Microcontroladores e Aplicações

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UFMS-FACOM-MicAp-Prof.Fábio Iaione 1
Disciplina: Microcontroladores e Aplicações
Professor: Fábio Iaione
E-mail: fabio.iaione@ufms.br
Carga horária: 102 h
Moodle: ava.ufms.br 
Universidade Federal de Mato Grosso 
do Sul
Faculdade de Computação
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EMENTA DA DISCIPLINA
- Microcontroladores: arquitetura, 
programação, dispositivos internos e 
conexão com dispositivos externos;
- Comunicação serial por cabos e por 
rádio frequência;
- Conversores A/D e D/A;
- Sensores e transdutores analógicos e 
digitais;
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EMENTA DA DISCIPLINA
- Leitura e acionamento de 
dispositivos analógicos e digitais;
- Plataformas para desenvolvimento 
rápido com microcontroladores.
- Laboratórios: controle de matriz de 
LEDs, displays de 7 segmentos, 
display de cristal líquido 
alfanumérico e gráfico;
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EMENTA DA DISCIPLINA
- Laboratórios: leitura de teclas; 
contagem de objetos e medição de 
velocidade angular; leitura de 
sensores digitais; conversor A/D e 
leitura de transdutores/sensores 
analógicos; conversor D/A e geração 
de sinais; comunicação serial entre 
circuitos integrados; comunicação 
serial entre equipamentos;
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EMENTA DA DISCIPLINA
- Laboratórios: comunicação por rádio 
frequência; acionamento de cargas de 
alta potência, servo motores e 
motores CC; utilização de uma 
plataforma para desenvolvimento 
rápido com microcontroladores.
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OBJETIVO DA DISCIPLINA
GERAL
Capacitar o aluno para o projeto e o 
desenvolvimento de sistemas 
embarcados baseados em 
microcontroladores, envolvendo o 
hardware e o software.
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA DISCIPLINA
Capacitar o aluno para:
- Compreender os conceitos básicos 
sobre sistemas embarcados e 
microcontroladores;
- Conhecer a arquitetura interna e 
os registradores de funções 
especiais de um microcontrolador;
- Dominar a programação em linguagem 
C desse microcontrolador;
- Programar o microcontrolador para 
usar os recursos de hardware 
disponíveis internamente;
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA DISCIPLINA
- Saber como conectar diversos 
dispositivos de E/S, sensores e 
atuadores ao microcontrolador;
- Programar o microcontrolador para 
controlar diversos dispositivos de 
E/S, sensores e atuadores conectados 
ao microcontrolador;
- Conhecer as principais famílias de 
microcontroladores e as principais 
plataformas para desenvolvimento 
rápido com microcontroladores.
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PROCEDIMENTOS
- Aulas expositivas;
- Resolução de exercícios;
- Elaboração de firmwares;
- Aulas de laboratório utilizando 
compilador, módulos didáticos e matriz de 
contatos para teste dos firmwares 
desenvolvidos;
- Aulas por EAD para reposição (feriados);
- Relatórios, provas e trabalhos.
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AULAS NO LAB DE REDES E ELETRÔNICA
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA:
MCROBERTS, Michael. Arduino básico. São 
Paulo: Novatec, 2011.
*NICOLOSI, Denys Emílio Campion; BRONZERI, 
Rodrigo Barbosa. Microcontrolador 8051 com 
linguagem C: prático e didático - família 
AT89S8252 Atmel. 2. ed. São Paulo: Érica, 
2008.
PEREIRA, Fábio. Microcontroladores Pic: 
Programação em C. 7.Ed. São Paulo: Érica, 
2012.
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BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR:
SILVA JR, Vidal Pereira da. Aplicações práticas do 
microcontrolador 8051. 12. ed. São Paulo: Érica, 2004.
SOUZA, David José de. Desbravando o PIC. 9. ed. São 
Paulo: Ed. Érica, 2005.
GIMENEZ, Salvador P. Microcontroladores 8051: Teoria e 
Prática. São Paulo: Érica, 2010-2013.
SOUSA, Daniel Rodrigues de. Microcontroladores ARM7: 
Philips - família LPC213x - o poder dos 32 bits - 
teoria e prática. São Paulo: Érica, 2006.
PEREIRA, Fábio. Tecnologia Arm: Microcontroladores de 
32 Bits. São Paulo: Érica, 2012.
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AVALIAÇÃO
- Frequência;
- Quatro avaliações:
(P1): prova 1;
(P2): prova 2;
(A3): experimentos e atividades de EaD;
(A4): trabalho final.
MA= 0,4.P1 + 0,4.P2 + 0,1.A3 + 0,1.A4 
(PO): prova optativa de toda matéria. 
Substitui a menor nota de P1, P2, A3 ou A4
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Introdução
Quantos computadores você possui na 
sua casa?
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Introdução
Quantos computadores você possui na 
sua casa?
