Avaliação de Protocolos de Comunicação

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Iniciado em quarta-feira, 17 abr. 2024, 13:57
Estado Finalizada
Concluída em quarta-feira, 17 abr. 2024, 14:03
Tempo
empregado
5 minutos 23 segundos
Avaliar 10,00 de um máximo de 10,00(100%)
Questão 1
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre a terminologia, a siga RX se refere a:
a. Significa que esse pino é o GND
b. É o termo usado para representar o pino transmissor de uma comunicação serial
c. Determina o nível lógico do que um bit pode assumir
d. É o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial
e. Significa que esse pino é VCC
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: É o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial
Questão 2
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Considerando o sentido de transmissão de mensagens, um radioamador é um exemplo de transmissão ..
a. Simplex
b. Full-Duplex
c. Half-duplex
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Half-duplex
Questão 3
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre o nível lógico: São os estados que um bit pode assumir, nível alto (2) ou nível baixo (1). Os níveis lógicos são interpretados pelos
protocolos baseados nas tensões que recebe. Por exemplo, o protocolo TTL considera de 110V a 220V nível lógico alto (bit 2) e de 0V a
110V nível lógico baixo (bit 1).
A Afirmativa anterior é :
Verdadeiro
Falso 
A resposta correta é 'Falso'.
Questão 4
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza os pinos MISO e MOSI para comunicação entre os diversos dispositivos. É uma característica do do protocolo:
a. SPI
b. 1Wire
c. I2C
d. RS232
e. UART
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: SPI
Questão 5
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
É o método de comunicação que depende de um sinal de "clock", ou seja, cada bit ou conjunto de bits enviado depende de um pulso
do clock, tendo como principal vantagem sua velocidade de transmissão de dados, em contrapartida é necessário um fio extra para
o clock. A definição anterior se refere a qual método utilizado para comunicação?
a. Assíncrono
b. UDP
c. Síncrono
d. TCP
Sua resposta está correta.
 
A resposta correta é: Síncrono
Questão 6
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza apenas 1 pino para a comunicação, cada dispositivo tem um endereço único. É uma característica do do protocolo:
a. UART
b. RS232
c. SPI
d. I2C
e. 1Wire
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: 1Wire
Questão 7
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Protocolos são utilizados em muitas áreas tecnológicas, pois possibilitam o transporte de informação entre dispositivos, estabelecendo
regras e convenções que regem o funcionamento de diferentes comunicações. A afirmativa anterior é:
Verdadeiro 
Falso
A resposta correta é 'Verdadeiro'.
Questão 8
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Qual dos protocolos abaixo possui maior taxa de comunicação?
a. SPI
b. I2C
c. USB
d. 1Wire
e. RS232
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: USB
Questão 9
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Considerando o sentido de transmissão de mensagens, o telefone é um exemplo de transmissão ..
a. Simplex
b. Full-Duplex
c. Half-duplex
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Full-Duplex
Questão 10
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza os pinos SDA e SCL para comunicação entre os diversos dispositivos. É uma característica do do protocolo:
a. RS232
b. SPI
c. I2C
d. UART
e. 1Wire
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: I2C
Avaliar 10,00 de um máximo de 10,00(100%)
Questão 1
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre o nível lógico: São os estados que um bit pode assumir, nível alto (2) ou nível baixo (1). Os níveis lógicos são interpretados pelos
protocolos baseados nas tensões que recebe. Por exemplo, o protocolo TTL considera de 110V a 220V nível lógico alto (bit 2) e de 0V a
110V nível lógico baixo (bit 1).
A Afirmativa anterior é :
Verdadeiro
Falso 
A resposta correta é 'Falso'.
Questão 2
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Considerando o sentido de transmissão de mensagens, o telefone é um exemplo de transmissão ..
a. Simplex
b. Half-duplex
c. Full-Duplex
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Full-Duplex
Questão 3
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Protocolos são utilizados em muitas áreas tecnológicas, pois possibilitam o transporte de informação entre dispositivos, estabelecendo
regras e convenções que regem o funcionamento de diferentes comunicações. A afirmativa anterior é:
Verdadeiro 
Falso
A resposta correta é 'Verdadeiro'.
Questão 4
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Considerando o sentido de transmissão de mensagens, um radioamador é um exemplo de transmissão ..
a. Full-Duplex
b. Simplex
c. Half-duplex
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Half-duplex
Questão 5
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Qual dos protocolos abaixo possui maior taxa de comunicação?
a. USB
b. I2C
c. SPI
d. RS232
e. 1Wire
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: USB
Questão 6
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza apenas 1 pino para a comunicação, cada dispositivo tem um endereço único. É uma característica do do protocolo:
a. 1Wire
b. UART
c. I2C
d. RS232
e. SPI
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: 1Wire
Questão 7
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza os pinos MISO e MOSI para comunicação entre os diversos dispositivos. É uma característica do do protocolo:
a. 1Wire
b. UART
c. RS232
d. I2C
e. SPI
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: SPI
Questão 8
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza os pinos SDA e SCL para comunicação entre os diversos dispositivos. É uma característica do do protocolo:
a. RS232
b. 1Wire
c. UART
d. I2C
e. SPI
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: I2C
Questão 9
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre a terminologia, a siga RX se refere a:
a. Significa que esse pino é VCC
b. É o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial
c. Significa que esse pino é o GND
d. Determina o nível lógico do que um bit pode assumir
e. É o termo usado para representar o pino transmissor de uma comunicação serial
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: É o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial
Questão 10
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
É o método de comunicação que depende de um sinal de "clock", ou seja, cada bit ou conjunto de bits enviado depende de um pulso
do clock, tendo como principal vantagem sua velocidade de transmissão de dados, em contrapartida é necessário um fio extra para
o clock. A definição anterior se refere a qual método utilizado para comunicação?
a. UDP
b. Assíncrono
c. Síncrono
d. TCP
Sua resposta está correta.
 
A resposta correta é: Síncrono
Iniciado em quarta-feira, 17 abr. 2024, 13:55
Estado Finalizada
Concluída em quarta-feira, 17 abr. 2024, 14:10
Tempo
empregado
14 minutos 58 segundos
Avaliar 10,00 de um máximo de 10,00(100%)
Questão 1
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre a terminologia, a siga RX se refere a:
a. É o termo usado para representar o pino transmissor de uma comunicação serial
b. Significa que esse pino é VCC
c. Significa que esse pino é o GND
d. Determina o nível lógico do que um bit pode assumir
e. É o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: É o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial
Questão 2
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Protocolos são utilizados em muitas áreas tecnológicas, pois possibilitam o transporte de informação entre dispositivos, estabelecendo
regras e convenções que regem o funcionamento de diferentes comunicações. A afirmativa anterior é:
Verdadeiro 
Falso
A resposta correta é 'Verdadeiro'.
Questão 3
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
A imagem abaixo representa qual arquitetura?
a. Arquitetura Von Neuman
b. Arquitetura Harvard
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Arquitetura Harvard
Questão 4
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Complete a lacuna:
_______________________________são dispositivos essenciais na IoT que convertem dados ou comandos provenientes de sistemas digitais
em ações físicas no mundo real
a. Sensores
b. Controladores
c. Atuadores
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Atuadores
Questão 5
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Considerando o sentido de transmissão de mensagens, um radioamador é um exemplo de transmissão ..
a. Full-Duplex
b. Simplex
c. Half-duplex
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Half-duplex
Questão 6
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Complete a lacuna:
_____________________ são os elementos que fornecem informações sobre o processo, correspondendo às entradas do sistema de
controle. Eles podem indicar variáveis físicas, como pressão e temperatura, ou simples estados, como uma chave de fim de curso
posicionada na porta de um microondas para impedir que seja ligado com a porta aberta.
a. Atuadores
b. Sensores
c. Controladores
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Sensores
Questão 7
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza apenas 1 pino para a comunicação, cada dispositivo tem um endereço único. É uma característica do do protocolo:
a. UART
b. SPI
c. I2C
d. RS232
e. 1Wire
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: 1Wire
Questão 8
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre as gerações de robôs, a qual pertence a seguinte afirmação:
São robôs dotados com sensores internos e externos para que percebam o ambiente; possuem atuadores pneumáticos, hidráulicos ou
elétricos. Exemplo: manipuladores.
a. Segunda geração
b. Terceira geração
c. Primeira geração
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: Segunda geração
Questão 9
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Utiliza os pinos MISO e MOSI para comunicação entre os diversos dispositivos. É uma característica do do protocolo:
a. RS232
b. SPI
c. I2C
d. 1Wire
e. UART
Sua resposta está correta.
