Aula 03 Comunicação

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Comunicação
Tecnologia em Telemática
Disciplina: Microcontroladores
Semestre: 2018.2
Professor: Adonias Caetano
 Conhecer os diversos tipos de barramentos;
 Definir os princípios da comunicação serial e cada um dos
seus principais tipos, quais são suas vantagens e onde esses
dispositivos são utilizados.
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Objetivos
 Barramentos
 Comunicação Serial
 Comunicação UART
 Comunicação I²C
 Comunicação RS232
 Comunicação SPI
 Comunicação Onewire
 Comunicação CAN
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Conteúdo da Aula
Barramentos
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Barramento
 Conjunto de fios que transportam informações com
um propósito comum.
 Caminho de comunicação entre dois ou mais
dispositivos.
 Três barramentos: endereço, dados e controle.
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Barramento
 Barramento de endereço: são utilizados para designar
a fonte ou destino dos dados transferidos pelo
barramento de dados.
 Barramento de dados:
fornecem um caminho
para a transferência de
dados entre módulos do
sistema.
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Barramento
 Barramento de controle: são usados para controlar o acesso e a
utilização das linhas de dados e endereço, pois são linhas
compartilhadas por todos os componentes.
 Os sinais de controle são de dois tipos:
 Sinais de temporização indicam a validade das informações de
dados e endereço.
 Sinais de comando especificam as operações a serem
executadas.
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Barramento
9
Barramento
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Barramento USB
 USB é a sigla em inglês de Universal Serial
Bus (“Porta Universal”, em português), um tipo
de tecnologia que permite a conexão de
periféricos sem a necessidade de desligar o
computador, além de transmitir e armazenar
dados.
 As atuais conexões USB são do padrão PnP (Plug and Play ou
“Plugar e Usar”, em português), que ajudou a diminuir toda a
complicação existente na configuração desses dispositivos, com
o objetivo de facilitar a vida do usuário.
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Barramento USB
 O padrão USB foi desenvolvido por um consórcio de empresas
em 1995, entre as quais destacam-se: Microsoft,
Apple, Hewlett-Packard, NEC, Intel e Agere.
 No entanto, as primeiras “portas USB” só começaram a ser
usadas nos computadores fabricados a partir de 1997.
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Barramento USB
 No USB 1.x, as portas transmitem a
apenas 12 megabits, o que é pouco
para HDs, pendrives, drives de CD,
placas wireless e outros periféricos
rápidos.
 Mas, no USB 2.0, o padrão atual, a
velocidade foi ampliada para 480
megabits, suficiente até mesmo para
os HDs mais rápidos.
 Em 2009 foi lançado o USB 3.0, também conhecido por SuperSpeed, que
possui capacidade de transferir até 625 MB por segundo.
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Barramento USB
 Existem quatro tipos de conectores USB:
Tipo Descrição
USB tipo A É o mais comum, usado por pendrives e topo tipo de dispositivo
conectado ao PC.
USB tipo B É o conector "quadrado" usado em impressoras e outros
periféricos.
USB mini 5P e
o USB mini 4P
Dois formatos menores, que são utilizados por câmeras, mp3
players, palmtops e outros gadgets.
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Barramento USB
 Os quatro tipos utilizam a mesma pinagem, o único diferencial é mesmo o
formato físico.
 Existem ainda alguns formatos de conectores proprietários, geralmente
versões levemente modificadas de um destes quatro formatos.
 Por serem intercompatíveis, é
relativamente fácil encontrar
adaptadores diversos para permitir
encaixar cabos com conectores de
formatos diferentes.
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Barramento USB
 O USB é um barramento serial, por isso os conectores possuem apenas 4
contatos, sendo dois para a transmissão dos dados (um para enviar, outro para
receber) e os outros dois para a transmissão de eletricidade.
 Os dois pinos para a transmissão de dados são os dois mais centrais, enquanto
os para energia são os dois externos.
O pino da direita é o
positivo, enquanto o
da esquerda é o
terra.
Dentro do cabo, o
fio vermelho é o
positivo, o preto é
o terra, enquanto
o verde e o branco
são os para
transmissão de
dados
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Barramento Firewire
 O Firewire surgiu em 1995 (pouco antes do USB), como um concorrente do
barramento SCSI.