Dois ou três computadores: 
desktop, notebook;
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Introdução
- Televisor;
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Introdução
- Decodificador da TV a cabo ou TV 
via satélite;
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Introdução
- Modem ADSL ou cable modem;
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Introdução
- Roteador wireless;
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Introdução
- Microondas;
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Introdução
- Geladeira;
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Introdução
- Lavadoura de roupas eletrônica;
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Introdução
- Esteira ergométrica;
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Introdução
- Central de alarme;
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Introdução
- Smartphone;
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Introdução
- Automóvel;
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Introdução
Quantos computadores você possui na 
sua casa?
Dois ou três computadores de 
mesa: desktop e notebook;
Aproximadamente 14 computadores 
embarcados (embedded computer) ou 
sistemas embarcados (embedded 
system).
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Introdução
Contando os computadores embarcados:
2- televisores;
1- receptor TV a cabo ou TV via satélite;
1- modem ADSL ou cable modem;
1- roteador wireless;
1- micro-ondas;
1- geladeira;
1- lavadoura de roupas eletrônica;
1- esteira ergométrica;
1- central de alarme;
3- smartphones;
1- automóvel (dezenas em rede).
TOTAL = 14
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- Estudos indicam que uma residência média 
(país desenvolvido) tem:
- 1 ou 2 computadores desktop;
- dezenas de computadores embutidos.
- O mercado de sistemas embarcados envolve 
anualmente centenas de bilhões de dólares;
- Algumas referências bibliográficas citam 
que 98 % dos processadores estão hoje em 
sistemas embarcados.
Introdução
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Retirado de PATTERSON & HENNESSY, 2005)
Introdução
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- Normalmente executam uma aplicação 
específica;
- Apresentam desempenho mínimo, objetivando 
menores custo e consumo de energia;
- Dispõem de pouca memória;
- Normalmente o usuário não percebe que 
está usando um computador;
- Usam núcleos de 8, 16 e 32 bits.
Sistemas embarcados: 
características
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Os principais setores da indústria que 
utilizam sistemas embarcados são:
- Eletrônica de consumo: eletro-
eletrônicos, brinquedos e outros;
- Indústria automotiva: controle do 
motor, ABS, airbag, temperatura e outros 
(15 % do custo);
- Sistemas médicos: desfibrilador, marca 
passo, sistemas de imagem por ultra-som, 
raio-x, laser e outros;
Sistemas embarcados: 
aplicações
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- Telecomunicações: telefones VOIP, 
centrais telefônicas PBX;
- Indústria em geral: controladores 
lógicos programáveis (CLPs), robótica e 
outros;
- Indústria aeroespacial: sistemas 
aviônicos e computadores de bordo (fly-
by-wire);
- Indústria de automação comercial: 
impressoras, copiadoras, faxes, POS e 
outros.
Sistemas embarcados: 
aplicações
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Exemplos de aplicações específicas:
- Sistemas de alarme: roubo, incêndio, 
etc;
- Aparelhos de medição: medidores de 
diversas grandezas físicas, estações 
meteorológicas, etc;
- Automação residencial: jardim, 
piscina, etc;
 
- Aparelhos de controle: equipamentos 
para ginástica, elevadores.
Sistemas embarcados: 
aplicações
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Dispositivos utilizados nos sistemas 
embarcados:
- CPUs embarcadas (Atom,ARM,Quark);
- DSPs (TMS320);
- ASICs;
- FPGAs / CPLDs (Cyclone, Spartan);
- Módulos de uso geral (Arduino, 
MBEB);
- Microcontroladores.
Sistemas embarcados: 
dispositivos
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Microcontrolador-MCU (Micro Controller Unit)
- Tipo de microprocessador com 
características que objetivam auto-
suficiência e melhor custo-benefício;
- Normalmente possuem internamente:
-CPU: registradores, UAL e UC;
-Interfaces de I/O (porta paralela, 
porta serial, etc);
-Temporizadores, CADs, CDAs;
-RAM para dados;
-FLASH para programa;
-Circuito de clock.
Sistemas embarcados: 
dispositivos
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- Normalmente realizam tarefas de controle 
interagindo com o mundo real através de 
sensores e atuadores;
Microprocessador+Controlador=Microcontrolador
Sensores
Microcontrolador
Atuadores
Sistemas embarcados: MCU
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Os sistemas embarcados construídos com 
microcontroladores apresentam:
- Baixo custo (alguns custam em torno de 
US$ 1,00);
- Pequena quantidade de circuitos 
integrados;
- Pequenas dimensões e peso;
- Baixo consumo de energia;
- Robustez elevada.
Sistemas embarcados: MCU
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- 8 pinos de E/S, 25 MIPS;
- CAD (10 bits, 8 canais, 500 kSPS);
- Sensor de temperatura;
- Memória de programa (8 kB);
- Memória de dados (256 B);
- Clock interno;
- SMBus,UART.
Sistemas embarcados: MCU
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- Existem algumas dezenas de fabricantes 
de microcontroladores;
- Os principais são:
Microcontroladores: 
fabricantes
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- Cada fabricante oferece diferentes 
famílias de microcontroladores;
- Cada família possui o mesmo núcleo (core) 
e os dispositivos diferem na capacidade de 
memória e nos recursos disponíveis 
internamente;
- Alguns exemplos de famílias:
- MCS-51 (Intel);
- PIC (Microchip);
- eZ80 (Zilog);
- MSP430 (Texas Instruments);
- ARM (ARM).
