Introdução ao Arduino

Introdução ao Arduino
Pessanha Santos
ASPOF EN-AEL

Programa
1. Introdução à plataforma de desenvolvimento Arduino
2. Análise à sua constituição
3. Software de desenvolvimento Arduino
4. Estrutura e Sintaxe do seu código
5. Estudo de alguns exemplos

Introdução
Plataforma de desenvolvimento Arduino

O que é o ARDUINO?
 Plataforma de desenvolvimento
 Simples placa de circuito impresso com um microcontrolador
ATMega da ATMEL (mas vamos já ver exemplos!?!??).
 Características principais
 Simplicidade de utilização (Programação, utilização…);
 Cross-platform;
 Baixo custo;
 Open-Source.
 A possibilidade de actuar no Mundo que nos rodeia.

Arduino o que consigo fazer?
 Ler valores provenientes de sensores
 Acelerómetros, LDR, ultra-sons, entre muitos outros.
 Actuar no Mundo exterior
 Leds, Motores, Displays(LCD), entre muitos outros.
 Capacidade de efectuar protótipos rapidamente e com
grande simplicidade.
 E muito mais……..

O que é o Arduino? Exemplos ?
 Algumas apresentações possíveis….
Duemilinove Mega
LilyPadMini
Nano

Ou “ainda” mais simplesmente…

O que é o Arduino?
 Software……

Vantagens…
 Claramente ser uma ferramenta Open-Source
(Software e Hardware);
 Tem uma enorme comunidade de seguidores por todo
o Mundo (Permite uma constante actualização e
inovação);
 Pode operar sem a presença de um computador
(standalone);
 Possibilidade de expandir a sua capacidade através da
utilização de shields.

O que são shields? Exemplos ?
 Algumas apresentações possíveis….
InputshieldZigbee
Mas existem muitas mais….
Ethernet

Bibliografia (Alguns exemplos...)
 Livros de texto
Making Things Talk, Tom Igoe, O´REILLY, 2007.
Getting started with Arduino, Massimo Banzi,
O´REILLY, 2007.
Programming Interactivity, Joshua Noble, O´REILLY,
2009.
 Outros…
 Site oficial (www.arduino.cc) ;
 Alguns Fóruns (Lusorobótica, Portugal-a-Programar).

Hardware
Análise à sua constituição

Microcontroladores utilizados
Modelo Microcontrolador utilizado
Arduino Duemilinove ATmega168 ou ATmega328
Arduino Diecimilia ATmega168
Arduino Mega ATmega1280
Arduino Nano ATmega168 ou ATmega328
LilyPad ATmega168V
Pro ATmega168 ou ATmega328
Pro mini ATmega168
 Basicamente baseia-se em três modelos de
microcontrolador: ATmega168, ATmega328 e
ATmega1280

ATmega168
(PDIP)
Microcontroladores utilizados
(Exemplos de apresentação)
ATmega328
(PDIP)
ATmega1280
(TQFP)

ATmega168/328/1280
Algumas características
ATmega168 ATmega328 ATmega1280
Flash 16 KB Flash 32 KB Flash 128 KB
SRAM 1 KB SRAM 2 KB SRAM 8 KB
EEPROM 512 bytes EEPROM 1 KB EEPROM 4 KB
Clock máximo 20 MHz Clock máximo 20 MHz Clock máximo 16 MHz
ADC 10 bit ADC 10 bit ADC 10 bit
Consumo a
25ºC
(Modo activo)
250 μA
1 MHz
(1.8 V)
Consumo a
25ºC
(Modo activo)
0.2 mA
1 MHz
(1.8 V)
Consumo a
25ºC
(Modo activo)
500 μA
1 MHz
(1.8 V)
Outros
PWM
Outros
PWM
Outros
PWM
I2C I2C I2C
SPI SPI SPI
RS232 RS232 RS232

 Existe claramente uma diferença em termos de
memória disponível (SRAM, Flash e EEPROM);
 O ATmega328 apresenta a mesma arquitectura do
ATmega168 mas com diferentes capacidades em
termos de quantidade de memória disponível;
 Consumo energético do ATmega1280 é inferior ao do
ATmega328 nas mesmas condições de
funcionamento;
 Todos os modelos apresentados possuem a mesma
resolução no seu conversor A/D.
ATmega168/328/1280
Algumas características (Cont.)