 Inicialmente ele foi desenvolvido pela
Apple e depois submetido ao IEEE,
quando passou a se chamar IEEE
1394.
 Embora seja mais popularmente
usado, o nome "Firewire" é uma
marca registrada pela Apple, por isso
você não vai encontrar referência a ele
em nenhuma documentação ou
produtos de outros fabricantes.
 Outro nome comercial para o padrão é o "i.Link", usado pela Sony.
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Barramento Firewire
 O Firewire é um barramento serial, muito similar ao USB em vários aspectos.
 A versão inicial do Firewire já operava a 400 megabits (ou 50 MB/s), enquanto
o USB 1.1 operava a apenas 12 megabits.
 Apesar disso, o USB utilizava transmissores e circuitos mais baratos e era livre
de pagamento de royalties, o que acabou fazendo com que ele se popularizasse
rapidamente.
 Na época, a indústria procurava um barramento de baixo custo para substituir
as portas seriais e paralelas e, como de praxe, acabou ganhando a solução mais
barata.
Dois conectores SCSI
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Barramento Firewire
 Assim como o USB, o Firewire é um barramento plug-and-play e suporta a
conexão de vários periféricos na mesma por porta, utilizando uma topologia
acíclica, onde um periférico é diretamente conectado ao outro e todos se
enxergam mutuamente, sem necessidade de uso de hubs ou centralizadores.
 Por exemplo, é possível conectar um HD externo (com duas portas Firewire)
ao PC e conectar uma filmadora ao HD e o PC enxergaria ambos.
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Barramento Firewire
 O conector Firewire tradicional utiliza 6 pinos, sendo que 2 são usados para
alimentação elétrica (como no USB) e existe também uma versão
miniaturizada (sem os pinos de alimentação) que possui apenas 4 pinos e é
muito comum em notebooks.
 Uma porta Firewire de 6 pinos é capaz de fornecer até 45 watts de energia,
quase 10 vezes mais que no USB
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USB vs. Firewire
 Com o surgimento do USB, o Firewire acabou
restrito a alguns nichos.
 O principal deles era a transferência de vídeos a
partir de uma filmadora digital.
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USB vs. Firewire
 Atualmente no mercado ainda não há uma disputa bastante efetiva entre o
Firewire e o USB.
 Devido ao fato de suas últimas especificações serem relativamente recentes,
ainda não houve na prática a sobreposição dos nichos das duas tecnologias.
USB
Periféricos e outros 
dispositivos que requerem 
pouca banda
Exemplos: câmeras 
digitais, cartões de 
memória e palms.
Firewire
É usado profissionalmente em aplicações
multimídia há um bom tempo, portanto
ainda domina completamente esta área, que
inclui gravações de áudio e vídeo digitais de
qualidade.
Discos rígidos externos de alta capacidade.
Comunicação Serial
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Motivação
Os equipamentos 
eletrônicos vêm 
agregando mais e mais 
funções.
Torna-se cada vez 
mais comum a 
utilização de diversos 
circuitos integrados. 
No entanto, não é mais 
possível estender 
longos barramentos 
de comunicação 
paralelos.
Logo, uma 
comunicação serial 
entre esses 
dispositivos se torna 
necessária.
As placas de circuito impresso ficariam caras e muito grandes
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Tipos de comunicação
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Método Assíncrono
 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 susceptível a erros, por
isso alguns parâmetros são necessários para garantir o envio sem erros.
 Um parâmetro muito evidente em comunicações assíncrona é a taxa de
transmissão (Baud rate) que especifica a velocidade de recepção e envio,
por isso é muito importante que os dois dispositivos utilizem a mesma taxa.
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Sentidos de Transmissão
 Full-duplex: Indica que o dispositivo podetransmitir e receber
dados ao mesmo tempo.
 Half-duplex: O dispositivo que comunica dessa forma pode
enviar ou receber mas não executa essas funções
simultaneamente.
 Simplex: Se trata de dispositivos que sua comunicação é
unidirecional, ou seja, apenas efetua o envio ou recebimento.
