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Introdução ao Arduino – Primeiros passos na plataforma

Arduino

Arduino é uma plataforma de código aberto (hardware e software) criada em 2005 pelo italiano Massimo Banzi (e outros colaboradores) para auxiliar no ensino de eletrônica para estudantes de design e artistas. O objetivo principal foi o de criar uma plataforma de baixo custo, para que os estudantes pudessem desenvolver seus protótipos com o menor custo possível. Outro ponto interessante do projeto, foi a proposta de criar uma plataforma de código aberto, disponível para a comunidade o que ajudou em muito no seu desenvolvimento. Veja a sua história aqui.

Nesse artigo você irá conhecer um pouco mais sobre a plataforma e vai dar os primeiros passos para deixar o seu ambiente preparado para o desenvolvimento dos seus projetos.

Introdução ao Arduino

O site da plataforma o define como:

“O Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica open-source que se baseia em hardware e software flexíveis e fáceis de usar. É destinado a artistas, designers, hobbistas e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos.

O Arduino pode sentir o estado do ambiente que o cerca por meio da recepção de sinais de sensores e pode interagir com os seus arredores, controlando luzes, motores e outros atuadores. O microcontrolador na placa é programado com a linguagem de programação Arduino, baseada na linguagem Wiring, e o ambiente de desenvolvimento Arduino, baseado no ambiente Processing. Os projetos desenvolvidos com o Arduino podem ser autônomos ou podem comunicar-se com um computador para a realização da tarefa, com uso de software específico (ex: Flash, Processing, MaxMSP).”

Plataforma de desenvolvimento Arduino

A plataforma é formada por dois componentes principais: Hardware e Software.

O hardware é composto por uma placa de prototipagem na qual são construídos os projetos.

O software é uma IDE, que é executado em um computador onde é feita a programação, conhecida como sketch, na qual será feita upload para a placa de prototipagem Arduino, através de uma comunicação serial. O sketch feito pelo projetista dirá à placa o que deve ser executado durante o seu funcionamento.

Hardware

Existem diversas placas oficiais de Arduino e muitas outras não oficiais. Vamos abordar a placa Arduino Uno nesse artigo. A seguir é exibida a placa Arduino Uno REV3:

"Placa

Conforme visto na imagem acima a placa Arduino UNO possui diversos conectores que servem para interface com o mundo externo. Vejamos como estão organizados os pinos na placa:

  • 14 pinos de entra e saída digital (pinos 0-13):
    • Esses pinos podem ser utilizados como entradas ou saídas digitais de acordo com a necessidade do projeto e conforme foi definido no sketch criado na IDE.
  • 6 pinos de entradas analógicas (pinos A0 - A5):
    • Esses pinos são dedicados a receber valores analógicos, por exemplo, a tensão de um sensor. O valor a ser lido deve estar na faixa de 0 a 5 V onde serão convertidos para valores entre 0 e 1023.
  • 6 pinos de saídas analógicas (pinos 3, 5, 6, 9, 10 e 11):
    • São pinos digitais que podem ser programados para ser utilizados como saídas analógicas, utilizando modulação PWM.

A alimentação da placa pode ser feita a partir da porta USB do computador ou através de um adaptador AC. Para o adaptador AC recomenda-se uma tensão de 9 a 12 volts.

Software

O software para programação do Arduino é uma IDE que permite a criação de sketches para as placas.  A linguagem de programação é modelada a partir da linguagem Wiring . Quando pressionado o botão upload da IDE, o código escrito é traduzido para a linguagem C e é transmitido para o compilador avr-gcc, que realiza a tradução dos comandos para uma linguagem que pode ser compreendida pelo microcontrolador.

A IDE apresenta um alto grau de abstração, possibilitando o uso de um microcontrolador sem que o usuário conheça o mesmo, nem como deve ser usado os registradores internos de trabalho.

A IDE possui uma linguagem própria baseada na linguagem C e C++.

O Ciclo de programação do Arduino pode ser dividido da seguinte maneira:

  1. Conexão da placa a uma porta USB do computador;
  2. Desenvolvimento de um sketch com comandos para a placa;
  3. Upload do sketch para a placa, utilizando a comunicação USB.
  4. Aguardar a reinicialização, após ocorrerá à execução do sketch criado.

A partir do momento que foi  feito o upload o Arduino não precisa mais do computador: o Arduino executará o sketch criado, desde que seja ligado a uma fonte de energia.

IDE do Arduino

A IDE pode ser baixada gratuitamente no site do Arduino, onde pode ser escolhida a melhor opção de download conforme plataforma utilizada.