Arduino Duemilinove vs Mega
Arduino Duemilinove Arduino Mega
Microcontrolador Atmega168/328 Microcontrolador ATmega1280
Tensão de
operação
5V
Tensão de
operação
5V
Tensão de entrada
(limites)
6-20V
Tensão de entrada
(limites)
6-20V
Pinos de I/O
digital
14
Pinos de I/O
digital
54
Pinos analógico 6 Pinos analógico 16
Pinos PWM 6 Pinos PWM 14
Corrente DC por
pino de I/O
40 mA
Corrente DC por
pino de I/O
40 mA
Corrente DC (3.3V) 50 mA Corrente DC (3.3V) 50 mA

 Existe uma diferença clara em termos de número de
pinos analógicos e digitais disponíveis, com vantagem
para o Arduino Mega;
 O Arduino Mega apresenta maiores dimensões que o
Duemilinove, o que dependendo da aplicação pode
um factor importante;
 Funcionam ambos com as mesmas tensões de
alimentação;
 Mas não podemos esquecer que o ATmega1280
(Arduino Mega) apresenta uma maior quantidade de
memória disponível (EEPROM, SRAM e Flash).
Arduino Duemilinove vs Mega

Atmega168/328
Análise ao seu pinout vs Arduino

Arduino Duemilinove
Pinos digitais
Pinos analógicos
Botão de
reset
Power
led
FTDI
Referência
Analógica
Microcontrolador
Cristal
Alimentação
(Standalone)
Reset
Pinos alimentação

Arduino Mega
Pinos
digitais
Referencia
Analógica
Pinos alimentação
Reset
FTDI
Botão de
reset
ICSP
Microcontrolador
Pinos analógicos
Pinos digitais (PWM) Pinos de comunicação
Cristal

Software
Uma abordagem à sua utilização

 Disponível para download directamente do site oficial
Arduino (www.arduino.cc);
 Open-Source;
 Cross-platform;
 Ambiente de desenvolvimento escrito em java;
 Sintaxe utilizada baseada na linguagem de
programação de alto nível C (Basicamente é C…..);
 Enorme simplicidade de utilização, devido ao
bootloader previamente gravado no microcontrolador.
Software de desenvolvimento
Algumas características

Software de desenvolvimento
Compilar
Parar
Compilar
Novo
Abrir
Upload
Leitura
porta série

 Possibilita também a leitura e envio de dados
utilizando a porta série
Leitura da porta série
(Software Arduino)
Seleccionar a Baud rate
Visualizar
dados
recebidos
Envio de
dados

Ciclo de desenvolvimento
Editar Compilar Uploading Executar

Estrutura e Sintaxe
Instruções e estrutura do código a utilizar

//Declaração de bibliotecas
#include <Client.h>
#include <Ethernet.h>
#include <Server.h>
//Declaração de variáveis globais
int i=0;
float x=5.67;
void setup() {
//Instrução 1
//Instrução 2
}
void loop() {
//Instrução 3
//Instrução 4
}
Estrutura do sketch
Declaração de bibliotecas
Declaração de variáveis globais
Função setup
Função loop
Obrigatoriamente do
tipo - void

Funções Importantes
 A função void setup() é apenas executada uma vez,
sendo utilizada para:
 Inicialização de variáveis;
 Inicialização de da utilização de bibliotecas;
 Definição dos pinos a utilizar;
 Início do uso da comunicação série.
 A função void loop() é uma função executada em
loop. Apenas outras funções, cuja chamada é feita ao
executar esta função, serão executadas.

