1) O documento apresenta uma introdução ao curso de programação com Arduino, abordando conceitos de eletrônica, programação de microcontroladores e desenvolvimento de projetos. 2) A metodologia do curso inclui aulas expositivas, simulações, práticas com a placa Arduino e desafios em grupo. 3) O curso é dividido em 4 dias, abordando tópicos como entrada/saída digital e analógica, PWM, interrupções e controle de motores DC.

1. INTRODUÇÃO A
PROGRAMAÇÃO COM
ARDUÍNO
DESENVOLVENDO SEUS SKETCHES COM VISUAL STUDIO
LUCAS C. CASAGRANDE (MSP)
LUIZ C CAMARGO

2. OBJETIVOS DO CURSO
• Aprender os conceitos de eletrônica necessários para as aplicações.
• Aprender a programar microcontroladores e realizar projetos de
automação.
• Aprender os detalhes Importantes na implementação de um projeto com
microcontroladores.
• Utilizar ferramentas para implementar projetos.

3. METODOLOGIA ADOTADA
• 15/30 Minutos introdução aos conceitos básicos.
• 30 Minutos para práticas na simulação.
• Realizada individualmente.
• 30 Minutos para práticas na placa do Arduíno.
• Realizada em grupos de no máximo 2 integrantes.
• 30/45 Minutos para resolver o Desafio da aula.
• Realizada em grupos de 2 integrantes.

4. PROGRAMAÇÃO DO CURSO
1º DIA – 05/09
• Introdução aos
microcontroladores.
• Introdução a eletrônica.
• Programando o Arduíno.
(Prática)
• Entradas/saídas digitais.
• Prática.
2º DIA – 12/09
• Entrada/Saídas analógicas.
• PWM (Pulse-Width
Modulation).
• Prática.
• Uso de interrupções.
• Prática.

5. • Controlando motores DC.
• Usando os Shields do
Arduíno.
• Desenvolvimento de um
Projeto Final.
PROGRAMAÇÃO DO CURSO - CONTINUAÇÃO
3º DIA – 19/09 4º DIA – 26/09
• Continuação do
Projeto.

6. OS MICROCONTROLADORES
• O Arduíno é um peça de hardware, ou melhor, uma placa de
prototipação que contém um microcontrolador responsável
pelo processamento.
• Mas afinal o que é um Microcontrolador?
• É o núcleo de todo o sistema.
• Lidam com a lógica e o processamento das instruções.
• Basicamente um computador em um único chip.
• Dedicado ao dispositivo que o controla. São embarcados.
• Faz apenas aquilo que esta definido em seu programa e nada mais.
• Seria um microcontrolador igual ao um microprocessador?

7. OS MICROCONTROLADORES -
CONTINUAÇÃO
Exemplos? Exemplos?

8. Curiosidade: A placa do Arduíno é open source.
O MICROCONTROLADOR DO ARDUÍNO

9. O microcontrolador do Arduíno.
ATMEL ATMEGA 328P-PU
Diagrama do microcontrolador
• O controle e a leitura dos sensores é feita toda através de sinais elétricos. (0s e
1s).
• São transmitidos por condutores, normalmente feitos de cobre. (fios,
trilhas, etc...)
• Programamos o microcontrolador para emitir/receber sinais elétricos e assim
Observações:
O MICROCONTROLADOR DO ARDUÍNO

10. DO IT YOURSELF – ALGUMAS VARIAÇÕES DO
ARDUÍNO

11. ATÉ AGORA...
• Arduíno é uma placa de prototipação para facilitar o desenvolvimento
de sistemas embarcados.
• Microcontroladores possuem tudo em um único chip (RAM, CPU, Portas
de I/O, etc...).
• É o responsável pela execução de nossos programas e por todo o
controle realizado na placa.
• Atua enviando e recebendo sinais elétricos. (0s e 1s).
• Os microcontroladores do Arduíno são da fabricante ATMEL.
• Cada versão do Arduíno pode ou não utilizar um microcontrolador
diferente.
• É o microcontrolador que determina:
• O numero de portas de I/O.
• A velocidade de processamento.
• Como a programação é feita.
• Os protocolos de comunicação implementados.
• A quantidade e os tipos de memória.

