Arduino Aula Pratica 01

ATIVIDADES PRTICAS EM LABORATRIOS

Arquitetura de Computadores

As atividades prticas do Laboratrio de Arquitetura de Computadores tm como

objetivo desenvolver aulas prticas e terico-prticas das disciplinas de Eletrnica

Analgica, Sistemas Digitais e Circuitos Eltricos e ao mesmo tempo exercitar a parte

experimental, prtica ou observacional do seu aprendizado.

Recomendamos fortemente que todo apoio seja dado para que estas atividades

sejam realizadas com bastante ateno, a fim de reforar e complementar os

conceitos aprendidos anteriormente na sala de aula. Assim visando seu crescimento

intelectual e conhecimento da disciplina.

A atividade prtica em laboratrio tem por objetivos:

Fortalecer a aprendizagem em montagens, testes, medies e avaliaes de

dispositivos, equipamentos e sistemas eletroeletrnicos, tanto analgicos como

digitais.

Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem.

Promover a aplicao da teoria e conceitos para a soluo de problemas

relativos profisso.

Para atingir estes objetivos, as atividades prticas foram organizadas na forma

de procedimentos, que sero seguindo passo-a-passo ao longo da atividade prtica.

Participar ativamente desta atividade essencial para o desenvolvimento e a

familiarizao com ferramentas computacionais que o auxiliaro na sua atuao no

mercado de trabalho.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Professor Fernando Esqurio Torres


Autor: Professor Fernando Esqurio Torres

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Orientaes Gerais das Aulas Prticas

Observaes:

1) Entregar os relatrios na semana seguinte aula. Deve ser entregue um relatrio por grupo de 3 alunos.

Bibliografia Bsica:

1) Coletneas de A. Balbinot e V.J Brusamarello (2007), Instrumentao e fundamentos de medidas (2 volumes), LTC Editora.

2) P. Horowitz e W. Hill (1989), The Art of Electronics (2nd Edition), Cambridge University Press. 3) M. Mcroberts, Arduino Bsico, 1 ED., Editora Novatec, So Paulo, 2011. ISBN: 8575222740. 4) A. S. de Oliveira e F. S. de Andrade, Sistemas Embarcados Hardware e Firmware na Prtica, 2

ED., Editora Erica, So Paulo, 2002. ISBN: 8536501057.

Material do Grupo

Quantidade Discriminao do Material Especificao (se houver)

01 Software IDE Arduino Verso 1.5.2 ou superior

01 Computador

01 Kit Arduino da disciplina

Observaes:

Material Nas Bancadas Laterais

Quantidade Discriminao do Material Especificao (se houver)

00 Nenhum material extra necessrio.

Observaes:



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AULA 1 USO DA IDE ARDUINO E PRIMEIRAS MONTAGENS

1. OBJETIVOS:

Apresentar aos alunos a ferramenta de desenvolvimento de programa para a plataforma Arduino.

Apresentar a estrutura padro de um sketch para o Arduino, aprender a gravar e compilar um cdigo,

aprender a realizar montagens simples com o Arduino e revisar algumas noes de programao.

Criar seus primeiros programas, gravar e verificar seu funcionamento na sua plataforma Arduino.

Montar seus primeiros circuitos na sua plataforma Arduino.

2. INTRODUO:

O Arduino uma plataforma de computao de fonte aberta (em ingls: open-source1), com base em uma

placa simples de entrada/sada (em ingls: Input/Output, ou I/O) baseada em um hardware flexvel e um

software fcil de usar. A plataforma de fonte aberta permite voc compartilhar, copiar, distribuir e transmitir

o trabalho, alm de adaptar e fazer uso comercial da obra, desde que, voc siga as seguintes condies [2]:

Atribuio: Voc deve atribuir o trabalho da forma especificada pelo autor da obra (Arduino);

Compartilhamento pela mesma licena: Se voc alterar, transformar ou ampliar esta obra, s pode distribuir

seu a obra resultante apenas sob a mesma licena ou semelhante a esta.

O Arduino pode ser utilizado para desenvolver objetos interativos independentes ou conectado a um

software em seu computador e diferente de outras plataformas presentes no mercado em razo dos

seguintes fatores [1]:

Trata-se de um ambiente multiplaforma; ele pode ser executado no Windows, Macintosh

e Linux;

Tem por base o IDE de programao Processing (Figura 1), ambiente de

desenvolvimento fcil de ser utilizado e que

costuma ser empregado por artistas e

designers;

Figura 1. Processing [3].