A resposta correta é: SPI
Questão 10
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Sobre o nível lógico: São os estados que um bit pode assumir, nível alto (2) ou nível baixo (1). Os níveis lógicos são interpretados pelos
protocolos baseados nas tensões que recebe. Por exemplo, o protocolo TTL considera de 110V a 220V nível lógico alto (bit 2) e de 0V a
110V nível lógico baixo (bit 1).
A Afirmativa anterior é :
Verdadeiro
Falso 
A resposta correta é 'Falso'.
Aula 1 – Fundamentos de automação
1.1 Considerações iniciais
Nesta aula, a origem da automação industrial e uma série histórica de fatos científicos e
tecnológicos que contribuíram para o atual nível de desenvolvimento da automação
industrial são apresentadas. Complementando a aula, são apresentadas as classificações
relacionadas à automação industrial, alguns mecanismos de acionamentos e
movimentação, conceitos básicos e terminologias utilizadas em automação e, por fim, a
robótica.
Inicialmente, convém salientar que automação é diferente de mecanização. Enquanto a
mecanização está baseada na utilização de máquinas para executar determinada tarefa em
substituição do esforço físico, a automação possibilita fazer uma tarefa por meio de
máquinas que são controladas automaticamente.
Assim, uma definição simples para a automação é a de um sistema de controle pelo qual os
mecanismos verificam a sua própria operação, efetuando medições e introduzindo
correções, sem a necessidade da intervenção do homem.
1.2 Histórico
A evolução da automação industrial remete a longos períodos de tempo na história. Desde
a pré-história o homem vem desenvolvendo mecanismos e invenções com o intuito de
reduzir o esforço físico e auxiliar na realização de atividades. Como exemplo, podem-se
citar a roda para movimentação de cargas e os moinhos movidos por vento ou força animal.
● Entretanto, a automação industrial começou a conquistar destaque na sociedade no
século XVIII, com o início da Revolução Industrial, originada na Inglaterra. Devido a
uma evolução no modo de produção, o homem passou a produzir mercadorias em
maior escala. Com o objetivo de aumentar a produtividade, diversas inovações
tecnológicas foram desenvolvidas no período:
● Máquinas modernas, capazes de produzir com maior precisão e rapidez quando
comparadas ao trabalho manual.
● Novas fontes energéticas, como o vapor, aplicado a máquinas para substituir a
energia hidráulica e/ou muscular.
O primeiro controlador automático com realimentação usado em um processo industrial é
geralmente aceito como o regulador de esferas de James Watt ( Teste regulador de Watt.
), desenvolvido em 1769 para controlar a velocidade de um motor a vapor.
O dispositivo mostrado na Figura 1.1 mede a velocidade do eixo de saída e utiliza o
movimento das esferas para controlar a quantidade de vapor que entra no motor através de
uma válvula. O eixo de saída do motor a vapor é conectado por meio de ligações mecânicas
e engrenagens cônicas ao eixo do regulador. À medida que a velocidade do eixo de saída
do motor a vapor aumenta, os pesos esféricos se elevam e, através de ligações mecânicas,
a válvula de vapor se fecha, como mostra a Figura 1.2, e o motor desacelera. O processo
inverso ocorre quando a velocidade do eixo de saída do motor a vapor diminui.
https://www.youtube.com/watch?v=A5l4fQa6kmw
Figura 1.1: Regulador de fluxo de vapor de Watt
Fonte: CTISM
Figura 1.2: Mecanismo de regulagem do fluxo de vapor
Fonte: CTISM
A partir do século XIX, a energia elétrica passou a ser utilizada e a estimular indústrias
como a do aço e a química. Novos processos de produção de aço, que aumentam a sua
resistência e permitem a sua produção em escala industrial, foram criados. O setor de
comunicações passou por avanços significativos com as invenções do telégrafo e do
telefone. O setor de transportes também progrediu com a expansão das estradas de ferro,
locomotivas a vapor e o crescimento da indústria naval. Outra importante invenção, o motor
à explosão, também ocorreu neste período.
No século XX, computadores, servomecanismos e controladores programáveis passaram a
fazer parte da automação. Para chegar aos computadores que usamos atualmente,
diversos avanços foram sendo praticados ao longo do tempo, desde o uso de ábacos pelos
babilônios, passando pela régua de cálculo (século XVII) e pelos cartões perfurados (século
XIX). Durante este período, George Boole desenvolveu a álgebra booleana, que apresenta
os princípios binários, os quais são aplicados nas operações internas de computadores. Os
computadores constituem a base de toda a tecnologia da automação contemporânea e
exemplos de sua aplicação estão presentes em praticamente todas as áreas do
conhecimento.
1.3 Processos industriais e variáveis de processo
Basicamente, a automação industrial pode ser dividida em duas modalidades quanto aos
tipos de processos: processos da manufatura e processos contínuos. Os processos da
manufatura são aqueles em que há grande movimentação mecânica de partes. O exemplo
mais clássico é a indústria automobilística. Na linha de montagem, há robôs soldadores,
esteiras transportadoras e outros sistemas, como mostra a Figura 1.3. Nos processos da
manufatura, as grandezas mais comuns são força, velocidade e deslocamento.
Figura 1.3: Robôs usados na indústria automobilística Fonte:
http://3.bp.blogspot.com/-c-v4bil5sBQ/Tyqw5929-tI/AAAAAAAAHuY/QFDYB7SDTL0/s1600/
118_1_IF.jpg
Ao contrário dos processos da manufatura, os processos contínuos são caracterizados pela
pouca movimentação mecânica de partes. Uma estação de tratamento de água, mostrada
na Figura 1.4, é um exemplo. As grandezas mais comuns nos processos contínuos são
temperatura, vazão e pressão
Figura 1.4: Estação de tratamento de água
Fonte:
http://meioambiente.culturamix.com/blog/wp-content/gallery/4_84/tratamento-terciario-1.png
Há muitas fábricas em que ambos os processos devem funcionar conjuntamente, por
exemplo, a indústria de bebidas, na qual há processos contínuos na produção do líquido e
da manufatura no seu envasamento e transporte.
Outra classificação aceita para os sistemas automatizados de produção está relacionada aograu de flexibilidade, sendo definidos três tipos básicos: automação rígida, programável e
flexível. A posição relativa dos três tipos de automação para os diferentes volumes e
variedades dos produtos é mostrada na Figura 1.5.
Figura 1.5: Tipos de automação relativos ao volume de produção e variedade do produto
Fonte: CTISM
Automação rígida – está baseada em uma linha de produção projetada para a fabricação
de um produto específico. Apresenta altas taxas de produção e inflexibilidade do
equipamento na acomodação da variedade de produção.
Automação programável – o equipamento de produção é projetado com a capacidade de
modificar a sequência de operações de modo a acomodar diferentes configurações de
produtos, sendo controlado por um programa que é interpretado pelo sistema. Diferentes
programas podem ser utilizados para fabricar novos produtos. Esse tipo de automação é
utilizado quando o volume de produção de cada item é baixo.
Automação flexível – reúne algumas das características da automação rígida e outras da
automação programável. O equipamento deve ser programado para produzir uma variedade
de produtos com algumas características ou configurações diferentes, mas a variedade
dessas características é normalmente mais limitada que aquela permitida pela automação
programável.
Algumas razões que justificam a automação da produção e da manufatura são as
seguintes: aumento da produtividade, redução dos custos do trabalho, minimização dos
efeitos da falta de mão de obra qualificada, redução ou eliminação das atividades manuais
rotineiras, aumento da segurança do trabalhador, melhoria na uniformidade do produto,
realização de processos que não podem ser executados manualmente.
Na automação industrial, diversos mecanismos de acionamento e movimentação podem ser
empregados. Alguns exemplos destes elementos são os elétricos (motores, válvulas
solenoides, eletroválvulas), hidráulicos (válvulas e cilindros hidráulicos), pneumáticos
(válvulas e cilindros pneumáticos) e mecânicos (polias, engrenagens e correias). Os
acionamentos elétricos dependem do fornecimento de níveis de tensão e corrente
adequados para produzir trabalho.
1.4 Conceitos básicos e terminologia
Nesta seção, alguns conceitos básicos e termos utilizados frequentemente em automação
industrial são apresentados, com o intuito de auxiliar no entendimento das aulas seguintes.
