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Arduino UNO

ARDUINO UNO

Se você já ouviu falar da plataforma Arduino, com certeza já ouviu falar também da placa Arduino Uno. Nesse artigo vamos abordar a placa Arduino UNO exibindo suas características de hardware e os recursos que essa simpática plataforma possui.

 

Arduino UNO

 

A placa Arduino UNO já está em sua terceira revisão e você pode baixar seu esquema elétrico no site do Arduino, ou até mesmo todos os arquivos do projeto para edição. Ela tem duas camadas apenas e várias características interessantes de projeto. A seguir serão apresentadas as principais características do seu hardware.

 

 

Alimentação da placa Arduino

 

A placa pode ser alimentada pela conexão USB ou por uma fonte de alimentação externa, conforme exibido na figura abaixo:

 

Arduino UNO

Figura 1 – Alimentação da placa Arduino UNO

 

A alimentação externa é feita através do conector Jack com positivo no centro, onde o valor de tensão da fonte externa deve estar entre os limites 6V. a 20V., porém se alimentada com uma tensão abaixo de 7V., a tensão de funcionamento da placa, que no Arduino Uno é 5V, pode ficar instável e quando alimentada com tensão acima de 12V, o regulador de tensão da placa pode sobreaquecer e danificar a placa. Dessa forma, é recomendado para tensões de fonte externa valores de 7V. a 12V.

 

O circuito regulador para entrada externa é exibido a seguir. Nota-se que o CI responsável pela regulação de tensão é o NCP1117, da OnSemi. Destaque para o diodo D1 que protege o circuito caso uma fonte com tensão invertida for ligada.

 

circuito regulador

Figura 2 – O circuito regulador para entrada externa

Quando o cabo USB é plugado a um PC por exemplo, a tensão não precisa ser estabilizada pelo regulador de tensão. Dessa forma a placa é alimentada diretamente pela USB. O circuito da USB apresenta alguns componentes que protegem a porta USB do computador em caso de alguma anormalidade. Na figura abaixo é exibido o circuito de proteção da USB da placa Arduino UNO.

 

Arduino UNO

Figura 3 – Circuito de proteção da USB da placa Arduino UNO

Os dois varistores (Z1 e Z2) podem suportar picos elevados de SURGE e energias elevadas de transientes. Seria preferível se, ao invés de varistores, fossem conectados diodos supressores de ESD que tem capacitância bem baixa, já que estão ligados a pinos rápidos de comunicação, mas o circuito funciona bem mesmo assim. O resistores de 22 Ohms (RN3A e RN3D), limitam uma corrente resultante de alguma descarga elétrica eventual de um usuário em contato com o conector USB, resultante de transientes rápidos, protegendo, dessa forma, os pinos do microcontrolador. Podem ser utilizados também para que 

 

O fusível resetável (F1) de 500mA. impede que a porta USB do computador queime, caso ocorra algum problema de projeto ou uma falha no circuito e ultrapasse a corrente de 500 mA. quando a  placa estiver conectada ao PC. O ferrite L1 foi incluído no circuito para que ruídos da USB externa não entrem no circuito da placa Arduino, através de seu terra.

 

Além dos recursos apresentados anteriormente, a  placa conta com um circuito pra comutar a alimentação automaticamente entre a tensão da USB e a tensão da fonte externa. Esse circuito está apresentado na figura abaixo. Caso haja uma tensão no conector DC e a USB é conectada, a tensão de 5V será proveniente da fonte externa e USB servirá apenas para comunicação com o PC.

 

Arduino UNO

Figura 4 – Circuito de seleção de fonte na arduino UNO

Como pode-se observar na figura anterior existe na placa um regulador de 3,3V. (U2- LP2985), este componente é responsável por fornecer uma tensão continua de 3,3V para alimentação de circuitos ou shields que necessitem desse valor de tensão. Deve-se ficar atento ao limite máximo do valor da corrente  que este regulador pode fornecer, que no caso é de 150 mA.

 

A seguir são exibidos os conectores de alimentação para conexão de shields e módulos na placa Arduino UNO:

 

Arduino UNO R3

Figura 5 – Conectores de alimentação Arduino UNO R3

 

 

IOREF – Fornece uma tensão de referência para que shields possam selecionar o tipo de interface apropriada, dessa forma shields que funcionam com a placas Arduino que são alimentadas com 3,3V. podem se adaptar para ser utilizados em 5V. e vice-versa.

 

RESET – pino conectado a pino de RESET do microcontrolador. Pode ser utilizado para um reset externo da placa Arduino.

 

3,3 V.  – Fornece tensão de 3,3V. para alimentação de shield e módulos externos. Corrente máxima de 50 mA.

 

5 V – Fornece tensão de 5 V para alimentação de shields e circuitos externos.

 

GND  – pinos de referência, terra.

 

VIN – pino para alimentar a placa através de shield ou bateria externa. Quando a placa é alimentada através do conector Jack, a tensão da fonte estará nesse pino.

