Introdução à pinagem do Arduino Uno
Introdução à pinagem do Arduino Uno
Guia de pinagem do Arduino Uno
Em nossas duas últimas publicações, focamos nos aspectos de software do Arduino. Vimos que as placas Arduino são programadas usando uma linguagem derivada de C e C++ no Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) do Arduino e aprendemos alguns métodos básicos de depuração . Nesta publicação, vamos analisar mais detalhadamente o hardware do Arduino e, mais especificamente, a pinagem do Arduino Uno. O Arduino Uno é baseado no ATmega328 da Atmel. A pinagem do Arduino Uno consiste em 14 pinos digitais, 6 entradas analógicas, um conector de alimentação, uma conexão USB e um conector ICSP. A versatilidade da pinagem oferece muitas opções diferentes, como controlar motores , LEDs, ler sensores e muito mais. Nesta publicação, vamos explorar as capacidades da pinagem do Arduino Uno.
Diagrama de pinagem do Arduino Uno
O diagrama de pinagem da placa Arduino e do ATMega328PU , de pighixxx, está licenciado sob a Licença Internacional Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0.
Diagrama de pinagem do Arduino Uno - Fonte de alimentação
Existem 3 maneiras de alimentar o Arduino Uno:
- Conector de alimentação CC (Barrel Jack) - O conector de alimentação CC, também conhecido como conector barril, pode ser usado para alimentar sua placa Arduino. Geralmente, ele é conectado a um adaptador de parede. A placa pode ser alimentada com 5 a 20 volts, mas o fabricante recomenda mantê-la entre 7 e 12 volts. Acima de 12 volts, os reguladores podem superaquecer e, abaixo de 7 volts, a alimentação pode ser insuficiente.
- Pino VIN - Este pino é usado para alimentar a placa Arduino Uno através de uma fonte de alimentação externa. A tensão deve estar dentro da faixa mencionada acima.
- Cabo USB - quando conectado ao computador, fornece 5 volts a 500mA.
Existe um diodo de proteção contra inversão de polaridade conectado entre o polo positivo do conector de alimentação e o pino VIN, com capacidade para 1 ampere.
A fonte de alimentação que você utiliza determina a potência disponível para o seu circuito. Por exemplo, alimentar o circuito via USB limita a corrente a 500 mA. Leve em consideração que essa corrente também é utilizada para alimentar o microcontrolador (MCU), seus periféricos, os reguladores integrados e os componentes conectados a ele. Ao alimentar o circuito através do conector de alimentação (Block Jack) ou da entrada VIN, a capacidade máxima disponível é determinada pelos reguladores de 5 e 3,3 volts integrados ao Arduino.
- 5V e 3V3
Eles fornecem tensões reguladas de 5 V e 3,3 V para alimentar componentes externos de acordo com as especificações do fabricante.
- GND
No diagrama de pinagem do Arduino Uno, você pode encontrar 5 pinos GND, que estão todos interligados.
Os pinos GND são usados para fechar o circuito elétrico e fornecer um nível de referência lógica comum em todo o circuito. Certifique-se sempre de que todos os GNDs (do Arduino, periféricos e componentes) estejam conectados entre si e compartilhem um terra comum.
- RESET - reinicia o Arduino
- IOREF - Este pino é a referência de entrada/saída. Ele fornece a tensão de referência com a qual o microcontrolador opera.
Pinagem do Arduino Uno - Entrada Analógica
O Arduino Uno possui 6 pinos analógicos que utilizam um conversor analógico-digital (ADC).
Esses pinos servem como entradas analógicas, mas também podem funcionar como entradas digitais ou saídas digitais.
Conversão Analógica para Digital
ADC significa Conversor Analógico-Digital. Um ADC é um circuito eletrônico usado para converter sinais analógicos em sinais digitais. Essa representação digital de sinais analógicos permite que o processador (que é um dispositivo digital) meça o sinal analógico e o utilize em suas operações.
Os pinos A0 a A5 do Arduino são capazes de ler tensões analógicas. No Arduino, o conversor analógico-digital (ADC) possui resolução de 10 bits, o que significa que pode representar a tensão analógica em 1.024 níveis digitais. O ADC converte a tensão em bits que o microprocessador consegue interpretar.
