M I C R O C O N T R O L A D O R E SP R O F. M E .

H É L I O

E S P E R I D I Ã O.

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;

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;

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);

• -

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.

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

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.

GOJI SMART LOCK COM WEBCAM

• Bloquear ou desbloquear a porta. Enviar para pessoas autorizadas um "digital lock" por email

ou sms, onde poderá definir em que limites de tempo a pessoa autorizada poderá abrir ou

fechar a porta.

I9PLUG

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).

FUTURO

• No futuro não estranhe se o seu conjuge vier...

Só faltou o botão

DESLIGAR!!!

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.

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.

COMO TUDO COMEÇOU?

• As primeiras formas de se processar informações e

fazer cálculos em velocidades mais altas que a do ser-

humano foram puramente mecânicas.

MICROCONTROLADORES

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 1 6 4 2 .

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 ?

E L E T R I C I D A D EA 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

PA R A U T I L I Z A R V Á LV U L A S E R E L É S .

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.

CONSUMO

• Consumia 200 000 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

+ 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.

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.

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

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

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

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.

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 4004.

• O 4004 foi o primeiro CI onde todo o

circuito de controle e programação

estava integrado em um único chip

O ENIAC FAZIA QUANTOS MESMO?

• Tinha capacidade de realizar 6 mil

cálculos de soma por segundo.

PROCESSADORES

• Intel 4004, o primeiro processador da história

– 2.300 transístores

18-core Xeon Haswell-E5 5,560,000,000 2014 Intel 22 nm

IBM z14 6,100,000,000 2017 IBM 14 nm

Xbox One X (Project Scorpio) main SoC 7,000,000,000 2017 Microsoft/AMD 16 nm

Intel 4004 2,300 1971 Intel 10,000 nm

Intel 8008 3,500 1972 Intel 10,000 nm

Z80

• Em 1975 a empresa ZILOG fabrica o

famoso microprocessador Z80.

• O Z80 foi o microprocessador

utilizado nos video-games Atari.

8048 X 8051

• Em 1976 a Intel lança o primeiro

MICROCONTROLADOR, o 8048.

• 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.

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

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

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.

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

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.

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.

ARQUITETURA DE UM MICROPROCESSADOR (CPU)

ARQUITETURA DE UM MICROCONTROLADOR

ARQUITETURA HAVARD X VON-NEUMAN

VON NEUMANNVSHARVARD

• 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,

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.

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).

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

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.

USO

• Os microprocessadores são utilizados em aplicações

onde são requeridos cálculos matemáticos complexos

e com muita velocidade

MICROCONTROLADORES

• Os microcontroladores são utilizados de forma

dedicada, por exemplo em eletrodomésticos, onde a

velocidade de processamento não é tão alta.

EVOLUÇÃO DE DISPOSITIVOS CONECTADOS

REDES

REDES

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).

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

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

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).

TABELA COMPARATIVA DE MICROCONTROLADORES