M I C R O C O N T R O L A D O R E S P R O F. M E. H É L I O E S P E R I D I Ã O.

Transcrição

1 M I C R O C O N T R O L A D O R E S P R O F. M E. H É L I O E S P E R I D I Ã O.

2 HOSPITAIS E CLÍNICAS Pacientes podem utilizar dispositivos conectados que medem batimentos cardíacos ou pressão sanguínea, por exemplo, e os dados coletados serem enviados em tempo real para o sistema que controla os exames;

3 AGROPECUÁRIA Sensores espalhados em plantações podem dar informações bastante precisas sobre temperatura, umidade do solo, probabilidade de chuvas, velocidade do vento e outras informações essenciais para o bom rendimento do plantio. De igual forma, sensores conectados aos animais conseguem ajudar no controle do gado: um chip colocado na orelha do boi pode fazer o rastreamento do animal, informar seu histórico de vacinas e assim por diante;

4 ONDE VAMOS CHEGAR? Fábricas: a Internet das Coisas pode ajudar a medir em tempo real a produtividade de máquinas ou indicar quais setores da planta precisam de mais equipamentos ou suprimentos; - Lojas: prateleiras inteligentes podem informar em tempo real quando determinado item está começando a faltar, qual produto está tendo menos saída (exigindo medidas como reposicionamento ou criação de promoções) ou em quais horários determinados itens vendem mais (ajudando na elaboração de estratégias de vendas); -

5 ONDE MAIS? Transporte público: usuários podem saber pelo smartphone ou em telas instaladas nos pontos qual a localização de determinado ônibus. Os sensores também podem ajudar a empresa a descobrir que um veículo apresenta defeitos mecânicos, assim como saber como está o cumprimento de horários, o que indica a necessidade ou não de reforçar a frota; - Logística: dados de sensores instalados em caminhões, contêineres e até caixas individuais combinados com informações do trânsito, por exemplo, podem ajudar uma empresa de logística a definir as melhores rotas, escolher os caminhões mais adequados para determinada área, quais encomendas distribuir entre a frota ativa e assim por diante; - Serviços públicos: sensores em lixeiras podem ajudar a prefeitura a otimizar a coleta de lixo; já carros podem se conectar a uma central de monitoramento de trânsito para obter a melhor rota para aquele momento, assim como para ajudar o departamento de controle de tráfego a saber quais vias da cidade estão mais movimentadas naquele instante.

6 POSSÍVEIS RISCOS É por essa razão que as convenções que tratam do conceito devem levar em consideração vários parâmetros preventivos e corretivos, especialmente sobre segurança e privacidade

7 P H I L I P S L I G H T I N G Chamadas de Hue, essas lâmpadas podem ser configuradas pelo smartphone para mudar a intensidade e as cores da iluminação para deixar o ambiente mais confortável para cada situação.

8 GOJI SMART LOCK COM WEBCAM Bloquear ou desbloquear a porta. Enviar para pessoas autorizadas um "digital lock" por ou sms, onde poderá definir em que limites de tempo a pessoa autorizada poderá abrir ou fechar a porta.

9 I9PLUG

10 FITBIT A FitBit é uma companhia que produz dispositivos voltados para saúde e monitoramento de atividades físicas, como balanças, pulseiras e relógios inteligentes. Os dados obtidos por esses dispositivos (batimentos cardíacos, distância percorrida, quantidade de passos, entre outros) são sincronizados com o smartphone e podem ser compartilhados nas redes sociais. É uma forma de o usuário motivar amigos ou criar desafios para eles, por exemplo (e, indiretamente, fazer outras pessoas comprarem os produtos da marca).

11 FUTURO No futuro não estranhe se o seu conjuge vier... Só faltou o botão DESLIGAR!!!

12 M I C R O C O N T R O L A D O R E S Você pode perceber que o mundo de hoje é muito diferente daquele que nossos pais e avós tinham, há 4 ou 5 décadas atrás. Os avanços tecnológicos que ocorreram nos últimos 50 anos foram impressionantes.

13 Q U A I S? Para você poder ter uma noção, faça uma lista em seu caderno de todas as novidades tecnológicas que surgiram nos últimos 50 anos.

14 COMO TUDO COMEÇOU? As primeiras formas de se processar informações e fazer cálculos em velocidades mais altas que a do serhumano foram puramente mecânicas.

15 MICROCONTROLADORES

16 P A S C A L I N A, C R I A D A P O R B L A I S E P A S C A L E M I M A G E S E PA S C A L V I S S E U M S M A R T P H O N E D E H O J E. Q U A L T E R I A S I D O S U A R E A Ç Ã O?

17 E L E T R I C I D A D E A S M Á Q U I N A S D E I X A R A M D E U S A R C Á L C U L O S M E C Â N I C O S P A R A U T I L I Z A R V Á LV U L A S E R E L É S.