Pode ser programado utilizando-se um cabo USB sem a necessidade de uma porta serial.

Esse recurso til, uma vez que muitos

computadores modernos no tm portas

seriais;

um hardware e software de fonte aberta se voc quiser, pode fazer o download do

diagrama de circuito, comprar todos os

componentes e criar seu prprio Arduino

(Figura 2);

Figura 2. Meu futuro Arduino.

O hardware barato.

H uma comunidade ativa de usurios, com muitas pessoas que podem ajud-lo.

O Arduino Project foi desenvolvido em um ambiente educacional; portanto, ideal para

iniciantes que desejam resultados rpidos.

Utiliza uma linguagem de programao padro, a qual tem origem em Wiring, e

essencialmente baseada em C/C++, ou seja,

permite a utilizao de diversas

caractersticas de uma linguagem Orientada a

Objetos, como por exemplos, classes,

objetos, etc.

Atualmente, existe uma variedade de Boards e Shields para o Arduino comercializados no mercado. A

Figura 3 mostra algumas das placas de Arduino oficias. A lista completa pode ser encontrada em:

http://arduino.cc/en/Main/Products [4]. Nas nossas prticas, vamos trabalhar com o Arduino UNO REV3.

1 GNU Operationg System. Hardware e Software: GNU GPL. Documentao: Creative Commons. Attribution-ShareAlike 2.5 Generic (CC BY-SA 2.5). Disponvel em: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/



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Figura 3. Official Boards [2]. Imagem: http://www.sempra.com.br.

3. MONTAGEM 01 PROGRAMA HELLO WORLD! NO ARDUINO.

A placa do Arduino possui vrios pinos de entradas

analgicas (6 pinos de entrada analgica, A0, A1, ... , A5) e

entradas e sadas (do ingls I/O, Input/Output) digitais (14

pinos de I/O digital, 0, 1, 2, 3, ... , 13), veja Figura 4.

Nesses pinos de I/O, podemos conectar diversos ou Shields,

como por exemplo: LEDs, Botes, Rels, sensores, motores

entre outros.

Apesar de diversos pinos de entrada e sada digitais

existentes na placa Arduino, vamos iniciar o aprendizado

configurando e acessando portas digitais de sada.

Todo processo de aprendizado de uma nova ferramenta de

desenvolvimento ou de uma nova plataforma

microcontrolada requer a familiarizao com o Ambiente de

Desenvolvimento Integrado (do ingls, IDE - Integrated

Development Environment).

Iniciaremos nosso estudo da plataforma Arduino mostrando

a seu software IDE, assim vamos desenvolver os primeiros

programas (sketches2), grav-los e observar o

comportamento no circuito.

Figura 4. Pinos de I/0 do Arduino.

O site oficial disponibiliza um software IDE para programar o Arduino (Figura 5). Esse software um

programa pronto para ser executado, assim no precisa ser instalado, podendo ser levado no seu pendrive de

um computador para outro. Essa IDE oficial fornecida pelo desenvolvedor do Arduino o ambiente open-

source e multiplaforma; ele possui verses para Windows, Macintosh e Linux (atualmente na verso 1.5.2

BETA). Tem distribuio gratuita e est disponvel para download em: http://arduino.cc/en/Main/Software.

No Anexo I, temos algumas outras sugestes de softwares livres ligados aos Arduino.

Figura 5. IDE Arduino Oficial [3].

Pensando um pouco como programador, o primeiro

programa criado por um iniciante em alguma

linguagem de programao o Hello World! ou Ol Mundo!. Em microcontroladores, o primeiro programa Hello World! acender um LED.

2 Sketch nome dados para o firmware (programa) desenvolvido para ser executado na placa Arduino.



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Vamos acender o LED da placa ARDUINO UNO

REV3 ligado no pino 13 do MCU ATmega328

(Figura 6).

Figura 6. LED conectado no PINO 13 do Arduino UNO [2].

Na pasta Material do Aluno, entregue pelo seu professor, contm uma pasta arduino-1.5.2, abra essa pasta e

em seguida clique duas vezes no executvel para abrir a IDE do Arduino (Figura 7).

Figura 7. Executvel para abrir a IDE do Arduino [2].