12. PRÓXIMO DEGRAU... A ELETRÔNICA
• Porque devemos saber sobre energia elétrica, sinais elétricos, tensão,
corrente, resistência, e tudo mais... ?
• Objetivos deste capítulo:
• Entender os sinais elétricos.
• Aprender o que é tensão.
• Aprender o que é corrente.
• Aprender o que são os resistores e o que fazem.
• Entender o porque isso se aplica nos sistemas embarcados.
• Faremos uma overview para entendermos como nossas aplicações
funcionam e os cuidados que devemos ter.

13. SINAIS ELÉTRICOS
• Como vimos, o microcontrolador utiliza sinais elétricos para
realizar o controle da aplicação.
• Para entendermos melhor o que são estes sinais precisamos
saber os conceitos de:
•Tensão
•Corrente

14. ENTÃO... TENSÃO, O QUE É?
• Pode ser definida como um diferencia de potencial entre dois
polos.
• Temos os Polos negativos (elétrons) e os Polos positivo (prótons).
• Elétrons carregados negativamente e Prótons carregados positivamente.
• Quando existe excesso de Prótons em um polo, os elétrons tendem a ser
atraídos para este polo até que não haja mais excesso e o equilíbrio seja
atingido.
• A força que faz com que os elétrons saem de seus lugares é chamada
de Tensão e é medida em Volts (V).
• Portanto, o trabalho realizado pelos elétrons para se
movimentar de um polo a outro é o que chamamos de Tensão.

15. ENTÃO... TENSÃO, O QUE É?
Vamos fazer uma analogia com a agua.

16. ENTÃO... TENSÃO, O QUE É?
Para termos um movimento de agua. É necessário termos um desnível.
De maneira semelhante funciona a eletricidade.

17. ENTÃO... TENSÃO, O QUE É?
PARA MEDIRMOS A TENSÃO USAMOS O
VOLTÍMETRO

18. ENTÃO... TENSÃO, O QUE É? RESUMINDO
• Tensão é a diferença de potencial entre dois polos.
• Enquanto em um polo falta no outro polo sobra.
• A natureza tende a fazer o equilíbrio.
• O que esta sobrando vai doar para o que esta faltando.
• Isso acontece até os dois polos ficarem com quantidades iguais, ou seja, equilib

19. ENTÃO... E A CORRENTE?
• Quando temos uma diferença de potencial em dois polos (Tensão) e
interligamos eles, os polos tendem a se equilibrarem.
• Para se equilibrarem, o que tem sobrando deve doar para o que tem
faltando.
• Quando isso acontece, os elétrons de um polo se movimentam para o
outro polo até ficarem com a mesma carga.
• Essa movimentação ordenada dos elétrons entre os polos é o que
chamamos de corrente.

20. ENTÃO... E A CORRENTE?
• A Corrente é fluxo de elétrons que transita entre os polos.
• Mede a quantidade de carga que passa por unidade de tempo.
• Pode se dizer que é a velocidade com que os elétrons trafegam em um
circuito/ligação.
• Quem determina esta velocidade é a carga que esta conectada a fonte.
• Só existe corrente quando existe Tensão. Mas existe Tensão quando não
tem corrente.
• É medido em Amperes (A).
PARA MEDIRMOS A CORRENTE USAMOS O AMPERÍMETRO

21. ENTÃO... E A CORRENTE?
• Temos tensão na figura abaixo?
• E existe corrente?

22. ENTÃO... E A CORRENTE? - CONTINUAÇÃO
• Temos tensão na figura abaixo?
• E existe corrente?
• Quem determina a corrente na figura abaixo?