 

Comunicação USB da Placa Arduino UNO

 

Como interface USB para comunicação com o computador, há na placa um microcontrolador ATMEL ATMEGA16U2.

 

Conversor USB-serial com ATmega16u2 ARDUINO UNO

Figura 6 – Conversor USB-serial com ATmega16u2

Este microcontrolador é o responsável pela forma transparente como funciona a placa Arduino UNO, possibilitando o upload do código binário gerado após a compilação do programa feito pelo usuário. Possui um conector ICSP para gravação de firmware através de um programador ATMEL, para atualizações futuras.

 

Nesse microcontrolador também estão conectados dois leds (TX, RX), controlados pelo software do microcontrolador, que indicam o envio e recepção de dados da placa para o computador. Esse microcontrolador possui um cristal externo de 16 MHz. É interessante notar a conexão entre este microcontrolador com o ATMEL ATMEGA328, onde é feita pelo canal serial desses microcontroladores. Outro ponto interessante que facilita o uso da placa Arduino é a conexão do pino 13 do ATMEGA16U2 ao circuito de RESET do ATMEGA328, possibilitando a entrada no modo bootloader automaticamente quando é pressionado o botão Upload na IDE. Essa características não acontecia nas primeiras placas Arduino, onde era necessário pressionar o botão de RESET antes de fazer o Upload na IDE.

 

Comunicação serial com a placa

Figura 7 – Circuito de comunicação serial

O cérebro do Arduino UNO

 

O componente principal da placa Arduino UNO é o microcontrolador ATMEL ATMEGA328, um dispositivo de 8 bits da família AVR com arquitetura RISC avançada e com encapsulamento DIP28. Ele conta com 32 KB de Flash (mas 512 Bytes são utilizados pro bootloader), 2 KB de RAM e 1 KB de EEPROM. Pode operar a até 20 MHz, porém na placa Arduino UNO opera em 16 MHz, valor do cristal externo que está conectado aos pinos 9 e 10 do microcontrolador. Observe que, para o projeto dessa placa, os projetistas escolheram um cristal com dimensões bem reduzidas.

 

Possui 28 pinos, sendo que 23 desses podem ser utilizados como I/O . A imagem abaixo exibe a sua pinagem:

 

 Pinagem ATmega328

Figura 8 – Pinagem ATmega328 usado no Arduino UNO

 

Esse microcontrolador pode operar com tensões bem baixas, de até 1,8 V., mas nessa tensão apenas opera até 4MHz. Possui dois modos de consumo super baixos, o Power-down Mode e o Power-save Mode, para que o sistema possa poupar energia em situações de espera. Possui, como periféricos uma USART que funciona a até 250kbps, uma SPI, que vai a até 5MHz, e uma I2C que pode operar até 400kHz. Conta com um comparador analógico interno ao CI e diversos timers, além de 6 PWMs. A corrente máxima por pino é de 40mA, mas a soma da corrente de todo o CI não pode ultrapassar 200mA. Ele possui um oscilador interno de 32kHz que pode ser utilizado, por exemplo, em situações de baixo consumo.

 

Entradas e saídas do Arduino

 

A placa Arduino UNO possui pinos de entrada e saídas digitais, assim como pinos de entradas e saídas analógicas, abaixo é exibido a pinagem conhecida como o padrão Arduino:

Pinos de entrada e saída no Arduino UNO R3

Figura 9 – Pinos de entrada e saída no Arduino UNO R3

Conforme exibido na figura, a placa Arduino UNO possui 14 pinos que podem ser usados como entrada ou saída digitias. Estes Pinos operam em 5 V, onde cada pino pode fornecer ou receber uma corrente máxima de 40 mA. Cada pino possui resistor de pull-up interno que pode ser habilitado por software. Alguns desse pinos possuem funções especiais:

 

PWM : 3,5,6,9,10 e 11 podem ser usados como saídas PWM de 8 bits através da função analogWrite();

Comunicação serial: 0 e 1 podem ser utilizados para comunicação serial. Deve-se observar que estes pinos são ligados ao microcontrolador responsável pela comunicação USB com o PC;

Interrupção externa: 2 e 3 . Estes pinos podem ser configurados para gera uma interrupção externa, através da função attachInterrupt().

 

Para interface com o mundo analógico, a placa Arduino UNO possui 6 entradas, onde cada uma tem a resolução de 10 bits. Por padrão a referencia do conversor AD está ligada internamente a a 5V, ou seja, quando a entrada estiver com 5V o valor da conversão analógica digital será 1023. O valor da referência pode ser mudado através do pino AREF. A figura a seguir exibe a relação entre os pinos do microcontrolador ATMEL ATMEGA328 e a pinagem do Arduino UNO:

 

ARDUINO UNO

Figura 10 – pinouts ATmega328P

 

 Quem manipula a placa e projeta o circuito que será conectado aos seus I/Os deve ter muito cuidado pois, entre os pinos do microcontrolador e a barra de pinos, não há nenhum resistor, que limite a corrente, além disso, dependendo do local onde está trabalhando pode-se provocar curto circuito nos pinos já que a placa não possui isolação na sua parte inferior, como mostrada na figura a seguir:

 

ARDUINO UNO

Figura 11 – Parte traseira do Arduino UNO – Sem isolação

 A placa não conta com botão liga/desliga – Se quiser desligar a alimentação, tem que “puxar” o cabo. O cabo USB tipo B não é tão comum quanto o mini USB, utilizado bastante em celulares. Isso pode ser um problema, caso perca o cabo que veio com a placa.

