Quem trabalha com eletrônica ou até mesmo com projetos Arduino sabe que não existem limites para suas capacidades, levando em consideração que diversos produtos podem ser desenvolvidos, necessitando somente de um estudo prévio sobre o que deseja-se produzir. Então, que tal construir seu próprio microcontrolador através do kit Arduino Standalone?
Como sabemos, a placa Arduino é uma plataforma de prototipagem aberta conhecida pelo mundo todo devida ás inúmeras vantagens oferecidas, sendo utilizada em projetos robóticos e como material de aprendizagem para eletrônica, dentre os diversos modelos destacamos hoje o Arduino UNO.
Comprar um equipamento destes nas empresas de venda de eletrônicos hoje é bastante simples, porém construir um destes nós mesmos é algo ainda mais prazeroso e satisfatório, por isto decidimos como construir uma versão de Arduino Standalone, um projeto faça você mesmo de eletrônica.
Utilizaremos como base de funcionamento o UNO, devido ao seu microcontrolador ATmega328P que é facilmente removível do soquete do instalação da placa Original, o que nos possibilita algumas manobras que serão descritas mais a frente neste mesmo artigo.
Um dos fatores que chama bastante a atenção de quem deseja desenvolver esta versão Standalone é o custo reduzido que a mesma apresenta em comparação ao modelo tradicional do Arduino, isto, devido à miniaturização do mesmo, o que permite inclusive a sua instalação em projetos de menor porte.
Arduino Standalone
Já falamos bastante desta palavra até o momento, mas afinal de contas o que ela representa neste caso, o que é um Arduino Standalone?
O termo Standalone utilizado para identificar este circuito que iremos desenvolver também pode ser denominado por stand alone e tem como significado a palavra autônomo, autonomia, que descreve o mesmo como um equipamento auto suficiente.
Neste caso, o denomina-se desta maneira devido à independência que o mesmo possui de uma placa de programação, ou seja, com um microcontrolador devidamente gravado com um código já instalado, é possível retirá-lo da placa original e instalá-lo em seu projeto Standalone.
Caso desejado, ainda existe a possibilidade de utilizar-se de conversores FTDI para realizar a gravação direta do Microcontrolador com o programa Arduino, sem a necessidade de um Arduino como demonstramos no caso acima.
Microcontrolador ATMEGA328P
O ATmega328P é um modelo de microcontrolador AVR que possui 8 bits e é produzido pela empresa Atmel, dentre suas configurações podemos destacar seus 32KB de memória flash, dos quais 0,5KB são reservados para a memória do bootloader, além de possuir uma EEPROM de 1KB e SRAM de 2KB.
Vale ressaltar que a gravação da memória Flash não precisa ser realizada necessariamente de modo externo, já que a gravação do mesmo é feita por um software que se encontra na memória Flash do produto, chamado de Bootloader. Dessa forma, sempre que dado reset no microcontrolador, a primeira função a ser executada será a do Bootloader.
Com as informações necessárias e um breve conhecimento sobre os pinos do Atmega e suas respectivas funções, podemos executar as mais diversificadas funções, expandindo sua utilidade e ampliando suas possibilidades, veja abaixo um esquema com os respectivos pinos do mesmo.
Aplicação e Funcionamento
Para os que desejam redescobrir o mundo da eletrônica através da utilização de microcontroladores, o trabalho com esta modalidade de projetos é extremamente importante e simplificado já que traz consigo todos os fundamentos já adquiridos através do próprio Arduino.
Desenvolver um Arduino Standalone através de protoboards não é um processo complicado, mas possibilita ver os limites existentes entre a utilização do microcontrolador e da placa Arduino UNO finalizada e desenvolvida pela empresa Arduino.
Não existe sensação melhor do que construir algo do zero e que tal construir um Arduino do zero com todas as características necessárias para os mais diversificados projetos e que além de possuir tamanho reduzido também tem um pequeno custo para desenvolver.
Produtos Utilizados para o Projeto
Parece algo complicado e que irá utilizar diversos componentes, pode até ser complicado se tivermos que selecionar item por item, quais as especificações de cada componente como fazer estas escolhas? Pensando nisto a Usinainfo desenvolveu um exclusivo Kit Standalone, o qual será um dos itens do nosso projeto, veja tudo o que iremos utilizar:
Existe um detalhe que vale ser observado na hora de escolher os produtos para o desenvolvimento do Arduino Standalone, para facilitar o funcionamento do projeto o Atmega328 deve vir com o Bootloader instalado, uma característica que este produto da Usinainfo corresponde visando auxiliar os seus clientes.
Este Kit mencionado acima junto com uma protoboard, jumpers e uma alimentação regulada de 5V será o suficiente para o desenvolvimento deste nosso projeto, o Kit Standalone conta com:
- 1 ATmega328P DIP-28 + Bootloader Arduino;
- 1 Cristal Oscilador 16MHz Slim para Microcontroladores;
- 2 Capacitor Cerâmico 22pf 50V;
- 1 Push Button / Chave táctil 6x6x5 para Projetos;
- 1 Resistor 10K 1/4W;
- 1 LED Verde 5mm Difuso;
- 1 Resistor 330R 1/4W.
Vale ressaltar que a alimentação de 5V deve ser respeitando visando conservar o estado de funcionamento do equipamento, tensões maiores causarão danos irreversíveis para o mesmo.