Um exemplo comum de um conversor analógico-digital (ADC) é a Voz sobre IP (VoIP). Todo smartphone possui um microfone que converte ondas sonoras (voz) em tensão analógica. Essa tensão passa pelo ADC do dispositivo, é convertida em dados digitais e transmitida para o destinatário pela internet.
Pinagem do Arduino Uno - Pinos Digitais
Os pinos 0 a 13 do Arduino Uno servem como pinos de entrada/saída digital.
O pino 13 do Arduino Uno está conectado ao LED integrado.
No Arduino Uno, os pinos 3, 5, 6, 9, 10 e 11 possuem capacidade PWM.
É importante observar que:
● Cada pino pode fornecer/drenar até 40 mA no máximo. No entanto, a corrente recomendada é de 20 mA.
● A corrente máxima absoluta fornecida (ou drenada) por todos os pinos juntos é de 200 mA.
O que significa digital?
O nível digital representa a tensão em um único bit: 0 ou 1. Os pinos digitais do Arduino são projetados para serem configurados como entradas ou saídas, de acordo com as necessidades do usuário. Os pinos digitais estão em estado ligado (on-off) ou desligado (on-off). Quando ligados, estão em um estado de tensão ALTA de 5V e, quando desligados, estão em um estado de tensão BAIXA de 0V.
No Arduino, quando os pinos digitais são configurados como saída , eles são definidos para 0 ou 5 volts.
Quando os pinos digitais são configurados como entrada, a tensão é fornecida por um dispositivo externo. Essa tensão pode variar entre 0 e 5 volts, sendo convertida em uma representação digital (0 ou 1). Para determinar isso, existem dois limiares:
● Abaixo de 0,8 V - considerado como 0.
● Acima de 2V - considerado como 1.
Ao conectar um componente a um pino digital, certifique-se de que os níveis lógicos correspondam. Se a tensão estiver entre os limites definidos, o valor retornado será indefinido.
O que é PWM?
De forma geral, a Modulação por Largura de Pulso (PWM) é uma técnica de modulação usada para codificar uma mensagem em um sinal pulsado . Um sinal PWM é composto por dois componentes principais: frequência e ciclo de trabalho . A frequência do PWM determina quanto tempo leva para completar um ciclo (período) e a rapidez com que o sinal oscila entre os níveis alto e baixo. O ciclo de trabalho determina por quanto tempo um sinal permanece em nível alto durante o período total. O ciclo de trabalho é expresso em porcentagem.
No Arduino, os pinos com PWM habilitado produzem uma frequência constante de aproximadamente 500 Hz, enquanto o ciclo de trabalho varia de acordo com os parâmetros definidos pelo usuário. Veja a ilustração a seguir:
Os sinais PWM são usados para o controle de velocidade de motores CC, para regular a intensidade de LEDs e muito mais.
Protocolos de comunicação
Serial (TTL) - Os pinos digitais 0 e 1 são os pinos seriais do Arduino Uno.
Eles são usados pelo módulo USB integrado.
O que é comunicação serial?
A comunicação serial é usada para trocar dados entre a placa Arduino e outros dispositivos seriais, como computadores, displays, sensores e muito mais. Cada placa Arduino possui pelo menos uma porta serial. A comunicação serial ocorre nos pinos digitais 0 (RX) e 1 (TX), bem como via USB. O Arduino também suporta comunicação serial através dos pinos digitais com a biblioteca SoftwareSerial. Isso permite ao usuário conectar múltiplos dispositivos com suporte a comunicação serial e deixar a porta serial principal disponível para a conexão USB.
Comunicação serial por software e comunicação serial por hardware - A maioria dos microcontroladores possui hardware projetado para se comunicar com outros dispositivos seriais. As portas seriais por software utilizam um sistema de interrupção por mudança de pino para se comunicar. Existe uma biblioteca integrada para comunicação serial por software. O processador utiliza a comunicação serial por software para simular portas seriais adicionais. A única desvantagem da comunicação serial por software é que ela exige mais processamento e não suporta as mesmas altas velocidades da comunicação serial por hardware.