● Processo – conjunto de atividades ou passos que objetivam atingir uma meta.
Utilizado para criar, inventar, projetar, transformar, produzir, controlar, manter e usar
produtos ou sistemas. Processo automatizado – processo através do qual os
mecanismos verificam seu próprio funcionamento, efetuando medições e
introduzindo correções, sem necessidade de interferência do homem.
● Variável de processo – qualquer grandeza ou condição de um processo que é
passível de variação. Em controle de processos também é chamada de variável
controlada.
● Controle de processos – técnica de manter variáveis de um processo (como
temperatura e pressão) em valores predeterminados a partir de um procedimento
que calcula correções proporcionais a uma ou mais variáveis que são medidas em
tempo real por um determinado equipamento.
● Sensor – elemento que está conectado à variável de processo e mede suas
alterações. São dispositivos que causam alguma mudança nas suas propriedades
de acordo com mudanças nas condições do processo.
● Atuador – elemento que atua para alterar fisicamente uma variável manipulada.
Pode ser uma válvula utilizada para restringir a passagem de um fluido, bombas
para regular o fluxo, entre outros.
● Controlador Lógico Programável (CLP) – aparelho eletrônico digital que pode ser
programado através de uma linguagem de programação de maneira a executar
funções aritméticas, lógicas, de temporização, de contagem, entre outras. Possui
entradas para aquisição de dados e saídas para acionar diversos tipos de
dispositivos ou processos.
● Programas – também chamados de softwares, são conjuntos de instruções lógicas,
sequencialmente organizadas, as quais indicam ao controlador ou ao computador as
ações a serem executadas.
1.5 E a robótica?
O termo robot nasceu da palavra tcheca robotnik, que significa trabalho forçado, e apareceu
pela primeira vez na peça de teatro RUR – Robôs universais de Rossum, do escritor e
teatrólogo tcheco Karel Capek, por volta de 1921. Décadas atrás, os robôs faziam parte
apenas da ficção científica e eram fruto da imaginação do homem. Existem registros de
várias animações mecânicas, como o leão animado de Leonardo da Vinci (
) e suas máquinas que tentavamExposição do Leão Autômato criado por Da Vinci
reproduzir o voo das aves.
Mas foi George Devol, pai da robótica industrial, que, com a construção de robôs no século
XX, aumentou a produtividade e melhorou a qualidade dos produtos. Os robôs dos anos
1960 eram destinados a executar tarefas que o ser humano não podia realizar, pois
https://www.youtube.com/watch?v=Hiy5rYlb8fQ
envolviam ambientes de trabalho com altos níveis de calor, ruído, gases tóxicos, esforço
físico extremo, trabalhos monótonos.
O campo da robótica pode ser entendido como uma subcategoria da automação. É
conhecido por tratar de agentes de software (ou robôs de software) com Inteligência
Artificial e habilidades de Machine Learning, que podem usar um software de computador
como um humano poderia.
1.6 Gerações de robôs
Os robôs também podem ter uma classificação cronológica. Com o avanço da tecnologia
permitindo o desenvolvimento de várias estruturas, apareceu a necessidade de classificar
os robôs de acordo com a época de sua criação, situando-os no tempo.
● Primeira geração – Os robôs são dotados apenas de sensores, operam em um
ambiente estruturado e possuem sequência de operação fixa, o que permite que
executem sempre a mesma tarefa. Exemplo: “braços” para coleta de amostras
submarinas.
● Segunda geração – São robôs dotados com sensores internos e externos para que
percebam o ambiente; possuem atuadores pneumáticos, hidráulicos ou elétricos.
Exemplo: manipuladores.
● Terceira geração – Os robôs fazem uso intensivo de sensores, de algoritmos de
percepção e de controle inteligente. O robô de terceira geração comunica-se com
outras máquinas, toma decisões autônomas diante de situações não previstas e
atua em ambiente não completamente estruturado. Exemplo: robôs utilizados em
missões espaciais, ou exploradores
Este material foi adaptado de
Roggia, Leandro Automação industrial / Leandro Roggia, Rodrigo Cardozo Fuentes. – Santa
Maria : Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria,
Rede e-Tec Brasil, 2016. 102 p. : il. ; 28 cm ISBN: 978-85-9450-001-4
Vianna, Maria Leonor Reis Mecânica: automação / Maria Leonor Reis Vianna (autora);
Edvaldo Angelo, Gabriel Angelo (coautores); Evaldo Silva, Mauro Gomes da Silva
(revisores); Meire Satiko Fukusawa Yokota (coordenadora). -- São Paulo: Fundação Padre
Anchieta, 2011 (Coleção Técnica Interativa. Série Mecânica, v. 4)
Aula 2 – Microcontroladores
2.1 Origem dos microcontroladores
Um microcontrolador é, em última análise, um computador em um único chip (Figuras 2.1 e
2.2). Esse chip contém um processador (Unidade Lógica e Aritmética – ULA), memória,
periféricos de entrada e de saída, temporizadores, dispositivos de comunicação serial,
dentre outros.
Os microcontroladores surgiram como uma evolução natural dos circuitos digitais devido ao
aumento da complexidade dos mesmos. Chega um ponto em que é mais simples, mais
barato e mais compacto, substituir a lógica das portas digitais por um conjunto de
processador e software.
Figura 2.1: Microcontrolador PIC12F675
Fonte: Microchip Technology Inc., 2012
Figura 2.2: Microcontrolador INTEL 8051
O primeiro microcontrolador foi lançado pela empresa Intel em 1977 e recebeu a sigla
“8048”. Com a sua posterior evolução, deu origem à família “8051”. Esse chip é programado
em linguagem Assembly e possui um poderoso conjunto de instruções.
Por ser um dos precursores, é utilizado em muitas aplicações deautomação em diversas
áreas do mundo.
O microcontrolador possui internamente os seguintes dispositivos:
a) Uma CPU (Central Processor Unit ou Unidade de Processamento Central), cuja
finalidade é interpretar as instruções de programa.
b) Uma memória PROM (Programmable Read Only Memory ou Memória
Programável Somente de Leitura) na qual são gravadas as instruções do programa.
c) Uma memória RAM (Random Access Memory ou Memória de Acesso Aleatório)
utilizada para memorizar as variáveis utilizadas pelo programa.
d) Um conjunto de LINHAS de I/O para controlar dispositivos externos ou receber
impulsos de sensores, interruptores, etc.
e) Um conjunto de dispositivos auxiliares ao funcionamento, ou seja, gerador de
clock, contadores, USART para comunicação, etc.
A Figura 2.3 apresenta o diagrama de blocos de um microcontrolador, mostrando os
principais elementos descritos até aqui.
Figura 2.3: Diagrama de blocos PIC12F675
Fonte: Microchip Technology Inc., 2012
2.2 Arquiteturas Harvard e Von Neuman
Quando um sistema de processamento de dados (processadores e microcontroladores)
possui uma única área de memória na qual ficam armazenados os dados (variáveis) e o
programa a ser executado (software), dizemos que esse sistema segue a arquitetura de Von
Neuman (pronuncia-se “fon noiman”).
No caso em que os dados (variáveis) ficam armazenados em uma área de memória e o
programa a ser executado (software) fica armazenado em outra área de memória, dizemos
que esse sistema segue a arquitetura Harvard.
A máquina proposta por Von Neuman é composta pelos seguintes componentes (Figura
2.4):
a) Memória.
b) Unidade de controle.
c) Unidade Lógica e Aritmética (ULA).
d) Registradores.
e) Periféricos de entrada e saída.
 
 Figura 2.4: Arquitetura Von Neuman
 Fonte: autor
Conforme pode ser observado na Figura 2.4, não existe separação entre dados e programa,
uma vez que há uma única área de memória. Dessa forma, o processador deve executar
uma única ação por vez: ou acessa os dados ou executa uma instrução.
Na arquitetura Harvard (Figura 2.5) observamos dois barramentos distintos: um para
acessar a memória de dados e outro para acessar a memória de programas. Dessa forma,
o processador pode buscar e executar uma instrução ao mesmo tempo em que acessa a
memória de dados para ler ou para gravar algum valor. Veja a Figura 2.5;Devido à
separação entre dados e programa, um processador da arquitetura Harvard executará um
programa em menor tempo do que um processador da arquitetura Von Neuman de mesmo
clock.
