Aula 01 - Sistemas Embarcados - O1 - T1

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Thiago Mayrink
Automação Industrial 
Sistemas Embarcados
thiago.mayrink@aiscer com.br
Belo Horizonte, Minas Gerais
21 de setembro de 2021
Sistemas Embarcados - SE
Experiência Acadêmica
Técnico em Eletrônica
Engenheiro de Telecomunicações
Gerenciamento de Projetos
Contato
thiago.mayrink@aiscer.com.br
(31) 98474-9537
https://www.linkedin.com/in/thiagomayrink/
Professor: Thiago Mayrink
Experiência Profissional
Sistemas Embarcados - SE
Apresentação dos Alunos
• Meu nome
• Minha experiência
• Expectativa
Sistemas Embarcados - SE
1. Introdução Sistemas Embarcados
2. Arquitetura do microcontrolador
3. Unidade de controle, memória, entrada e saída
4. Programação em C
5. Dispositivos periféricos, interrupção, acesso direto à memória 
6. Barramentos padrões
7. Ferramentas para análise, desenvolvimento e depuração
8. Microcontroladores comerciais
Ementa
Sistemas Embarcados - SE
9. Tipos de Microcontroladores
10.Comunicação de dados
11.Linguagens e metodologias de programação
12.Aplicações em processos Industriais 
13.Desenvolvimento de firmware
Ementa
Sistemas Embarcados - SE
1. Sistemas Embarcados
2. Arquitetura do microcontrolador
3. Unidade de controle, memória, entrada e saída
4. Programação em C
5. Dispositivos periféricos, interrupção, acesso direto à memória 
6. Barramentos padrões
7. Ferramentas para análise, desenvolvimento e depuração
8. Microcontroladores comerciais
Aula 01
Sistemas Embarcados - SE
Sistemas Embarcados
Sistemas 
Embarcados
Sistemas Embarcados - SE
O que são sistemas embarcados
Computador para fins especiais, feito sob medida para servir 
a um propósito específico 
Sistemas Embarcados - SE
Computador para fins especiais
Computador de 
uso geral?
Sistemas Embarcados - SE
Computador de uso geral
Computador que usamos todo dia
Tem mais de um propósito específico...
Como jogos, música, fotos, fimes, etc
Sistemas Embarcados - SE
Computador para fins especiais
Eles são feitos sob medida para servir a uma função 
específica
Propósito: 
Fazer 
cálculos
Sistemas Embarcados - SE
Geral vs Especial
vs
Computadores de uso geral
* às vezes são exagerados
* são mais caros
* não podem fazer tudo
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Classificação de Sistemas Embarcados
Sistemas 
Embarcados
Sistemas 
Embarcados
SubsistemasSubsistemas AutônomosAutônomos Em redeEm rede
Sistemas Embarcados - SE
Subsistemas Embarcados
Embarcados significa estar dentro de algo maior
Parte de um sistema amplo
* Inúteis quando usados de forma
independente
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Sistemas Autônomo
Podem exercer suas funções independentemente
* componentes e técnicas usados para 
construí-los pertencem à mesma classe que a 
"classe de subsistemas de sistemas 
embarcados e, portanto, também são vistos 
como sistemas embarcados"
Sistemas Embarcados - SE
Sistemas em rede
grupo de dispositivos eletrônicos fisicamente separados que 
desempenham uma função coletiva
* Existe uma subclasse dessa classe
Internet of Things (IoT)
Sistemas Embarcados - SE
Aplicações
Sistemas 
Embarcados
Equipamentos 
Manufatura
Aplicações 
Domésticas
Equipamentos 
Audio-Visual
Carros e 
Veículos
Video Games
Medicina
Telecom
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Microcontrolador
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Definição
Um microcontrolador é um sistema computacional completo, 
integrados e encapsulados em um mesmo componente (chip)
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Vantagens
Baixo consumo de energia
Facilidade de programação
Sistema compacto (“all in one”)
Praticidade para reposição
Custos baixos de projeto e construção
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Arquitetura Básica de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
PWM
Clock
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Interfaces de 
Comunicação
Microcontrolador
Sistemas Embarcados - SE
Arquitetura de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
PWM
Clock
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Interface de 
Comunicação
Microcontrolador
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Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
Sistemas Embarcados - SE
Unidade Central de Processamento
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Arquitetura Harvard
A arquitetura Harvard tem esse nome pois tem suas raízes no computador 
Harvard Mark I. 
Principal característica: possui memórias separadas para armazenamento de 
dados e instruções. É possível acessar a memória de programa e a memória de 
dados simultaneamente. 