Ao clicar no executvel, a interface mostrada na Figura 8 ir abrir. Alguns detalhes das principais regies da

IDE Arduino so mostradas na Figura 8, assim podemos nos familiarizar um pouco mais com o ambiente de

desenvolvimento dos programas para a plataforma Arduino.

Figura 8. Ambiente de programao do Arduino [2].



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Vamos fazer nosso primeiro programa para acender o LED (Figura 9).

Figura 9. Primeiro Programa Acender o LED [2].

Quando acabar de reproduzir o cdigo da Figura 9,

salve o programa com um nome representativo, por

exemplo, PRATICA01_ACENDE_LED. Para isso,

clique no Menu File Salve As ... (Figura 10). No esquea de alterar o Nome do arquivo para

PRATICA01_ACENDE_LED.

Figura 10. Salvando seu sketch.

O caminho padro, onde seu programa salvo, fica na pasta Arduino, dentro da pasta Meus Documentos.

Aps salvar, clique no boto Verify (Compilar o cdigo), mostrado na Figura 11.

Figura 11. Boto Verify (Compilar o cdigo) [2].

Se o cdigo estiver idntico ao mostrado na Figura 9 a verificao do cdigo exibir uma mensagem de

sucesso na rea de Status (Figura 12). Se aparecer uma mensagem de texto da cor branca, seu cdigo foi

compilado com sucesso. Caso aparecer uma mensagem de texto da cor alaranjada, certifique-se que voc

digitou o cdigo exatamente igual ao mostrado na Figura 9.

Figura 12. Verificao com sucesso [2].



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Agora podemos gravar nosso cdigo, mas antes de

gravar seu sketch, verifique em qual porta de

comunicao o Arduino est instalado (Figura 13).

Para isso, voc deve conectar seu Arduino em uma

das portas USB disponvel e abrir o gerenciador de

dispositivos do seu computador. O gerenciador de

dispositivos est no painel de controle em sistemas.

No anexo II, mostramos alguns atalhos para abrir o

gerenciador de dispositivos.

No computador que voc est trabalhando j foi

instalado o driver do Arduino. No tutorial dentro da

pasta Material do Aluno, voc pode ver como

instalar o driver do Arduino no Windows 7 ou

Windows 8 em seu computador pessoal.

Figura 13. Gerenciador de dispositivos.

A placa Arduino instalada como uma porta de comunicao. Computadores e USBs diferentes podem

associar a portas de comunicao com nmeros diferentes. Sempre verifique em qual porta seu Arduino vai

estar, pois essa informao ser importante na configurao da IDE realizada a seguir.

Com a IDE do Arduino aberta, precisamos configurar a placa Arduino que estamos utilizando e a porta

Serial que a placa est instalada. No MENU Tools, podemos selecionar essas duas opes (veja Figura 14 e

Figura 15). No exemplo do meu computador, a placa do Arduino est instalada na porta COM5, no seu

computador bem provvel que a placa do Arduino foi instalada em outra porta de comunicao. Voc pode

verificar qual a porta do Arduino no Gerenciador de dispositivos (Figura 13).

Figura 14. Seleo da placa Arduino.

Figura 15. Seleo da Porta de Comunicao.



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Aps a seleo correta da placa do Arduino e da porta de comunicao serial, podemos gravar o cdigo na

placa do Arduino. Clique no boto UPLOAD para transferir o seu cdigo para a placa do Arduino

(destacado na Figura 16).

Figura 16. Boto de UPLOAD [2].

Ao final da transferncia do cdigo para a placa

do Arduino os LEDs TX e RX (Figura 17) iro

piscar rapidamente e execuo do cdigo ser

automtica. Esses LEDs servem para sinalizar

que dados esto sendo trocados pela

comunicao Serial (Seu computador e placa do

Arduino).

Ao final da gravao voc ver que o LED do

pino 13 (Figura 17) ficar acesso enquanto a

placa Arduino estiver energizada. Dependendo

da sua placa, esse LED pode ser Amarelo,

Laranja ou Verde, verses diferentes da placa

do Arduino alteraram as cores na sua produo.

Figura 17. LEDs TX e RX [2] e LED do pino 13 da placa Arduino.