Figura 2.5: Arquitetura Harvard
Fonte: Kerschbaumer, 2018
2.3 Hardware do microcontrolador
A utilização do microcontrolador depende das interconexões feitas por meio dos pinos
disponíveis. Para isso, é necessário conhecer as funções de cada pino. O termo utilizado
para organizar estas funções é chamado de PINOUT. A Figura 2.6 apresenta a pinagem do
PIC12F675.
Figura 2.6: Pinagem do PIC12F675
Fonte: Microchip Technology Inc., 2012
● O pino 1 é a entrada de alimentação positiva de +5 V.
● O pino 2 pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável)
geral (GP5), clock do timer 1 (T1CK), entrada1 do circuito externo de oscilador de
clock (OSC1) ou, ainda, entrada de sinal externo de clock.
● O pino 3 pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável)
geral (GP4), quarta entrada analógica (AN3), entrada2 do circuito externo de
oscilador de clock (OSC2) ou, ainda, saída de sinal externo de clock.
● O pino 4 pode assumir as seguintes configurações: entrada (configurável) geral
(GP3), master clear (baixo ativo) ou tensão de programação (VPP).
● O pino 5 pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável)
geral (GP2), terceira entrada analógica (AN2), clock do timer 0, interrupção externa
(INT) ou, ainda, saída do comparador interno (COUT).
● O pino 6 pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável)
geral (GP1), segunda entrada analógica (AN1), entrada inversora do comparador
interno (CIN-), tensão de referência do comparador interno (VREF) ou, ainda, clock
da programação in-circuit (ICSPCLK).
● O pino 7 pode assumir as seguintes configurações: entrada e saída (configurável)
geral (GP0), primeira entrada analógica (AN0), entrada não inversora do comparador
interno (CIN+) ou, ainda, dados da programação in-circuit (ICSPDAT).
● O pino 8 é o terra da alimentação.
2.3.1 Memória
O PIC12F675 possui dois tipos de memória: memória de programa com 1024
palavras (words) de 8 bits, e memória de dados, com 64 bytes de RAM estática e
128 bytes de EEPROM.
A memória de programa é onde fica armazenado o programa gravado no PIC e que
será executado tão logo o mesmo seja ligado na alimentação.
Na memória de dados, armazena-se as variáveis do programa, ou até 128 bytes de
dados na memória EEPROM, que serão mantidos mesmo que o circuito seja
desligado da alimentação.
Características que podemos citar sobre os microcontroladores são:
● Custo baixo: Devido a complexidade de produção, quando produzido em grandes
quantidades o valor fica na casa de centavos de real;
● Consumo de energia baixo: a estrutura interna enxuta e o clock baixo permitem uma
economia de energia considerável para a execução de tarefas.
● Fácil de programar e implementar, a programação pode ser realizada por meio de
interfaces que facilitam a produção. Além disso, a possibilidade de utilizar
linguagens de alto nível incrementa a produtividade.
● Compacto ( e all-in-one): a sua organização reduzida é pensada para oferecer todos
os recursos necessários para a sua utilização, sem a necessidade de módulos
extras.
● Expansível: a disponibilidade de pinos de interconexão possibilitam a ampliação da
sua aplicação, desde a aquisição de métricas até ações no meio em que se
encontra.
Este material contem partes retiradas de:
Microcontroladores / Édilus de Carvalho Castro Penido. Ronaldo Silva Trindade. – Ouro
Preto : Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais ; Santa Maria :
Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria ; Rede
e-Tec Brasil, 2013. 80 p. : il. ; 28 cm ISBN 978-85-86473-12-8
Ricardo Kerschbaumer - Microcontroladores - Engenharia de controle e Automação - IFC
Câmpus Luzerna. 2018
Aula 3 – Sensores
A automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja, à execução de ações
que não dependem da intervenção humana. Um dos objetivos principais da automação é
obter a melhora da produtividade e da qualidade dos processos considerados repetitivos.
Os sistemas automatizados podem ser aplicados em um simples equipamento ou em toda
uma indústria, como, por exemplo, um processo de manufatura ou um processo
petroquímico. Simplificadamente, um processo sob controle possui um diagrama bem
parecido com o que vemos na figura 3.1, em que temos, em lados opostos, os sensores e
os atuadores.
Figura 3.1 Fluxograma simplificado de um sistema de controle
Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o processo,
correspondendo às entradas do sistema de controle. Eles podem indicar variáveis físicas,
como pressão e temperatura, ou simples estados, como uma chave de fim de curso
posicionada na porta de um microondas para impedir que seja ligado com a porta aberta.
No processo, definimos como atuadores os dispositivos responsáveis pela realização de
trabalho. Há vários tipos de atuadores. Entre eles, podemos citar os magnéticos, os
hidráulicos, os pneumáticos, os elétricos, ou aqueles com acionamento misto.
O sistema de controle é responsável pela comparação do valor da variável controlada e o
valor desejado. O resultado dessa comparação é usado para calcular a ação corretiva
necessária e emitir o sinal de correção para o atuador. O sistema de controle tem uma
tarefa especial, que é a medição das variáveis envolvidas no processo, etapa fundamental
para o bom desempenho desse sistema. Medir uma variável equivale a adquirir dados e
comparar as quantidades envolvidas na grandeza associada a essa variávelcom a
quantidade padrão, estabelecida previamente. Dá-se o nome de instrumentação às técnicas
e dispositivos empregados na medição, tratamento e transmissão das variáveis do processo
na área industrial. Os instrumentos utilizados para realizar essas medições, denominados
sensores, são classificados de várias formas, como grandeza física que medem, a forma de
transmissão de dados, tempo de resposta, etc. A resposta de saída dos sensores pode ser
da mesma espécie ou de outra diferente, reproduzindo certas características do sinal de
entrada, com base em uma relação definida.
3.1 Características técnicas dos sensores na robótica
As características técnicas dos sensores na robótica variam dependendo do tipo de sensor
e da aplicação específica. No entanto, algumas características comuns que são importantes
ao considerar sensores na robótica incluem:
1. Faixa de medição: Define os limites máximo e mínimo dentro dos quais o sensor pode
operar com precisão. Por exemplo, um sensor de distância a laser pode ter uma faixa
(range) de medição de 0 a 10 metros.
2. Resolução: Refere-se à menor mudança detectável na quantidade medida pelo sensor.
Por exemplo, a resolução de um sensor de temperatura pode ser de 0,1 graus Celsius.
3. Precisão: Indica a proximidade das medições do sensor em relação ao valor verdadeiro
da quantidade medida. Por exemplo, um sensor de posição pode ter uma precisão de +/- 1
milímetro.
4. Tempo de resposta: O tempo que o sensor leva para detectar uma mudança no ambiente
e fornecer uma leitura correspondente. Por exemplo, um sensor de proximidade
ultrassônico pode ter um tempo de resposta de alguns milissegundos.
5. Taxa de amostragem: O número de leituras que o sensor pode fazer por segundo. Por
exemplo, um sensor de imagem pode ter uma taxa de amostragem de 30 quadros por
segundo.
6. Consumo de energia: A quantidade de energia elétrica necessária para operar o sensor.
Isso é especialmente importante em robótica móvel, onde a eficiência energética é crucial
para a duração da bateria.
7. Interface de comunicação: O método pelo qual o sensor se comunica com o sistema de
controle do robô. Isso pode ser feito por meio de interfaces como analógica (por exemplo,
saída de tensão ou corrente), digital (por exemplo, UART, SPI, I2C), sem fio (por exemplo,
Bluetooth, Wi-Fi) ou outros protocolos específicos.
8. Tamanho e peso: Importante em aplicações onde o espaço e o peso são limitados, como
em robótica aérea ou móvel.
9. Ambiente de operação: Alguns sensores são projetados para operar em ambientes
específicos, como alta temperatura, baixa pressão, ambientes úmidos, entre outros.
Essas são apenas algumas das características técnicas importantes dos sensores na
robótica. A seleção do sensor adequado para uma aplicação específica depende das
necessidades de desempenho, custo e ambientais do sistema robótico.
3.2 Tipos de sensores
As plataformas de automação utilizam uma variedade de sensores para perceber e interagir
com o ambiente ao seu redor. Abaixo estão alguns dos tipos comuns de sensores
encontrados em sistemas de automação:
As plataformas de automação podem incluir uma variedade de sensores para realizar
tarefas específicas de monitoramento, controle e interação com o ambiente. Abaixo,
mostramos detalhadamente alguns dos tipos comuns de sensores usados em plataformas
de automação:
1. Sensores de proximidade:
- Ultrassônico: Emite pulsos ultrassônicos e mede o tempo que leva para os pulsos
retornarem após atingirem um objeto. Útil para detecção de obstáculos e medição de
distâncias em robótica móvel.