Geralmente a memória de programa (instruções) é somente leitura e a memória 
de dados é leitura/escrita. 
Não é possível que o conteúdo de um programa seja modificado pelo 
programa em si.
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Arquitetura Harvard
Memória de 
Programa
CPU
Memória de 
Dados
Endereços
Endereços
Dados e Instrução
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Arquitetura Von Neumann
A arquitetura von Neumann batizada a partir do matemático e cientista da 
computação John von Neumann. 
As máquinas com arquitetura von Neumann possuem um único sistema de 
armazenamento compartilhado para armazenar dados e as instruções a serem 
executadas. 
O intuito dessa arquitetura, foi permitir com que os programas pudessem ser 
facilmente modificados por si próprios, pois ficam armazenados na memória 
que é leitura/escrita.
Sistemas Embarcados - SE
Arquitetura Von Neumann
CPU
Memória de 
Dados + 
Programa
Instruções e Dados
Endereços
Sistemas Embarcados - SE
Comparativo: Harvard vs Von Neuman
Arquitetura von Neumann Arquitetura Harvard
É utilizada em processadores 
convencionais encontrados em 
computadores pessoais e servidores, e 
em alguns sistemas embarcados.
É utilizada em microcontroladores e 
DSPs encontrados em sistemas 
embarcados e sistemas de comunicação 
móveis
Os Dados e programas são armazenados 
na mesma memória
Os dados e programas são armazenados 
em memórias separadas
O código é executado de forma serial e 
demora mais ciclos de clock O código é executado de forma paralela
Os programas, geralmente, podem ser 
otimizados para diminuir de tamanho
Os programas tendem a ser maiores de 
acordo com com a complexidade
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Microcontroladores e Microprocessadores 
Microcontrolador é um único circuito integrado que reúne um núcleo de 
processador, memórias não voláteis e voláteis, diversos periféricos de entrada e 
de saída de dados além de contadores e clock. Ou seja, ele nada mais é do que 
um computador muito pequeno capaz de realizar determinadas tarefas de 
maneira eficaz e sob um tamanho altamente compacto.
Microprocessador, contém apenas um processador de tamanho bastante 
pequeno no circuito integrado. Dessa forma, ele não dispõe de contadores, 
conversores e memórias variadas, conhecidos como periféricos. Sendo assim, 
ele é capaz de executar apenas funções lógicas e aritméticas definidas pelo 
programa.
Sistemas Embarcados - SE
Arquitetura de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
PWM
Temporizador
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Comunicação 
Serial
Microcontrolador
Sistemas Embarcados - SE
Memórias
Podemos pensar na memoria como sendo uma lista de endereços 
com códigos postais, onde o conteudo de cada um desses códigos 
postais (endereço) é um valor fixo de 8 bits (para CPU de 8 bits)
Se um sistema computacional tem n linhas (bits) de endereços, ele 
pode endereçar 2n posições de memoria (p.ex.: um sistema com 14 
linhas pode acessar 214 = 16.384 endereços). 
Nos próximos slides veremos os diversos tipos de memória
Sistemas Embarcados - SE
Memória de Acesso Aleatório
Memória de acesso aleatório,RAM (Random Access Memory). 
Pode ser lida ou escrita pela execução de instruções da CPU e, normalmente são 
utilizada para manipulação de dados pela CPU. 
O conteúdo é perdido na ausência de energia (memória volátil).
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Memória Apenas de Leitura
Uma memória apenas de leitura, da sigla ROM (Read Only Memory) – Memoria apenas 
de leitura, é uma memória que pode ser lida, porém não é alterável. 
O conteúdo deve ser determinado antes que o circuito integrado seja fabricado.
Como a memória não é volátil, o conteúdo e mantido na ausência de energia.
Utilizada para firmwares de sistemas que não necessitam de alterações. Como por 
exemplo a calculadora
Sistemas Embarcados - SE
Memória ROM Programável
Uma memória ROM programável, da sigla PROM (Programable Read Only Memory) –
Memória de leitura programável, é uma memória que pode ser lida, pode ser gravada 
uma única vez, porém, seus dados não podem ser alterados.
A diferença aqui, é que o usuário pode gravar seu programa na PROM.
Como a memória não é volátil, o conteúdo também é mantido na ausência de energia.
Normalmente a gravação é feita através da queima de elos fusíveis que determinam 
se a posição de memória conterá “um” ou “zero”.
