Arduino Uno R3: Guia de Arquitetura, Pinagem, Especificações e Programação

Arduino Uno R3 Pinagem Características e Especificações

 Arduino Uno R3 Pinagem Características e
Especificações.

Definição do Arduino


Arduino é na verdade um kit baseado em
um microcontrolador, devido ao seu recurso de
hardware
de código aberto, é basicamente utilizado em
comunicações e no controle ou operação de vários
dispositivos.

Arquitetura Arduino:


O processador do Arduino usa basicamente a arquitetura de Harvard,
onde o código do programa e os dados do programa têm memória separada.
Consiste em duas memórias – Memória de programa e memória de dados.


O código é armazenado na memória do programa flash, enquanto
os dados são armazenados na memória de dados. O Atmega328 tem
32 KB

de memória flash para armazenamento de código (dos quais 0,5 KB é
usado para o bootloader), 2 KB de SRAM e
1 KB de EEPROM e opera com uma velocidade de clock de
16MHz.

Diagrama de pinos do Arduino.


Na Figura 2 abaixo, temos o diagrama de pinagem do
Arduino UNO R3 para seguirmos como base. Que consiste em um
microcontrolador ATmega328 de 28 pinos, pelas
quais 14 pinos são de entrada / saída digital e 6 pinos
deles podem ser usados como saídas PWM),
6 pinos, entradas analógicas, um oscilador de cristal de
16 MHz, uma conexão USB, um conector de energia, um conector
6 pinos ICSP e um botão de reset.



Fig. 2 – Pinagem – Pinout Arduino UNO R3


O Arduino também pode ser alimentado a partir do PC através de
um USB ou de uma fonte externa, como um adaptador ou uma
bateria. Pode operar com um fornecimento externo de 7 a 12V. A
energia pode ser aplicada externamente através do pino Vin ou pela
referência de tensão através do pino IORef.

Entradas Digitais


Os 14 pinos de entradas / saídas digitais, podem fornecer, cada um,
o  consumo de corrente para periféricos de até 40mA. Alguns
deles possuem funções especiais como pinos 0 e 1, que atuam
como Rx e Tx respectivamente, para comunicação serial,
pinos 2 e 3 – que são interrupções externas, pinos
3,5,6,9,11 que fornecem saída PWM e pino 13 onde o
LED da placa está conectado.
Entradas analógicas


Possui 6 pinos analógicos de entrada / saída, cada um fornecendo uma
resolução de 10 bits.
ARef fornece referência para
as entradas analógicas, Reset ele redefine o microcontrolador
quando baixo.

Como programar um Arduino?


A vantagem mais importante com o Arduino é que os programas
podem ser carregados diretamente no dispositivo sem a necessidade de
qualquer programador de hardware para gravar o programa.


Isso é feito devido à presença de 0,5 KB do Bootloader, que permite
que o programa seja gravado no circuito. Tudo o que precisamos fazer é
baixar o software do Arduino e escrever o código.

Programação do Arduino. 


A janela da ferramenta Arduino consiste na barra de ferramentas com
os botões como verificar, carregar, abrir, salvar, serial. Ele também
consiste em um editor de texto para escrever o código, uma área de mensagem
que exibe o feedback, como mostrar os erros, o console de texto que
exibe a saída e uma série de menus como o
menu Arquivo, Editar, Ferramentas.

Pinagens entrada / saída


Os pinos no seu Arduino são os lugares onde você conecta os fios para
construir um circuito.
Eles geralmente têm ‘conectores’ de plástico preto que permitem a conexão
dos fios à placa.


O Arduino tem vários tipos diferentes de pinos, cada um deles rotulados na
placa e usado para diferentes funções.

  • GND – Abreviação de “Ground“. Existem vários pinos
    GNDs no Arduino, qualquer um dos quais pode ser usado para
    aterrar seu circuito.

  • 5V e 3.3V – Como você pode imaginar, o pino de
    5V fornece 5 volts de energia, e o pino de 3,3V fornece
    3,3 volts de energia.
    A maioria das placas, componentes, módulos
    “Shields” usados com o Arduino rodam com maestria em
    5 ou 3.3 volts.

  • Analógico – A área dos pinos sob a etiqueta “Analog In” (A0 a A5 no UNO) são pinos Analog In. Esses
    pinos podem ler o sinal de um sensor analógico (como um
    sensor de temperatura) e convertê-lo em um valor
    digital que podemos ler.

  • Digital – Em frente aos pinos analógicos estão os pinos
    digitais (0 a 13 no UNO). Esses pinos podem ser usados
    tanto para entrada digital (como uma chave pressionado) quanto
    para saída digital (como alimentar um LED).

  • ICSP – ISP – É um conjunto de 6 pinos, como ilustrada na
    Figura 3 abaixo, o ICSP ou ISP que
    praticamente são as mesmas coisas, são barramentos de
    conexão para programação que são feitas nos Microcontroladores,
    utilizando protocolo serial SPI.



