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Quando tratamos de software na plataforma do Arduino, podemos referir-nos a dois assuntos: Ao ambiente de desenvolvimento integrado do Arduino e ao software desenvolvido por nós para enviar para a nossa placa.

Nesta aula vamos aprender como usar o Ambiente de Desenvolvimento do Arduino, como baixar, instalar e configurar o ambiente, como compilar nosso código e como enviá-lo para a nossa placa.

Abordaremos o software para a placa (nosso firmware) em uma próxima aula.

Download e Instalação

A plataforma Arduino é Open Source, ou seja, todos tem acesso à todo trabalho e pode utilizá-lo sem precisar pagar qualquer tipo de taxa ou royalties.

Todo software necessário para trabalhar com placas Arduino é disponibilizado “de grátis” pelos dsenvolvedores.

O site oficial do Arduino é www.arduino.cc e nele podemos baixar todo material que necessitaremos para trabalhar.

Página de download do Arduino. Em destaque os links de download.

Vamos estudar o Arduino usando um sistema operativo Windows 7 Professional 64 bits. Quem optar por usar linux ou MAC OS poderá acompanhar o curso também, pois faremos as observações necessárias a esses sistemas quando necessário.

Aliás, O MAC OS é um unix, derivado do mesmo pai e compatível com o linux, então o MAC OS X vai representar “a classe unix” de agora em diante no nosso curso.

No MAC, o download é realizado e o procedimento é quase o mesmo. É só clicar sobre o app para iniciar a IDE.

Já temos tudo que necessitamos por enquanto. Vamos iniciar o uso da ferramenta.

O Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE)

Ambiente de Desenvolvimento Integrado Arduino 1.0 comentado

Ao executar o aplicativo, a tela acima é apresentada. Vamos adotar a abreviação IDE para tratar o aplicativo. Comentamos as funcionalidades abaixo:

• Menu Principal – Nele estão todas as funções da IDE, como o gerenciamento de arquivos, funções de configuração entre outras.
• Barra de botões – São os botões de atalho que ficam em baixo do menu principal. Facilitam a vida do desenvolvedor.
• Área de programação – Neste espaço em branco o programa a ser enviado para a placa é escrito.
• Console do compilador – Neste espaço é apresentada todas as mensagem do compilador, que são tanto mensagens de informação ou aviso sobre erros no programa.
• Barra de estado – basicamente informa qual placa arduino foi configurada para uso no momento. Note na figura acima, gerada em um windows, a barra de estado apresenta a seleção de uma placa do tipo X-DUINO ATMega168 conectada na porta COM3.

Configurando a IDE.

Toda ferramenta precisa ser configurada antes do uso e a IDE do Arduino não e diferente. São necessários poucos ajustes. Primeiramente vamos selecionar a placa que vamos conectar no PC. Aponte para o menu “Tools > Board”.

Lista de placas suportadas pela IDE

Observem que existem três placas no final da lista marcadas por um retângulo. Essas placas foram incluídas pelo autor deste artigo através da alteração de um arquivo texto especial. São as placas que projetamos, compatíveis com a plataforma. Em uma futura aula mostraremos como incluir placas adicionais na lista, por enquanto selecionaremos uma placa: a X-DUINO ATMega168.

Dependendo da placa escolhida, é necessário informar a porta de comunicação. Informe a porta no menu “Tools > Serial Port”. Nossa placa X-DUINO não precisa de porta serial para funcionar, porém essa porta serial é a mesma que pode ser utilizada para receber dados para serem apresentados no monitor serial (falaremos dele adiante), portanto vamos selecionar uma porta serial.

Lista de portas seriais disponíveis (arduino windows)

No MAC e no Linux, a lista de portas é um pouquinho diferente.

Lista de portas seriais disponíveis (arduino MAC)

A diferença na lista de portas entre MAC e Windows é devido à forma como cada SO trata o esquema de comunicação. O mais importante é selecionar a porta correta, onde sua placa efetivamente está conectada.

Dica: Desconecte sua placa Arduino do PC e verifique a lista de portas. Depois conecte a sua placa e verifique a lista de portas novamente. Se aparecer uma porta a mais, esta é a correta.

Vamos na próxima página abrir um programa, compilá-lo e gravá-lo na placa.

Arquitetura de hardware do Arduino

O hardware do arduino é muito simples, porém muito eficiente. Vamos analisar a partir deste momento, o hardware do Arduino UNO. Esse hardware é composto dos seguintes blocos, explicados abaixo:

• Fonte de Alimentação – Recebe energia externa, filtra e converte a entrada em duas tensões reguladas e filtradas;
• Núcleo CPU – Um computador minúculo mas poderoso responsável por dar vida à placa.
• Entradas e Saídas – A CPU vem completa com diversos “dispositivos” embutidos dentro do chip.
• Pinos com Funções Especiais – Alguns pinos possuem hardware embutido para funções especiais.
• Firmware – Programa que carregamos dentro da CPU com nossas instruções de funcionamento da placa.

A Fonte de Alimentação

Esse bloco de eletrônica é responsável por receber a energia de alimentação externa, que pode ter uma tensão de no mínimo 7 Volts e no máximo 35 Volts e uma corrente mínima de 300mA. A fonte filtra e depois regula a tensão de entrada para duas saídas: 5 Volts e 3,3 Volts.

Note que tanto os limites de tensão mínimas e máximas quanto a corrente mínima, dependem de como o bloco da alimentação é construído. O requisito deste bloco é entregar as tensões de 5 e 3,3 Volts para que a CPU e os demais circuitos funcionem.

