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Universidade Federal Fluminense

Escola de Engenharia

Curso de Engenharia de Telecomunicações

Tópicos Especiais em Eletrônica II

Introdução ao microcontrolador Arduino

Roteiros de aula(Versão: A2013M11D14)

Autores: Roberto Brauer Di Renna

Thiago Elias Bittencourt Cunha

Professor: Alexandre Santos de la Vega

Niterói-RJ

Fevereiro / 2013

1 Introdução, apresentação do kit e microcontrolador

1 Introdução, apresentação

do kit e microcontrolador

Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Grupo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Aluno: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Aluno: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Desenhe na Figura 1 a ligação das trilhasdo protoboard.

2. Complete a tabela referente a cada com-ponente presente na placa do ArduinoUNO, representado na Figura 2.

123456789101112131415

Figura 1: Protoboard.

Figura 2: Arduino UNO.

Universidade Federal Fluminense 1

2 Funções, Blink, Acender LED

2 Funções, Blink, Acender

LED


1. Na aula de hoje, foram apresentadasfunções importantes que usaremos naspróximas práticas. Dentre elas, temos adigitalWrite(), que atribui valores de

e para um pino digital.

Se um pino foi congurado como OUT-PUT, sua tensão será tipada como osseguintes valores correspondentes:V (ou 3.3V nas placas de 3.3V) para

, V (terra) para .

Se um pino foi congurado como INPUT,colocando um valor do tipo usandodigitalWrite() habilitará um resistor in-terno pullup de 20KΩ. Escrevendoirá desabilitar o pullup. O resistor pullupé suciente para acender um vaga-mente, por isso, se os LEDs funcionarem,mas de forma fraca, esta é uma causaprovável. O remédio é para denir o pinopara uma saída com a função pinMode().

2. A Figura 3 abaixo ilustra o circuito daprática de hoje. Esse circuito funcionaráou não? Justique.

3. A Figura 4 mostra um LED em detalhe.Complete a gura mostrando sua polar-ização.

Figura 3: Circuito acender LED.

Figura 4: Polarização do LED.


3 Botões que acendem LEDs RGB

3 Botões que acendem

LEDs RGB


1. Na aula de hoje, além de usarmos afunção digitalWrite(), também usamosa função analogWrite() para variara intensidade luminosa dos LEDs .Essa função só funciona quando usamosas saídas . O mecanismo contidonessas saídas permite controlar o períodocíclico da frequência da alimentação. Afunção escreve um valor depara o pino digital que pode variar de

a , quanto mais alto o valorescrito, maior a intensidade luminosa doLED.

2. A gura 5 abaixo mostra um LED RGBem detalhe. Complete sua pinagem.

Figura 5: LED RGB.

3. No ínicio da programação da funçãovoid loop () aparece este pequeno tre-cho:

estadoBotao_1 = digitalRead(botão_1);



Descreva o funcionmento da funçãodigitalRead() usando de exemplo essetrecho.

4. Escreva um trecho de código cujo somenteum LED RGB acenda primeiro da coramarela, depois da cor magenta variandosua intensidade luminosa da mais altapara a mais baixa.


4 Interação teclado microcontrolador.

4 Interação teclado micro-

controlador.


1. Na prática de hoje, acendemos um LEDcom uma tecla do teclado. Faça agora comuma tecla para apagar e uma para acen-der. Escreva abaixo o código criado.

2. A função Serial Monitor é muito usadapara (escolha uma opção):

a) Mostrar valores lidos.

b) Mostrar no monitor o circuito mon-tado.

c) Interpretar sinais.

d) Mostrar valores automaticamentenas escalas do Sistema Internacional.

3. Como enviamos sinal de tensão para acen-der e apagar um LED, escolhemos um pinodigital ao invés de um analógico porque(escolha uma opção):

a) O pino digital mantém a tensão con-stante em 5v.

b) O pino digital envia sinais de HIGHe LOW quando for desejado.

c) Há mais pinos digitais do que analóg-icas.

d) Não fazia diferença optar por umpino analógico.

4. As funções Serial.begin(), Se-rial.ush,Serial.read() e Se-rial.print() servem para (escolhauma opção):

a) Inicia o programa, esvazia o buer,lê o valor da porta serial, mostra osdados na tela.

b) Determina a taxa de bits por se-gundo, esvazia o buer, lê o valor davariável serial, escreve na tela.

c) Inicia o programa, controla a trans-missão de todos os dados do tipo se-rial e esvazia o buer da porta deentrada, lê o valor da variável serial,mostra os dados na tela.

d) Determina a taxa de bits por se-gundo, controla a transmissão de to-dos os dados do tipo serial e esvazia obuer da porta de entrada, lê o valorda porta serial, mostra os dados natela.


5 Funções de temporização , delay(),millis()e micros(). Começando a comunicação serial

5 Funções de temporização

, delay(),millis()e mi-cros(). Começando a co-

municação serial


1. Apresentamos na aula de hoje funçõesde temporização que foram a função

, a função e afunção .