- Infravermelho (IR): Detecta a presença de objetos com base na emissão ou reflexão de
radiação infravermelha. Pode ser usado para detecção de objetos próximos, como
interruptores ou objetos em movimento.
- Laser: Fornece medidas precisas de distância utilizando um feixe de luz laser. É
comumente usado em aplicações de mapeamento e localização em robótica autônoma.
2. Sensores de visão:
- Câmeras: Capturam imagens do ambiente e permitem a identificação de objetos,
navegação, reconhecimento de padrões, entre outras aplicações.
- Câmeras térmicas: Detectam o calor emitido pelos objetos para visualização em
condições de baixa visibilidade ou para identificação de variações de temperatura em
processos industriais.
- Câmeras 3D: Permitem a captura de informações tridimensionais do ambiente, úteis
para reconstrução de cenários, inspeção de objetos e navegação em ambientes complexos.
3. Sensores de movimento:
- Acelerômetros: Medem a aceleração linear do robô em diferentes eixos. São comumente
usados para detecção de colisões, orientação e controle de movimento.
- Giroscópios: Medem a velocidade angular ou a orientação do robô em relação a um eixo
específico. Auxiliam na estabilização e na determinação da orientação do robô.
- Encoders: Monitoram a rotação dos motores ou das rodas, fornecendo feedback preciso
de posição e velocidade. São essenciais para o controle de movimento preciso em robótica
industrial e móvel.
4. Sensores de toque e força:
- Sensores de pressão: Detectam a aplicação de força em uma superfície. Podem ser
usados para detecção de contato, detecção de pressão em superfícies sensíveis ao toque,
entre outros.
- Força/torque: Medem as forças e torques aplicados em uma determinada área. São
usados em aplicações de manipulação de objetos, como robótica industrial e cirúrgica.
5. Sensores ambientais:
- Sensores de temperatura e umidade: Monitoram as condições ambientais, úteis para
controle de ambiente em sistemas de climatização, agricultura, entre outros.
- Sensores de gás: Detectam a presença e concentração de gases no ambiente,
importante para monitoramento de segurança em ambientes industriais e residenciais.
Esses são apenas alguns exemplos dos tipos de sensores comumente utilizados em
plataformas de automação. A escolha dos sensores adequados depende das necessidades
específicas da aplicação e das capacidades desejadas do sistema automatizado.
O exemplo abaixo mostra as características do sensor ultrassônico HC-SR04
Figura 3.2 sensor ultrassônico HC-SR04
Descrição sobre o sensor: O sensor ultrassônico HC-SR04 é um dos sensores de
proximidade mais comumente utilizados em projetos de eletrônica e robótica, especialmente
em robótica móvel. Ele é projetado para medir a distância entre o sensor e um objeto
utilizando ondas sonoras ultrassônicas (mesmo princípio utilizado por morcegos e
golfinhos).
O HC-SR04 consiste em dois principais componentes: um transmissor ultrassônico (letra T
na figura 3.2) e um receptor ultrassônico (letra R na figura 3.2). O transmissor emite pulsos
de ultrassom em uma frequência específica, que são refletidos pelo objeto alvo de volta
para o sensor. O receptor detecta esses pulsos refletidos e mede o tempo que leva para
eles retornarem. Com base no tempo de ida e volta e na velocidade do som no ar, o sensor
pode calcular a distância até o objeto, conforme pode ser visto na figura 3.3.
Figura 3.3 - princípio de funcionamento do sensor ultrassônico HC-SR04
Principais características do HC-SR04 de acordo com o manual do fabricante (datasheet):
Faixa de medição: Geralmente, possui uma faixa de medição de 2 cm a 4 metros, embora
essa faixa possa variar dependendo das condições ambientais e da qualidade do sensor.
Precisão: Oferece uma precisão razoável para aplicações de hobby e projetos simples, mas
pode ser afetado por fatores como temperatura e umidade.
https://d229kd5ey79jzj.cloudfront.net/620/HCSR04.pdf
Interface de comunicação: Geralmente, utiliza apenas dois pinos para comunicação com o
microcontrolador: um para enviar o sinal de pulso ultrassônico e outro para receber o sinal
de eco.
Fácil de usar: O HC-SR04 é fácil de integrar em projetos devido à sua interface simples e
ampla disponibilidade de bibliotecas e recursos online.
Baixo custo: É um sensor relativamente barato (cerca de R$10,00) e amplamente
disponível, o que o torna uma escolha popular para projetos de baixo custo.
Baixo consumo de energia:Consome uma corrente de operação: 15 mA a 5V DC,
importante para aplicações móveis ou alimentadas por bateria.
Outras características importantes:
Ângulo de medição efetivo: 15 graus;
Temperatura de trabalho: -20°C até + 60°C;
Precisão: 3mm/cm
Peso: 10g;
Tempo de resposta: 60ms (milisegundos)
Este material contem partes retiradas de:
Microcontroladores / Édilus de Carvalho Castro Penido. Ronaldo Silva Trindade. – Ouro
Preto : Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais ; Santa Maria :
Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria ; Rede
e-Tec Brasil, 2013. 80 p. : il. ; 28 cm ISBN 978-85-86473-12-8
Ultrasonic Ranging Module HC - SR04 disponível em :
https://d229kd5ey79jzj.cloudfront.net/620/HCSR04.pdf
PROJETO SENSOR ULTRASSÔNICO HC-SR04 ARDUINO disponível em:
https://www.usinainfo.com.br/blog/projeto-sensor-ultrassonico-hc-sr04-com-arduino/
Mecânica: automação / Maria Leonor Reis Vianna (autora); Edvaldo Angelo, Gabriel Angelo
(coautores); Evaldo Silva, Mauro Gomes da Silva (revisores); Meire Satiko Fukusawa
Yokota (coordenadora). -- São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011 (Coleção Técnica
Interativa. Série Mecânica, v. 4)
Aula 4 – Atuadores
Na Internet das Coisas (IoT), automação ou robótica, os dispositivos conectados têm a
capacidade de interagir com o ambiente físico de diversas maneiras. Um componente
crucial nesse processo são os atuadores, que são dispositivos capazes de converter sinais
elétricos, digitais ou analógicos em ações físicas. Nesta aula, vamos explorar o papel dos
atuadores na IoT, os diferentes tipos disponíveis e como eles são utilizados para controlar
dispositivos no mundo real.
Os atuadores são dispositivos essenciais na IoT que convertem dados ou comandos
provenientes de sistemas digitais em ações físicas no mundo real. Eles são responsáveis
por executar tarefas como ligar ou desligar dispositivos, controlar a intensidade de luz,
regular a temperatura, entre outras funções. Em essência, os atuadores permitem que os
dispositivos conectados interajam com o ambiente físico.
4. Tipos de Atuadores:
4.1 Atuadores Elétricos:
Os atuadores elétricos convertem energia elétrica em movimento mecânico. Eles são
amplamente utilizados na IoT devido à sua versatilidade e facilidade de controle. Alguns
exemplos de atuadores elétricos incluem:
● Motores elétricos: utilizados para controlar o movimento de dispositivos como portas,
janelas, esteiras transportadoras, entre outros.
Figura 4.1 Motor de passo com driver (à esq.) e motor de corrente contínua DC (à dir) ligado a plataforma
arduino
● Servomotores: oferecem precisão de posicionamento e são comumente usados em
robótica e sistemas de automação.
Figura 4.2 Servomotor 9g
4.2 Atuadores Hidráulicos e Pneumáticos:
Os atuadores hidráulicos e pneumáticos utilizam fluidos (líquidos ou gases) para gerar
movimento mecânico. Eles são conhecidos por sua alta potência e capacidade de lidar com
cargas pesadas. Exemplos incluem:
● Cilindros hidráulicos: usados em máquinas industriais, guindastes e equipamentos
de construção. Se destacam pela grande força que exercem e utilizam o
deslocamento de fluido mediante pressão.
● Cilindros pneumáticos: comumente encontrados em sistemas de automação
industrial e dispositivos de movimento. Muito semelhantes em formato aos cilindros
hidráulicos, entretanto utilizam o deslocamento de ar ou outro gás sobre pressão
para gerar força.