23. ENTÃO... E OS RESISTORES?
• Se tivermos tensão de mais ou precisamos de uma corrente mais baixa, o
que fazer?
• Resistores são utilizados para diminuir a corrente.
• Como seu próprio nome diz, eles resistem a passagem de elétrons.

24. ENTÃO... E OS RESISTORES?
• Em uma analogia, o resistor seria a torneira que regula a passagem de agua
de acordo com o que se deseja. Logo, o fluxo diminui.
• Por esse motivo, ele é de suma importância em nossas aplicações e estamos
constantemente utilizando eles.

25. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
• Para sabermos qual é a resistividade
do resistor devemos analisar suas
cores e consultar a tabela.
• Pode-se também utilizar um
multímetro.
• Para calcular quanta corrente e tensão
esta passando através do resistor
utilizamos a lei de Ohm.
• V = R * I
• Onde:
• V = tensão de entrada (V).
• R = resistência do resistor (Ω).
• I = corrente (A).

26. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
• V = R * I
• Onde:
• V = tensão de entrada (V).
• R = resistência do resistor (Ω).
• I = corrente (A).
Supondo que a tensão seja 12 V, e o
resistor utilizado seja de 500 Ω.
Qual é a corrente que esta circulando
entre os polos?
Vamos analisar o circuito abaixo:

27. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
• V = R * I
• Onde:
• V = tensão de entrada (V).
• R = resistência do resistor (Ω).
• I = corrente (A).
• V = 12 V;
• R = 500 Ω;
• I = ?
• 12 = 500 * I
• I = 12/500
• I = 0,024 A ou 24
mA.
• Conclusão:
Utilizando este resistor com uma fonte de
12V conseguimos obter uma corrente de
24 mA.
Mas porque estamos fazendo isso?

28. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
• Digamos que queremos acender um LED, o que
devemos saber?
1. Devemos olhar o datasheet (Manual) do
LED para sabermos com que tensão e
corrente ele trabalha.
2. Devemos verificar o quanto de tensão
nossa fonte fornece e o quanto de corrente
é possível de obter dela.
3. Descobrindo esses valores, se necessário
aplicamos a Lei de Ohm para escolher
nosso resistor.

29. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
• Vamos analisar o circuito
abaixo: • Olhando no datasheet do LED descobrimos
que:
• O LED precisa de uma tensão de 2,3 Volts.
• O LED consome apenas 10 mA.
• Olhando nosso circuito, descobrimos que:
• Nossa fonte fornece 5 Volts.
• A corrente máxima da fonte é de 40 mA.
• Concluímos então que:
• A fonte é capaz de alimentar o LED.
• Devemos limitar a tensão/corrente
que chega ao LED para não queima-
lo.
• Devemos utilizar um resistor.
• Como saber o valor certo do
resistor?

30. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
• Vamos analisar o circuito
abaixo:
• V = 5 – 2,3 = 2,7 V
• Precisamos de algo que cause uma queda na
tensão de 2,7 V.
• I = 0,01 A
• A corrente que precisa circular para o LED é de
10 mA
• R =?
• Precisamos saber o resistor correto.
Calculo:
• V = R * I;
• 2,7 = R *
0,01;
• R = 270 Ω;
Precisamos então de um
resistor com resistência de
270 Ohms.
Caso não encontrarmos,
pegamos valores acima do
calculado.

31. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
Precisamos então de um resistor com
resistência de 270 Ohms.
O Resistor deve ter as cores:
Vermelho, Violeta e Marrom.
A ultima cor seria a precisão do resistor.
Neste caso não precisamos nos
preocupar.

32. ENTÃO... E OS RESISTORES? - EXEMPLOS
Resultado
final:
Vamos fazer esse circuito na
prática

33. SINAIS ELÉTRICOS
• E afinal, o que são estes sinais elétricos?
• Duas definições:
• Chama-se sinal elétrico a variação na diferença de potencial (tensão) entre
dois pontos no decorrer do tempo.
• Chamamos de sinal elétrico a variação da corrente no decorrer do tempo.
• Pode-se entender que:
• Temos dois pontos conectados por um condutor e alimentados por uma
fonte.
• Quando esta transmitindo energia o sinal é lido como 1. (Tensão alta).
• Quando não esta havendo transmissão de energia ou ela é muito baixa, o
sinal é lido como 0. (Tensão baixa).
• Uma analogia pode ser feita com o ato de ligar/desligar uma tomada.

