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O Básico sobre Microcontroladores - Parte 4 (MIC142)

Este é o quarto artigo de uma série em que ensinamos nossos leitores o que é um microcontrolador, dando informações básicas para aqueles que desejam utilizar este componente em seus projetos. Trata-se de série de artigos ideais para quem tem conhecimento básico de eletrônica, mas não sabe nada sobre microcontroladores. É uma série ideal para STEAMers, estudantes, makers, e hobistas.

 

MSP430

A família de microcontroladores MSP430 da Texas Instruments pela sua característica de ultra-baixo consumo é especialmente indicada para aplicações alimentadas por bateria como robôs, veículos autônomos, IoT, vestíveis, etc.

O consumo no modo espera (idle) pode ser tão baixo como 1 µA dependendo do tipo e a frequência pode chegar a 25 MHz. Eles possuem ainda seis modo de programação de baixo consumo e entram em funcionamento a partir desse estado num tempo muito curto, da ordem de 1 microssegundo.

O MSP430 está em sua sexta geração, havendo na sua própria designação:

Assim, na numeração típica temos algo como:

MSP430F2618ATZQWT-EP, como no quadro abaixo.

 

 

 

Nele temos:

a) Primeiro Grupo (MSP) – Família de processadores

b) Segundo grupo (430) – Plataforma

c) Terceiro grupo (F) – indica o tipo de memória

d) Quarto grupo (2) – Geração do dispositivo

e) Quinto grupo (6) – modelo dentro da geração

f) Sexto grupo (18) – um ou dois dígitos indicando a quantidade de memória conforme a tabela:

Sufixo RAM ROM   Sufixo RAM ROM
0 128 1 K   10 5 K 32 K
1 128 2 K   11 10 K 48 K
2 256 4 K   12 5 K 55/56 K
3 256 8 K   13  
4 512 12 K   14  
5 512 16 K   15  
6 1 K 24 K   16 4 K 92 K
7 1 K 32 K   17 8 K 92 K
8 2 K 48K   18 8 K 116 K
9 2 K 60K   19 4 K 120 K

 

g) Sufixo opcional indicando variante do dispositivo com recursos adicionais (A)

h) Sufixo indicando a faixa de temperatura (T) – no caso -40 a +105º C

i) Invólucro (ZQW) – conforme a Texas

j) Letras finais (EP) indicando recursos adicionais, no caso qualificado para uso automotivo.

No site do autor podem ser encontrados diversos projetos com este microcontrolador assim como no site da Texas Instruments (WWW.ti.com).

 

Renesas

Esta é outra empresa que fornece uma boa linha de microcontroladores para aplicações em mecatrônica e muito mais. Seus microcontroladores são simples de usar, robustos e de baixo custo havendo diversas famílias disponíveis que podem ser consultadas em https://www.renesas.com/pt-br/products/microcontrollers-microprocessors.html

As principais famílias são:

RL78 – 32 MHz, 1,6 a 5,5 V e corrente de repouso de 46 µA

RX – 32 MHz a 240 MHz, memória flash atpé 4 MB com USB, CAN, timer para controle de motor e TFT.

RH850 – baixo consumo, operação em alta temperatura para aplicações em controle.

RZ – Baseada em ARM com display

Codec de Vídeo Fuill-HD

Outras famílias podem ser consultadas no site da empresa.

 

NXP

Esta empresa oferece também uma ampla linha de microcontroladores para os mais diversos usos, incluindo mecatrônica, robótica, IoT e muito mais.

Estes são baseados em MCUs que vão de 8 a 32 bits,

 

Outros

Na Mouser Electronics podem ser acessados microcontroladores de muitos outros fabricantes como:

- Analog Devices

- Epson

- Parallax

- On Semiconductor

- ST Micdroelectronics

- Zilog

 

Recursos à venda (shields e breakout boards)

As saídas de um microcontrolador, como os usados nas placas de Arduino só podem fornecer correntes de 20 mA com 5 V e 50 mA com 3,3 V.

Isso significa que se desejarmos controlar circuitos ou dispositivos de maior corrente não podemos fazer sua conexão direta nestas placas.

Mesmo levando em conta as situações limite em que controlamos cargas de maior corrente, se utilizarmos todas as saídas simultaneamente para esta finalidade, corremos o risco de sobrecarregar o microcontrolador, levando-o ao limite de sua dissipação.

Se pretendemos controlar cargas de maior potência, acima de 50 mA, precisamos utilizar algum tipo de interface de maior capacidade, normalmente denominadas “Shields”.