3.1. Os Verdadeiros Programadores Escrevem Comentrios

Antes de terminar a Montagem 01 da primeira Aula Prtica, devemos atentar a uma dica importante: todo

bom programador desenvolve seus cdigos de maneira organizada, assim facilita o bom entendimento e

reaproveitamento do seu cdigo. Uma boa dica de programao usar comentrios em todo cdigo que voc

produzir. Comentrios, como o prprio nome instiga, so notas que podem ser includas no cdigo fonte

para descrever o que se quiser, por exemplo, para lembrar voc de algo importante quando o cdigo foi

desenvolvido. Assim, no modificam o programa executado e servem somente para ajudar o programador a

melhor organizar os seus cdigos (os comentrios so ignorados pelo Arduino, so interpretados com espao

em branco). Um cdigo bem comentado til para ser reutilizado e fcil de interpret-lo [5]. Voc pode

inserir dois tipos de comentrios:

Comentrios de linha (Figura 18), utilizando duas barras ( // ).

Figura 18. Comentrios de linha.



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Voc deve fazer os comentrios aps os comandos do cdigo, pois assim seu cdigo fica fcil de

compreender e dar qualquer manuteno futura.

Comentrios em blocos (vrias linhas, Figura 19), o bloco de comentrios aberto com /* e

encerrado com */. Insira o comentrio abaixo antes da funo void setup, modifique e

personalize seu cabealho.

Figura 19. Comentrios em Blocos.

Como queremos ser bons programadores, vamos modificar nosso cdigo do Acende_LED inserindo

comentrios como mostrado na Figura 20.

Figura 20. Primeiro Programa Acender o LED [2].



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4. MONTAGEM 02 MELHORIA DO PROGRAMA HELLO WORLD! NO ARDUINO.

A prtica de acender um LED em

um microcontrolador um bom

exemplo para iniciar seu contato com a ferramenta de

desenvolvimento de programas

para a placa Arduino.

Mas muitas vezes parece que voc

no fez muita coisa, por isso vamos

modificar o cdigo, para algo ainda

simples, porm com o objetivo de

evoluir gradativamente o

aprendizado do Arduino.

Abra um novo sketch na IDE

Arduino. Para isso clique no menu

File New e insira o cdigo mostrado na Figura 21.

Salve o programa com um nome

representativo, por exemplo,

PRATICA02_PISCA_LED,

clique no boto Verify (Compilar o

cdigo), mostrado na Figura 11.

Lembre-se de comentar muito bem

seu cdigo.

Figura 21. Programa "HELLO WORLD!" modificado.


sucesso na rea de Status.

Em seguida, clique no boto UPLOAD para transferir o seu cdigo para a placa do Arduino.

Voc ver que o LED piscando com um perodo de 1s (500ms acesso 500ms apagado) enquanto a placa

Arduino estiver energizada, pois a funo delay (ms) responsvel por gastar os tempo programado.

Faa alguns testes nesse cdigo:

Diminua o tempo dos dois comandos delay no cdigo da Figura 20 para os valores:

a) 250.

b) 125.

c) V aumentando o tempo e verifique qual o menor valor que olho humano

ainda percebe o LED piscar.

5. MONTAGEM 03 PRIMEIRA MONTAGEM NO PROTOBOARD.

A protoboard (ou breadboard ou Matriz de contatos) uma base de construo de prottipos eletrnicos.

Ela muito utilizada, pois no requer solda, ou seja, reutilizvel. Isto torna mais fcil de usar para criao

de prottipos temporrios. A utilizao de uma protoboard em montagem com projetos de Arduino torna

possvel a construo de circuitos mais complexos [6].

A ligao de circuitos feita atravs de jumpers (basicamente pequenos fios, Figura 22), que so utilizados

para ligar temporariamente componentes eletrnicos na protoboard. A faixa central tem o tamanho

especifico para componentes eletrnicos pequenos (Figura 23). Normalmente, uma protoboard possui quatro

matrizes, mas este nmero pode variar (Figura 24) [6].



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Figura 22. Jumpers.

Figura 23. Circuito Integrado.

Figura 24. Breadboard.

Se pudssemos olhar atravs do protoboard seria possvel ver nitidamente as linhas e colunas completas

(Figura 25).

Figura 25. Viso atravs do protoboard.

Ao montar um circuito no protoboard, temos que nos preocupar em fazer de forma organizada e com muita

ateno. Uma boa montagem requer tempo de prtica e tentar visualizar e dimensionar o circuito antes de

realizar de realiz-la. Vamos procurar montar circuitos organizados (Figura 26), que so mais fceis de

encontrar qualquer problema de ligao ou de algum componente com defeito, ao invs de circuitos

confusos, que tornam complexo sua manuteno (Figura 27).

