Uma das principais ferramentas no desenvolvimento de projetos com microcontroladores é o chamado programador, ou gravador, responsável por entre diversas coisas enviar o programa desenvolvido para a memória de programa do microcontrolador, para ele assim desempenhar a função desejada. Existem diversos equipamentos que desempenham esta função e eles são basicamente uma interface entre um computador e o microcontrolador que se deseja programar, variando em compatibilidade de famílias de microcontroladores e porta de comunicação com um computador, sendo hoje mais usual ferramentas USB, embora programadores que utilizavam portas paralela tenham sido muito populares num tempo em que este barramento era comum, principalmente em computadores de mesa.

O projeto aqui descrito é de um programador para microcontroladores AVR e interface SPI por meio de conexão USB de baixo custo e fácil montagem, sendo muito interessante para pessoas que estão iniciando estudos com microcontroladores e tem interesse em montagem em placa de circuito impresso. Baseado no projeto de código aberto USBtinyISP, desenvolvido por Ladyada, a versão aqui proposta possui como principal modificação, com a finalidade de facilitar a sua montagem, a troca do ressonador cerâmico, dada a baixa disponibilidade no mercado brasileiro, por um cristal de mesma frequência e dois capacitores. Outras alterações feitas consistem basicamente no desenho da placa de circuito impresso. Como restrições este programador somente suporta microcontroladores com 64KBytes de memória flash ou menos. Microcontroladores com interface TPI, como Attiny4/5/9/10 também não podem sem programados com este dispositivo.

Montagem do circuito

Para a montagem é indicado o uso das seguintes ferramentas:

Ferro ou estação de solda
Estanho
Sugador de solda
Alicate de corte
Suporte com lupa
Multímetro

Abaixo a lista de componentes usados na montagem do circuito:

1 x Placa de circuito impresso
1 x Capacitor cerâmico 0,1 uF
1 x Capacitor eletrolítico 100 uF
2 x Capacitor cerâmico 22 pF
2 x Resistor 33Ω
1 x Resistor 10KΩ
5 x Resistor 1,5KΩ
1 x Cristal 16 MHz
2 x Diodo zener 3V6
1 x LED 5mm verde difuso
1 x LED 5mm vermelho difuso
1 x ATtiny2313A
1 x 74HC125
1 x Conector USB B fêmea
1 x Soquete estampado 20 pinos
1 x Soquete estampado 14 pinos
1 x Pin header 1x2
1 x Pin header 2x3
1 x Jumper

Com o uso do multímetro no modo de teste de continuidade deve ser feita uma busca por possíveis problemas na montagem, como curto-circuitos e falsos contatos oriundos de soldas mal feitas.

Após checagem do circuito basta inserir os circuitos integrados em seus respectivos soquetes e o programador está pronto para ser conectado a um computador.

Como usar o programador

Jumper para seleção de alimentação

Enquanto o jumper fechar os contatos do pin header JP2 presente na placa a conexão USB do programador alimentara o circuito ao qual o cabo ISP está conectado, fornecendo 5V. Caso a tensão de operação do circuito seja menor, como 3,3V por exemplo, ou o circuito de interesse consumir mais do que 100mA basta remover o jumper e alimentar o circuito de forma independente.

LEDs indicadores

São presentes na placa dois LEDs, um verde e um vermelho. O LED verde indica presença de conexão USB, enquanto o LED vermelho indica progresso no procedimento de programação.

Programação do Bootloader em uma placa Arduino

A programação de bootloader em uma placa Arduino pode ser feita diretamente por meio do próprio software para desenvolvimento Arduino, conhecido como IDE(Integrated Development Environment).

Com o uso de um cabo ISP de 6 pinos é feita a conexão entre o programador e a placa Arduino. Atente ao fato de que se deve conectar o cabo respeitando a ordem dos pinos, sendo o pino número 1 sinalizado pela linha vermelha no cabo. No conector ISP do programador um chanfro impede que o cabo seja conectado ao contrário.

No menu Ferramentas deve ser escolhida a placa de interesse no sub-menu Placa, e o programador no sub-menu Programador, devendo ser selecionado o programador USBtinyISP.

Para iniciar a gravação do bootloader deve ser pressionado o comando Gravar Bootloader.

Após comando de gravação o progresso pode ser visto acima do console da IDE, onde também é sinalizada a sua conclusão.