34. O QUE APRENDEMOS ATÉ AGORA:
• Vimos o que faz os microcontroladores.
• Aprendemos que ele utiliza sinais elétricos para controlar os sistemas e
para obter as leituras.
• Aprendemos o que é Tensão, Corrente e Resistor.
• Aprendemos como calcular o Resistor para nosso circuito.
• Aprendemos como calcular a quantidade de corrente que esta passando
no circuito.
• Aprendemos os que devemos saber para não queimar nossos
componentes. Agora iremos ver
O porque estudamos tudo isso para podermos praticar com o
Arduíno.

35. O HARDWARE DO ARDUÍNO

36. ARDUÍNOS DO LABORATÓRIO
Qual a diferença entre eles?
Arduíno UNO Arduíno DUEMILANOVE

37. COMO PROGRAMAMOS O ARDUÍNO?
• Podemos utilizar a IDE do Arduíno para programar.
• Oferece somente o básico e não possui muitas ferramentas.
• Podemos também utilizar a IDE da Microsoft - Visual Studio.
• Oferece um completo acervo de ferramentas, incluindo o Intellisense.
• Mais robusto e completo.
• Possui suporte completo da Microsoft e é gratuito para nós estudantes.
• Tem opções de Debug.
Hoje utilizaremos o Visual Studio por ser completo e o mais
utilizado no dia-a-dia dos programadores.

38. COMO PROGRAMAMOS O ARDUÍNO?
OVERVIEW - VISUAL STUDIO

39. COMO PROGRAMAMOS O ARDUÍNO?
OVERVIEW - VISUAL STUDIO
Hoje o Visual Studio 2015 possui 3 versões:
• Visual Studio Enterprise
• Visual Studio Professional
• Visual Studio Community Edition
Suporta nativamente as seguintes
linguagens:
• C#
• Visual Basic
• Visual C++
• Visual F#
• Possui uma infinidade de
extensões e ferramentas.
• É multiplataforma.
• Pode ser utilizado no
desenvolvimento para Arduíno,
Raspberry Pi, Netduino e muitas
outras placas.
Para usar com o Arduíno precisamos instalar um plugin, o
Visual Micro.

40. COMO PROGRAMAMOS O ARDUÍNO?
OVERVIEW - VISUALMICRO
• Visual Micro é um plugin gratuito que estende as capacidades
do Visual Studio.
• Fornece compatibilidade total com o Arduíno para todas as
versões 2012-2015 do Visual Studio.
• É a única IDE a fornecer suporte total a todas as versões do
Arduíno.
• Fornece suporte não somente ao Arduíno, mas também outras
placas como o Intel Galileo e o ESP8266.

41. COMO PROGRAMAMOS O ARDUÍNO?
USANDO VISUAL STUDIO
• Para programarmos o Arduíno com o Visual Studio primeiro
precisamos fazer algumas configurações:
• Instalar o Visual Studio. A versão 2015 é a mais recomendado.
• Você pode obter acesso ao Visual Studio pelo www.dreamspark.com
• Instalar a IDE do Arduíno e configurar os drivers para o reconhecimento
da placa pelo USB.
• Instalar o Plugin VisualMicro para o Visual Studio.
• Configurar o local das bibliotecas do Arduíno no VisualMicro.
Após a configuração, estamos prontos para realizar nosso primeiro
Sketch.

