ARDUINO Um Guia Bsico para IniciantesConhea essa plataforma de prototipagem eletrnica

Um pouco de teoriaA convite do amigo de longa data Paulo Brites preparei esse post sobre o Arduino. Esse ano oArduino est comemorando 10 anos de lanamento e continua atualizadssimo como plataforma deprototipagem eletrnica. De uma idia original de dois professores de Computao Fsica de umaescola de Artes Visuais na Itlia, o Arduino conquistou o mundo inteiro e inspirou muitas outrasplataformas de desenvolvimento de hardware como o Raspberry Pi, criado na Inglaterra h poucomais de 2 anos. Mas, afinal, o que esse tal de Arduino e para que serve?

Bom, vamos devagar e divagar. Pense no Arduino como uma pequenina placa eletrnica um poucomaior que um carto de crdito onde esto montados um processador digital, um regulador detenso de 5 volts, uma interface USB e alguns conectores onde esto as portas de entrada e sada decontrole. O processador do Arduino um microcontrolador de 8 bits, o ATmega328 da Atmel, umafabricante americana de circuitos integrados.

Mas, qual a diferena de um microcontrolador para um microprocessador? O pessoal da antiga develembrar bem dos nomes 8080, 6500 e Z-80, os microprocessadores que equipavam os primeiroscomputadores pessoais, como o TRS-80 (CP-500), o Apple-II, o Commodore-64 e o Sinclair ZX81.Aqueles chips tinham 40 pinos e processavam dados em barramentos de 8 bits (1 byte) eprecisavam de vrios outros circuitos integrados externos, como memrias RAM, EPROM,controladores de entrada e sada para teclado, floppy-disk e um circuito de RF para entrada em umaTV analgica que era usada como monitor. Internamente esses processadores eram somente umaCPU e um conjunto de registradores de 8 e 16 bits. Com o avano da tecnologia essesmicroprocessadores evoluiram para sistemas muito densos com quase 500 pinos e barramentos de32 e 64 bits, como os que equipam nossos atuais PCs, mas que ainda precisam de memrias econtroladores externos para formar um computador completo. Voc se lembra do Pentium e doAthlon?

Os microcontroladores so sistemas bem mais simples, operam ainda com 8 ou 16 bits (alguns jcom 32 bits) mas que j vem internamente montados com memrias RAM, EPROM e Flash, eincorporam interfaces de entrada e sada com vrias funes multiplexadas em muito menos pinos.Alguns microcontroladores tem somente 8 pinos! Por integrarem tudo numa s pastilha de silcio,so chamados tambm de computadores em um chip. E como todo computador, osmicrocontroladores podem ser programados utilizando uma linguagem de programaopadronizada.

O Arduino um computador, j que vem montado, ou na linguagem corrente: embarcado, com ummicrocontrolador. Os primeiros modelos vinham com os microcontroladores ATmega8 eATmega128 de 8 bits com 28 e 64 pinos, e interface serial RS-232 para ser conectada a um outrocomputador, um PC desktop ou notebook. Hoje todos os modelos j vem com interfaces seriaisUSB, I2C e SPI, entre outras. Em sua pequenina placa de circuito impresso so tambm montadosdois conectores com as portas de entrada e sada digitais e um com as portas de entradas analgicas.A alimentao do Arduino de 5 volts tomada diretamente da porta USB do computador pessoal aoqual ele est conectado.

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Tudo bem, mas para que serve o Arduino? Basicamente o Arduino, como qualquer computador,pode detetar nveis lgicos ou coletar tenses variveis de qualquer tipo de sensor em suas entradas,e a partir destas pode acionar alarmes, solenides e motores. Bacana, mas complicado programaro Arduino? No, no complicado escrever ordens na forma de textos para o Arduino executar.Esses textos, ou cdigos como os programadores os chamam, so escritos segundo o padro,chamado de sintaxe, da linguagem escolhida e armazenados numa das memrias internas domicrocontrolador embarcado no Arduino, e so executadas uma a uma. Voc se lembra de umalinguagem de programao bem antiga chamada Basic? Nela cada linha era numerada e continhauma ordem simples, como o comando print que mostrava na tela do computador uma mensagemsimples escrita entre aspas. O Arduino tem uma linguagem prpria tambm muito fcil e parecidacom a consagrada linguagem C, esta criada nos anos 70. Mais adiante vamos propor experimentoscom essa linguagem e programar o Arduino.

