Curso Arduino – #1 – O Básico do Arduino e o Software de Programação

 

 

Já alguma vez se perguntou como se iniciar no mundo dos microcontroladores? Confira já o Arduino! É uma plataforma aberta, ideal para todos os entusiastas do DIY, incluindo construtores de robots.

A primeira parte do curso aborda os fundamentos básicos do Arduino necessários para as lições seguintes.

Será que este curso é indicado para mim?

Se está interessado em eletrónica e gostaria de começar a desenvolver os seus próprios projetos, o Arduino é a solução perfeita para iniciantes.

O curso possui 11 partes (com possível continuação). É claro que não aborda tudo o que há para saber sobre o Arduino, o assunto é tão extenso que se pode escrever uma dúzia de livros sobre ele. O objetivo deste curso é explicar o básico através da prática e cativar o interesse do leitor para aprender mais sobre esta plataforma.

Os artigos seguintes também discutirão os conceitos básicos de programação, como funções, condições, loops, etc.

O que é que eu posso fazer com o Arduino?

Como iniciante neste mundo, de certeza que já se perguntou o mesmo. A verdade é que é uma questão muito difícil de dar resposta, já que existem inúmeros projetos que pode realizar com este microcontrolador. Podemos sim, dar exemplos que o ajudarão a perceber as funções e utilidades do dispositivo.

A partir deste curso, aprenderá, por exemplo, a sinalizar informações através de LEDs e a transmitir um texto num display. Aprenderá os tipos de comunicação do Arduino com o computador, e também poderá verificar como se controla motores. Haverá ainda explicações sobre sensores e a utilização dos mesmos.

Combinando os recursos acima mencionados, será capaz de construir um dispositivo que recolhe informações do ambiente (sensores), processa-as, realiza ações em função disso (motores) e comunica com o utilizador (díodos, display, computador).

Exemplos de projetos que poderá desenvolver facilmente após terminar o nosso curso:

  1. Robots móveis (ex.: seguidor de linhas);
  2. Dispositivos de automação residencial (ex.: persianas automáticas);
  3. Dispositivos do dia-a-dia (ex.: despertador);
  4. Jogos (ex.: máquina de jogos arcade)
  5. Uma infinidade de outros projetos, o céu é o limite!

O que é o Arduino?

De forma geral, o Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrónica, que integra o popular microcontrolador AVR, e permite o desenvolvimento de controlo de sistemas interativos. É um dispositivo de baixo custo e acessível a todos. Algumas características são:

  • Não requer um programador externo;
  • Interage, sem problemas, com um compilador dedicado;
  • É compatível com inúmeras de placas de expansão (por exemplo: controladores de motor, displays, módulos, sensores, etc.).

 

arduino ide

 

No entanto, o verdadeiro poder do Arduino está na sua linguagem de programação baseada em C/C++.

A programação é realizada através de livrarias, graças às quais até a criação de um programa complicado está ao alcance de um programador iniciante.

Os benefícios do Arduino

O projeto começou a ser desenvolvido em 2005, na Itália. Desde então, reuniu uma multidão de seguidores e utilizadores. Desde o início, o Arduino foi projetado para pessoas que tinham poucos conhecimentos de programação de microcontroladores. O seu excelente software, sintaxe amigável e preço reduzido tornaram o Arduino extremamente popular.

 

arduino

 

A comunidade construída em torno deste projeto é enorme. Isso traz muitos benefícios. Do ponto de vista do iniciante, os mais importantes são os seguintes:

  • Um grande número de soluções prontas. Existe uma imensidão de projetos Arduino já criados. Se acha que criou algo “novo” e interessante, é provável que já algum dos utilizadores o tenha feito e publicado na Internet;
  • A popularidade da plataforma significa que existem inúmeras variedades de placas e extensões criadas por diversos fabricantes – iremos falar sobre isto de seguida;
  • Um grande número de utilizadores facilita a procura de ajuda quando ficar preso em alguma parte do projeto.

Arduino – escolha do hardware

O Arduino é uma plataforma Open Hardware. Isto significa que todos os materiais necessários para criar o seu próprio dispositivo estão disponíveis. Por esta razão, existem imensas placas compatíveis com Arduino.

Atualmente existem mais de 20 modelos originais disponíveis. Em qualquer boa loja de eletrónica encontrará vários destes modelos. Para o propósito do curso, foi escolhida a placa mais popular – Arduino UNO R3. Poderá adquiri-la aqui.

arduino uno

Constituição do Arduino UNO R3

O coração do Arduino é o popular microcontrolador Atmel de 8 bits, o AVR ATmega328 que opera a 16MHz. Trabalhar com tal frequência, de forma muito simples, significa que o microcontrolador é capaz de realizar 16 milhões de operações por segundo!