18 ENIAC Funcionava utilizando lógica digital (0 e 1). Pesava 30 toneladas (30000kg). Media 5,50m de altura e 25m de comprimento, totalizando uma área de 180m². Era composto por 70 mil resistores, 18 mil válvulas, 10 mil capacitores, 1500 relés e 6 mil chaves interruptoras.

19 CONSUMO Consumia W de potência. Quando era ligado/reiniciado, as luzes do Estado da Filadélfia piscavam. Foi criado com fins militares, para fazer cálculos de trajetórias de misseis balísticos e outros cálculos de guerra

20 + CURIOSIDADES Internamente, a temperatura chegava a 50 C. A cada 10min em média, uma válvula queimava. Inicialmente tinha uma equipe de 80 programadores. Todos os programadores eram mulheres A sua capacidade de processamento era a de realizar 5 mil cálculos por segundo. É um número que impressiona, mas as nossas calculadoras de mesa hoje tem a mesma capacidade de processamento.

21 SEMICONDUTORES A partir dos anos 1920, começaram os primeiros estudos com materiais semicondutores. O objetivo era criar componentes que substituíssem as válvulas e os relés no processamento de informações, com inúmeras vantagens.

22 CIÊNCIA Enquanto o ENIAC estava em pleno vapor, os cientistas John Barden, Walter Bratain e William Shockley inventam o Transistor nos laboratórios da BELL. William Shockley (izq), Walter Brattain e John Bardeen

23 IMPORTANTE Esse foi um grande marco na história. Muitos consideram o transistor como a mais importante invenção da história da humanidade. Isso porque o transistor substituiu as válvulas com inúmeras vantagens, tais como tamanho, consumo de energia, temperatura, velocidade de comutação, custo de produção, etc

24 PRIMEIRO CIRCUITO INTEGRADO Graças ao transistor, em 1959 a empresa TEXAS INSTRUMENTS cria o primeiro Circuito Integrado (CI), onde em uma mesma pastilha eram integrados vários transistores

25 PRIMEIRO COMPUTADOR COM PREÇO ACESSÍVEL Utilizando chips (CIs), em 1964 a empresa DIGITAL começa a vender o PDP-8, o primeiro computador com preço acessível aos laboratórios.

26 PRIMEIRO MICROCONTROLADOR 4 anos mais tarde, em 1968, surge a INTEL. Em 1971 a Intel revoluciona o mercado ao lançar o primeiro microprocessador da história, o Intel O 4004 foi o primeiro CI onde todo o circuito de controle e programação estava integrado em um único chip

27 O ENIAC FAZIA QUANTOS MESMO? Tinha capacidade de realizar 6 mil cálculos de soma por segundo.

28 PROCESSADORES Intel 4004, o primeiro processador da história transístores Intel , Intel 10,000 nm Intel , Intel 10,000 nm 18-core Xeon Haswell-E5 5,560,000, Intel 22 nm IBM z14 6,100,000, IBM 14 nm Xbox One X (Project Scorpio) main SoC 7,000,000, Microsoft/AMD 16 nm

29 Z80 Em 1975 a empresa ZILOG fabrica o famoso microprocessador Z80. O Z80 foi o microprocessador utilizado nos video-games Atari.

30 8048 X 8051 Em 1976 a Intel lança o primeiro MICROCONTROLADOR, o E 4 anos mais tarde, lança o 8051, o microcontrolador mais famoso da história. A partir desse momento, o desenvolvimento de microprocessadores e microcontroladores tomam caminhos diferentes.

31 MICROCONTROLADOR: O QUE É? O microcontrolador pode ser definido como um chip digital embutido, que é responsável pelo controle da grande maioria dos aparelhos eletrônicos utilizados em nosso cotidiano (LIMA, 2012), como, por exemplo: televisão e celular. Além dos periféricos, os microcontroladores também embarcam memórias voláteis e não voláteis

32 MICROCONTROLADORES Pequeno componente eletrônico programável Sistema computacional em um único circuito integrado (on-chip computer) Aplicações embarcadas Inteligência incorporada à máquina Inteligência distribuída Pequenos, baratos e eficientes

33 MICROCONTROLADOR X MICROPROCESSADOR O microprocessador precisa de outros periféricos para poder funcionar, como memória RAM, Timers e etc. Já o microcontrolador consegue integrar todos estes recursos em um único chip. O microcontrolador também é chamado de Computador em um só chip pelo fato abordado acima.

34 MICROCONTROLADORES Embarcam em si todos ou a maioria dos componentes e periféricos necessários para armazenar e executar programas, realizar o recebimento de dados por vias diversas e atuar em outros componentes eletrônicos através de saídas digitais ou periféricos de comunicação. Ressalta-se ainda que todo microcontrolador possui uma unidade de processamento

35 MICROPROCESSADORES Preza pela velocidade de processamento com a melhor razão de consumo de energia possível. Porém, não embarca em si todos os componentes necessários para um completo ciclo computacional, como memórias não-voláteis, memórias voláteis e periféricos de entrada e saída. Todos esses componentes estão presentes externamente ao chip e se conectam a ele através de barramentos especiais.