Vimos que a função delay() é responávelpor pausar o programa por um tempodeterminado em . Já asfunções e micros() retornamem milissegundos e , respec-tivamente, o tempo que o programa estáem execução.

2. Na aula de hoje aprendemos a funçãoSerial.print(). Escreva na caixa abaixoum pequeno trecho de código utilizando-apara escrever na Serial Monitor o valoradmitido por uma variável qualquer quetenha nela armazenado o tempo, emmicrossegundos ,que o programa está emexecução.

3. Utilizando as funções apresentadaspropomos a montagem de um semáforoque que com a luz verde ligada por3 segundos, a luz vermelha por 2 e aamarela por 1 segundo.

Propomos também que ao nal de cadasinal fechado uma variável temporal sejaprintada na Serial Monitor com o valorem milissegundos em que o programa es-teve em execução.

4. Desenhe na caixa abaixo o diagrama deligação dos componentes utilizados noitem anterior.


6 Funções sonoras

6 Funções sonoras


1. Complete a descrição da função usada naaula de hoje:

tone()

Gera uma onda quadrada de frequênciaespecicada (e 50 % ciclo de trabalho) emum pino. A duração pode ser especicada,caso contrário, a onda continua até queuma chamada para . O pinopode ser ligado a um buzzer piezoelétrico,ou outro alto-falante para reproduzir sons.

Apenas um tom pode ser gerado de cadavez. Se um tom já está tocando em umpino diferente, a chamada para a tone()não terá nenhum efeito. Se o tom estájogando no mesmo pino, a chamada irádenir a sua frequência.

Utilização da tone() irá interferir na saídanos pinos 3 e 11 (todas as pla-

cas exceto Arduino MEGA).

Não é possível gerar tons inferiores a 31Hz.

NOTA: se você quiser jogar alturas difer-entes em vários pinos, você precisa chamarnoTone () em um pino antes de chamara tone() no próximo pino.

Sintaxe

tone( , )outone( , , )

2. Complete a tabela abaixo:

Nota Frequência (Hz) Tecla usadaDÓRÉMIFÁSOLLÁSI

3. Escreva abaixo o código da música progra-mada:


7 Leitura de sensores analógicos , analog.Read(), Sensor de luminosidade LDR

7 Leitura de sensores

analógicos , ana-log.Read(), Sensor de

luminosidade LDR


1. Na aula de hoje compreendemos melhoro uso da função analog.Read(). Vimosque esta função é utilidada parade um dos pinos especíco.

Estudamos também o conceito de quan-tização e descobrimos como funcionao conversor A/D do Arduino. Sendoeste conversor, um conversor com umaresolução de , teremos uma escalacom 1024 valores quantizados variandode a . Tendo assim umaresolução de leitura de para cadaunidade de medida em uma escala entrede 0 e 5 volts.

2. Descreva com suas palavras o funciona-mento do processo de quantização e aleitura analógico-digital feita pelo Ar-duino.

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3. Utilizamos nesta aula o sensor de lumi-nosidade LDR.

Figura 6: LDR.

Este sensor nada mais é do que uma re-sistência que varia de acordo coma luminosidade incidida. Observamos quequanto maior a luminosidade incidente

era a tensão lida pelo Arduino equanto menor a luminosidade eraa tensão lida.

4. Desenhe abaixo o diagrama utilizado paraa leitura do sensor LDR:


8 Leitura do Sensor de temperatura LM335A, analog.Read(), Funções matemáticas básicas

8 Leitura do Sensor de

temperatura LM335A,

analog.Read(), Funções

matemáticas básicas


1. Na aula de hoje utilizamos o sensor detemperatura LM335A e a função ana-log.Read() para lermos o valor dee identicarmos a temperatura correspon-dente.Abaixo apresentamos o sensor. Identiquesua pinagem.

Figura 7: LM335A.

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2. No relatório anterior estudamos a funçãoanalog.Read() e vimos como funciona oconversor A/D do Arduino. Vimos que oconversor possui uma resolução de ,que é calculada dividindo por

, que é a quantidade de valoresquantizados.

Utilizamos esta mesma função para de-terminar a temperatura lida pelo sensor.Para isso, vimos em aula, que para cada

lidos pelo arduino tinhamos umaelevação de 1 k.

Assim para sabermos a temperatura emgraus Celsius basta diminuir a temper-atura lida em kelvin por .

3. Elabore um script que leia a temperaturado sensor LM335A e que a partir de umatemperatura escolhida toque um som dealarme no buzzer.


9 Comunicação RF, VirtualWire.h, Transmissor e Receptor RF

9 Comunicação RF, Virtu-alWire.h, Transmissor e

Receptor RF


1. Identique a pinagem do Receptor RFabaixo:

Figura 8: Receptor RF.

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2. Identique a pinagem do Transmissor RFabaixo:

Figura 9: Transmissor RF.