Tendo agora uma viso bem geral do que e para que serve o Arduino, vamos por as mos namassa? A primeira coisa que voc, caro leitor, vai precisar de um Arduino, claro. E tambm decomputador pessoal. Qualquer um serve: um PC desktop ou notebook padro IBM ou Apple. Noimporta o sistema operacional do seu PC, qualquer um tambm serve: Windows, Linux ou MacOS-X, o Arduino tem verses de software para todas essas plaformas. Por ltimo, voc vai precisarde um cabo USB para conectar o Arduino ao seu PC. Esse cabo tem que ter um conector USB tipoA macho numa ponta e uma conector USB macho tipo B na outra. Esse mesmo cabo que voc usapara conectar seu PC a sua impressora USB. Para nossas primeiras experincias qualquer modelo deArduino serve. Hoje existe uma dezena de modelos; o mais comum, e mais barato, o modeloduemilanove. O cdigo escrito para um pode ser executado em qualquer outro modelo, comalgumas poucas excesses, no caso dos novos modelos disponveis mais potentes. Voc no vaiprecisar de qualquer tipo de fonte de alimentao, como dissemos acima o Arduino alimentadopela fonte do seu PC atraves do cabo USB.

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Um pouco de prtica passo-a-passo

01 Download do softwareO software para programao do Arduino pode ser livremente baixado da internet no endereowww.arduino.cc, o site oficial dessa plataforma. Nesse endereo web, clique na aba Download notopo da pgina e, a direita da nova pgina que abrir, selecione a verso para o sistema operacionaldo seu PC. Por ora, clique em Just Download e descarregue o arquivo compactado para sua rea detrabalho (Desktop). Feche a pgina, se desejar.

02 Conexo Arduino-PCSelecione uma porta USB no seu PC e conecte a ela o Arduino atraves do cabo USB de impressora.Repare que o LED verde PWR vai permanecer acesso, indicando que o Arduino est corretamentealimentado. Descompacte o arquivo baixado e repare que na sua rea de trabalho criada uma pastacom vrias subpastas e dois outros arquivos, um executvel e um de texto. D um duplo clique noarquivo executvel para instalar e executar o aplicativo de programao do Arduino. Esse aplicativo chamado de ambiente de desenvolvimento integrado, mais conhecido como IDE (IntegratedDevelopment Environment). A tela do IDE aps sua execuo o da figura abaixo.

03 Configurando o IDENo menu de opes no topo do IDE clique em Tools>Board e selecione o modelo de Arduino quevoc conectou ao seu PC. Para os experimentos desse post estamos usando o Arduino Duemilanove.Observe na barra inferior do IDE se o aplicativo reconheceu e j selecionou uma porta USB para secomunicar com o Arduino, se no v em Tools>Serial Port e selecione uma porta porta serialdisponvel.

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04 Primeiro experimento: Hello World!Normalmente o Arduino j vem com um LED vermelho conectado a sua porta digital 13. Nesseprimeiro experimento vamos fazer com que esse LED vermelho pisque numa frequncia de 1 pulsopor segundo. Para isso vamos aproveitar um programa j pronto que vem com alguns outros dentrodo IDE do Arduino. No topo da tela do IDE, clique no boto Open, aquele com uma seta para cima,e selecione 01.Basics>Blink para carregar na rea de programao do aplicativo o cdigo desseprograma Blink.

05 Fazendo o upload do cdigo no ArduinoPara fazer o LED no pino digital 13 piscar, necessrio fazer o upload do programa Blink namemria Flash do microcontrolador do Arduino. Clique no boto Upload, o com uma seta apontadapara a direita. Observe que no Arduino os LEDs TX e RX piscam rapidamente, indicando oestabelecimento da comunicao entre este e o seu PC. Por fim, observe que o LED vermelho dopino 13 fica 1 segundo aceso e outro segundo apagado. Parabns, seu primeiro programa noArduino funcionou!

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06 Entendendo o cdigo carregadoVamos agora entender o que faz esse LED vermelho ficar piscando numa frequncia de 1Hz. O cdigo carregado, mais conhecido como Sketch, no Arduino tem as seguintes linhas deinstrues:

/* Blink Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. This example code is in the public domain. */ // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.// give it a name:int led = 13;

// the setup routine runs once when you press reset:void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinMode(led, OUTPUT); }

// the loop routine runs over and over again forever:void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second}

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Logo no topo do sketch, o texto multilinhas entre /* e */ no tem qualquer efeito no programa, sosomente linhas de comentrios com informaes sobre o programa e podem ser eliminadas. Damesma forma, qualquer texto depois de duas barras (//) so igualmente comentrios, de uma slinha, e podem tambm ser eliminadas.

A primeira instruo do programa est na linha int led = 13;. Essa instruo a declarao davarivel usada no programa, e d o nome led ao pino 13 do Arduino; o prefixo int indica que led uma varivel inteira. Repare que o comando deve sempre terminar com um ponto-e-vrgula, comona linguagem de programao C.

