Se você já ouviu falar da plataforma Arduino, com certeza já ouviu falar também da placa Arduino UNO. A Placa Arduino Uno é a melhor placa para aprender e começar a criar seus projetos eletrônicos com programação. O Arduino Uno é uma placa robusta, utilizada mundialmente, conta com uma rica documentação complementar proveniente de Shields, Módulos e Sensores.
Para aqueles que querem saber tudo sobre o Arduino Uno, vale destacar que a placa 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, apresentamos as principais características do seu hardware.
Alimentação da placa Arduino UNO
Você pode alimentar a placa pela conexão USB ou por uma fonte de alimentação externa, conforme exibido na figura abaixo:
Você alimenta externamente a placa através do conector Jack com positivo no centro. A tensão da fonte externa deve estar entre 6V e 20V. No entanto, se você alimentar a placa com uma tensão abaixo de 7V, a tensão de funcionamento da placa, que no Arduino Uno é 5V, pode ficar instável. Se você alimentar a placa com uma tensão acima de 12V, o regulador de tensão da placa pode sobreaquecer e danificar a placa. Portanto, recomendamos valores de 7V a 12V para tensões de fonte externa. A seguir, exibimos o circuito regulador para entrada externa.
Nota-se que o CI responsável pela regulação de tensão é o NCP1117, da OnSemi. Destacamos o diodo D1, que protege o circuito caso você ligue uma fonte com tensão invertida.
Quando você conecta o cabo USB a um PC, por exemplo, a tensão não precisa ser estabilizada pelo regulador de tensão. Assim, 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. A figura abaixo mostra o circuito de proteção da USB da placa Arduino UNO.
Os dois varistores
Os dois varistores (Z1 e Z2) podem suportar picos elevados de SURGE e energias elevadas de transientes. Seria preferível conectar diodos supressores de ESD, que têm capacitância bem baixa, ao invés de varistores, já que estão ligados a pinos rápidos de comunicação, mas o circuito funciona bem mesmo assim. Os 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.
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 do GND.
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.
Conectores de Alimentação
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 50 mA. A seguir são exibidos os conectores de alimentação para conexão de shields e módulos na placa Arduino UNO:
IOREF – Fornece uma tensão de referência para que shields selecionem o tipo de interface apropriada. Dessa forma, os shields que funcionam com placas Arduino alimentadas com 3,3V podem se adaptar para serem 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 você alimenta a placa 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. 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 que este microcontrolador se conecta ao ATMEL ATMEGA328 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, permitindo a entrada no modo bootloader automaticamente quando você pressiona o botão Upload na IDE. Essas características não acontecia nas primeiras placas Arduino, onde era necessário pressionar o botão de RESET antes de fazer o Upload na IDE.
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 possui 32 KB de Flash (mas 512 Bytes são utilizados para o 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, dos quais 23 podem ser utilizados como I/O. A imagem abaixo exibe a sua pinagem:
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 superbaixos, 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 você pode usar, por exemplo, em situações de baixo consumo.
Entradas e saídas do Arduino UNO
A placa Arduino UNO tem pinos de entrada e saída digitais, assim como pinos de entrada e saída analógicas. Abaixo mostramos a pinagem conhecida como o padrão Arduino:
transforme o texto abaixo de voz passiva para ativa Estes Pinos operam em 5 V, onde cada pino pode fornecer ou receber uma corrente máxima de 40 mA. Cada pino pode habilitar por software seu próprio resistor de pull-up interno. Alguns desse pinos possuem funções especiais:
Você pode usar PWM em 3, 5, 6, 9, 10 e 11 como saídas de 8 bits usando a função analogWrite().
Você pode utilizar os pinos 0 e 1 para comunicação serial. Observe que esses pinos estão ligados ao microcontrolador responsável pela comunicação USB com o PC.
Interrupção externa: 2 e 3. Você pode configurar esses pinos para gerar uma interrupção externa usando a 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 referência do conversor AD está ligada internamente à 5V, ou seja, quando a entrada estiver com 5V o valor da conversão analógica digital será 1023. Você pode mudar o valor da referência através do pino AREF. A figura a seguir exibe a relação entre os pinos do microcontrolador ATMEL ATMEGA328 e a pinagem do Arduino UNO:
Quando você manipula a placa e projeta o circuito que será conectado aos seus I/Os, deve ter muito cuidado, pois não existe nenhum resistor entre os pinos do microcontrolador e a barra de pinos para limitar a corrente. Além disso, dependendo do local onde está trabalhando, pode provocar curto-circuito nos pinos, já que a placa não possui isolação na sua parte inferior, como mostrado na figura a seguir:
Programação da placa Arduino UNO
A programação da placa Arduino UNO ocorre por meio da comunicação serial, já que 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 ocorre através do protocolo STK500. Você também pode programar o microcontrolador através do conector ICSP (in-circuit serial programming) usando um programador ATMEL.
Características físicas da placa Arduino UNO
A placa Arduino UNO possui pequenas dimensões cabendo na palma da mão. Possui 4 furos para que você possa fixá-la em alguma superfície. A figura a seguir exibe as suas dimensões físicas:
Conclusão
Isso é só o começo! Através dessa plataforma nós vamos desenvolver diversos projetos. Consulte nossa categoria de projetos na seção Arduino e veja o mundo de possibilidades que você pode desenvolver. 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. Se você tiver alguma dúvida ou sugestão quanto a este tutorial, por favor, não hesite em deixar um comentário abaixo.