42. LET’S CODE

43.  Crie um Projeto para Arduíno.

44.  Crie um Projeto para Arduíno.

46.  Faça a lógica de seu programa.

47.  Faça a lógica de seu programa.  A função Setup() executa uma
única vez e sempre no inicio da
execução do programa.
 Utilizado para configuramos a
placa e as portas como
entradas/saídas.
 A função Loop() executa um laço
infinito, repetindo sempre o que
estiver em seu bloco.
 É aqui onde definimos o que
nossa aplicação vai fazer, ou
seja, nossa lógica.
 Na Solution Explorer encontram-se
os programas e as bibliotecas
utilizadas.
 Por padrão, a biblioteca do
Arduíno já vem incluída.
 Você pode adicionar novas
bibliotecas nas configurações
do Visual Micro

48.  Antes de executar na placa, tente compilar para
verificar se está tudo correto.

49.  Se não apresentar erros, podemos mandar para a
placa. Mas antes, precisamos configurar a IDE.
 Nas configurações do Visual Micro, adicione a placa
que esta utilizando na opção Board.

50.  Na opção de Serial Port, coloque a porta serial que o
seu Arduíno esta conectado.
 Você pode identificar a porta no Gerenciador de
Dispositivos do Windows que se encontra no painel de
controle.
 Certifique-se de instalar o Driver caso apresente
algum problema.

51.  Para executar seu programa na placa, podemos tanto executar
no modo Debug ou no modo sem o Debug.
 Para as atividades faremos todos sem o modo Debug.

52.  Quando o programa terminar de ser carregado, uma
mensagem de Done Uploading aparece no monitor.
 Todas vez que formos fazer um novo programa e utilizar uma
nova placa, devemos fazer todos os passos novamente.
 No guia do laboratório encontra-se as principais funções do
Arduíno.

53. PROGRAMAÇÃO DO CURSO - CONTINUAÇÃO
1º DIA – 05/09
• Introdução aos
microcontroladores.
• Introdução a eletrônica.
• Programando o Arduíno.
(Prática)
• Entradas/saídas digitais.
• Prática.
2º DIA – 12/09
• Entrada/Saídas analógicas.
• PWM (Pulse-Width
Modulation).
• Prática.
• Uso de interrupções.
• Prática.

54. INTERRUPÇÕES.
• Interrupções são utilizadas para executar alguma função/rotina
em um determinado tempo especifico.
• O tempo pode ser definido por um timer ou mesmo por uma
ação.
• A cada 500 ms, ou 1000ms...
• A cada vez que mudar o estado de um pino I/O.
• A cada vez que um botão for acionado, etc...

55. INTERRUPÇÕES.
• Quando é configurado uma interrupção e o evento ocorre, a
interrupção interrompe o programa principal e executa a rotina
que foi configurada, ou seja, o código a ser executado naquele
momento.

56. INTERRUPÇÕES NO ARDUÍNO
O Arduíno UNO fornece dois pinos para serem utilizados com
interrupções
O Arduíno UNO fornece 4 modos para configurar as interrupções

57. INTERRUPÇÕES NO ARDUÍNO
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode);
attachInterrupt(interrupt, ISR, mode);
O Arduíno fornece uma função para configurarmos as
interrupções:
digitalPinToInterrupt(pin) = pode ser ou o pino 2 ou o 3.
interrupt = pode ser passado ou 0 para pino 2 ou 1 para
pino 3.
ISR = deve ser passada a função a ser executada.
mode = deve ser passado um dos modos abaixo.

58. LET’S CODE

59. ENTRADAS/SAÍDAS ANALÓGICAS
• Muitos sensores que utilizamos produzem saídas analógicas
como resultado.
• Ex: microfone, buzzer, temperatura etc...
• Microcontroladores são circuitos digitais que não interpretam
sinais analógicos por natureza.
Para possibilitar a interpretação de
sinais analógicos alguns
microcontroladores possuem um
conversor Analógico-Digital para ler
sinais analógicos e conversores Digital-
Analógico para emitir sinais analógicos.

60. ENTRADAS ANALÓGICAS - EXEMPLO

61. SAIDAS ANALÓGICAS – PWM (PULSE-WIDTH
MODULATION)
Controlam o valor da alimentação fornecidas.
Criam ondas quadradas com pulsos de largura
variável, podendo assim dar uma tensão média à carga,
por exemplo.