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Sentidos de Transmissão
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Terminologia
 Tensão do protocolo: É a tensão que os protocolos identificam
os níveis lógicos alto e baixo.
 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.
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Terminologia
 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).

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Tipos de Comunicação Serial
 Diversas tecnologias de interligação serial entre dispositivos
foram desenvolvidas, podendo ser separadas em duas grandes
categorias, a comunicação síncrona e a comunicação
assíncrona.
 Dentre os métodos de comunicações mais conhecidos,
destacam-se três:
Comunicação UART
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O que é?
 UART é o acrônimo de Universal Asynchrounous
Receiver/Transmiter ou Receptor/Transmissor Universal
Assíncrono.
 Sua finalidade é possibilitar a transmissão e a recepção de dados
originalmente disponíveis na forma paralela.
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Característica
Característica Descrição
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.
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Característica
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Aplicação
 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.
Placa RC FTDI V1.1
BlackBoard Pro Mini - 5V/16MHz
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Exemplo de Aplicação
Comunicação entre Arduinos: UART
https://www.robocore.net/modules.php?name=RC_Tutoriais&id=51
Comunicação I²C/TWI
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Comunicação I²C
 I²C é a sigla de Inter-Integrated Circuit (Circuito inter-
integrado), e basicamente é um protocolo de comunicação
entre dispositivos que “falam” I²C.
 É um protocolo de barramento(ou bus), ou seja, com os
mesmo fios conectamos todos os dispositivos do nosso setup.
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Característica
Característica Descrição
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 inicio 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.
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Característica
Característica Descrição
Vantagem possibilita comunicar com vários dispositivos utilizando poucos
fios, além de possibilitar que mais de um mestre controle os
escravos.
Ligação 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.
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Hardware
 O barramento I2C é composto de dois fios, SDA e SCL, e alimentação (VDD),
tipicamente de 3.3V ou 5V.
 O número de “nós” em um único barramento é limitado tanto pelo tamanho
do endereço, que pode ser de 7 bits, 10 bits e até 16 bits; como por
restrição de espaço, já que não se pode ultrapassar poucos metros de fios,
pois a capacitância total máxima, algo em torno de 400pf, impede o
funcionamento correto do barramento.
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Software
 Há dois tipos de dispositivos: Master e Slave.
 Master (mestre em inglês), é a unidade de controle responsável por
coordenar todos os periféricos (Slaves, escravos em inglês).
 A linha SCL é responsável pelo clock do barramento, e a linha SDA pela
transmissão de dados.
As linhas SDA como SCL são bidirecionais e devem ser ligadas ao positivo da alimentação
através de uma fonte de corrente ou de um resistor pull-up, para garantir que ambas as
linhas permaneçam em nível alto, quando o barramento está livre.
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Aplicação
 O que usa este protocolo?
LCDs 16X2 com protocolo I²C
Acelerômetro de 3 Eixos MMA8452Q
Sensor de Temperatura Infravermelho - MLX90614
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Exemplo de Aplicação
Arduino e outros dispositivos atuando como Slave de um Raspberry Master.
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Exemplo de Aplicação
Comunicação entre Arduinos: I2C
https://www.robocore.net/modules.php?name=RC_Tutoriais&id=59
Comunicação RS232
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O que é?
 A comunicação rs232 é um método assíncrono de comunicação que utiliza o
sistema binário (1 e 0) para transmitir dados em formato ASCII (American
Standard Code for Information Interchange) e este código é capaz de
traduzir um código legível pelos humanos (letras e números) em códigos
legível pelos computadores (1 e 0).
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Característica
Característica Descrição
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.
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Característica
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Tipos de dispositivos rs232
 O primeiro é chamado de dispositivo DTE (Data Terminal Equipment) e um
exemplo típico deste dispositivo é o computador.
 O outro tipo é o DCE (Data Communications Equipment) e um exemplo
típico é o antigo modem. O CLP pode tanto ser tratado como DTE, quanto
DCE, dependendo do fabricante.
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Pinos
 A porta serial opera ligando alguns pinos enquanto desliga outros e cada um
destes pinos possuem uma finalidade específica.