Gravação de sketch Arduino com o uso de programador

Outro recurso presente na IDE Arduino é de o carregamento da sketch diretamente para um microcontrolador sem que seja necessária a gravação do bootloader e transferência via comunicação serial. Isso é feito por meio do comando Carregar usando programador presente no menu Sketch. Este recurso é muito interessante pois torna possível a montagem de circuitos programados em Wiring na IDE Arduino com poucos componentes e menor custo.

Uso com a ferramenta AVRDUDE

A ferramenta AVRDUDE é um programa em linha de comando bastante popular utilizado na gravação de microcontroladores da família AVR da Atmel, e está presente na ferramenta de desenvolvimento WinAVR para sistemas Windows.

Para testar o funcionamento do programador basta executar o comando avrdude -c <programmer> -p <partno>, sendo o argumento -c o referente ao tipo de programador e o argumento -p referente ao dispositivo AVR que será gravado. Utilizando a montagem apresentada anteriormente com a ligação do programador a uma placa Arduino Duemilanove, que possui um microcontrolador ATmega328p, o comando a ser executado é avrdude -c usbtiny -p atmega328p. Se tudo estiver correto uma resposta como a da imagem a seguir é apresentada.

Aviso importante!

O conteúdo aqui presente contém muitas referências ao projeto desenvolvido por Adafruit Industries, ao qual se baseia, cujo conteúdo original pode ser acessado através do seguinte link USBtinyISP.

O repositório github guarda os arquivos de esquemático e desenho de placa de circuito impresso para o software EagleCAD.

Programador de microcontrolador AVR USBTINYISP was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Muito associado a processadores o microcontrolador é mais do que somente uma unidade central de processamento (CPU, do inglês Central Processing Unit), ele possuí periféricos que o tornam capaz de exercer muitas funções sem depender de muitos outros componentes a ele conectados. Pode se dizer que um microcontrolador é uma espécie de computador, constituído de um processador(CPU), memória de armazenamento de programa, memória para armazenamento de variáveis, além de alguns possuírem periféricos para comunicação, conversão analógico/digital etc, e como um computador é programado por meio das chamadas linguagens de programação, como a linguagem C.

Se novamente comparado a computadores pessoais os microcontroladores possuem recursos limitados que trazem algumas limitações se comparados a computadores, como frequência de clock, tamanho de memória de programa e memória RAM etc, mas trazem como grande vantagem o baixo custo, baixo consumo energético e pequenas dimensões, tendo assim inúmeras aplicações.

O microcontrolador é o principal componente presente nas placas de desenvolvimento compatíveis Arduino, muito popular entre estudantes por conta da vasta documentação e principalmente pela grande comunidade de usuários, além de ser uma plataforma bastante amigável para iniciantes.

Aplicações de microcontroladores

Em nosso cotidiano utilizamos muitos equipamentos que possuem internamente um microcontrolador, como eletroeletrônicos e eletrodomésticos. O timer de um aparelho microondas, o controle remoto de um aparelho televisor ou ar condicionado, um relógio digital, o controlador de voo de um drone, uma impressora 3D e muitos outros dispositivos podem ser construídos fazendo uso de microcontroladores.

Principais constituintes de um microcontrolador:

CPU(Unidade central de processamento): responsável por executar operações lógicas e matemáticas programadas.

Frequência de clock: base de tempo para as operações desempenhadas pela CPU e demais periféricos presentes no microcontrolador.

Memória flash: memória não volátil, ou seja, não tem seu conteúdo apagado com a falta de alimentação. É responsável por armazenar o programa a ser executado.

Memória RAM: memória volátil responsável por armazenar temporariamente variáveis do programa, como variáveis de entrada, ou variáveis de cálculo.

Memória EEPROM: memória não volátil, assim como a memória flash, tendo em comparação a esta uma menor velocidade de escrita.

Entradas: pinos configurados como entradas digitais detectam a tensão presente externamente neles, dados alguns valores limiares. Quando abaixo de determinado valor de tensão, dado presente na folha de dados do microcontrolador de interesse, o nível lógico lido é 0, já se dentro de uma faixa próxima do valor de alimentação, também dependente do microcontrolador em questão, o nível lógico lido é 1. Conectando chaves ou interruptores a pinos de entrada é possível alterar estados de variáveis dentro do software em execução no microcontrolador, fazendo com que o programa execute alguma tarefa de interesse.