Um Shield nada mais é do que um circuito de potência que, a partir das saídas de um microcontrolador, como o Arduino, pode controlar uma carga determinada.

Assim, nos capítulos anteriores em que demos drivers para solenoides e motores, eles não realidade também podem funcionar como shields para microcontroladores.

Nesta função o sinal de controle para eles vem das saídas dos microcontroladores, tanto de 3,3 V como de 5 V, conforme disponibilidade e escolha.

Alguns Shields oferecem ainda a possibilidade de se isolar a saída do microcontrolador do circuito ou dispositivo controlado, agregando segurança o que é especialmente importante quando o circuito ou dispositivo controlado está ligado à rede de energia.

Em geral, os Shields podem ser montados com facilidade, tanto de forma experimental em matrizes de contato como definitivos em placas planejadas ou em placas universais, existe possibilidade de se comprar a unidade pronta.

Placas contendo conjuntos de relés, pontes H são comuns para se controlar cargas de maior potência ou motores com o recurso da reversão.(figura 1)

 

Figura 2 – Shield de desenvolvimento
Figura 1 – Shield com 4 relés

 

No entanto, existem casos em que a placa pronta não existe ou se existe ela tem recursos muito além do que necessitamos.

Por exemplo, podemos precisar controlar uma carga de potência através de um relé, mas só temos Shields para a venda com 4 relés.

Pagamos por quatro e usamos apenas um, o que além de ser um desperdício, pode comprometer um projeto em que se deseja ocupar o menor espaço possível.

Neste caso, o melhor mesmo é montar o Shield e para isso precisamos de um circuito para esta finalidade.

Neste site temos os projetos de drivers e shields onde encontramos diversas opções para estas interfaces, utilizando desde componentes comuns até agregando recursos adicionais como, por exemplo, um temporização externa ou outro recurso que não mais precisará ser programado.

Outra possibilidade é a de não existir um Shield para o que desejamos fazer o que exige de qualquer maneira não apenas um circuito para seu acionamento como também o próprio circuito.

Por exemplo, se estamos criando um alarme sonoro de alta potência, além do circuito de acionamento que envolve, por exemplo, um relé, também precisamos da própria sirene que vai ser controlada.

Montando um Shield específico para isso, podemos ter uma abordagem diferente para o problema: podemos fazer a própria sirene controlada pelo microcontrolador, por exemplo, Arduino eliminando muitos componentes.

A adaptação de circuitos comuns “blocos construtivos” como os que temos em milhares de nossos artigos, banco de circuitos, mini-projetos e neste site oferece uma gama gigantesca de ideias.

Podemos utilizar Shields de desenvolvimento, como o da figura 2 que contém uma matriz de contatos.

 

Figura 3 – Visite nossa Livraria Técnica
Figura 2 – Shield de desenvolvimento

 

Mais que isso, podemos utilizar as simulações nossas para verificar se um projeto funciona não necessariamente utilizando um microcontrolador que esteja disponível no simulador.

 

A Eletrônica

Se bem que as placas de microcontroladores como o Arduino, MSP430, PIC e outras contenham a maior parte da eletrônica que precisamos nossos projetos, o conhecimento básico de eletrônica ainda é fundamental para o desenvolvimento de um projeto a não ser em poucos casos em que os Shields façam tudo.

Conhecer eletrônica para saber o que ligar, como ligar e o que programar é fundamental para os projetos que envolvam estas placas.

No nosso site, além de uma vasta quantidade de artigos teóricos que tratam de circuitos, projetos e interpretação de diagramas, além do princípio de funcionamento de tudo que há de eletrônico, o leitor terá ainda a possibilidade de adquirir cursos e livros de apoio.

Em especial, recomendamos os livros da nossa série de Cursos como o Eletrônica – Curso Básico, Curso -Eletrônica Analógica - Eletrônica Digital 1 e 2 e Eletrônica de Potência.

 

Figura 3 – Visite nossa Livraria Técnica
Figura 3 – Visite nossa Livraria Técnica

 

 

Shields Sensores

Da mesma forma que temos os circuitos atuadores, os sinais que controlam nosso projeto podem vir dos mais diversos tipos de sensores.

Muitos deles podem ser ligados diretamente às placas, pois fornecem sinais compatíveis tais como LDRs, termistores, micro-switches, etc

No entanto, em alguns casos, os sinais não são compatíveis com as entradas exigindo Shields especiais que processam seus sinais para uma forma apropriada de excitação.