Funções Analógicas e Digitais
//Definição do pino “Número do pino” como “INPUT” ou “OUTPUT”
pinMode(Número do Pino, Modo);
EX: pinMode(13, OUTPUT);
//Definição do pino “Número do pino” como “HIGH” ou “LOW”
digitalWrite(Número do Pino, Modo);
EX: digitalWrite(13, OUTPUT);
//Permite a leitura do valor digital presente no “Número do pino”
Variável do tipo integer = digitalRead(Número do Pino);
EX: leitura = digitalRead(5);
// Permite a leitura do valor analógico presente no “Número do pino”
Variável do tipo integer = analogRead(Número do Pino);
EX: leitura = analogRead(2);
//Permite a criação de um pulso PWM com o duty cicle definido pelo “valor”
analogWrite(Número do Pino, valor);
EX: analogWrite(11,255);

PWM – Pulse Width Modulation

PWM – Pulse Width Modulation
 Podemos então concluir que a tensão média Vdc é
directamente proporcional ao duty cicle do sinal PWM.

Ciclo if….else….
//Ciclo que é utilizado para descrever uma condição
If(condição){
Instrução 1;
Instrução 2;
}
else{
Instrução 3;
Instrução 4;
}
A condição referida anteriormente tem de respeitar as condições descritas na
tabela acima. No caso descrito em cima se a condição se verificar o instrução 1
e 2 é executada, caso contrário são executadas a instrução 3 e 4.

Ciclo for
//Ciclo que é utilizado quando se pretende executar um determinado conjunto
de instruções um certo número de vezes
for( inicialização; condição; Incremento a efectuar){
Instrução 1;
Instrução 2;
(……)
}
A condição referida anteriormente tem de respeitar as condições descritas na
tabela acima. A inicialização da variável apenas é efectuada no inicio do ciclo,
sendo a cada execução do ciclo efectuado o respectivo incremento na variável
de controlo do ciclo.

Ciclo switch / case
//Ciclo que é normalmente utilizado para descrever uma lista de casos
possíveis para uma determinada variável
switch(variável){
case 1:
Instrução a executar quando a variável for 1 (variável == 1)
break;
case 2:
Instrução a executar quando a variável for 1 (variável == 2)
break;
(……)
default:
Conjunto de instruções a executar se nenhuma das condições for verificada. A
utilização desta condição é opcional.
break;
}

Ciclo while
//Ciclo que é utilizado quando se pretende executar um determinado conjunto
de instruções um certo número de vezes
while(condição){
Instrução 1;
Instrução 2;
}
Ciclo do…..while
//Ciclo bastante semelhante ao ciclo while mas a condição apenas é testada no
fim do ciclo, sendo sempre executado o ciclo pelo menos uma vez
do{
Instrução 1;
Instrução 2;
(……)
while(condição);

Exemplos
Aplicação do exposto anteriormente a casos práticos

Exercício 1
 Faça com que um led acenda e apague com uma
frequência de 2 Hz. //Declaração de variáveis globais
int ledpin=13;
void setup() {
pinMode(ledPin,OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(ledPin,HIGH);
Delay(500);
digitalWrite(ledPin,LOW);
Delay(500);
}

Exercício 2
 Utilize um sinal digital de entrada (HIGH ou LOW)
para fazer com que o led acenda ou apague (valor
digital de entrada HIGH o led liga, valor digita de
entrada LOW o led encontra-se desligado).

Exercício 2 - Resolução
int ledPin = 13;
int comando=2;
int val=0;
void setup() {
pinMode(comando,INPUT);
}
void loop() {
val=digitalRead(comando);
if (val==LOW)
{
digitalWrite(ledPin,LOW);
}
else{
digitalWrite(ledPin, HIGH);
}

Exercício 3
 Recorrendo a leituras sucessivas ao valor de saída de
um simples potenciómetro faça um regulador de
luminosidade para o nosso tão famoso led.

int ledPin = 13;
int comando=2;
int val=0;
void setup() {
pinMode(entrada_analogica,INPUT);
}
void loop() {
val=analogRead(entrada_analogica);
val=(val/4);
analogWrite(ledPin,val);
}

Exercício 4
 Obtenha o valor, em tempo real, da variável utilizada
para controlar a luminosidade do led.

int ledPin = 13;
int comando=2;
int val=0;
void setup() {
pinMode(entrada_analogica,INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
val=analogRead(entrada_analogica);
val=(val/4);
analogWrite(ledPin,val);
Serial.println(val);
}

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