 

 

Programação da placa

 

A placa Arduino UNO é programada através da comunicação serial, pois o microcontrolador vem programado com o bootloader. Dessa forma não há a necessidade de um programador para fazer a gravação (ou upload) do binário na placa. A comunicação é feita através do protocolo STK500.

 

A programação do microcontrolador também pode ser feita  através do conector ICSP (in – circuit serial programming) utilzando um programador ATMEL.

 

Características físicas da placa

 

A placa Arduino UNO possui pequenas dimensões cabendo na palma da mão. Possui 4 furos para que a mesma possa ser fixada em alguma superfície. A figura a seguir exibe as suas dimensões físicas:

 

ARDUINO UNO

Figura 12 – Dimensões da Arduino UNO

fonte: http://blog.arduino.cc/2011/01/05/nice-drawings-of-the-arduino-uno-and-mega-2560/

 

Resumo da placa Arduino UNO

 

Recursos da placa

Figura 13 – Resumo de recursos da Arduino

 

Conclusão

 

Sem dúvida a placa Arduino UNO é uma  ótima ferramenta para quem está começando. É uma ferramenta simples e possui um hardware mínimo, com várias características interessantes de projeto. Sua conectividade USB e facilidade em programar é, sem dúvida nenhuma, um grande atrativo.

 

É importante lembrar que a placa Arduino não possui a facilidade de debugar em tempo real, como outras placas de desenvolvimento. Não é possível colocar breakpoints, consultar variáveis ou mesmo parar o firmware em tempo real para conferir endereços de memória ou variáveis.

 

Nos próximos artigos vamos fazer exemplo pra mostrar como o ARDUINO UNO é realmente didático, versátil e simples de usar e, assim, entenderão porque todo mundo fala desse “tal Arduino”. 

 

 

Para aprender mais

 

Arduino – Primeiros Passos

 

Referências

 

Arduino.cc – http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Reportagem do Estadão (apesar dessa matéria dizer que existe controle analógico, o arduino apenas conta com entradas analógicas)

Review de Gadget Gangters

Circuitos USB – site da digikey

 

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Arduino Leonardo >>
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José
José
23/09/2020 17:28

ola, então você sabe quantas portas negativas um Arduíno tem?

Jonas Lima
Jonas Lima
31/08/2020 17:18

olá boa tarde, existe algum problema em eu alimentar o arduino pelas 2 entradas ao mesmo tempo? pela usb 5v e pela outra entrada com 12v ?

Valter Diedrich
Valter Diedrich
25/07/2020 00:08

Oi. Uma correção: a corrente máxima de saída do LP2985 é de 150mA (verifique no datasheet para confirmar).

João
João
02/07/2020 18:40

Parabéns pela aula do Arduino e suas funções explica muito bem agradeço por compartilhar seu conhecimento abraço Deus continue abençoando

Diógenes Soares Moura
Diógenes Soares Moura
01/07/2020 22:18

Muito boa, a sua explicação. Uma dúvida. Existe a possibilidade de alimentar o Arduino por uma fonte estabilizada de 5V sem ser pela porta USB?

Carlos Alberto Souza
Carlos Alberto Souza
13/05/2020 19:07

Caramba, nunca mais esquecerei a verdadeira aula que tive aqui, com profundidade e didática.

Raimundo Nonato paiva
PAIVA
20/02/2020 20:20

Gostei muito da história do Arduino r3 apesar de ser um iniciante. A história tem algo que pretendo ir mais longe, queria saber mais.

Julio Cesar G. C. e Silva
jgsinfo
10/02/2020 15:17

Queria saber se e viável e como seria o procedimento de mudar o nome do hardware Arduíno seja Leonardo ou uno ou outro qualquer, quando instalado mais uma unidade exemplo Arduíno funcionando como Joystick e outro como teclado. Dai cria-se uma confusão de ter dois hardware com o mesmo nome.

Kita
Kita
08/05/2019 07:43

Se eu ligar uma fonte de 9v, no vin vai sair 9v ou 5v?

Lelisvaldo Almeida Gomes
Lelisvaldo Almeida Gomes
05/04/2019 01:41

Fábio Souza, Boa Noite na Figura 13 tem um componente que e o conversor dc para 3.3v do Arduíno uno, você saberia me dizer qual componente e esse pois preciso realizar a troca no meu Arduíno e não encontro referencias

Wesley Suzuki
Wesley
Reply to  Lelisvaldo Almeida Gomes
27/01/2020 11:25

LP2985-33DBVR

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