Figura 4.2 Atuadores Hidráulicos (esq.) e atuadores Hidráulicos (dir.)
4.3 Atuadores de Solenóide:
Os atuadores de solenóide são dispositivos eletromecânicos que convertem energia elétrica
em movimento linear. Eles são simples, compactos e adequados para aplicações que
requerem resposta rápida. Exemplos de uso incluem:
● Válvulas solenoides: utilizadas para controlar o fluxo de líquidos e gases em
sistemas de automação industrial, irrigação e sistemas de segurança.
● Fechaduras elétricas: empregadas em portas, portões automáticos e dispositivos de
segurança.
Figura 4.3.1 Solenóide aplicado ao fluxo de líquidos (esq.) e Solenóide fechadura (dir.)
● Relés: O módulo relé é um interruptor operado eletricamente que pode ser ligado ou
desligado ao permitir a passagem da corrente ou não. Existem diversos tipos e
formatos. Os mais comuns utilizados em prototipação são do tipo módulo,
organizados sobre uma PCB com pinos para conexão e mecanismos de proteção
como optoacopladores. Podem ser encontrados de 1 até 8 relés por placa.
Figura 4.3.2 Módulo relé (esq.) e Exemplo da aplicação do módulo relé (dir.)
4.4 Atuadores sonoros e luminosos.
● Atuadores Sonoros (Buzzers): são atuadores sonoros simples que convertem sinais
elétricos em som audível. Eles são amplamente utilizados em projetos Arduino para
criar alarmes, efeitos sonoros, feedback audível e até mesmo para reproduzir
melodias simples. Existem dois tipos principais de buzzers: ativos e passivos.
Buzzers ativos possuem um oscilador interno, enquanto buzzers passivos requerem
um sinal externo para produzir som. Buzzers são controlados através de sinais PWM
(Modulação por Largura de Pulso) ou simplesmente ligando e desligando a
alimentação. A frequência e a duração do som produzido por um buzzer podem ser
controladas através do código, permitindo uma ampla gama de efeitos sonoros.
Figura 4.4.1 Buzzer de beep contínuo, similar ao encontrado em computadores.
● Atuadores luminosos: são atuadores luminosos que convertem energia elétrica em
luz visível. Eles são amplamente utilizados em projetos para indicar estados,
fornecer feedback visual e criar efeitos de iluminação. Podemos citar os LEDs e
Displays LCDs como exemplos mais comuns.
Figura 4.4.2 Display LCD 16x2 (esq.) e LEDs de diversas cores (dir).
Atuadores desempenham papel crucial na automação de tarefas, onde há a necessidade de
interação com o meio onde estão inseridos. Dessa forma, cabe ao projetista a escolha da
melhor solução.
Esta aula têm como referência:
Leandro Roggia, Rodrigo Cardozo Fuentes. – Santa Maria : Universidade Federal de Santa
Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, Rede e-Tec Brasil, 2016. 102 p. : il. ; 28
cm ISBN: 978-85-9450-001-
Aula 5 – Protocolos de comunicação
Protocolos são utilizados em muitas áreas tecnológicas, pois possibilitam o transporte de
informação entre dispositivos, estabelecendo regras e convenções que regem o
funcionamento de diferentes comunicações. Por serem utilizados em muitas áreas, diversos
protocolos foram desenvolvidos ao longo dos anos para atender da melhor forma possível
diferentes aplicações. Alguns exemplos são os protocolos I²C(ou I2C), UART e SPI.
Existem dois formatos que os protocolos podem seguir, serial e paralelo. A comunicação
serial envia e recebe toda a informação sequencialmente, o que permite que o número de
fios seja menor. Por outro lado, a comunicação paralela é capaz de enviar e receber dados
em mais de uma via de comunicação, ou seja, é capaz de enviar vários bits
simultaneamente, resultando em maior rapidez na transmissão da informação.
Nesta aula serão apresentados alguns protocolos de comunicação serial e suas principais
diferenças. Entretanto é necessário explicar as principais características que os protocolos
têm.
5.1 Taxa de comunicação
Sua unidade geralmente é bits por segundo (bps) e representa a velocidade de uma
comunicação. Por exemplo, uma comunicação assíncrona com 9600 bps envia um bit em
0,0001s. Esta taxa assume diferentes nomes dependendo da comunicação, como em
comunicações síncronas que é chamada de "clock" ou em comunicações assíncronas que é
conhecida como "Baud Rate".
É importante lembrar que todos dispositivos ligados a mesma linha de comunicação devem
estar com a mesma taxa de comunicação, principalmente comunicações assíncronas que
não usam o clock como referência. Caso a taxa dos dispositivos seja diferente, dificilmente
os dispositivos receberão os dados corretamente, como observado nas imagens abaixo
Figura 5.1 - Comunicação serial ocorrendo conforme o esperado - velocidadede transmissão correta de 9600 e
configurada em 9600.
Figura 5.2 - Comunicação serial ocorrendo fora do esperado - velocidade de transmissão incorreta - esperado
9600, configurada 4800.
5.2 Métodos
Síncrono
É o método de comunicação que depende de um sinal de "clock", ou seja, cada bit ou
conjunto de bits enviado depende de um pulso do clock, tendo como principal vantagem sua
velocidade de transmissão de dados, em contrapartida é necessário um fio extra para o
clock.
Figura 5.3 Comunicação síncrona - Fonte: https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi
Assíncrono
Ao contrário do método acima, este não precisa de um sinal de clock, portanto o número de
fios necessários é menor. Contudo, o envio dos dados é mais complicado e suscetível a
erros, por isso alguns parâmetros são necessários para garantir o envio sem erros. Um
parâmetro muito evidente em comunicação assíncrona é o Baud Rate que especifica a
velocidade de recepção e envio, por isso é muito importante que os dois dispositivos
utilizem a mesma taxa.
Figura 5.3 Comunicação assíncrona - Fonte: https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi
5.3 Sentido de Transmissão
Full-duplex: Indica que o dispositivo pode transmitir e receber dados ao mesmo tempo. Ex:
Celular
Half-duplex: O dispositivo que comunica dessa forma pode enviar ou receber mas não
executa essas funções simultaneamente. Ex.: Rádio amador
Simplex: Se trata de dispositivos que sua comunicação é unidirecional, ou seja, apenas
efetua o envio ou recebimento. Ex.: Rádio
Tensão do protocolo
É a tensão que os protocolos identificam os níveis lógicos alto e baixo.
5.4 Terminologia
RX/TX
RX é o termo usado para representar o pino receptor de uma comunicação serial e TX
representa o transmissor. Ao contrário dos pinos de GND ou VCC que são conectados com
seus semelhantes, como GND --> GND, o RX/TX tem uma ligação diferente. O TX deve ser
ligado no RX, ou seja, transmissor enviando para o receptor, e vice-versa.
Mestre e escravo
É um método de comando centralizado onde apenas o dispositivo mestre pode iniciar uma
comunicação, enviando comandos, controlando a taxa de comunicação, etc.
Nível lógico
São os estados que um bit pode assumir, nível alto (1) ou nível baixo (0). Os níveis lógicos
são interpretados pelos protocolos baseados nas tensões que recebe. Por exemplo, o
protocolo TTL considera de 2V a 5V nível lógico alto (bit 1) e de 0V a 0,8V nível lógico baixo
(bit 0).
5.5 Protocolos
5.5.1 UART
Vantagem: simplicidade do protocolo, full-duplex.
Funcionamento: o pino de transmissão (Tx) do protocolo envia um pacote de bits que será
interpretado bit a bit pelo pino receptor. Cada pacote enviado contém 1 start bit que indica o
início da mensagem, 1 ou 2 stop bits para indicar o final da mensagem, 5 a 9 bits de
informação e 1 bit de paridade para evitar a recepção de erros.
Ligação: por ser uma comunicação assíncrona a comunicação é feita por dois pinos Rx/Tx
que dependem do baud rate como referência.
Figura 5.4 - Esquema de ligação dos pinos protocolo UART Fonte:
https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-communication
O que usa este protocolo?
É um protocolo utilizado por muitos microcontroladores, pois é responsável pela conversão
da comunicação paralela em serial, que na maioria das vezes é convertida em outro
protocolo como por exemplo o controlador da placa Blackboard ou Arduino Uno, que utiliza
o protocolo UART mas tem o protocolo convertido para USB.
5.5.2 I²C ou I2C
Vantagem: possibilita comunicar com vários dispositivos utilizando poucos fios, além de
possibilitar que mais de um mestre controle os escravos.