Temos neste caso, Shields de sensores inerciais e até mesmo de sinais de rádio que podem receber o sinal de controle de um celular, tablet por meio de conexão Wi-Fi.

Se bem que em alguns casos estes Shields também possam ser montados, existem muitos deles que podem ser comprados prontos (figura 4).

 

Figura 4 – Shields sensores
Figura 4 – Shields sensores

 

 

Onde obter Shields

A Mouser Electronics também fornece Shields de excelente qualidade, originais e não de procedência que coloque em dúvida a sua confiabilidade.

Basta acessar seu site através de nossa publicidade e na busca digitar a palavra “shield” que o leitor verá todas as opções disponíveis.

 

Breakout Boards

Além dos shields, que são placas que contém periféricos para microcontroladores como o Arduino, existem as chamadas Breakout Boards ou placas de “quebra” se formos adotar uma tradução ao pré da letra.

No entanto, existem outros periféricos que são de utilidade quando se trabalha com um microcontrolador e estes são as chamadas Breakout Boards que ainda não possuem um termo em português para sua designação, mas que poderiam ser denominadas “Placas de Componentes”.

Como o nome em inglês sugere, estas placas contém um componente único que devido às suas dimensões muito pequenas não podem ser ligados diretamente a uma placa de microcontrolador pelas suas saídas e por isso eles são “quebrados” ou expandidos de modo a se ter acesso a seus terminais, conforme mostra a figura 5.

 


 

 

Isso permite que trabalhemos com este componente único acoplado a um microcontrolador, para desenvolver um projeto, para avaliar seu funcionamento, ou ainda para complementar um projeto que exija sua presença.

É o caso de um circuito integrado que então tem seus pinos tornados acessíveis de modo a poderem facilmente ser ligados a um microcontrolador.

Seria o equivalente a uma matriz de contato, mas na forma de uma placa de circuito impresso com o componente ou mesmo alguns componentes já soldados, conforme mostra a figura 6.


 

 

As vantagens do uso dessas placas são diversas.

Além do fato tamanho, pois os circuitos integrados podem ser SMD em lugar de convencionais DIP ou DIL e não precisam ser montados em matrizes de contato, temos a vantagem da segurança dos contatos, pois podemos usar a soldagem nas interligações.

Isso permite a realização de montagens muito mais compactas como os projetos de IoT, vestíveis e outros exigem em muitos casos.

Outra vantagem está na possibilidade de se usar a mesma placa em outros projetos, bastando que os terminais de conexão ao microcontrolador sejam dessoldados ou desencaixados de uma placa..

Também podemos citar um fato extremamente importante que facilita muito os desenvolvedores que é o fato de que os nomes dos pinos estão perfeitamente identificados nestas placas (figura 7).

 


 

 

Veja que existe uma diferença entre um shield e uma brakout board. Os shields contém circuitos completos com determinadas funções, sendo normalmente maiores.

As breakout boards contém um ou poucos componentes específicos que devem ser usados nas funções dos componentes que contem e não numa função de circuito. São menores e mais simples.

É claro, que em alguns casos, a função de uma determinada brakout board pode ser a mesma de um shield, mas nem sempre isso ocorre e se ocorrer, a brakout board pode fazer o mesmo de forma mais simples.

Para trabalhar com uma breakboard é preciso levar em conta uma diferença.

Elas devem ter conexões soldadas, o que implica na necessidade de se ter um soldador e ter habilidade neste tipo de operação, sempre tomando cuidado com o excesso de calor.

Também é preciso estar atento às tensões que os componentes que elas contém podem suportar, escolhendo a alimentação apropriada tanto da placa do próprio microcontrolador como de uma fonte adicional externa.

Na Mouser Electronics você pode encontrar muitos tipos de Breakout Boards, de diversos fabricantes conforme vemos a seguir.

 

Tipos antigos

A partir do primeiro microcontrolador em 1971, o Intel 4004, uma infinidade de tipos surgiu ao longo dos anos e muitos deles, apesar de poderem ser considerados obsoletos, ainda podem ser encontrados e usados principalmente com finalidade didática, principalmente pela facilidade de uso e baixo custo.

Assim é comum ainda encontrarmos projetos ou mesmo escolas que ainda se baseiam em microcontroladores como o Z80, 80C51, COP8, etc. 

Na internet existem muitos sites e fóruns que discutem projetos usando estes microcontroladores.

Na verdade, muitos fabricantes têm em suas linhas versões “modernas” destes microcontroladores que ainda podem ser usadas em projetos práticos atuais.

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

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