Entendendo os componentes e a pinagem dos Arduinos.

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Sumário

Introdução.

Aprofundando um pouco mais sobre o universo dos projetos eletrônicos utilizando Arduinos ou placas baseadas em Arduino, vamos entender como o Arduino e suas variações funcionam, como se comunicam com seus acessórios e quais são os componentes básicos de uma placa. Esse entendimento facilitará também a escolha da placa mais adequada ao seu projeto.

Alimentando um Arduino.

A alimentação depende de cada placa, mas, de forma geral, elas podem ser alimentadas por meio de uma fonte de alimentação externa de 7 a 12V, pelo conector de alimentação ou direto pelas portas Vin (positivo) e GND (terra). Também pode ser alimentado com 5V por meio da conector USB. O Arduino Uno trabalha em 5V, ou seja, a suas portas trabalham com essa tensão, mas, é importante saber que existem algumas placas que trabalham em 3.3V.

Programando um Arduino.

Para se programar uma placa Arduino é necessário transferir o programa por meio de um computador. Na maior parte das vezes isso é feito através da porta USB da placa, entretanto, para as placas que não a possuem, podem ser programadas através dos pinos ICSP (In-Circuit Serial Programming). Acesse esse link para saber mais a fundo como programar um Arduino por meio do software Arduino IDE.

Microcontrolador.

O cérebro de uma placa Arduino é o microcontrolador. Componente no qual fica armazenado o programa e responsável por receber os inputs, processar as informações e enviar de volta as informações tratadas (outputs). A capacidade e velocidade variam de acordo com o modelo da placa.

Botão de reset.

Algumas placas possuem um botão para que se possa fazer um reset manual da placa. Muito utilizado para quando existem travamentos ou reações não esperadas no funcionamento da placa.

Pinagem das placas.

É através das portas ou pinos que fazemos as conexões com outros dispositivos e acessórios. Cada uma delas tem funções e peculiaridades. As principais são os pinos de alimentação, portas digitais e analógicas, portas seriais, I2C e SPI. Vamos passar rapidamente por cada uma delas.

Pinos de alimentação.

Como vimos anteriormente o pino Vin pode ser utilizado para alimentar o Arduino, por meio de uma fonte externa. Já os outros pinos de alimentação, normalmente são responsáveis por alimentar acessórios ou componentes acoplados ao Arduino. No caso do Arduino Uno temos pinos 5V e de 3.3V, além dos pinos GND (Terra). Cuidado para não alimentar componentes que excedam o limite de corrente desses pinos de alimentação.

Portas analógicas.

As grandezas analógicas são as que variam de forma contínua. Vemos isso num relógio de ponteiros onde é possível ver o ponteiro dos segundos se movendo continuamente, ou seja, em qualquer posição.

As entradas analógicas conseguem interpretar sinais analógicos e transforma-los em digitais fazendo com que o Arduino trabalhe com esse tipo de informação. Para isso as placas conseguem dividir em até 1024 “partes” a tensão de entrada. Utilizando uma placa com 5V, estamos falando em 5/1024, ou seja, o Arduino consegue identificar uma leitura a cada 0,00488 Volts. Se por exemplo aplicarmos ao pino uma tensão de 3V, o Arduino entenderá como 3 x 1.024/ 5 = 614,4. Como só entende números inteiros, o mais próximo é a posição 614.

Portas digitais.

As grandezas digitais são aquelas que variam em intervalos definidos não contínuos. Para exemplificar vejam os relógios digitais, eles podem variar de um em um segundo ou de um em um minuto.

Os circuitos e equipamentos digitais trabalham com dois sinais (níveis de tensão), um chamado nível alto e outro nível baixo, 5V (ou 3.3V dependendo da placa utilizada) e 0V respectivamente. As portas digitais podem ser configuradas como saída (OUTPUT) ou entrada (INPUT). Quando utilizado como saída digital, esta fornece 0 ou 5V, porém, a corrente normalmente é limitada a 30 mA, podendo alimentar acessórios que demandem baixa corrente. Quando utilizado como entrada digital, o pino receberá de um acessório o periférico 0V ou 5V. Podemos dizer que são entradas e saídas de dados.

Apenas como curiosidade, quando usado como entrada digital os pinos podem sofrer alguma interferência externa por indução de corrente, o que pode dar falsa leitura. Para contornar esse problema costuma-se utilizar um resistor entre o pino e o terra (pull down) ou entre o pino e a alimentação (pull up). Isso faz com que a leitura fique estável.

Para “saídas analógicas”, podemos utilizar as portas PWM (Pulse Width Modulation – Modulação por Largura de Pulso) de um Arduino. Essas portas tem a capacidade de simular de dados analógicos a partir de dados digitais. Em Arduino Uno estão localizadas nas porta digitais D3, D5, D6, D9, D10 e D11.

Portas seriais

O pino serial é utilizado na comunicação entre o Arduino e outros módulos, computador ou até mesmo com outro Arduino. Utiliza os pinos TX (transmissão) e RX (recepção). É uma porta digital que trabalha em Full Duplex, ou seja, com dois pinos enviando e recebendo dados simultaneamente. No Arduino Uno estão presentes nas portas digitais D0 (RX) e D1 (TX).

Portas I2C.

As portas I2C podem ser utilizadas para conectar diversos dispositivos em série, pois, podemos endereçar cada um deles por meio da programação. Utiliza duas portas para o correto funcionamento, a SDA (Serial Data) para dados e s SCL (Serial Clock) para o clock. É uma comunicação Half Duplex, pois, só é possível enviar ou receber dados um de cada vez (não ao mesmo tempo). Enquanto na porta SDA os dados são trocados, na SCL há a sincronização dos diversos dispositivos conectados, garantindo a estabilização do sistema. No Arduino Uno  estão presentes nas portas analógicas A4 (SDA) e A5 (SCL).

Trabalha no conceito de dispositivo mestre e dispositivos escravo, sendo possível conectar até 112 dispositivos, cada um com seu endereço específico atribuído. Normalmente cada acessório já vem com um endereço padrão. No caso de se usar acessórios que tenham o mesmo endereço, é necessário reconfigurar e alterá-lo, pois, não é possível utilizar dois acessórios com o mesmo endereço. Você também pode conectar um Arduino a outros Arduinos, configurando via software seus endereços, e aumentando assim, as possibilidades de um projeto.

Portas SPI.

Também trabalha com o conceito de mestre e escravo, podendo acoplar diversos acessórios. É Full Duplex e utiliza dois sinais de comunicação ao invés de um, possibilitando velocidades maiores de comunicação. Seus pinos são definidos como MOSI (Master Output Slave Input)  do Mestre para o Escravo, MISO (Master Input Slave Output) do Escravo parao Mestre, SCK (Serial Clock) Clock e o SS (Slave Select) seleciona qual o escravo. No Arduino Uno estão presentes nas portas digitais D10 (SS), D11 (MOSI), D12 (MISO e D13 (SCK).