36 MEMÓRIAS O microcontrolador possui vários periféricos na mesma pastilha de CI: - Memória de Dados; - Memória de Programa; - EEPROM; - Portas de Entrada e Saída (I/O); - Temporizadores (Timers); - USB.

37 ARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR (CPU)

38 ARQUITETURA DE UM MICROCONTROLADOR

39 ARQUITETURA HAVARD X VON- NEUMAN

40 VON NEUMANN VS HARVARD Von Neumann os programas e dados ficam numa mesma memória Harvard memória de dados e memória de programa são separadas Arquitetura Harvard modificada: programas e dados são carregados em caches separadamente mas a memória principal é única Os processadores de uso geral (GPPs) usam a arquitetura Von Neumann pela simplicidade,

41 VON-NEUMANN Na arquitetura Von-Neumann, a busca de dados e instruções não pode ser executada ao mesmo tempo (gargalo da arquitetura), limitação que pode ser superada com a busca antecipada de instruções e/ou com caches de instruções/dados.

42 HARVARD Na arquitetura Harvard, os dados e instruções podem ser acessados simultaneamente, o que torna essa arquitetura inerentemente mais rápida que a Von- Neumann (LIMA, 2012).

43 RISC A arquitetura RISC (computador de conjunto de instruções reduzidas) utiliza um conjunto de instruções simples, pequeno e geralmente com extensão fixa. Exemplo: LOAD A, 0 LOAD B, 3 MULT A, B STORE 0, A

44 CISC A arquitetura CISC (computador de conjunto de instruções complexas) também utiliza um conjunto simples de instruções, porém utiliza instruções mais longas e complexas, semelhantes às de alto nível, na elaboração de um programa. Exemplo: MULT 0, 3 Multiplica o conteúdo do endereço 0 pelo valor contido no endereço 3, e o resultado volta para o endereço 0.

45 USO Os microprocessadores são utilizados em aplicações onde são requeridos cálculos matemáticos complexos e com muita velocidade

46 MICROCONTROLADO RES Os microcontroladores são utilizados de forma dedicada, por exemplo em eletrodomésticos, onde a velocidade de processamento não é tão alta.

47 EVOLUÇÃO DE DISPOSITIVOS CONECTADOS

48 REDES

49 REDES

50 REDES E TECNOLOGIAS DE COMUNICAÇÃO As redes de comunicação não fogem daquilo que você já usa: tecnologias como Wi-Fi, Bluetooth e NFC podem ser e são usadas para Internet das Coisas. Mas como essas redes oferecem alcance limitado, determinadas aplicações dependem de redes móveis como 3G e 4G / LTE. As redes móveis atuais 2G, 3G e 4G são direcionadas a dispositivos como smartphones, tablets e laptops. O foco está sobre aplicações de texto, voz, imagem e vídeo. Esse aspecto não impede as redes atuais de serem utilizadas para IoT, mas uma otimização para dispositivos variados é necessária, principalmente para garantir o baixo consumo de energia e de recursos de processamento. Isso deve vir com a próxima onda de redes móveis, o 5G (quinta geração).

51 FABRICANTES DE MICROCONTROLADORES: Microchip Uma das famílias de microcontroladores que mais se popularizou entre os estudantes e profissionais da área no Brasil é a linha PIC da empresa Microchip. Esses microcontroladores se destacam pela sua arquitetura consistente, bom desempenho de processamento e grande variedade de periféricos. Atmel Freescale

52 ATMEGA328 ATMega328 fabricado pela empresa ATMEL faz parte de uma família de controladores chamada AVR, apresentando 8 bits como tamanho de palavra de processamento. construído sobre a arquitetura AVR RISC Harvard modificada Foi projetado para proporcionar um alto desempenho de processamento, podendo alcançar até 20 MIPS (milhões de instruções por segundo), operando em 20MHz. Sua memória Flash para o armazenamento de instruções é de 32Kbytes, e sua memória RAM volátil possui 2KBytes, dispondo ainda de uma memória EEPROM de 1KByte para o armazenamento de dados não-voláteis

53 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS E PERIFÉRICOS 32 registradores de uso geral de 8 bits cada. 23 pinos de entrada e saída (I/O) programáveis. 2 temporizadores/contadores de 8 bits e 1 temporizador/ contador de 16 bits. 1 módulo contador de tempo real de 8 bits (necessário cristal oscilador externo de 32,678Hz para resolução de 1s) 6 canais de saída PWM (modulação por largura de pulso). 6 canais de conversores AD (analógico para digital). 1 interface serial TWI (compatível com I2C Philips) e 1 interface SPI para comunicação com outros circuitos integrados. Interface serial USART para aplicações de comunicação em rede serial (como RS232 e RS485).

54 TABELA COMPARATIVA DE MICROCONTROLADORES