Funcionamento: para que a informação seja enviada, o dispositivo mestre deve informar
aos dispositivos escravos o início da comunicação, ou "Start condition". Neste caso o pino
SCL deve estar em nível lógico alto e o pino SDA em nível lógico baixo. Quando isso
ocorrer, todos os escravos estarão prontos para receber a primeira informação que é o
endereço do escravo que comunicará com o mestre, junto com a operação que este
escravo desempenhará. Em situações em que houver mais de um mestre na comunicação,
terá preferência o mestre que sinalizar mais rápido o início de uma transmissão. Depois que
o endereço é enviado, o escravo que tiver o endereço correspondente realizará a operação
de leitura ou escrita da informação até que o dispositivo mestre envie uma "stop condition"
para interromper a comunicação.
Ligação: este protocolo utiliza apenas dois pinos, SDA que é o sinal de dados e SCL o
clock. Com isso é possível concluir que este protocolo é half-duplex, pois contém apenas
um pino para envio de dados, e síncrono, pois usa um pino de clock. É comumente
utilizados em módulos de display e acelerômetros.
Figura 5.5 - Esquema de ligação dos pinos protocolo I2C Fonte:
https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-communication
5.5.3 RS 232
Vantagem: a distância que o protocolo alcança é maior que a do protocolo UART, além de
ser um protocolo full-duplex.
Funcionamento: seu funcionamento é similar ao do protocolo UART, ou seja, é enviado 1
start bit + 8 bits de dados + 1 stop bit. A diferença está nas tensões que o protocolo utiliza e
a possibilidade de adicionar mais pinos para checar as informações enviadas.
Ligação: existem dois padrões de conectores que o protocolo adota, com 25 pinos (DB-25)
e 9 pinos (DB-9), que basicamente usam os pinos TD (Transmitted Data) e RD (Received
Data) para realizar a troca de informação e mais 7 pinos (padrão DB-9) para melhorar a
confiabilidade da comunicação controlando o fluxo da comunicação.
Figura 5.6 - Esquema de ligação dos pinos protocolo I2C
Fonte:https://www.arduino.cc/en/Tutorial/ArduinoSoftwareRS232
.
5.5.4 SPI
Vantagem: não há limite para o número de escravos, a comunicação é full-duplex e possui
boa velocidade de comunicação.
Funcionamento: primeiramente o mestre gera um clock e seleciona através do pino SS
com qual dispositivo será efetuada a comunicação. Em seguida os dados são enviados para
o dispositivo de destino pelo pino MOSI e então o dispositivo escravo envia uma resposta
(se necessário) ao mestre pelo pino MISO.
Ligação: existem dois tipos de ligação para o protocolo SPI, ligação paralela e ligação em
cascata.
Ligação paralela
É a ligação mais comum deste protocolo que utiliza 1 pino de MOSI, MISO e clock para
todos dispositivos e 1 pino SS para cada escravo ligado a comunicação.
Figura 5.7 - Esquema de ligação dos pinos protocolo SPI paralela Fonte:
https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi
Ligação em cascata
Este tipo de ligação demanda menos pinos de comunicação, pois é utilizado 1 pino SS para
todos os dispositivos ligados na comunicação, porém causa perda de velocidade na
comunicação.
Figura 5.8 - Esquema de ligação dos pinos protocolo SPI cascata Fonte:
https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi
5.5.5 1Wire
Vantagem: utiliza apenas 1 pino para a comunicação, cada dispositivo tem um endereço
único.
Funcionamento: este protocolo funciona em 3 fases. A primeira fase é responsável por
habilitar a comunicação e identificar os escravos ligados, a segunda fase seleciona qual
escravo receberá os comandos e, por fim, na terceira fase ocorre a leitura ou escrita de
dados.
Ligação: pode ser feita de duas formas, parasita ou com alimentação externa.
Ligação Parasita: com esta ligação a alimentação de um dispositivo 1-wire é realizado com
o próprio pino de comunicação, como pode ser visto na imagem a seguir.
Ligação Alimentação Externa: é mais indicado porque garante uma comunicação mais
confiável, principalmente quando os dispositivos então afastados a mais de 6 m de distância
do mestre.
Figura 5.9 - Esquema de ligação dos pinos protocolo 1Wire cascata Fonte:
https://www.robocore.net/tutoriais/comparacao-entre-protocolos-de-comunicacao-serial
5.5.6 USB 2.0
Vantagem: muitos dispositivos usam este protocolo, velocidade alta, possibilita a
comunicação com vários dispositivos.
Funcionamento:os dispositivos que usam este protocolo precisam enviar 3 pacotes para
realizar o envio de dados. Primeiro é enviado um "Token Packet" que informa o que será
realizado na comunicação, se a informação será escrita ou lida e o endereço do dispositivo
ao qual a mensagem será direcionada. Segundo, um "Data Packet" que é o pacote de
dados que será escrito ou lido dependendo do comando dado no "Token Packet". E por
último um "Handshaking Packet" que informa se os dois primeiros pacotes foram enviados
corretamente.
Ligação: apesar do protocolo utilizar dois pinos (D+ e D-), a versão 2.0 do protocolo é
half-duplex, pois utiliza o método "differential signaling" que corrige possíveis interferências
de ruídos, por outro lado a versão 3.0 do protocolo é full-Duplex e por consequência utiliza
um número maior de pinos.
Figura 5.10 - Esquema de ligação dos pinos protocolo USB A e USB B cascata Fonte:
https://www.robocore.net/tutoriais/comparacao-entre-protocolos-de-comunicacao-serial
Tabela Resumo
Esta aula têm como referência:
Robocore: Comparação Entre Protocolos de Comunicação Serial.
https://www.robocore.net/tutoriais/comparacao-entre-protocolos-de-comunicacao-seria
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA CATARINENSE
CÂMPUS LUZERNA
Engenharia de controle e Automação
Microcontroladores
Prof: Ricardo Kerschbaumer
ALUNO: __________________________________
IFC – Instituto Federal Catarinense Câmpus Luzerna Microcontroladores
Microcontroladores
Este material foi desenvolvido pelo professor Ricardo Kerschbaumer para ser utilizado na
componente curricular de Microcontroladores do curso de Engenharia de Controle e Automação. O
objetivo deste material é servir como material de apoio as aulas teóricas e práticas, bem como de
material de estudo para que os alunos possam tirar suas dúvidas nos períodos extra classe.