Utilizada para firmwares de sistemas que ainda estão em desenvolvimento antes de 
produções em larga escala
Sistemas Embarcados - SE
Memória ROM Programável e Apagável
Temos diversos tipos de memória que são programáveis e apagáveis conforme abaixo:
• EPROM (Erasable and Programmable Read-Only Memory) – Memória ROM 
programável e apagável
• EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory) – Memória 
ROM programável e apagável eletricamente.
• FLASH – Memória funcionalmente semelhante a EEPROM, porém com ciclos de 
escrita bem mais rápidos.
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Arquitetura de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
PWM
Temporizador e 
Contadores
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Comunicação 
Serial
Microcontrolador
Sistemas Embarcados - SE
PWM
Modulação por largura de Pulso - PWM (Pulse Width Modulation) 
Técnica de modulação responsável por fazer pulsar rapidamente um sinal digital em 
um condutor. 
Comumente aplicada no controle de potência em motores elétricos, aquecedores, 
fontes chaveadas, LEDs ou luzes em diferentes intensidades ou frequências.
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Arquitetura de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
Clock
Temporizador e 
Contadores
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Comunicação 
Serial
Microcontrolador
Sistemas Embarcados - SE
Reset
Função específica do microcontrolador para fazer com que o processador retorne a primeira 
instrução do programa
Essa função não apaga os dados do seu microcontrolador e ele é ativado no nível 0
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Arquitetura de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
Clock
Temporizador e 
Contadores
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Conversores 
AD
Microcontrolador
Sistemas Embarcados - SE
Entradas
Os dispositivos de entrada fornecem informação do mundo externo para a CPU processar
A maioria das entradas que os microcontroladores processam são sinais de entrada digitais, e 
utilizam níveis de tensão compatíveis com a fonte escolhida pelo responsável pelo projeto. 
O sinal de 0V (GND ou VSS) indica o nível lógico 0 e o sinal de fonte positiva, que tipicamente 
são de +5VDC (VDD) indica o nível lógico 1. Alguns microcontroladores 
(atualmente os microcontroladores começaram a reduzir a tensão de VDD para valores na
faixa dos 3,3V).
Também são utilizado como entradas, sinais analógicos. Os sinais analógicos variam sua tensão, 
dependendo de cada aplicação deverá ser utilizado um conversor analógico digital, para 
converter os sinais em 0 e 1.
Sistemas Embarcados - SE
Saídas
Dispositivos de saída são usados para atuar ou informar o mundo 
exterior através do processamento de informações realizados pela CPU.
Utilização de saídas em nível lógico 0 e 1, geralmente necessitam de 
circuitos específicos para levar informação ao mundo exterior
Sistemas Embarcados - SE
Arquitetura de um Microcontrolador
CPU
Entrada e SaídaConversores 
AD
Clock
Temporizador e 
Contadores
Memória
Programa
Memória
De Dados
Reset
Interface Serial
Microcontrolador
Sistemas Embarcados - SE
Comunicação Serial
Diversas tecnologias de interligação serial entre dispositivos foram 
desenvolvidas, podendo ser separadas em duas grandes categorias, a 
comunicação síncrona e a comunicação assíncrona. Dentre os métodos 
de comunicações mais conhecidos, destacam-se três:
• UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter;
• SPI: Serial Peripheral Interface;
• I2C: Inter Integrated Circuit.
Sistemas Embarcados - SE
Comunicação Serial
Tecnologia Barramento de comunicação Taxa máxima Fluxo de dados
UART (RS232) 2 (sem controle de fluxo) 115.200 bps Half ou Full Duplex
SPI 3 + nº de Slaves 2 Mbps Full Duplex
I2C 2 (até 127 dispositivos) 400 Kbps Half Duplex
Sistemas Embarcados - SE
Diagrama em Blocos
Sistemas Embarcados - SE
Pinagem de um MCU
Sistemas Embarcados - SE
1. Slide Introdução Sistemas Embarcados
2. Arquitetura do microcontrolador
3. Unidade de controle, memória, entrada e saída
4. Programação em C
5. Dispositivos periféricos, interrupção, acesso direto à memória 
6. Barramentos padrões
7. Ferramentas para análise, desenvolvimento e depuração
8. Microcontroladores comerciais
Ementa
Sistemas Embarcados - SE
Próximo Encontro
1. Os microcontroladores não possuem um sistema operacional
2. Os programas rodam diretamente no chip (bare metal).
3. O software que roda no microcontrolador é chamado de 
Firmware.
4. Na maioria dos desenvolvimentos, o software é programado em 
linguagens C ou Assembly existem outras linguagens para 
programar os MCUs.
5. A programação é feita como o uso de ferramentas instaladas em 
um PC (IDE)