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3. Elabore um script que envie o valor detensão lida em um potenciômetro pelo ar-duino transmissor e ao receber uma tensãosuperior a 3,0V o arduino receptor acendaum led vermelho.


10 Comunicação IR, NECIRrcv.h, Controle Remoto IR

10 Comunicação IR,

NECIRrcv.h, Controle

Remoto IR


1. Na pratica de hoje utilizamos o controleRemoto Infravermelho com interaçãoPython e Linux. Para realizarmos oprocedimento utilizamos um script paraidenticarmos o código de cada tecla doteclado.

Copie este código no espaço abaixo e iden-tique o código de 6 teclas do teclado.

1- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Com as teclas identicadas na questão an-terior crie um script que acione o arduinocom o controle remoto de forma que ele al-terne entre 6 efeitos luminosos com 5 leds.

3. Elabore um script que some duas teclasnuméricas pressionadas, mostre-as e es-creva resultado na Serial Monitor.


11 Sensor infravermelho, analog.Read(), Alarme

11 Sensor infravermelho,

analog.Read(), Alarme


1. Começamos a aula de hoje explicando ofuncionamento do sensor infravermelho.No caso tínhamos um circuito com umLED infravermelho e outro

. O circuito tinha um fun-cionamento simples. Explique com suaspalavras o funcionamento do circuito:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. O conjunto emissor e receptor infraver-melho pode nos ser útil em diversas apli-cações. Entre elas, podemos fazer umalarme sonoro. Um led emissor pode serinstalado em um canto da porta e o recep-tor no canto oposto. Quando uma pessoaatravessar a mesma ela cortará o uxo deluz acionando um alarme. Desenvolva oscript deste pequeno projeto que acioneum buzzer quando uma pessoa atravessara porta.


12 Acionamento via página Web, ethernet.h(), WEB Server

12 Acionamento via página

Web, ethernet.h(),WEB Server


1. Na aula que tivemos hoje aprendemoscomo funciona um projeto utilizando oarduino e o shield ethernet. Vimos quepara acionarmos diferentes cargas possuí-mos diferentes circuitos para cada nali-dade. Imagine que você possua uma sirene12v DC. Qual circuito você utilizaria paraacioná-la com o Arduino? Desenhe omesmo abaixo:

2. Imagine agora que você possua um venti-lador 110v AC. Faça o mesmo pedido noitem anterior:

3. Imagine que você possua uma casa depraia. Só que nela você só possua água deum poço. Recentemente você esteve lá edeixou a caixa d'água vazia. Agora vocêestá em sua moradia mas pretende voltarlá em breve.

Para não faltar água logo que chegar, vocêresolve ligar a bomba da sua casa de praiapelo seu projeto com o Arduino. Elaboreum script de uma página que acione abomba e que ao identicar a caixa cheiadesligue-a e avise-o.


13 LCD 16X2, LiquidCrystal.h

13 LCD 16X2, LiquidCrys-tal.h


1. Hoje aprendemos como trabalhar com oLCD 16x2. Abaixo temos a imagem doLCD usado em aula. Identique a funçãode cada pino.

Figura 10: LCD 16X2.

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2. Em aulas anteriores vimos o funciona-mento do sensor de temperatura LM335A.Utilizando o LCD 16X2 crie um script queprinte o valor de temperatura lido pelo ar-duino.

3. Utilizando o LDR elavore um script queescreva "Aceso"no LCD quando o valorlido passe de um valor "x"pré determinadopor você e "apagado"se o valor for menorque "x".


14 Jogo Genius

14 Jogo Genius


Um jogo muito famoso na década de 1980,que buscava estimular a memória do jogadoratravés de cores e sons, é o Genius.

A prática de hoje trata de uma adaptaçãodesse jogo para o Arduino. Precisaremos de4 botões, 8 resistores de 330 e 4 LEDs (depreferência de cores diferentes). Além de umautofalante.

A montagem do circuito é bem simples,porém como temos uma quantidade maior decomponentes que das práticas anteriores, énecessária maior atenção na montagem.

Figura 11: Circuito jogo genius.

1. Após montar a prática mostrada hoje,agora adapte para que tenha um con-tador de pontos. Seu programa deve acada rodada mostrar na serial monitorquantos acertos o jogador possui, e zerara contagem quando acontecer um erro.

Escreva o programa feito abaixo:

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15 Shield LCD 7 segmentos

15 Shield LCD 7 segmentos


Neste projeto utilizamos o circuito integradoPCF8574 para expandirmos o número de por-tas do arduino através do protocolo I2C. Assimviabilizamos a conexão de LCDs de 7 segmen-tos

Figura 12: CI PCF8574

Figura 13: Display 7 segmentos

1. Encontre cada código binário que acendano seu LCD de 7 segmentos os algarismosde 0 a 9.

1-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Elabore um contador que conte de 0 a9 crescentemente e posteriormente decres-centemente com o display de 7 segmentos.

3. Elabore um circuito com 3 botões e que aopressionar um dos três botões o númerocorrespondente, deste, apareça no display.


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