Microcontroladores: famílias
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Os microcontroladores de 8 bits ainda são 
muito usados:
-Muitos sistemas não necessitam de
microcontroladores de 16 ou 32 
bits(+complexo, +caro e +energia);
-Microcontroladores de 8 bits distribuídos 
ao invés de um microcontrolador de 32 bits;
-Microcontroladores de 8 bits são usados 
como subsistemas de sistemas complexos de 
32 bits;
-Adequados para aplicações de IoT (internet 
das coisas).
Microcontroladores: famílias 
de 8 bits
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Os microcontroladores de 8 bits ainda 
são muito usados:
-Representam uma fatia de 40 % do 
mercado de microcontroladores;
-Especialistas afirmam que os 
microcontroladores de 8 bits nunca 
desaparecerão e sempre coexistirão 
com os de 32 bits.
Microcontroladores: famílias 
de 8 bits
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Microcontroladores: famílias 
de 8 bits
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Microcontroladores: famílias 
de 8 bits
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Microcontroladores: famílias 
de 8 bits
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- Núcleo MCS-51:
 - 8 bits;
 -CISC com arquitetura Harvard;
 -Utilizado por vários 
fabricantes;
 -Estima-se que aproximadamente 
1000 dispositivos utilizam esse 
núcleo.
Microcontroladores: núcleo 
MCS-51
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- MCS-48 (1976): 8048 (17.000 
transistores)
8 bits, 1 kbyte de programa, 64 
bytes de RAM, 27 pinos de I/O, 1 
temporizador de 8 bits.
Microcontroladores: evolução 
do núcleo MCS-51
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-Ex. de aplicação do 8048: Vídeo-game 
Odyssey;
Jogo/programa em c artucho:ROM de 2kbytes!!! 
Microcontroladores: evolução 
do núcleo MCS-51
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-MCS-51 (1980): 8051 (60.000 
transistores)
8 bits, 4 kbyte de programa, 128 
bytes de RAM, 32 pinos de I/O, 2 
temporizadores de 16 bits, 1 porta 
serial.
Microcontroladores: evolução 
do núcleo MCS-51
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Núcleo MCS-51: 
microarquitetura
Retirado de MikroElektronika
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8031 -> memória externa;
8051 -> memória interna (4 kB M-ROM)
- Programa inalterável (gravado na 
fabricação);
Memória de programa: evolução 
do núcleo MCS-51
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- Memória de programa interna
8751 → 4 kbytes de PROM (gravável 1 
vez) ou EPROM (apagável com UV);
MCUs atuais → memória flash (1000 
ciclos de gravação).
Memória de programa: evolução 
do núcleo MCS-51
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Métodos de gravação do programa
-Capacidade ISP (In System 
Programable-programação no sistema);
-Com adaptador ou diretamente.
EIA232 ou USB
LPT, EIA232 ou USB
ADAPTADOR
Microcontroladores: 
programação
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SILICON LABS: Família C8051F04x (C8051F040)
Microcontroladores: famílias
Retirado de www.silabs.com UFMS-FACOM-MicAp-Prof.Fábio Iaione 56
SILICON LABS: C8051F040
Microcontroladores: famílias
Retirado de www.silabs.com
UFMS-FACOM-MicAp-Prof.Fábio Iaione 57Retirado de www.silabs.com UFMS-FACOM-MicAp-Prof.Fábio Iaione 58
ÁREA MÉDICA
- Sistema para aquisição de sinais de EEG;
Sistemas embarcados com MCU
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Sistema para aquisição de sinais de 
EEG
Código em C: 155 linhas (5 funções)
Sem comentários e linhas em branco;
 
Código de máquina: 469 bytes
Sistemas embarcados com MCU
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- Testador de incubadoras infantis
Microcontrolador: 87C552
Sistemas embarcados com MCU
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Testador de incubadoras infantis
Código em C: 1449 linhas(28 funções)
Sem comentários e linhas em branco;
Código de máquina: 16314 bytes
Sistemas embarcados com MCU
UFMS-FACOM-MicAp-Prof.Fábio Iaione 62
ESTAÇÃO METEOROLÓGICA
Sistemas embarcados com MCU
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Estação meteorológica
Código em C: 1519 linhas(45 funções)
Sem comentários e linhas em branco;
Código de máquina: 9039 bytes
Sistemas embarcados com MCU
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Dispositivo supervisor de isolação
Monitora o sistema IT-médico, que 
diminui os riscos de choques e 
curtos-circuitos em CCs e UTIs;
Sistemas embarcados com MCU
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Dispositivo supervisor de isolação
Sistemas embarcados com MCU
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Dispositivo supervisor de isolação
Código em C: 968 linhas (28 funções)
Sem comentários e linhas em branco;
Código de máquina: 6187 bytes
Dispositivo anunciador
Código em C: 1108 linhas (32 funções)
Sem comentários e linhas em branco;
Código de máquina: 6579 bytes
Sistemas embarcados com MCU