Pinos do Arduino Uno e Pinos do Atmega328P
Tanto o Arduino UNO quanto o Atmega328P possuem especificações compartilhadas referente aos seus pinos e funcionamento, observando através da imagem abaixo, podemos verificar que por mais que estejamos acostumados com a ordem dos pinos Digitais e Analógicos do Arduino, no Atmega328P eles nem sempre possuem o mesmo nome e a mesma ordem, deste modo, a maior parte dos pinos do Arduino UNO correspondem diretamente aos pinos do Atmega328.
Note que o Arduino UNO possui os pinos de uma forma mais ordenada, com pinos de alimentação e comunicação posicionados de maneira estratégica para funcionamento e demais componentes que possibilitam alimentações maiores que 5V, além de pinos de comunicação agrupados.
De uma maneira mais aleatória, os pinos do Atmega328 possuem as mesmas funções, porém devemos observar durante o desenvolvimento dos projetos através do nosso projeto Arduino Standalone que um pino possui de uma função, nos trazendo a um ponto de evolução no qual nos possibilita e obriga compreendermos cada uma destas para um projeto de sucesso.
Nem todos os pinos possuem a capacidade de executar toda e qualquer funcionalidade, algumas funções são exclusivas de determinados pinos e devemos ficar atentos quanto a isto, não só quanto à questão dos pinos PWM, mas também as diversas outras funções.
Montagem Física (Hardware)
A montagem física do nosso Arduino Standalone necessita de maior atenção devido ao fato de estarmos trabalhando com diversos componentes e portas de um microcontrolador que possui terminais específicos para funcionamento, se obedecida a ordem de montagem demonstrada na figura abaixo, seu projeto não terá erro, observe abaixo a montagem física do nosso projeto:
Com todos os equipamentos selecionados e em mãos, o próximo passo é a realização da montagem do nosso projeto junto à Protoboard, neste ponto alguns devem estar se perguntando o porquê da utilização de um cristal oscilador em nosso projeto se o Atmega328P já possui um oscilador interno.
Optamos pela utilização do clock de 16MHz pelo fato de ser o mesmo utilizado junto ao Arduino e pela sua frequência, já que é a mesma que define o a velocidade de execução dos comandos e internamente o Atmega possui um cristal de 8MHz que não é tão preciso quanto ao cristal externo utilizado.
Nosso projeto conta ainda com um Push Button que serve justamente para incluir ao nosso Arduino Standalone um comando físico para o circuito reset que, assim que for pressionado, ativa a conexão ao GND e coloca o pino 1 em LOW, acionando o reset.
Além destes componentes, temos a inclusão do famoso LED conectado ao pino digital 13 (pino físico 19), uma característica da maioria dos tutoriais de Arduino Standalone e no próprio Arduino, utilizado para indicar o boot quando gravamos o bootloader.
Alimentação
A alimentação do nosso equipamento mesmo que fundamental, não possui tantos segredos, mas possui mais de uma forma de ser realizada, caso não se importe de se desprender da utilização de um Arduino, pode conectar o mesmo aos pinos positivo e negativo da protoboard através dos pinos 5V e GND.
Mas caso esteja desenvolvendo este projeto já para garantir uma independência da placa Arduino, a alimentação pode ser desenvolvida utilizando-se fontes de alimentação 5V, fontes de bancada ou módulos adaptadores USB para DIP, por exemplo.
Produtos Utilizados para Alimentação com Fonte de Alimentação
Produtos Utilizados para Alimentação com Adaptadores
Produtos Utilizados como Fonte de Alimentação para Protoboard
- Fonte Ajustável para Protoboard 3.3V e 5V com interruptor;
- Fonte Ajustável para Protoboard 3.3V e 5V.
O meio utilizado como alimentação para o projeto vai depender da necessidade e da disponibilidade dos itens, fica à critério do desenvolvedor qual o melhor meio de realizar a referente alimentação.
Programando o Arduino Standalone
Com o nosso Arduino Standalone montado e com o sistema de alimentação escolhido ainda temos um dos passos mais importantes para realizar que é a programação do nosso Atmega328P, já que assim, ele não possui tantas funcionalidades.
O modo mais simples de realizar a programação do microcontrolador em questão é a utilizando um Arduino UNO, já que possui um local especifico para a fixação do Atmega328P, basta posicionar o chip no Arduino, carregar o código e logo após retirá-lo e posiciona-lo novamente à protoboard.
Porém, caso deseje realizar o processo de maneira independente e sem a necessidade de um Arduino, uma opção é a utilização de um adaptador USB para Serial, como módulos FTDI.
Conclusão
Agora já montamos nosso próprio Arduino na protoboard, entendemos o é um Arduino Standalone, descobrimos como alimentá-lo e tivemos uma ideia de como fazer para realizarmos a programação do mesmo, basta aprofundar nossos conhecimentos e desenvolvermos os mais diversificados projetos.
Independentemente da alimentação que vamos utilizar, vale ressaltar que todo equipamento eletrônico possui limites que não devem ser ultrapassados e que caso desrespeitados podem acarretar na queima ou dano do mesmo.
Para quem está iniciando, a dependência de um Arduino pode ser a melhor opção tanto para alimentação quanto para a programação do microcontrolador, são os métodos mais simples e que garantem sucesso total ao seu projeto.
Este projeto é somente um ponto de partida para quem deseja desenvolver seus conhecimentos e melhorar suas capacidades, evolua este projeto, utilize os diferentes meios de programação e não se esqueça de comentar suas experiências através dos comentários.
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