O Núcleo, um micro controlador poderoso

O núcleo de processamento de uma placa Arduino é um micro controlador, uma CPU, um computador completo, com memória RAM, memória de programa (ROM), uma unidade de processamento de aritmética e os dispositivos de entrada e saída. Tudo em um chip só. E é esse chip que possui todo hardware para obter dados externos, processar esses dados e devolver para o mundo externo.

Arduino UNO – o núcleo esta marcado em vermelho.

Os desenvolvedores do Arduino optaram em usar a linha de micro controladores da empresa ATMEL. Particularmente gosto esses micros por muitos motivos e acredito que foi uma ótima escolha.

A linha utilizada é a ATMega. existem placas Arduino oficiais com diversos modelos desta linha, mas os mais comuns são as placas com os chips ATMega8, ATMega162 e ATMega328p. Esses modelos diferem na quantidade de memória de programa (ROM) e na configuração dos módulos de entrada e saída disponíveis.

Além dos modelos acima destacados, que usam encapsulamento DIP de 28 pinos, existem placas Arduino com outros modelos de núcleo, como a placa Arduino ADK que usa o chip ATmega2560 (quadrado no meio da placa abaixo).

Placa Arduino Mega

Uma lista de todas as placas oficiais Arduino estão neste link http://arduino.cc/en/Main/Boards

Na página 2 abordaremos os blocos de entrada e saída embutidos dentro do micro controlador e que compõem o hardware do Arduino

Bem vindo à todos. Durante esse mini-curso vamos aprender tudo sobre o Arduino! Espero que todos gostem e possam aproveitar mais desta incrível plataforma.

A programação deste mini-curso é a seguinte:

Aula 1 – O que é Arduino? – Neste tópico mostraremos o que é Arduino, para que serve e qual é o seu propósito

Aula 2 – O Hardware – Demonstraremos o hardware do Arduino, seus recursos, suas variações e seus usos.

Aula 3 – O Ambiente de Desenvolvimento Integrado – Neste tópico abordaremos o software do Arduino, sua interface de desenvolvimento e suas configurações.

Aula 4 – Construindo uma placa compatível com Arduino – Neste tópico ensinaremos a construir a sua própria placa de arduino, um X-Duino, clone de arduino que foi projetado para facilitar sua construção.

Vamos nessa!!

O que afinal é Arduino?

Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica, criado por Massimo Banzi e David Cuartielles em 2005 com objetivo de permitir o desenvolvimento de controle de sistemas interativos, de baixo custo e acessível a todos.

O projeto foi criado pensando em artistas e amadores, ou seja, não é necessário ter conhecimentos prévios em eletrônica ou programação para iniciar-se no mundo Arduino.

Com o Arduino é possível também enviar e receber informações de praticamente qualquer outro sistema eletrônico. Desta forma é possível contruir por exemplo, um sistema de captação de dados de sensores, como temperatura, iluminação, processar e enviar esses dados para um sistema remoto por exemplo.

Outra característica importante é que todo material (software, bibliotecas, hardware) é open-source, ou seja, pode ser reproduzido e usado por todos sem a necessidade de pagamento de royalties ou direitos autorais.

A plataforma é composta essencialmente de duas partes: O Hardware e o Software.

O Hardware

Placa Arduino Uno

Vamos abordar com detalhes o hardware do Arduino posteriormente. Resumidamente o hardware é uma placa eletrônica que:

• Possui todos componentes necessários para a maioria dos projetos;
• Contém uma eletrônica que permite usar a placa com diversas fontes de energia, baterias e fontes de alimentação;
• Permite o acoplamento de circuitos externos através de pinos de conexão em posições padronizadas;
• A eletrônica é baseada em componentes de fácil obtenção, inclusive no mercado brasileiro;
• O esquema da placa é livre, e pode ser facilmente modificado ou adaptado.
• A placa é programada, ou seja, escrevemos um software que ficará embutido no chip controlador (firmware)

O Software

O Arduino é um compilador gcc (C e C++) baseado em Wiring e que usa uma interface gráfica contruída em Java baseado no projeto Processing. Tudo isso resume-se a um programa IDE (ambiente de desenvolvimento integrado) muito simples de usar e de estender com bibliotecas que podem ser facilmente encontradas na internet (aos montes).

Ambiente de desenvolvimento do Arduino

Depois de criar o programa e compilar usando a IDE, o código gerado é enviado para a placa onde é gravado dentro do chip controlador. Esse software que roda na placa chama-se FIRMWARE.

As funções da IDE do Arduino são basicamente duas: Permitir o desenvolvimento de um software e enviá-lo à placa para que possa ser executado.

Construindo um protótipo

O processo de construção de um circuito de controle básico resume-se à:

• Escrever um programa usando a interface de desenvolvimento do Arduino;
• Conectar a placa do Arduino no computador através de um cabo (USB é o mais comum)
• Compilar o programa escrito
• Enviar o programa compilado para a placa e observar o funcionamento

Exemplo de aplicação: controle de servo motores (fonte: Fritzing)

Em resumo, a plataforma arduino permite criar coisas que possuem funções eletrônicas e mecânicas de forma fácil e sem precisar ser engenheiro.

Abaixo segue um exemplo de um brinquedo que fiz em 2011 usando a placa que aprenderemos fazer neste curso. Um amigo estava jogando um jogo que consistia em colocar uma bolinha no centro de um labirinto. Esta foi a idéia que eu precisava e o resultado do brinquedo vocês conferem abaixo.

Continuem acompanhando nosso curso! Em breve teremos a próxima aula. Até lá!!