Os conectores localizados nas laterais da placa, são as saídas dos sinais mais importantes. Aí encontramos 14 entradas/saídas (I/O) digitais programáveis. Seis delas podem ser usadas como saídas PWM (ex.: controlo de motores) e outras 6 como entradas analógicas. Também encontramos um botão de reset e um conector para a alimentação da placa.

O Arduino pode ser alimentado de várias formas. Os métodos mais populares são:

  • Alimentação via cabo USB;
  • Alimentação através de uma fonte de alimentação externa (baterias ou plug-in).

Os constituintes mais importantes estão sinalizados na imagem seguinte:

arduino uno

  1. Conector USB – usado para alimentação, programação e comunicação com o computador;
  2. Conector Jack DC – usado para alimentação (recomendado 7V a 12V);
  3. Estabilizador de Tensão – transforma a tensão de entrada em 5V;
  4. Botão de Reset – reinicia a placa Arduino;
  5. Microcontrolador responsável pela comunicação com o computador via USB;
  6. Terminais para Programação para microcontrolador #5;
  7. Pinos Digitais I/O (8 a 13) e GND Digital (terra);
  8. Pinos Digitais I/O (3 a 7) e TX e RX (saída de série e entrada de série respetivamente);
  9. LED – indica se a placa está ligada;
  10. Pinos para Programação Série – permite programar o microcontrolador (pino #13) via comunicação série.
  11. Pinos de Entrada Analógicos (0 a 5);
  12. Pinos de Alimentação e Reset da placa;
  13. Microcontrolador AVR ATmega328 – o coração da placa arduino;
  14. LEDs – indicam a transmissão do/para o computador;
  15. LED – ligado ao pino #13, está à disposição do utilizador;
  16. Cristal 16MHz – faz com que o microcontrolador funcione a uma frequência de 16MHz.

Clones vs. Arduino Original

Como foi mencionado, o Arduino é uma plataforma de hardware aberto. Isto significa que todos podem criar o seu próprio Arduino ou projetar uma placa semelhante. Placas idênticas ao Arduino são coloquialmente chamadas de clones.

Os clones podem ser divididos em dois tipos:

  • Falsificações integrais que imitam o original;
  • Placas compatíveis com Arduino.

Pode correr o risco e adquirir uma falsificação por metade do preço (ou menos). Mas, a verdade, é que são feitas com materiais de menor qualidade, isto pode causar avarias e problemas com mais facilidade. Quanto às placas compatíveis, podem ser tão eficientes como as originais.

Há também outras placas mais baratas, que são compatíveis com Arduino, mas os fabricantes não fingem ser originais. Essas versões são produzidas, por exemplo, pela DFrobot, que vende as suas placas sob o nome de DFRduino. Pode adquiri-lo aqui.

DFRduino uno arduino compatível

O DFRduino é produzido por um fabricante confiável, por isso pode facilmente adquiri-lo. Os produtos compatíveis com Arduino podem ser rapidamente identificados através do sufixo -uino.

Curso Arduino – materiais necessários

Além do Arduino UNO acima mencionado, irá precisar de alguns elementos adicionais. Para já vai precisar do cabo USB, dos cabos jumper, LEDs, botões, resistências, um display 2×16, entre outros.

Mais à frente no curso, discutiremos também o controlo de motores (ex.: servos) e o uso de sensores. Usaremos sensores de luz e um sensor de distância ultrassónico. Aconselhamos o nosso Kit Arduino UNO Básico/Iniciante.

curso arduino

Na primeira parte do curso,ou seja, a que está a ler, vamos abordar a instalação do software Arduino. Assumimos que ainda não possui todo o material necessário. No entanto, vai precisar de um Arduino UNO.

Na segunda parte, ensinaremos a operação de entradas e saídas (I/O) digitais. Depois de realizar os exercícios, será capaz de ligar/desligar LEDs através de botões.

Instalação do Arduino IDE

Antes de iniciar a programação, deverá ser instalado um software adequado. Pode fazer o download do mais recente Arduino IDE no site oficial Arduino. O software ocupa cerca de 90MB.

A instalação é básica. Para começar terá de escolher o seu sistema operativo.

Clique no sistema apropriado e dê inicio ao download.