A seguir vem as duas funes obrigatrias em todo programa na linguagem do Arduino: as funesvoid setup() e void loop(). A primeira serve para configurar os pinos e portas de comunicao doArduino; aqui o pino 13 (batizado de led) configurado como sada digital com a funopinMode(led, OUTPUT). A funo void loop() encapsula os comandos que devero ser executados continuamente pelomicrocontrolador do Arduino; aqui o pino 13 recebe uma tenso de 5 volts durante 1 segundo, comas funes digitalWrite(led, HIGH) e delay(1000). Depois esse pino 13 recebe 0 volt por mais 1segundo, com as funes digitalWrite(led, LOW) e delay(1000). Esse ciclo se repete infinitamente,fazendo o LED piscar at que o Arduino seja resetado. Repare que os comandos dessas duasfunes obrigatrias devem estar sempre dentro das chaves { }.

07 Modificando o programaExperimente modificar o tempo em que o LED vermelho no pino 13 do seu Arduino fica aceso e otempo em que ele fica apagado mudando os valores entre os parnteses nas duas funes delay().Mude um desses valores para 500 (milissegundos) e o outro para 250, por exemplo. Carreguenovamente o sketch no Arduino clicando no boto upload e observe o LED. Em menos de umminuto voc conseguiu mudar a frequncia de operao do seu oscilador montado com o Arduino.Se esse circuito no fosse programvel, voc teria provavelmente que ajustar mecanicamente umpotencimetro, ou trocar um resistor ou um capacitor montado na placa.

08 Inserindo um LED e um resistor externoNesse experimento vamos utilizar uma outra porta digital do Arduino e nela conectar um LEDexterno em srie com um resistor limitador de corrente. Na porta digital 9 encaixe o terminal de umLED correspondente ao anodo, aquele com o maior comprimento. Conecte agora um dos terminaisde um resistor de 270 ohms de baixa potncia no terra (GND) das barras de portas digitais, openltimo esquerda da segunda barra. Por fim, una os dois terminais livres desses componentes,simplesmente torcendo-os com os dedos. Agora, no IDE do Arduino clique no boto Open eselecione 01.Basics > Fade, para carregar o sketch Fade. Esse programa gera digitalmente no pino9 uma tenso analgica que varia de 0 a 5 volts, fazendo com que o brilho do LED v aumentandodevagar at atingir seu brilho mximo, quando ento vai diminuindo at apagar; esse o ciclo serepete infinitamente. Confirme o funcionamento do circuito deixando mais lento o processomudando na ltima linha do programa o valor na funo delay() de 30 para 1000 (milissegundos) emea com um voltmetro digital essa tenso varivel entre os pinos 9 e terra.

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09 Medindo tenses analgicas com o ArduinoNesse ltimo experimento vamos fazer um voltmetro digital DC para baixas tenses com oArduino. Primeiramente, solde 3 pequenos pedaos de fios nos 3 terminais de um potencimetro dequalquer valor entre 1Kohms e 100Kohms. Insira o fio soldado ao terminal central dopotencimetro no pino analgico A0 da barra de entradas analgicas do Arduino, marcada comoANALOG IN. Conecte um dos outros dois fios do potencimetro no ponto de 5 volts e o outro noterra (GND), na barra POWER do Arduino. Agora clique no boto Open e selecione 01.Basics >ReadAnalogVoltage. Acrescente dentro da funo loop(), depois de Serial.println(voltage); aseguinte funo de temporizao: delay(1000); e faa o upload do programa. Por fim, clique noboto Serial Monitor do Arduino, bem direita da barra de botes do IDE. Veja as tenses lidaspela porta analgica A0 a cada segundo. Gire o cursor do potencimetro e observe que os valoresmedidos variam conforme a nova posio, de 0 a 5 volts.

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ConclusoBem, aqui terminamos essa pequena introduo prtica ao Arduino. Espero que tenhamos alcanadonosso intento, esclarecer muitas das dvidas dos leitores novatos nessa formidvel plataforma dedesenvolvimento eletrnica. Se conseguimos, nos propomos a escrever num futuro prximo umnovo post com novos e fceis experimentos. Por ltimo, quero deixar um brinde para aqueles quedesejarem se aprofundar na linguagem do Arduino: em minha pgina na internetwww.ordemnatural.com.br o leitor poder baixar gratuitamente a Cartilha de Programao em Cpara o Arduino, um livreto de 20 pginas no formato pdf. L tambm o leitor poder adquirir meulivro digital Experimentos com o Arduino - edio 2.0 no formato kindle/mobi.

Joo Alexandre da Silveira ordemnatural@outlook.com www.ordemnatural.com.br

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