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Arduino e Programação

Autor: Yuri Chaves Freimann

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1. Introdução
O surgimento do computador vem de muito tempo atrás. Acerca de dois mil anos atrás os gregos tinham equipamentos que podiam ser considerados como computadores de hoje em dia, é claro que esses equipamentos não eram exatamente iguais aos computadores de hoje, mas eles tinham uma coisa em comum,  processavam informações.

Naquela época não havia se descoberto a eletricidade, ou seja, esses equipamentos funcionavam mecanicamente, com algum mecanismo que processava informações. A partir da descoberta da eletricidade, é que surgiram os computadores eletrônicos que conhecemos até hoje. O primeiro computador eletrônico era muito grande, mas depois de um tempo, a eletrônica dentro do computador ficou menor e os computadores ficaram menores.

Todo computador eletrônico tem a parte de software e a parte do hardware. O software é responsavel pelos programas do computador. Já o hardware é a parte física do computador, ou seja a eletrônica. Os programas são um conjunto de instruções feitas pelo programador por uma linguagem de programação para que a máquina processe.

2. Histórico sobre Computadores
Desde a Grécia antiga, já existiam computadores, como por exemplo o mecanismo Antikythera, que foi encontrado em 1901 por mergulhadores em um navio romano naufragado na costa da Grecia. Esse computador provavelmente tem cerca de 2 mil anos, é do tamanho de um notebook e possui diversas engrenagens dentro dele conforme mostra a figura 1. Ele servia para prever eclipses solares e calcular as datas de olimpíadas na Grécia antiga.

Figura 1 – Mecanismo Antikythera.

Figura 1 – Mecanismo Antikythera.

Durante a segunda Guerra mundial, muitas máquinas estavam sendo criadas para quebrar o código das mensagens inimigas. Dentre essas máquinas, a que se destacou foi de Alan Turing. Alan Turing criou a famosa teoria de “Máquina de Turing”, que diz que através de um número finito de operações, é possivel resolver problemas computacionais de diversas ordens. A máquina de Turing foi implementada através da criação do computador Colossus, em 1946, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Colossus.

Figura 2 – Colossus.

A primeira geração de computadores aconteceu de 1946 até 1959, essa geração foi marcada pelas válvulas eletrônicas. Os computadores eram muito grandes, consumiam muita energia elétrica e geravam muito calor. Esses computadores tinham capacidade de processamento muito limitada, necessitavam de muitas manutenções e eram usados somente para cálculos.

Em 1946, foi criado pelos cientistas norte-americanos John Eckert e John Mauchly, o primeiro computador eletrônico digital de propósito geral do mundo, o ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer ou Computador e Integrador Numérico Eletrônico). O ENIAC pesava 30 toneladas, tinha 140 metros quadrados, mais de 18 mil válvulas e gastava 140 mil Watts. Sua capacidade de processamento era muito mais rápida que os computadores da epóca, ele era capaz de realizar 5 mil adições por segundo. Era um computador decimal com 20 acumuladores como memória e podia armazenar um número decimal de até 10 dígitos. Operou até 1955. O ENIAC pode ser visto na imagem 3.

Figura 3 – ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer).

Figura 3 – ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer).

A segunda geração de computadores aconteceu de 1959 até 1964, essa geração foi marcada pelos transistores. Os computadores eram menores, mais rápidos, consumiam menos energia eletrica e geravam menos calor comparados aos da primeira geração. Esses computadores tinham vários transistores instalados em placas de circuito impresso, eliminando a necessidade de muitos fios elétricos como na primeira geração. Essa geração deu início aos microcomputadores.

A terceira geração de computadores aconteceu de 1964 até 1970, essa geração foi marcada pelos circuitos integrados. Os computadores eram menores e mais rápidos, comparados aos da segunda geração. Esses computadores tinham vários circuitos integrados, que permitia interligar diferentes hardwares. Os circuitos integrados são pequenos chips de silício que contém milhares de trasistores. Essa geração deu início a microeletrônica.

