas são portas de I/O (Input/Output – entrada/saída) digitais. Ou seja, elas podem tanto receber informação quanto enviar informação. Por serem digitais, elas possuem dois níveis de energia: 0V ou 5V, e a definição se cada uma delas vai trabalhar como entrada ou saída é feita via programação do Arduino.

6 – O Arduino já vem com um LED (que é um diodo que emite luz), possibilitando assim já fazer testes da placa, do programa e da comunicação dele com o computador sem precisar de mais nenhum acessório externo. Este LED está ligado diretamente à porta 13, o que facilita no momento dos testes.

7 – LEDs Tx/Rx (Trasmissão/Recepção). Estes LEDs indicam se o Arduino está se comunicando com o computador, acendendo o Tx quando está “T”ransmitindo informação ou o Rx quando está “R”ecebendo informação.

8 – O microcontrolador em si. Como não tenho a intenção de entrar em detalhes técnicos, basta saber que depois de feita sua programação, ele pode ser retirado desta placa e colocado em uma placa independente, em um circuito que ele atuará e fará funcionar. A grande vantagem disso é que depois que você fizer a programação dele, você pode comprar apenas um outro chip e colocar no lugar do que foi retirado, não precisando comprar uma outra placa inteira. Assim, você poderá programar chips infinitamente, criando os mais variados projetos.

9 – A barra de energia. Nela temos as seguintes conexões:      

RESET: Um reset externo, utilizado para reiniciar o Arduino 3.3V: Fornece uma tensão de 3,3V para ligar aparelhos ou circuitos externos, que utilizem essa tensão. 5V: Fornece uma tensão de 5V para ligar aparelhos ou circuitos externos, que utilizem essa tensão. GND: Fornece o “terra” (também conhecido como: ground, neutro, 0V) para alimentar dispositivos externos. GND: Idem acima, temos 2 saídas iguais. Vin: Aqui temos exatamente a mesma tensão que estiver no plug de alimentação (2). Se ligarmos a alimentação de 9V, teremos a alimentação de 3,3V, 5V (nos respectivos pinos) e 9V neste pino.

10 – Pinos (TX/RX) para comunicação serial com dispositivos externos. Transmissão serial com o Arduino.

13 – Estas são entradas analógicas. E apenas ENTRADAS. Isso significa que diferente das digitais, elas não fornecem energia, apenas recebem. E além disso, elas tem uma vasta gama de variações, não ficando apenas nos níveis 0V e 5V. Elas variam entre esses dois, ou seja, todas as tensões entre estas duas são analisadas e validadas pelo Arduino (0,01V, 1,23V, 4,99V, etc). Dessa forma, podemos ligar aqui sensores que variam de acordo com certas condições, como sensores de luminosidade, temperatura, umidade, pressão, inclinação, potenciômetros, resistores, etc.

Mesmo podendo ligar diretamente vários dispositivos nas entradas/saídas do Arduino, existem diversos “módulos expansores”, conhecidos como “Shields” que possibilitam mais opções ao projeto. Apesar de algumas shields serem opcionais, apenas servindo de expansão, outras são obrigatórias, para proteger o Arduino contra sobre-correntes ou qualquer outra coisa que possa danificar o circuito.

Configuração de Pinos – Portas de entradas e saídas digitais

Arduino – Portas e Saídas Digitais Para criar interface externa com motores, relés, lâmpadas, e válvulas, precisamos entender melhor as saídas digitais. Nesta aula vamos aprender o que elas são e como programa-las. Também iremos fazer um projeto: com Arduino que é apresentado no final da página.

O que são Portas Digitais? Portas digitais são aquelas que podem assumir apenas dois níveis lógicos bem definidos, nível alto e baixo. Normalmente, o nível lógico alto é a tensão de alimentação do Arduino (5V ou 3.3V, dependendo do modelo) e nível lógico baixo é 0V (pino conectado ao GND). As portas digitais são comumente chamadas de I/O ports, que em inglês significa “portas de entrada e saída”. Esse nome vem do fato que uma porta digital pode assumir dois possíveis modos de operação, o modo de entrada e o modo de saída. Portas no modo de Saída: Quando setamos uma porta digital para o modo de saída podemos controlar qual o estado lógico que ela apresenta. Tornando possível, assim, controlar dispositivos externos como lâmpadas, atuadores, relés etc. É importante lembrar que jamais poderemos exceder a corrente máxima de saída, que é aproximadamente 20mA. Se colocarmos cargas que drenam mais iremos danificar o pino de saída e, nos casos em que necessitamos de mais corrente, é necessário o uso de algum buffer digital de potência com transistores ou portas lógicas. Portas no modo de Entrada: Basicamente, são portas em que podemos conectar um dispositivo externo e ler, no código, qual o nível presente. Utilizaremos essas portas para ler sensores digitais como botões, chaves fim de curso, sensores de nível ou até protocolos de comunicação. Como eu configuro o modo?

Para configurar o modo você irá utilizar a função pinMode(PINO, MODO). Substitua PINO pelo número da porta e em MODO defina o modo para entrada (INPUT) ou saída (OUTPUT). Veja dois exemplos abaixo: 

Configurando o pino 14 como saída: pinMode(14, OUTPUT);

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Configurando o pino 21 como entrada: pinMode(21, INPUT);

Como eu defino o estado de uma Saída? Para configurar o estado lógico de um pino em modo saída iremos utilizar a função digitalWrite(PINO, ESTADO). Substitua PINO pelo pino de interesse e ESTADO por nível alto (HIGH) ou nível baixo (LOW). Veja dois exemplos abaixo: 

Ligando o pino 12: digitalWrite(12, HIGH);

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Desligado o pino 9: digitalWrite(9, LOW);

Para utilizar digitalWrite você previamente deve utilizar pinMode para setar o pino como saída!

Aplicações 1. LED Piscante Neste projeto, você aprenderá a criar um circuito simples usando um LED em um resistor e o fará piscar. O que você vai precisar: 01 Placa de Arduino UNO 01 Protoboard 02 Cabos Jumpers 01 Resistor 01 LED

Montagem sugerida:

Programação sugerida:

2. Semáforo Agora iremos criar um circuito para simular um semáforo de trânsito. O semáforo será constituído por três LED’s: um vermelho, um amarelo e um verde. O que você vai precisar: 01 Placa de Arduino UNO 01 Protoboard 03 Resistores 220 01 LED Vermelho 01 LED Amarelo 01 LED Verde Cabos Jumpers

Montagem sugerida

Programação sugerida

3. LED Piscante Neste projeto, você aprenderá a criar um circuito simples usando um LED em um resistor e o fará piscar. O que você vai precisar: 01 Placa de Arduino UNO 01 Protoboard 01 LDR 03 Resistores 220 01 Resistor 10K 01 LED Vermelho 01 LED Amarelo 01 LED Verde Cabos Jumpers

Montagem sugerida