 A porta serial por sua vez possui 2 tipos (9 pinos ou 25 pinos).
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Aplicação
 A comunicação rs232 era muito utilizada para comunicação
entre computadores eperiféricos e é a forma mais popular de
comunicação entre um CLP (controlador lógico programável) e
um dispositivo externo.
 A maioria dos CLP’s de mercado possuem porta serial que são
utilizadas para transmitir/receber dados em forma de tensão
(+/-15 volts), onde a tensão positiva é chamada de MARK e a
tensão negativa é chamada de SPACE.
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Exemplo de Aplicação
 Comunicação Serial RS232 com Arduino.
https://www.arduino.cc/en/Tutorial/ArduinoSoftwareRS232
Comunicação SPI
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O que é?
 Serial Peripheral Interface ou SPI é um protocolo que permite a
comunicação do microcontrolador com diversos outros
componentes, formando uma rede.
 É uma especificação de interface de comunicação série
síncrona usada para comunicação de curta distância,
principalmente em sistemas embarcados.
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Característica
Característica Descrição
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: 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.
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.
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Característica
Ligação paralela
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Característica
Ligação em cascata
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Aplicação
 O que usa este protocolo?
 Matriz de LEDs RGB
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Exemplo de Aplicação
Comunicação entre Arduinos: SPI
https://www.robocore.net/modules.php?name=RC_Tutoriais&id=61
Comunicação Onewire (1-wire)
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O que é?
 1-Wire é um tipo de comunicação, um sistema de barramento que provê
dados de baixa velocidade, sinalização e sinal único de energia.
 Tem um conceito similar ao do I²C, mas com taxas mais baixas de dados e
maior alcance.
 É basicamente um acessório pequeno e utilizado em funções digitais e
também em instrumentos de medição de temperatura (termômetro).
 Uma rede de dispositivos 1-Wire associados com um Mestre, é chamada
de MicroLan.
 Um diferencial do barramento 1-Wire é o fato de utilizar apenas dois cabos:
dados e GND. Para isso, o dispositivo 1-Wire dispõe de um capacitor de
800 pF para armazenar carga e alimentar o dispositivo durante os períodos
onde o cabo de dados estiver sendo usado para o tráfego de dados.
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Característica
Característica Descrição
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.
Ligação Alimentação Externa: é mais indicado porque garante uma
comunicação mais confiável, principalmente quando os dispositivos
então afastados a mais de 6 m de distancia do mestre.
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Característica
Ligação Parasita
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Característica
Ligação Alimentação Externa
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Aplicação
 O que usa este protocolo:
Sensor de Temperatura Digital DS18B20
http://bildr.org/2011/07/ds18b20-arduino/
Leitura de sensor de temperatura
Comunicação CAN
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Origem
 O CAN Bus (ou Barramento Controller Area Network) foi
desenvolvido pela empresa alemã Robert BOSCH e
disponibilizado em meados dos anos 80.
Bosch no Brasil
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Conceituação
 O CAN é um protocolo de comunicação serial síncrono.
 O sincronismo entre os módulos conectados a rede é feito em
relação ao início de cada mensagem lançada ao barramento
(evento que ocorre em intervalos de tempo conhecidos e
regulares).
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Característica
 Trabalha baseado no conceito multi-mestre, onde todos os
módulos podem se tornar mestre em determinado momento e
escravo em outro, além de suas mensagens serem enviadas em
regime multicast, caracterizado pelo envio de toda e qualquer
mensagem para todos os módulos existentes na rede.
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Características
 É fundamentado no conceito CSMA/CD with NDA (Carrier Sense Multiple
Access / Collision Detection with Non-Destructive Arbitration).
 Isto significa que todos os módulos verificam o estado do barramento,
analisando se outro módulo está ou não enviando mensagens com maior
prioridade.
Caso isto seja percebido, o
módulo cuja mensagem tiver
menor prioridade cessará sua
transmissão e o de maior
prioridade continuará enviando
sua mensagem deste ponto, sem
ter que reiniciá-la.