A quarta geração de computadores começou em 1970 e vai até hoje em dia, essa geração é marcada pelos circuitos integrados em larga escala. Os computadores são menores, mais rápidos, tem mais transistores e mais circuitos integrados, comparados aos da terceira geração. Essa geração é marcada pelo advento dos microprocessadores e computadores pessoais.

Em 1976, foi lançado nos EUA por Steve Jobs o que pode ser considerado o primeiro computador pessoal com interface gráfica, o Apple I. O Apple I era uma placa de circuito impresso com vários chips. Para formar um computador pessoal completo com interface gráfica era necessário colocar gabinete, fonte e monitor nele. O Apple I, já com o gabinete e teclado montados, pode ser visto na Figura 4.

Figura 4 – Apple I com gabinete e teclado montado.

Figura 4 – Apple I com gabinete e teclado montado.

3. Definição de Arduino

Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica aberta baseada em hardware e software flexíveis e fáceis de usar. É destinado a artistas, designers, inventores e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos. Ou seja, é um computador de hoje em dia. Existem diversas placas Arduino, mas a que será trabalhada nesta apostila é o Arduino Uno conforme mostra a Figura 5.

Figura 5 – Arduino Uno.

Figura 5 – Arduino Uno.

3.1 O hardware do Arduino

Figura 6 – O Hardware do Arduino Uno.

Figura 6 – O Hardware do Arduino Uno.

Existem 3 maneiras de alimentar o arduino Uno: pelo cabo USB, por uma fonte de alimentação externa ou pelos pinos de alimentação do arduino. Para se passar os programas do computador para o arduino, é necessário que o computador esteja conectado com arduino através do cabo USB. Com isso, o computador alimenta o arduino. Com uma fonte de tensão externa AC-DC ou uma bateria, é possivel conectar na entrada do arduino, ou nos pinos de alimentação Vin e Gnd. É recomendavel que a fonte de tensão externa seja de no mínimo 7V até no máximo 12V.

Os outros pinos de alimentação servem para alimentar um circuito elétrico, os três Gnd servem como terra do circuito, o 5V fornece uma tensão de 5V e o de 3V3, um tensão de 3,3V. O microprocessador do arduino Uno é o Atmel ATmega328, os programas são armazenados na memória flash do microprocessador que tem 32KB. A memória flash, é uma memória volátil, ou seja, os dados gravados podem muito bem ser substituídos. O microprocessador então processa os programas.

O arduino Uno possui 14 portas digitais e 6 portas analógicas. Essas 14 portas digitais podem funcionar como entrada ou saída digital. O pino digital tem dois estados que são: 0 que é sem tensão e 1 que é com tensão. Não há como saber o valor exato desta tensão. Já as 6 portas analógicas podem funcionar tanto como entradas analógicas como também entrada ou saída digital. Os pinos 3, 5, 6, 9, 10 e 11 são PWM, que significa saída analógica, muito usados para controlar velocidades de motores. O pino analógico tem vários estados que dependem do valor exato da tensão. Os pinos 0 e 1, são os pinos da porta serial, o 0 RX é usado para receber dados, já o 1 TX, para transmitir dados.

Existem placas de circuito impresso que são conectados no arduino Uno, para aumentar sua funções. Essas placas são chamadas de Shields que significa escudos. Em comparação com o computador de hoje em dia, um Shield seria uma impressora. O Arduino Motor Shield como mostra a Figura 7, é um shield que serve para controlar motores.

Figura 7 – Arduino Motor Shield.

Figura 7 – Arduino Motor Shield.

4. Programação (histórico)

            O surgimento da programação vem de muito tempo atrás. As pessoas fazem suas atividades de acordo com uma programação. A programação de computador, são os programas que o computador executa. Os programas são instruções em uma linguagem que o computador entenda. Essas instruções são feitas primeiro em português, que é o algoritmo, para depois ser escrito em uma linguagem de programação. Um exemplo de algoritmo pode ser visto abaixo:

função setup(){

pino 13 -> saída

}

função loop(){

pino 13 -> ligado

espera 1 segundo

pino 13 -> desligado

espera 1 segundo

}

continue lendo…

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