Saídas: pinos configurados como saídas digitais podem ser comandados por meio do software e ter seu valor de tensão assim alterado. Nível lógico 0 representa valor de tensão nulo, já nível lógico 1 representa valor de tensão de alimentação do circuito. A saída digital dos microcontroladores é a principal interface deste componente com o mundo real, bastando conectar um LED e fazê-lo piscar, ou um pequeno alto-falante para emitir um sinal sonoro.

Alguns outros periféricos são comumente encontrados em um grande número de microcontroladores, e trazem funcionalidades muito interessantes, abaixo são listados alguns:

Conversão analógico/digital

Um grande número de sensores operam com valores contínuos de tensão, e portanto não podem ser usados diretamente por meio das portas digitais dos microcontroladores. Para ler os valores de tensão destes sensores e manipula-los de forma digital é preciso primeiramente convertê-los, e um dispositivo capaz disto é o conversor analógico/digital(ADC, do inglês Analog to digital converter). Muitos microcontroladores possuem ADC integrado, não necessitando que este dispositivo seja conectado externamente.

Comunicação serial

A comunicação serial permite a interligação entre um microcontrolador e um computador, ou outros dispositivos. Este periférico é bastante comum em muitas famílias de microcontroladores e trás capacidades muito interessantes, como a leitura de dados de sensores, ou interfaces de entrada, por meio dos microcontroladores que enviam estas leituras para um computador, capaz de usar estes dados em aplicações robustas, como a visualização de dados em uma tela de alta resolução. Utilizar um microcontrolador como dispositivo de saída também é possível, para por exemplo acionar motores por meio de comandos oriundos de um computador. É por meio deste periférico também que se conectam módulos de comunicação sem fio bastante populares, como módulos Bluetooth e WiFi, que expandem as capacidades de operação de circuitos microcontrolados.

Em resumo microcontroladores são componentes capazes de executar programas que fazem uso de seus recursos internos, como a leitura e escrita digital na forma de valores de tensão em suas portas, além da comunicação com componentes externos, permitindo expansão de suas capacidades. Com simples recursos os microcontroladores podem ser utilizados em uma inúmera gama de aplicações.

Microcontroladores was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Confeccionados de materiais de baixa resistividade elétrica os fios são comumente empregados em circuitos elétricos e eletrônicos, tendo a responsabilidade de trafegar informações, além de sinais alimentação, que demandam algumas características de materiais. Os cabos nada mais são que coletivos de fios.

Condutores elétricos

O que torna um material um bom condutor é a presença de elétrons livres, e no caso dos materiais sólidos os metais possuem essa característica, sendo o cobre e o alumínio os mais utilizados na construção de fios e cabos elétricos, por possuírem baixo custo, além de ligas de materiais. O ouro e a prata também são excelentes materiais condutores, além de serem utilizados com frequência na indústria de componentes eletrônicos e aplicações.

Resistência elétrica de um condutor

A resistência elétrica em um fio condutor pode ser calculada por meio da equação abaixo:

R=ρ.l/A

Sendo R a resistência elétrica, ρ a resistividade elétrica do material, l o comprimento do condutor, e A a área de sua seção transversal.
Podemos notar que quanto maior for o comprimento do condutor maior é a sua resistência elétrica. A resistividade elétrica é característica de cada material e quanto menor for seu valor melhor este se porta como condutor, uma vez que a resistividade é o inverso da condutividade. A área da seção transversal do condutor, função do seu diâmetro, é inversamente proporcional a resistência elétrica do fio, ou seja, quanto maior seu valor menor é o valor resistência resultante do condutor.

Quanto maior o valor de resistência do fio condutor, maior é a queda de tensão resultante sobre ele, e por consequência perda, como pode-se concluir por meio da Lei de Ohm. Um exemplo do que este evento causa em circuitos é a atenuação de valores de tensão, fazendo com que se tenha perda de informações, ou sinais de potência utilizados na alimentação de circuitos, fazendo com que não operem corretamente.