Depois do download estar feito, vamos dar inicio à instalação. Primeiro terá de aceitar a licença do produto:

curso arduino

 

De seguida clique Next. Enquanto isso tenha atenção aos componentes a instalar:

curso arduino

 

Se escolher instalar o USB driver (recomendável), receberá um aviso no fim da istalação com este aspeto (no caso do Windows 7):

curso arduino

 

Clique em “Instalar”. Não precisa de se preocupar com nada. Seguidamente clique em Close e o software está instalado. Deverá aparecer um ícone igual ao seguinte no seu ambiente de trabalho:

curso arduino

 

Se o software foi bem instalado, quando abrir o IDE, deverá aparecer uma imagem de boas-vindas deste género:

curso arduino

 

Depois de uns segundos, o editor:

curso arduino

 

Se já tiver a placa Arduino…

Anteriormente dissemos que não iríamos programar nesta primeira parte do curso. No entanto, se já possui o Arduino, poderá fazer algo muito simples para testar se está tudo a funcionar devidamente. Primeiro, abra o Arduino IDE. De seguida, no menu escolha:

Ficheiro -> Exemplos -> 01.Basics -> Blink

Irá abrir uma nova janela com um código exemplo (não faça qualquer alteração). Derá ser igual ao seguinte:

curso arduino

Agora ligue o seu Arduino ao computador. Para isto, use o cabo USB. Não precisa de alimentar a placa. O computador vai detetar um novo hardware e instalar drivers.

Quando o equipamento estiver pronto a ser usado, verifique que porta COM foi atribuida à sua placa. Poderá fazer isso desta forma:

Computador -> Propriedades -> Gerenciador de Dispositivos

curso arduino

No nosso caso, foi atribuida a porta COM8, mas pode ser completamente diferente da sua. Não é relevante.

Agora pode voltar às configurações do Arduino IDE. Aqui tem de fazer duas coisas. Primeiro, tem de indicar ao compilador a placa que está a ser utilizada. Neste caso é o Arduino UNO R3.

curso arduino

 

Em seguida, indica o número da porta COM anteriormente verificada.

curso arduino

A placa está ligada e pronta! Agora já pode fazer o upload do programa. Para isso tem de realizar dois procedimentos:

  • Verificar
  • Enviar

curso arduino

 

O primeiro é o equivalente a compilação encontrada noutros softwares. Este processo é responsável por verificar a exatidão do código e realizar a sua compilação/conversão para uma linguagem compreensível para dispositivos eletrónicos programáveis.

O segundo comando é responsável por enviar o programa para a placa Arduino UNO. Depois de clicar no botão enviar na placa, os LEDs TX e RX devem piscar. Isto significa que os dados foram transferidos do/para o computador.

Quando o processo é executado corretamente, encontra uma mensagem na parte inferior do IDE. Terá informação que o programa foi enviado e quanto espaço ocupou na memória do microcontrolador – neste caso, foi 928 bytes.

curso arduino

 

Naturalmente, o fato de o programa ter sido enviado corretamente também pode ser observado no Arduino. Como mencionado anteriormente, existe um LED integrado na placa associado ao pino #13. Depois de carregar o programa, este deve piscar, como pode observar no exemplo:

 

ArduinoLED_Blink

 

O efeito não é emocionante, mas assim fica a saber que tudo funciona perfeitamente. A partir do próximo artigo, começaremos a escrever programas desenvolvidos por nós. Enquanto isso, pode tentar editar o código utilizado neste exemplo para testar comportamento do layout.

Sumário

Esperamos ter sido claros nas nossas explicações e tê-lo incentivado a acompanhar o curso completo. Estamos à espera dos seus comentários e sugestões. Até ao próximo artigo!

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 Curso Arduino – #0 – Introdução

 Curso Arduino – #1 – O Básico do Arduino e o Software de Programação

 Curso Arduino – #2 – O Básico da Programação e as Portas I/O

 Curso Arduino – #3 – UART e Variáveis

 Curso Arduino – #4 – Conversor Analógico-Digital

 Curso Arduino – #5 – PWM, Servomecanismos e Bibliotecas

 Curso Arduino – #6 – UART (continuação) e Servos

 Curso Arduino – #7 – Displays

 Curso Arduino – #8 – Controlo de Motores DC

 Curso Arduino – #9 – Sensor de Distância Ultrassónico HC-SR04 e Novas Funções

 Curso Arduino – #10 – Gráficos, Números Aleatórios e Condições

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