    Fig. 3 – Arduino UNO – Pinagem ICSP e ISP 


    Devido a esse protocolo SPI é que são utilizados os 6
    pinos em conjuntos que são: VCC, GND, RESET, MOSI, MISO e SCK, 3
    deles são a alimentação, o reset e o terra, e os outros são os pinos
    responsáveis por enviar e receber dados dos periféricos conectados, o
    mestre é quem  controla os clocks da conexão que é uma
    conexão ponto a ponto.



  • PWM – Você deve ter notado o Til (~) ao lado
    de alguns dos pinos digitais (3, 5, 6, 9, 10 e
    11 no UNO). Esses pinos atuam como pinos digitais normais, mas
    também podem ser usados para algo chamado Pulse Width Modulation
    (PWM), mas por enquanto, pense nesses pinos como sendo capazes de
    simular a saída analógica (como desvanecer um LED brilho
    alto ou brilho baixo).


  • AREF – Representa a referência analógica. Na maioria
    das vezes você pode deixar este pino sozinho. Às vezes, é usado para
    definir uma tensão de referência externa (entre 0 e 5 Volts) como
    o limite superior para os pinos de entrada analógica.


  • Botão de Reset – Assim como a maioria dos eletrônicos, o
    Arduino também tem um botão de reset. Empurrá-lo irá conectar
    temporariamente o pino de reset ao terra e
    reiniciar qualquer código que esteja carregado no
    Arduino. Isso pode ser muito útil se seu código não for
    repetido, mas você deseja testá-lo várias vezes.


  • LED indicador de energia – Logo abaixo e à direita da
    palavra “UNO” na sua placa de circuito, há um pequeno
    LED ao lado da palavra “ON“. Esse LED deve acender
    sempre que você conectar seu Arduino a uma
    fonte de energia. Se esta luz não acender, há uma
    boa chance de que algo esteja errado. Hora de verificar novamente o seu
    circuito!

  • LEDs TX RX – TX é a abreviação de transmitir,
    RX é a abreviação  para receber. Essas marcações
    aparecem um pouco na eletrônica para indicar os
    pinos responsáveis pela comunicação serial.

    No nosso caso, existem dois lugares no Arduino UNO,
    onde TX e RX aparecem uma vez pelos
    pinos digitais 0 e 1, e uma segunda vez ao lado dos
    LEDs indicadores TX e RX. Esses LEDs nos
    fornecerão algumas indicações visuais agradáveis sempre que
    nosso Arduino estiver recebendo ou
    transmitindo dados (como quando estamos carregando um novo
    programa no quadro).

  • CI principal – A pecinha preta com todas aquelas pernas de
    metal é um CI, abreviatura de Circuito Integrado. Pense
    nisso como o cérebro do nosso Arduino.

    O
    CI principal no Arduino é um pouco diferente do
    tipo de placa para o tipo de placa, mas geralmente é da linha
    ATmega de CIs da empresa ATMEL. Isso pode ser
    importante, pois você pode precisar saber o tipo de CI (junto com
    o tipo de placa) antes de carregar um novo programa do software Arduino.

    Esta informação geralmente pode ser encontrada por escrito
    no lado superior do CI. Se você quiser saber mais sobre a
    diferença entre vários CIs, ler os Datasheets dos
    micro-controladores será uma boa ideia.


  • Regulador de voltagem – O regulador de
    tensão não é realmente algo que você pode (ou deveria) interagir
    com o Arduino. Mas é potencialmente útil saber que está lá e para o que
    serve. 

    O regulador de tensão faz exatamente o que diz,
    controla a quantidade de tensão que é colocada na placa do
    Arduino. Pense nisso como uma espécie de torneira; quando uma quantidade
    de água chega a encanação, a torneira irá inibir o exagero de água
    passar por ela e irá soltar a quantidade de água regulada por você,
    assim é o regulador de tensão, ele irá afastar uma voltagem extra que
    pode prejudicar o circuito. É claro que tem seus limites, por isso não
    conecte seu Arduino a algo maior que 20 volts, como já explicado
    acima.

5 passos para programar um Arduino


Programas escritos no Arduino são conhecidos como esboços. Um esboço
básico consiste em 3 partes

  1. Declaração de Variáveis
  2. Inicialização: Está escrito na função setup ().
  3. Código de controle: está escrito na função loop ().


O esboço é salvo com a extensão .ino. Qualquer operação como
verificar, abrir um esboço, salvar um esboço pode ser feita usando
os botões da barra de ferramentas ou usando o menu de
ferramentas.
O esboço deve ser armazenado no diretório do caderno de esboços.


Escolha a placa adequada no menu de ferramentas e nos
números de porta serial.
Clique no botão de upload ou escolha o upload no menu de
ferramentas. Assim, o código é carregado pelo bootloader no
microcontrolador.

Algumas das funções básicas do Arduino são:

  • digitalRead (pin): Lê o valor digital no pino fornecido.

  • digitalWrite (pin, value): Escreve o valor
    digital para o pino fornecido.

  • pinMode (pin, mode): define o pino para o modo de entrada
    ou saída.

  • analogRead (pin): Lê e retorna o valor.
  • analogWrite (pin, value): Escreve o valor para esse pino.

  • serial.begin (taxa de transmissão): Define o início da
    comunicação serial definindo a taxa de bits.

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