Lei de Ohm:
V=R.I

Isolantes elétricos

Materiais isolantes elétricos, como plásticos e borrachas, não possuem grande quantidade de elétrons livres, e esta característica faz com que estes materiais sejam utilizados em conjunto com condutores elétricos na construção de fios e cabos, formando suas capas isolantes. Os isolantes permitem que um conjunto de fios seja posicionado juntamente com outros de forma segura, impedindo que ocorra um curto-circuito entre eles.

Fios was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Também conhecida como matriz de contatos, a protoboard consiste de uma placa com furos e conexões comumente utilizada na prototipagem de circuitos elétricos e eletrônicos, com a finalidade de testes e experimentos. Trás como grandes vantagens o não comprometimento dos componentes utilizados nela, já que não existe a necessidade de solda, permite a modificação rápida do circuito montado, além da possibilidade de reutilização sempre que desejado, bastando a retirada dos circuitos nela montados anteriormente.

O uso de matrizes de contatos trazem consigo algumas limitações, como a presença de capacitâncias parasitas, resistências elétricas e incapacidade de acomodar circuitos integrados de montagem superficial sem o uso de adaptadores.

Tomando como exemplo a matriz de contatos representada abaixo existem dois tipos de faixas: a faixa de terminais e a faixa de barramentos.

Faixa de terminais

São os dois conjuntos de faixas verticais de cinco pontos separadas por uma faixa vazada central presente na protoboard. Cada coluna consiste em cinco pontos que estão conectados internamente por meio de um condutor metálico acessado por meio das furações da estrutura plástica da protoboard, desta forma todo terminal de componente, ou condutor, que estiver presente em uma faixa estará conectado aos demais nela presentes.

Faixa de barramentos

São os conjuntos de duas faixas presentes nas extremidades laterais da matriz de contatos, geralmente utilizadas na distribuição dos sinais de alimentação dos circuitos nela montados. Comumente com uma faixa azul, utilizada como terra ou sinal de alimentação negativa do circuito, e uma faixa vermelha, utilizada para o sinal de tensão de alimentação positiva. Em alguns casos essas linhas possuem uma interrupção, que permitem a presença de um maior número de linhas de alimentação, neste caso as linhas indicativas mostram essa interrupção.

Uso da matriz de contatos

Para exemplificar o uso da matriz de contatos será montado um circuito simples de apenas três elementos, constituído de uma fonte de energia, um resistor e um LED.
A montagem em matriz de contato pode ser feita de várias formas, e aqui será demonstrada apenas uma delas.

O terminal negativo do conjunto de pilhas foi conectado a sua faixa de barramento correspondente, assim como o terminal positivo em sua respectiva faixa de barramento. Um dos terminais do resistor, que não possui polaridade, foi conectado a faixa de barramento positiva, e seu outro terminal a uma faixa de terminais. Na mesma faixa de terminais em que foi conectado o resistor está conectado o terminal positivo do LED, que tem seu terminal negativo conectado a faixa de barramento negativa.

Protoboard was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

A montagem aqui descrita é a de um amplificador para fones de ouvido com o uso de amplificadores operacionais. A topologia empregada é chamada de CMoy e apresenta funcionamento por horas com o uso de baterias de 9 volts.

Amplificador para fones de ouvido was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Datasheet

Repositório

Placa de circuito impresso para decoder de video TVP5150AM1 was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

The sensor was placed at the right side of the monitor so purposed to measure distances within the range of the viewport of the monitor. When the device is turned on, it measures the distance of the first object it finds and uses it as the upper limit so any objects beyond that point won’t be informed to the computer. Because it finds the border of the monitor ( think border is required here or something equivalent ) it works as a self-calibrating device. After the initial calibration function it starts to monitor if any object appears within the range ( from minimal detection point to the calibration max ) and when it finds a keyboard character is passed between A to Z depending on the distance.

Arduino Leonardo compatible board FZDUINO

Arduino Reference — Mouse and Keyboard libraries

Projeto apoiado por TelaSocial

Veja mais em TelaSocial — Experimentação com interação e toque

Repositório

Ultrasonic surface was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Projeto apoiado por TelaSocial

Veja mais em TelaSocial — Experimentação com interação e toque

Repositório

Superfície de toque was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Arduino 1.0 Release Candidate

Repositório

FZDUINO — Placa compatível Arduino Leonardo was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

Agilent Gui Data Logger

Interface IR para USB para multímetros Agilent was originally published in Fiozera on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.