Professor Ricardo Kerschbaumer 2
IFC – Instituto Federal Catarinense Câmpus Luzerna Microcontroladores
Sumário
 Aula 1 - Microcontroladores e Memórias..........................................................................................10
 1.1 Objetivo:.................................................................................................................................10
 1.2 O que são microcontroladores................................................................................................10
 1.3 Aplicações dos microcontroladores........................................................................................11
 1.4 Registradores..........................................................................................................................12
 1.5 Memórias................................................................................................................................14
 1.6 Memória RAM (Memória de Acesso Aleatório)....................................................................15
 1.7 Memórias ROM......................................................................................................................16
 1.8 Memórias ROM Programáveis (Prom’s)................................................................................16
 1.9 Memórias ROM Programáveis e Apagáveis (EPROM’s, EEPROMS’s e FLASH)...............16
 1.10 Associação de memórias.......................................................................................................18
 1.11 Microcontroladores e memórias...........................................................................................19
 1.12 Exercícios..............................................................................................................................19
 Aula 2 -ARQUITETURA DOS MICROCONTROLADORES........................................................20
 2.1 Objetivo:.................................................................................................................................20
 2.2 Arquitetura interna dos microprocessadores...........................................................................20
 2.3 Registradores de propósito geral.............................................................................................20
 2.4 Unidade Lógica Aritmética (ULA ou ALU)...........................................................................21
 2.5 Registrador temporário...........................................................................................................21
 2.6 Acumulador.............................................................................................................................21
 2.7 Program Counter (PC)............................................................................................................21
 2.8 Registrador de Instrução.........................................................................................................21
 2.9 Decodificador de Instrução e Unidade de Controle................................................................21
 2.10 Unidade de Deslocamento....................................................................................................22
 2.11 Arquitetura C.I.S.C. versus R.I.S.C......................................................................................22
 2.12 Arquitetura HARVARD versus VON NEUMANN..............................................................22
 2.13 Sinais de Controle entre microprocessador e Memória........................................................24
 2.14 Microcontroladores e Microprocessadores...........................................................................24
 2.15 Exercícios..............................................................................................................................26
 Aula 3 - A FAMÍLIA DE MICROCONTROLADORES AVR .........................................................27
 3.1 Objetivo:.................................................................................................................................27
 3.2 Introdução a família AVR.......................................................................................................27
 3.3 Desempenho............................................................................................................................27
 3.4 Baixo consumo de energia......................................................................................................28
 3.5 Variedade de dispositivos........................................................................................................29
 3.6 Variedade de embalagens........................................................................................................29
 3.7 Aplicações específicas............................................................................................................29
 3.8 Programação...........................................................................................................................30
 3.9 Ferramentas de desenvolvimento ...........................................................................................30
 3.10 Suporte..................................................................................................................................31
 3.11 A CPU AVR...........................................................................................................................31
 3.11.1 Arquitetura da CPU AVR..............................................................................................31
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 3.11.2 Unidade Lógica e Aritmética – ULA............................................................................323.11.3 Registrador de Status.....................................................................................................32
 3.11.4 Registradores de uso geral.............................................................................................34
 3.11.5 Ponteiro da pilha............................................................................................................35
 3.11.6 Tempo de execução das instruções................................................................................36
 3.11.7 O reset e as interupções.................................................................................................37
 3.11.8 Tempo de resposta das interrupções..............................................................................37
 3.12 O microcontrolador ATmega8..............................................................................................37
 3.13 Função dos pinos..................................................................................................................39
 3.14 Características elétricas do ATmega8...................................................................................39
 3.15 Consumo de corrente da fonte em relação à frequência de operação:..................................39
 3.16 Exercícios..............................................................................................................................41
 Aula 4 - A linguagem assembler........................................................................................................42
 4.1 Objetivo:.................................................................................................................................42
 4.2 A linguagem assembler para microcontroladores AVR..........................................................42
 4.3 Características de um programa em linguagem assembler.....................................................42
 4.4 Diretivas do assembler............................................................................................................43
 4.5 Descrição das diretivas...........................................................................................................44
 4.5.1 BYTE - Reserva um byte para uma variável..................................................................44
 4.5.2 CSEG - Segmento de código..........................................................................................44
 4.5.3 DB - Define constantes do tipo byte...............................................................................44
 4.5.4 DEF - Define um nome simbólico para um registrador..................................................45
 4.5.5 DEVICE - Define qual o dispositivo usado pelo assemblador.......................................45
 4.5.6 DSEG - Segmento de dados............................................................................................46
 4.5.7 DW - Define constantes do tipo word (16 bits)..............................................................46
 4.5.8 ENDMACRO - Final de macro......................................................................................47
 4.5.9 EQU - Define um símbolo igual a uma expressão..........................................................47
 4.5.10 ESEG - Segmento da EEPROM...................................................................................47
 4.5.11 EXIT - Sai do arquivo...................................................................................................48
 4.5.12 INCLUDE - Lê fonte de outro arquivo (inclui)............................................................48
 4.5.13 LIST - Liga o gerador de arquivo de lista.....................................................................48
 4.5.14 LISTMAC - Liga o expansor de macro........................................................................49
 4.5.15 MACRO - Inicia uma macro.........................................................................................49
 4.5.16 NOLIST - Desliga o gerador de arquivo de lista..........................................................50
 4.5.17 ORG - Define o inicio do programa na memória..........................................................50
 4.5.18 SET - Define um símbolo para uma expressão.............................................................51
 4.6 Expressões..............................................................................................................................51
 4.6.1 Operandos.......................................................................................................................51
 4.6.2 Funções...........................................................................................................................51
 4.6.3 Operadores......................................................................................................................52
 4.6.4 Operação de negação lógica ..........................................................................................52
 4.6.5 Operação de negação bit a bit.........................................................................................52
 4.6.6 Sinal de menos unário.....................................................................................................52
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 4.6.7 Multiplicação .................................................................................................................52
 4.6.8 Divisão............................................................................................................................53
 4.6.9 Adição.............................................................................................................................53
 4.6.10 Subtração.......................................................................................................................53
 4.6.11 Deslocamento para a esquerda......................................................................................53
 4.6.12 Deslocamento para a direita..........................................................................................53
 4.6.13 Menor que.....................................................................................................................53
 4.6.14 Menor ou igual que.......................................................................................................54
 4.6.15 Maior que......................................................................................................................54
 4.6.16 Maior ou igual que........................................................................................................54
 4.6.17 Igual..............................................................................................................................54
 4.6.18 Diferente........................................................................................................................54
 4.6.19 Operação e bit a bit.......................................................................................................54
 4.6.20 Operação ou exclusivo bit a bit.....................................................................................55
 4.6.21 Operação ou bit a bit.....................................................................................................55
 4.6.22 Operação Logica e.........................................................................................................55
 4.6.23 Operação Logica ou......................................................................................................55
 4.7 Exercícios................................................................................................................................56
 Aula 5 - O AMBIENTE AVRStudio..................................................................................................575.1 Objetivo..................................................................................................................................57
 5.2 O software AVR Studio®........................................................................................................57
 5.3 Criando projetos......................................................................................................................57
 5.4 Ambiente de trabalho..............................................................................................................60
 5.5 Exercícios................................................................................................................................64
 Aula 6 -DESENVOLVIMENTO DE PROGRAMAS EM C............................................................66
 6.1 Objetivo:.................................................................................................................................66
 6.2 Características da programação de microcontroladores.........................................................66
 6.3 Modelo de programa...............................................................................................................66
 6.4 Uma pequena revisão..............................................................................................................67
 6.5 Declaração de variáveis..........................................................................................................67
 6.6 Operadores..............................................................................................................................67
 6.7 Estruturas de controle.............................................................................................................68
 6.8 if..............................................................................................................................................68
 6.9 If / else....................................................................................................................................69
 6.10 while......................................................................................................................................69
 6.11 for..........................................................................................................................................70
 6.12 Sub-rotinas............................................................................................................................70
 6.13 Exercícios..............................................................................................................................71
 Aula 7 - ENTRADAS E SAÍDAS DIGITAIS...................................................................................72
 7.1 Objetivo:.................................................................................................................................72
 7.2 Estrutura interna das entradas e saídas na família AVR..........................................................72
 7.3 Registradores de controle dos pinos de entrada e saída..........................................................73
 7.4 Alteração de um pino individual de saída...............................................................................73
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 7.5 Leitura de um pino de entrada................................................................................................74
 7.6 Registradores de controle das portas......................................................................................74
 7.7 Interface entre o microcontrolador e os circuitos de entrada digital.......................................74
 7.8 Conexão de reles.....................................................................................................................76
 7.9 Conexão de um motor utilizando transistor mosfet................................................................76
 7.10 Conexão de lâmpada de sinalização.....................................................................................76
 7.11 Conexão de pequenos motores..............................................................................................76
 7.12 Conexão de motores de passo ..............................................................................................77
 7.13 Conexão de motores cc com reversão...................................................................................78
 7.14 Conexão de displays de LED................................................................................................78
 7.15 Circuitos especializados de saída..........................................................................................78
 7.16 Exercícios..............................................................................................................................79
 Aula 8 - AUTOMAÇÃO USANDO LINGUAGEM C.....................................................................80
 8.1 Objetivo:.................................................................................................................................80
 8.2 Exemplo de controle de nível.................................................................................................80
 8.3 Exemplo de controle de um robô............................................................................................81
 8.4 Exercícios................................................................................................................................84
 Aula 9 -Interrupções nos Microcontroladores...................................................................................85
 9.1 Objetivo:.................................................................................................................................85
 9.2 O que são interrupções............................................................................................................85
 9.3 Exercícios................................................................................................................................89
 Aula 10 - Temporizadores e contadores.............................................................................................90
 10.1 Objetivo:...............................................................................................................................90
 10.2 Introdução.............................................................................................................................90
 10.3 Temporizador / contador 0....................................................................................................90
 10.4 Exercícios..............................................................................................................................95
 Aula 11 - Temporizadores Avançados................................................................................................96
 11.1 Objetivo:...............................................................................................................................96
 11.2 Introdução.............................................................................................................................96
 11.3 Temporizador / contador 1....................................................................................................96
 11.4 Registradores de controle do temporizador / contador 1....................................................100
 11.5 Exercícios............................................................................................................................105
 Aula 12 - Conversor Analógico Digital...........................................................................................106
 12.1 Objetivo:.............................................................................................................................106