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Características
 Outro conceito bastante interessante é o NRZ (Non Return to
Zero), onde cada bit (0 ou 1) é transmitido por um valor de
tensão específico e constante.
 A velocidade de transmissão dos dados é inversamente
proporcional ao comprimento do barramento.
 A maior taxa de transmissão especificada é de 1Mbps
considerando-se um barramento de 40 metros.
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Os 4 Pilares Principais da CAN
 Baseada nesses 4 pilares as CANs trabalham com uma topologia
da rede física em estrela e lógica em barramento, enviando suas
mensagens em broadcast.
4º Ótimo confinamento 
de falhas
3º Controle de Erro
2º Simples Transmissão
1º Implementação de 
Hardware
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Os 4 Pilares Principais da CAN
 1º Implementação de Hardware
 O meio de transmissão para as redes CAN influencia
diretamente no funcionamento e no envio correto das
mensagens, uma vez que estas precisam ser confiáveis e em alta
velocidade.
 A topologia física da rede também precisa ser analisada com
cuidado. O comprimento de cada ramo do "Chicote Elétrico"
deve seguir a norma CAN, do contrário, a propagação das
mensagens pode ser prejudicada.
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Os 4 Pilares Principais da CAN
 2º Simples Transmissão: As CANs devem funcionar mesmo caso
haja falha no link, assim, uma CAN transmitindo por 2 pares de
cabo é capaz de operar normalmente somente com 1 par.
 3º Controle de Erro: O controle de erro do protocolo CAN é o
mais interessante e principal característica desse tipo de rede.
Como as CANs são utilizadas em sistemas sensíveis a falha o
controle de erro é feito pelos próprios dispositivos.
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Os 4 Pilares Principais da CAN
 4º Ótimo confinamento de falhas:
 A danificação de um dispositivo pode resultar no envio de
mensagens de erro na rede, assim, prejudicando a largura de
banda.
 Este mecanismo de controle de erros garante que as mensagens
sinalizadoras de eventos críticos possam ser enviadas com
sucesso garantindo a integridade do sistemas.
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Benefícios
 Os principais benefícios fornecidos pelo protocolo CAN podem
ser resumidos por:
Um padrão de comunicação que 
facilita e torna econômica a tarefa 
de interfacear sensores e 
atuadores de diferentes 
fabricantes;
O esforço computacional é diluído 
entre uma CPU principal e um 
periférico com inteligência de 
processamento, o que deixa a CPU 
livre para as tarefas de 
gerenciamento do sistema;
Com a integração dos 
componentes através de um 
barramento único, reduz-se 
drasticamente a quantidade de 
fios e, automaticamente, os custos 
materiais e de montagem da rede 
embutida;
Por serum padrão com grande 
aceitação no mercado, o protocolo 
CAN incentiva a fabricação de 
circuitos integrados que irão 
abastecer a indústria, o que cria a 
perspectiva de redução de preços 
devido à concorrência iminente..
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Aplicação
 Sua aplicação inicial foi realizada em ônibus e caminhões.
 Atualmente, é utilizado na indústria, em veículos automotivos,
navios e tratores, entre outros.
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Aplicação
 Exemplo de aplicação em veículo automotivo
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Aplicação
 Exemplo de aplicação em um trator
81
Bibliografia
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Pearson Pratice Hall, 2010.
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19/07/2018.
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Disponível em: https://www.citisystems.com.br/rs232/ Acesso em: 20/07/2018
ROBOCORE. Comparação Entre Protocolos de Comunicação Serial. Disponível em:
https://www.robocore.net/tutoriais/comparacao-entre-protocolos-de-comunicacao-
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82
Bibliografia
BRAGA, Newton C. Como funcionam as UARTs (TEL006). Instituto NCB. Disponível
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SACCO, Francesco. Comunicação SPI – Parte 1. Site Embarcados – 05/05/2014.
Disponível em: https://www.embarcados.com.br/spi-parte-1/ Acesso em: 19/07/2018.
HENRIQUE, Tiago. Comunicação I2C. Site MICROCONTROLANDOS, 05/12/2012.
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DOS REIS, Valdinei Rodrigues. I2C – Protocolo de Comunicação. Site ArduinoBR .
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