62. LET’S CODE

63. • Controlando motores DC.
• Usando os Shields do
Arduíno.
• Desenvolvimento de um
Projeto Final.
PROGRAMAÇÃO DO CURSO - CONTINUAÇÃO
3º DIA – 19/09 4º DIA – 26/09
• Continuação do
Projeto.

64. MOTORES E ARDUÍNO
Os tipos mais comuns de motores utilizados em aplicações são os:
Motores DCMotores de Passo Servo Motores

65. MOTORES DE
PASSO
O que fazem?
Convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que
geram variações angulares.
1. As selonoides são energizadas em uma
sequencia.
2. As selonoides atraem o rotor fazendo-
o se alinhar com o eixo.
3. Ocorre uma pequena variação no
angulo, que é chamada de passo.
4. O numero de passos determina a
quantidade de passos para uma volta
completa (360).
5. A velocidade e o sentido de movimento
são determinados pela forma como
cada solenoide é ativado

66. MOTORES DE
PASSOFormas de funcionamento - Exemplos
Passo Completo Meio-Passo

67. MOTORES DC
O que fazem?
Operam aproveitando as forças de atração e repulsão
geradas por eletroímãs e imãs permanentes.

68. MOTORES DC -
FUNCIONAMENTO
O Eletroímã é
magnetizado e sofre
atração/repulsão dos
imãs permanentes.
O comutador inverte o
sentido da corrente do
eletroímã fazendo com
que os polos mudem de
direção.
Com os polos invertidos,
o eletroímã sofre
repulsão/atração
novamente e o ciclo se
repete.

69. MOTORES DC -
FUNCIONAMENTO

70. MOTORES DC

71. SERVO MOTORES
O que fazem?
Possuem a capacidade de movimentar o seu braço até uma
posição e mantê-lo, mesmo que este seja forçado em uma
outra direção.

72. SERVO MOTORES
É mandado um sinal
PWM para o controlador
do Servo.
O Servo interpreta este
sinal e verifica se o
potenciômetro já se
encontra na posição
resultante.
Caso encontra-se na
posição ele o mantem
parado, caso não, o servo
ativa o motor DC até a
posição desejada.
Ao tentar girar o servo com
força bruta, o controlador
verifica a deslocação do
potenciômetro e aciona o
motor para manter a
posição.
COMO FUNCIONA?

73. COMPARATIVO
Motores de Passo Motores DC Servo-Motores
Velocidade Baixa Alta Média
Torque Alto/Média Zero/Alto Baixo/Alto
Complexidade Média Fácil Complexo
Precisão Alta Nenhuma Muito Alto
Durabilidades Ótima Média Média
Requer Manutenção Não Sim Sim

74. MOTORES E ARDUÍNO – WIRING, HOW?

75. MOTORES E ARDUÍNO – WIRING, HOW?
USANDO
TRANSISTORES
USANDO UM C.I

76. O L298N é uma ponte H
que permite mudarmos o
sentido da corrente
transmitida ao motor.
(FRENTE-TRAZ).
MOTORES E ARDUÍNO – USANDO O L298N
O QUE É UMA PONTE
H?
Características:
• Controle até 2 motores DC
ou 1 motor de passo.
• Controla o sentido de
direção e velocidade.
• Tensão de saida: +5~+7V
• Tensão de Operação:
4~35v
• Corrente de Operação
máxima: 2A por canal ou
4A max.
• Potência Máxima: 25W

77. POR DENTRO DO: CI - L298N

78. MOTORES E ARDUÍNO - WIRING
EA / EB = Velocidade de Rotação
(PWM).

79. LET’S CODE

80. INTRODUÇÃO A
PROGRAMAÇÃO COM
ARDUÍNO
DESENVOLVENDO SEUS SKETCHES NO VISUAL
STUDIO
LUCAS C. CASAGRANDE (MSP)