Figura 26. Circuito Organizado.



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Figura 27. Circuito desorganizado.

Uma boa tcnica para montar o seu circuito criar

trilhas de VCC e GND (Figura 28), isso facilita a

alimentao e aterramento de vrios componentes

usados no seu circuito.

Figura 28. Trilhas de Vcc e GND.

5.1. Montagem do Circuito

Como estamos trabalhando com a plataforma Arduino, ele ento nossa fonte de fornecimento da tenso e

aterramento, localize o pinos identificados como 5V e GND no seu Arduino. Portanto, usando quatro

jumpers, faa a montagem mostrada na Figura 29 no seu protoboard. Cada linha (vermelha e preta)

representada na Figura 29 um jumper ou um fio conectado no seu protoboard. Chame o professor para ele

verificar sua ligao no protoboard.

Figura 29. Fonte de Alimentao e Terra.

A montagem mostrada na Figura 29 cria linhas

virtuais de 5V e GND por todo o protoboard, como

mostrado na Figura 30.

Figura 30. Criao das trilhas de Alimentao e Terra no circuito.

Os componentes LEDs tem polaridade, ou seja, um

terminal para o sinal positivo (5V) e outro terminal

para o sinal negativo (GND). Podemos identificar

qual terminal do LED o positivo ou o negativo de

trs formas (Figura 31). A primeira olhando pelo

chanfro da borda do LED, o terminal da parte

cortada o negativo e ento o outro terminal o

positivo (Figura 31a). A segunda atravs do

comprimento dos terminais, o terminal menor o

negativo e o maior o positivo (Figura 31b). E a

terceira colocando o LED contra a luz, podemos

ver os terminais por dentro do LED, o maior o

negativo e o menor o positivo (Figura 31c).

Figura 31. Identificao dos terminais do LED. (a) borda do LED,

(b) comprimento dos terminais, (c) parte interna no LED

(a) (b)

(c)



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Agora que sabemos como identificar os terminais do LED, vamos coloc-lo no protoboard como mostrado

na Figura 32 e realizar todas as conexes, assim finalizando a montagem do circuito (Figura 32). Caso

precise, pea ao seu professor para auxili-lo e verificar a montagem do seu circuito.

Figura 32. Montagem final do Circuito.

5.2. Programao

Abra um novo sketch na IDE Arduino e insira o cdigo mostrado na Figura 21.

Salve o programa com um nome representativo, por exemplo, PRATICA03_PISCA_2_LEDS, clique no

boto Verify (Compilar o cdigo), mostrado na Figura 11.

Figura 33. Cdigo Pisca dois LEDs.

Lembre-se de comentar muito bem seu cdigo.


sucesso na rea de Status.

Em seguida, clique no boto UPLOAD para transferir o seu cdigo para a placa do Arduino.

Voc ver que os LEDs piscando com um perodo de 2s (1000 ms acessos 1000 ms apagados) enquanto a

placa Arduino estiver energizada de forma alternada, enquanto um estiver ligado o outro vai estar apagado.



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6. MONTAGEM 04 DESGRAVAR O ARDUINO.

Como trabalhamos com uma plataforma de gravao com bootloader, sem o auxlio de gravadores externos,

no necessariamente desgravamos o Arduino. O que fazemos gravar um firmware com a funo void

setup e a void loop vazias.

Abra um no scketch na sua IDE do Arduino (Figura 34) e grave na sua placa do Arduino.

Figura 34. Novo sketch.

Desse modo voc grava um programa vazio na sua placa e de certo modo voc desgravou seu Arduino.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] M. Banzi, Primeiros Passos com o Arduino, 1 ED., Editora Novatec, So Paulo, 2011. ISBN:

8575222902.

[2] SEMPRA Tecnologia. Disponvel em: http://sempra.com.br/.

[3] Processing. Disponvel em: http://www.processing.org/.

[4] Arduino. Disponvel em: http://arduino.cc/.

[5] Vitual Breadboard. Disponvel em: http://www.virtualbreadboard.com/.

[6] Introduo ao Arduino - Grupo de Robtica. DESTACOM Universidade Federal do Mato Grosso do

Sul, 2012.

Arduino Aula Pratica 01

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