Quando se abre o IDE do Arduino, será exibido algo semelhante à figura abaixo:

Arduino

O IDE é dividido em três partes: A Toolbar no topo, o código ou a Sketch Window no centro, e a janela de mensagens na base, conforme é exibido na figura anterior.

Na Toolbar há uma guia, ou um conjunto de guias, com o nome do sketch. Ao lado direito há um botão que habilita o serial monitor. No topo há uma barra de menus, com os itens File, Edit, Sketch, Tools e Help. Os botões na Toolbar fornecem acesso rapido às funções mais utilizadas dentro desses menus.

Abaixo são identificados os ícones de atalho da IDE:

  • Verify
    • Verifica se existe erro no código digitado.
  • Upload
    • Compila o código e grava na placa Arduino se corretamente conectada;
  • New
    • Cria um novo sketch em branco.
  • Open
    • Abre um sketch, presente no sketchbook.
  • Save
    • Salva o sketch ativo
  • Seria monitor
    • Abre o monitor serial.

Os demais comandos presentes na barra de menus podem ser consultados através do menu <help><Environment>.

Após a conexão do Arduino ao computador, é atribuído a placa uma COM. A primeira vez que o programa Arduino for executado deve-se selecionar o modelo de placa utilizado, no nosso caso escolheremos Arduino Uno, conforme figura abaixo:

Arduino

Após a definição do modelo, deve-se selecionar em qual COM a placa foi atribuída:

Arduino

Após estas configurações o ambiente está preparado para uso e pode-se testar qualquer um dos exemplos que acompanham a IDE ou até mesmo com um novo sketch.

"Hello World" – Blink

O exemplo mais simples para iniciar a programação do Arduino, que pode ser considerado como o conhecido “Hello World” das linguagens de programação, consiste em acionar um LED através de uma saída digital. 

A placa Arduino Uno já possui um Led ligado ao pino digital 13 que pode ser utilizado para o teste, e na IDE podemos carregar o exemplo Blink:

Arduino

Para verificar de o código está correto deve-se clicar no ícone verify, após a compilação é exibida uma mensagem de status da operação e caso esteja tudo certo será exibida a quantidade de bytes gerados pelo programa:

Arduino

Para grava o código na memória flash do microcontrolador é necessário clicar no ícone Upload, será transferido o código para a placa e após alguns segundos o LED ligado ao pino 13 começará a piscar em intervalos de 1 segundo.

Analisando o Código

O código do exemplo Blink é relativamente simples, porém apresenta a estrutura básica de um programa desenvolvido na IDE Arduino. Inicialmente nota-se que existem duas funções obrigatórias em um programa Arduino, setup() e loop().

A função setup () é executada na inicialização do programa e é responsável pelas configurações iniciais do microcontrolador, tal como definição dos pinos de I/O, inicialização da comunicação serial, entre outras.

A função loop () será onde ocorrerá o laço infinito da programação, ou seja, onde será inserido o código que será executado continuamente pelo microcontrolador.

Dentro do loop principal está o código que fará o led ligado pino 13 piscar em intervalos de 1 segundo.

A função digitalWrite(led, HIGH); coloca o pino em nível lógico 1, ligando o led.

A função delay(1000); aguarda o tempo de 1000 ms, ou seja, 1 segundo para que possa ser executada a próxima instrução.

A função digitalWrite(led, LOW); coloca o pino em nível lógico 0, desligando o led.

E novamente é esperado 1 segundo com a função delay();

O loop é repetido infinitamente enquanto a placa estiver ligada.

A referência da linguagem pode ser acessada através do menu <help>:

Arduino

Testar outros exemplos básicos, é um bom começo para aprender mais sobre a plataforma.

Saiba mais

Arduino UNO

Arduino - O documentário

Placas Arduino - trajetória até o UNO

Referências

http://arduino.cc/

Referência para programação Arduino

Outros artigos da série

Usando os pinos digitais do Arduino >>
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Matheus Quick
Matheus Quick
13/03/2017 01:05

arduino, uma ótima plataforma para entrar no mundo dos microcontroladores

Fabio_Souza_Embarcados
Fabio_Souza_Embarcados
Reply to  Matheus Quick
13/03/2017 09:17

Sim Matheus, com o Arduino ficou mais facil o contato com os microcontroladores.

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01/03/2016 08:38

[…] passos de como trabalhar com a nossa “plaquinha”. O primeiro artigo (você pode ler neste link) é uma introdução ao hardware (que já comentei no post anterior) e sobre a IDE, a interface de […]

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29/05/2015 15:22

[…] Arduino – Primeiros Passos […]

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21/05/2015 00:42

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