Os pinos SPI - SS/SCK/MISO/MOSI são dedicados à comunicação SPI. Eles podem ser encontrados nos pinos digitais 10 a 13 do Arduino Uno e nos conectores ICSP.
O que é SPI?
A Interface Periférica Serial (SPI) é um protocolo de dados serial usado por microcontroladores para se comunicarem com um ou mais dispositivos externos em uma conexão semelhante a um barramento. A SPI também pode ser usada para conectar dois microcontroladores. No barramento SPI, sempre há um dispositivo que é denominado Mestre e todos os demais são Escravos. Na maioria dos casos, o microcontrolador é o dispositivo Mestre. O pino SS (Slave Select) determina com qual dispositivo o Mestre está se comunicando no momento.
Dispositivos com SPI habilitado sempre possuem os seguintes pinos:
- MISO (Master In Slave Out) - Uma linha para enviar dados para o dispositivo mestre.
- MOSI (Master Out Slave In) - A linha Master para envio de dados para dispositivos periféricos.
- SCK (Serial Clock) - Um sinal de clock gerado pelo dispositivo mestre para sincronizar a transmissão de dados.
Os pinos I2C - SCL/SDA são os pinos dedicados à comunicação I2C. No Arduino Uno, eles estão localizados nos pinos analógicos A4 e A5.
O que é I2C?
I2C é um protocolo de comunicação comumente conhecido como "barramento I2C". O protocolo I2C foi projetado para permitir a comunicação entre componentes em uma única placa de circuito impresso. No I2C, existem dois fios denominados SCL e SDA.
- SCL é a linha de clock, projetada para sincronizar as transferências de dados.
- SDA é a linha usada para transmitir dados.
Cada dispositivo no barramento I2C possui um endereço único, sendo possível conectar até 255 dispositivos no mesmo barramento.
Aref - Tensão de referência para as entradas analógicas.
Interrupção - INT0 e INT1. O Arduino Uno possui dois pinos de interrupção externos.
Interrupção externa - Uma interrupção externa é uma interrupção do sistema que ocorre quando há interferência externa. Essa interferência pode vir do usuário ou de outros dispositivos de hardware na rede. Usos comuns dessas interrupções no Arduino incluem a leitura da frequência de uma onda quadrada gerada por encoders ou o despertar do processador em resposta a um evento externo.
O Arduino possui duas formas de interrupção:
- Externo
- Alterar PIN
Existem dois pinos de interrupção externa no ATmega168/328, chamados INT0 e INT1. Ambos, INT0 e INT1, estão mapeados para os pinos 2 e 3. Em contraste, as interrupções de mudança de pino podem ser ativadas em qualquer um dos pinos.
Pinagem do Arduino Uno - Conector ICSP
ICSP significa Programação Serial em Circuito. O nome tem origem nos conectores de Programação em Sistema (ISP). Fabricantes como a Atmel, que trabalham com Arduino, desenvolveram seus próprios conectores de programação serial em circuito. Esses pinos permitem ao usuário programar o firmware das placas Arduino. Existem seis pinos ICSP disponíveis na placa Arduino que podem ser conectados a um dispositivo programador por meio de um cabo de programação.
Conheça a sua pinagem
O microcontrolador Arduino Uno é uma das placas mais versáteis do mercado atualmente, e é por isso que decidimos focar nele neste guia. Este guia apresenta a maioria de suas funcionalidades, mas também existem opções mais avançadas que não abordamos aqui.
O mais importante ao escolher uma placa para o seu projeto é conhecer suas capacidades e limitações. Também é fundamental entender os diferentes protocolos de comunicação que a placa utiliza. Claro, você não precisa memorizar todas essas informações; pode sempre voltar a este post e consultar as informações relevantes (aliás, esta é uma boa hora para adicionar este post aos seus favoritos).
Se você tiver algum comentário ou dúvida, fique à vontade para escrevê-los abaixo e, claro, compartilhe esta publicação com seus amigos que também adoram Arduino.
=D
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