INTRODUÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS COM MICROCONTROLADORES

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1 INTRODUÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS COM MICROCONTROLADORES Matheus Montanini Breve (PIBIC-Jr), Miguel Angel Chincaro Bernuy (Orientador), Universidade Tecnológica Federal do Paraná/Curso Técnico em Eletrotécnica/Cornélio Procópio, PR. Ciências Exatas e da Terra Palavras-chave: microcontroladores, programação, PIC. RESUMO: Este documento clarifica os métodos utilizados para aprendizagem da linguagem de programação C orientada à microcontroladores da família PIC. O método de aprendizagem consistiu na elaboração de algumas atividades que envolviam conceitos básicos necessários para a futura criação de sistemas mais complexos, além da pesquisa bibliográfica sobre o assunto. Após o desenvolvimento das atividades o nível de conhecimento da linguagem C se tornou maior permitindo um maior interesse e consequentemente incentivando o desenvolvimento de outras atividades por conta própria. Introdução A história dos microcontroladores teve início na década de 70, com a primeira produção em massa do microprocessador 4004 da Intel. Desde então, vários usos foram atribuídos aos microcontroladores, de simples circuitos até computadores. Com o tempo, a estrutura e arquitetura foram aperfeiçoadas e diversas empresas começaram a criar sua própria família de microcontroladores, aumentando sua disponibilidade e diminuindo gradativamente os custos. Sua popularidade cresceu ainda mais nos últimos anos com a grande facilidade de acesso, abrindo a possibilidade de amadores adquirirem seu próprio microcontrolador para elaboração de pequenos ou complexos projetos. No programa de iniciação científica foram utilizados os microcontroladores PIC16F877A e o PIC16F628A As atividades estabelecidas pelo orientador consistiam de atividades de introdução, preparadas para dar início o aprendizado da linguagem de programação, utilizando o compilador PICC. Com o material de apoio fornecido pelo orientador, que 1

2 abordava conceitos de lógica básica e programação de microcontroladores em C, iniciamos a elaboração dos projetos propostos, que serão exibidos no tópico abaixo. atividade foi elaborado o primeiro fluxograma (figura 1) abaixo. Materiais e métodos Na atual seção os métodos e conceitos utilizados para construção dos projetos serão explicados. Os projetos, depois de concluído o seu respectivo código em C, foram simulados com o software ISIS Schematic, da Labcenter Electronics, que suporta diversos modelos de microcontroladores permitindo observar os efeitos do circuito e analisá-los sem o risco de problemas relacionados a experimentação física. A primeira atividade consistia na criação de um projeto em que um LED conectado a uma saída do PIC acendesse de acordo com o pressionamento de um botão, permanecendo aceso apenas enquanto o botão é pressionado. O projeto em si é bem simples, mas eficiente para iniciar o aprendizado, já que este contém funções referentes ao uso de entradas e saídas e de estruturas condicionais que são frequentemente utilizadas. O fluxograma é um instrumento muito eficaz em organizar as ideias e otimizar o código [2] [4], logo para iniciar a Figura 1. Fluxograma da 1ª atividade No fluxograma acima, A0 representa a entrada em que estará presente o botão de acionamento. A1 representa a saída na qual o LED será conectado. O funcionamento do sistema de acordo com o fluxograma é extremamente simples. Caso o botão esteja pressionado, ou seja, o valor lógico da entrada A0 é 1, acionase a saída A1, o LED. O circuito realizado no simulador encontra-se na figura 2 abaixo: Figura 2. Circuito da 1ª atividade Depois da criação do primeiro circuito, a escrita de novos códigos se tornou mais fácil, visto que a básica experiência obtida na primeira atividade auxilia 2

3 na compreensão da linguagem de programação. A segunda atividade fez uso da capacidade do PIC de lidar com displays de LCD, embutida e simplificada no compilador PICC. Em adição à primeira atividade é foi utilizado um display LCD de 16 colunas e 2 linhas para indicar o estado do botão, exibindo ligado ou desligado. Neste caso, o fluxograma pode ser visto na figura 3 a seguir. Figura 3. Fluxograma da 2ª atividade No fluxograma acima, B0 representa a porta em que o botão está conectado e B1 a saída na qual o LED está conectado. Com o mesmo procedimento utilizado na primeira atividade, o código foi escrito com base no fluxograma apresentado na figura 3 acima. A escrita do código da atividade só foi possível com a explicação e detalhamento das funções presentes no compilador que foi encontrado no material de apoio provido pelo professor [4]. Outro fator que teve influência no método e que simplifica o mesmo é a facilidade com que o driver LCD é acrescentado ao código. Uma função que é própria do compilador é o PIC Wizard (figura 6), que automaticamente adiciona diferentes funções, como o driver LCD, com uma interface intuitiva e simples de utilizar. Logo depois do término da segunda atividade, demos início à terceira, atividade na qual era necessário o uso do conversor analógico-digital, presente na família de microcontroladores PIC, juntamente com o display LCD, este utilizado para exibição do valor de tensão na entrada analógica utilizada. Nesta atividade não foi necessário a elaboração de um fluxograma devido a ausência de funções condicionais e decisões no código. Ao invés do fluxograma, foi utilizado apenas o material de apoio com as funções do conversor, que facilitaram o desenvolvimento e entendimento do mesmo. O circuito, construído com o software ISIS, pode ser visto na figura 4. 3

