Tinkercad e PQDB: LED RGB e circuitos analógicos

Tinkercad e PQDB Display de 7 segmentos

Continuando a série sobre o uso da ferramenta Tinkercad, neste artigo é mostrado como manipular o LED RGB e circuitos analógicos da placa PQDB.

LED RGB

Este componente consiste em 3 LEDs diferentes (vermelho, verde e azul) dispostos em conjunto, porém com terminais independentes. No exemplo, o LED utilizado será do tipo cátodo comum, sendo este terminal, então, conectado ao terra do circuito, de maneira que ao se aplicar uma tensão nos terminais individuais, o LED é aceso.

Para o funcionamento do LED RGB, os anodos serão conectados à portas do Arduino que possuam saídas PWM. Variando o ciclo de trabalho (duty cycle) destas portas, é variada a proporcionalidade de tempo com que elas possuem nível lógico alto e nível lógico baixo. Se o duty cicle de uma porta é de 50%, esta ficará o mesmo período de tempo ligada e desligada. Variando esse valor é produzido aos olhos humanos uma sensação de maior ou menor intensidade de brilho de cada cor dos LEDs. A resolução das portas PWM do Arduino UNO é de 8 bits, ou seja, o menor valor é 0 e o maior 255 (2– 1=256 -1), como exemplificado na figura a seguir:

Tinkercad e PQDB - Duty cycle das portas PWM do Arduino.
Figura 1: Duty cycle das portas PWM do Arduino.
Tinkercad e PQDB
Figura 2: Circuito com LED RGB.

Link para a simulação aqui.

Código

Componentes Analógicos

Neste sketch será realizada a leitura de um sensor de temperatura, um resistor dependente de luz (LDR) e um potenciômetro através das portas analógicas e impressos no monitor serial. A reprodução de sons é feita por meio de um buzzer (piezoelétrico).

Ao conectar os componentes nas entradas analógicas do microcontrolador é necessário saber que o conversor analógico digital, que tem seus padrões de tensão de 0 a 5 V, tem uma resolução de 10 bits, portanto, seu valor mínimo é 0 e seu valor máximo, correspondente a 5 V, é de 1023 (210 – 1).

Circuito com componentes analógicos.
Figura 3: Circuito com componentes analógicos.

Link para a simulação aqui.

As particularidades do circuito são a interpretação da leitura do resistor dependente de luz (LDR), a utilização do transistor para acionar o buzzer e a escala do sensor de temperatura.

O LDR tem uma alta resistência (mega ohms) na ausência de luminosidade e uma baixa resistência (dezenas de ohms) na presença de uma forte luminosidade. Para realizar sua leitura é avaliada a queda de tensão em um resistor fixo, que é baixa na falta de luz e alta na presença de luz.

Para que o buzzer tenha mais volume em função da baixa corrente que a porta digital do microcontrolador é capaz de oferecer, esta será responsável apenas por polarizar o transistor que atua como uma chave fechada quando a saída digital tem nível lógico alto e como chave aberta quando a saída tem nível lógico baixo.

O sensor de temperatura presente no Tinkercad tem sua saída variando 10 mV para cada ºC, mas seu zero (0 V) corresponde a uma temperatura de -50 ºC, portanto a faixa de 0 a 5 V é traduzida em -50 ºC a 450 ºC.

Ao iniciar a simulação é possível alterar o valor dos sensores e do potenciômetro clicando sobre eles:

Mudança do valor de temperatura.
Figura 4: Mudança do valor de temperatura.

Código

Conclusão

Neste artigo foram apresentados os conceitos de PWM para variar a intensidade do brilho dos LEDs, a leitura analógica de componentes, como sensores de temperatura e luminosidade e potenciômetros, e a reprodução de sons por meio de um buzzer (piezoelétrico).

Nos próximos artigos vamos trabalhar outros conceitos presentes nos circuitos na PQDB, como a multiplexação de displays 7 segmentos, a leitura de um teclado matricial e a utilização do display LCD 16×2.

Todos os códigos podem ser acessados em meu GitHub.

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