4 Resultados e Discussão O resultado da primeira atividade (figura 5) pode ser visto abaixo. Figura 4. Circuito da 3ª atividade A construção é semelhante aos circuitos dos módulos anteriores, porém, ao invés de um botão utiliza-se um potenciômetro (RV1). O terminal central do potenciômetro é conectado ao pino 3 (RA1/AN1), criando um divisor de tensão. Três atividades foram realizadas após o desenvolvimento das três atividades aqui descritas, a criação de um sistema de alarme residencial, a automação de um portão de garagem e o controle de nível utilizando o CLP. As duas primeiras foram realizadas utilizando os mesmos procedimentos, criação de fluxograma, criação do código e simulação, assim como as atividades aqui descritas. Na atividade que envolvia o CLP, as aulas de Automação Industrial do curso técnico facilitaram o desenvolvimento do controle de nível. Figura 5. LED inativo/botão não pressionado LED ativo/botão pressionado. O resultado da segunda atividade pode ser visto na figura 6. Figura 6. Display LCD exibindo e LED D1 representando o status do botão. Ambas possíveis situações foram representadas acima. O resultado da terceira atividade (figura 7) pode ser visto abaixo. Figura 10. Display LCD exibindo a voltagem na entrada analógica conectada ao terminal central do potenciômetro. 4

5 Considerações Finais Como pode ser notado nos resultados apresentados acima, todas as atividades tiveram um resultado positivo, correspondendo com o fluxograma elaborado e funcionando como esperado. Ao contrário do que parece, os resultados acima não foram obtidos logo após a escrita do código, já que este, em todos os casos, apresentou erros que impediam ou debilitavam o funcionamento do circuito. Apenas após várias correções e melhoramentos é que os circuitos começaram a funcionar como esperado. O processo de aprendizagem do código é exatamente o mesmo se comparado ao aprendizado de outros assuntos. Portanto, vários erros e dificuldades foram encontrados durante a criação, no entanto, estes foram solucionados com a ajuda do professor, com o material de apoio fornecido pelo mesmo. Outro fator que facilitou o aprendizado foi a utilização de exemplos, nativamente encontrados no programa Arduino 1.1, o compilador da plataforma open-source de prototipagem de mesmo nome. Estes exemplos são muitas das vezes intuitivos e explicados com comentários, o que ajuda no entendimento do código. Algo que é comum é a aversão que algumas pessoas possuem em relação à programação, que é frequentemente tida como impossível ou incompreensível. Essa dificuldade ou aversão pode ser facilmente superada com o ensino de projetos de simples compreensão e gradativamente implementar projetos com um nível maior de complexidade. Estes devem ser implementados apenas quando a certeza de que o aluno ou bolsista conseguirá concluir o projeto, tendo como base os seus conhecimentos sobre a linguagem que utiliza. O mesmo método foi utilizado pelo orientador Miguel, que propôs atividades cujo nível de dificuldade aumentava conforme aprendíamos mais sobre programação. Com uma familiaridade maior com os conceitos de lógica booleana obtidos nas aulas de Eletrônica Digital do ensino técnico da UTFPR e de programação básica o posterior aprendizado de outras linguagens de programação será mais rápido e eficiente. Agradecimentos Agradeço à Fundação Araucária pela concessão da bolsa. 5

6 Referências [1] A Brief History of Microprocessors. Disponível em arquivo formato PDF: wnload/basic%20conceptions. pdf. Acesso em 17 de setembro de [2] Técnicas de Programação Fluxogramas por Bento Alves Cerqueira Cesar Filho. Disponível para download em: t/abaaaamp0ag/tecnicaprogramacao-fluxograma. Acesso em 17 de setembro de [3] Linguagem C para microcontroladores PIC. Disponível para download em: t/abaaaaiioah/c-pic#. Acesso em 17 de setembro de [4] PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: Programação em C. 7 ed. São Paulo: Ética,

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