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Sistemas Microcontrolados

Eletrônica Básica

Prof. Sergio F. Ribeiro

Ciência da Computação

Microcontroladores e Robótica - FACAPE

Sistemas de Numeração

Os sistemas de numeração foram criados pelo homem com o objetivo de quantificar as grandezas relacionadas às suas observações.

Um sistema de numeração é determinado fundamentalmente pela base, que indica a quantidade de símbolos e o valor de cada símbolo.

decimal (base 10): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

binário (base 2): 0, 1

octal (base 8): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

hexadecimal (base 16): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

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Sistemas de Numeração O sistema de numeração binário é o mais importante em

sistemas digitais. Como usa apenas os símbolos 0 e 1, é mais fácil de ser representado por circuitos eletrônicos (presença ou não de tensão, chave aberta ou fechada, etc).

Os símbolos binários são denominados de bit (binary digit). O conjunto de 8 bits é denominado de byte (binary term).

Um conjunto de 4 bits é chamado nibble.

Para a representação de números binários grandes utilizamos os sistemas de numeração octal e hexadecimal.

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Sistema Hexadecimal

Do hexa = 6 e deci = 10, sistema numérico de base 16.

Este sistema possui 16 símbolos distintos em sua contagem.

Além dos 10 dígitos (0 a 9), utiliza as letras A, B, C, D, E eF que fazem o papel das grandezas 10,11,12,13,14,15.

O sistema Hexadecimal é um sistema muito utilizado em computadores.

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Sistemas de NumeraçãoDecimal Hexadecimal Binário

0 0 0000

1 1 0001

2 2 0010

3 3 0011

4 4 0100

5 5 0101

6 6 0110

7 7 0111

8 8 1000

9 9 1001

10 A 1010

11 B 1011

12 C 1100

13 D 1101

14 E 1110

15 F 11115



Conversão Decimal ⇒ Binário

A conversão pode ser realizada através de divisões sucessivas pelo número decimal 2, e a escrita, de modo inverso, dos restos de cada divisão até que um quociente 0 seja obtido.

EXEMPLO: converter 1910 para binário.

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Conversão Binário ⇒ Decimal

A conversão é obtida por meio de um somatório de produtos, como mostrado abaixo.

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Conversão Hexadecimal ⇒ Binário

É um processo de conversão muito simples, sem a necessidade de cálculos.

Basta converter cada dígito hexadecimal em seu binário equivalente e, então, concatenar. Ex: 47216 = [0100][0111][0010]

47216 = 100011100102

Obs: para representar um número hexadecimal na linguagem C, basta preceder o número hexa de 0x.

Ex: 0x472, 0x3A8E

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Conversão Binário ⇒ Hexadecimal

Basta agrupar os bits da direita para a esquerda de quatro em quatro bits e apresentar o dígito hexadecimal para cada grupo de 4 bits. Ex: 10101100112 = [0010][1011][0011]

10101100112 = 2B316

Obs: para representar um número binário na linguagem C, basta preceder o número binário de 0b. Ex: 0b1010110011

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Eletrônica Básica

Vamos agora conhecer alguns componentes eletrônicos básicos e suas funcionalidades. resistores capacitores diodos bateria, etc.

Antes precisamos verificar alguns conceitos básicos sobre grandezas elétricas: tensão corrente resistência potência, etc.

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Grandezas Físicas Grandeza pode ser definido como tudo aquilo que pode

ser atribuído a uma certa quantidade, e dessa forma tornar-se mensurável.

São exemplos de grandezas: velocidade aceleração pressão calor, etc.

E todas essas grandezas podem ser medidas e associadas a alguma unidade de medida. velocidade ⇒ m/s aceleração ⇒ m/s2

pressão ⇒ milímetros de mercúrio: mmHg11


Grandezas Elétricas

Tensão elétrica

É a diferença de potencial elétrico entre dois pólosdistintos.

No S.I. (Sistema Internacional) a tensão elétrica, cujo símbolo é a letra U, é medido em volts (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta.

Referencial comum: terra, chassis, ground. tensão do referencial: 0V símbolos:

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Grandezas ElétricasTensão elétrica

Tensão alternada: é aquela que varia no tempo. Descreve uma função matemática. Ex: tensão senoidal. uma tensão alternada oscila em uma determinada frequência. recebemos em nossas casas uma tensão alternada de 110V ou

220V e com uma frequência de 60Hz.

Tensão contínua: é uma tensão constante, ou seja, seu valor não varia ao longo do tempo (não há frequência).

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Grandezas ElétricasCorrente elétrica

É o fluxo ordenado de elétrons por um meio condutor. Quando um material condutor for submetido a uma

diferença de potencial, os elétrons fluirão do ponto de maior concentração de elétrons para o ponto de menor concentração de forma ordenada.

Tal deslocamento de elétrons é chamado de fluxo ou corrente elétrica.

Podemos considerar ofluxo convencional ou o fluxo eletrônico.

unidade demedida:ampére (A)

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Grandezas ElétricasResistência elétrica:

Característica de um corpo de se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma d.d.p. aplicada.

Todo circuito elétrico possui uma resistência elétrica qualquer que dificulta a passagem de corrente.

A unidade de medida é o Ohm (Ω), em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm.

Lei de Ohm (lei fundamental da eletrônica): num circuito elétrico fechado, a intensidade de corrente elétrica é

diretamente proporcional à tensão elétrica aplicada ao circuito e inversamente proporcional à resistência do mesmo.

I = V / R15



Resistência elétrica:

Exemplo:

Em um circuito elétrico, cuja resistência equivale a 180Ω, aplicou-se uma tensão de 12Vcc. Qual a corrente que flui pelo mesmo?

V = 12Vcc

R = 180Ω

I = V / R ⇒ I = 12 / 180 ⇒ I = 0,066A ⇒ I = 66mA

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Potência elétrica

É a energia consumida ou liberada em um determinado intervalo de tempo.

A potência elétrica, cujo símbolo é a letra P, é medida em Watt (W), em homenagem ao engenheiro escocês James Watt.

Em um circuito fechado, quando há uma tensão aplicada e uma corrente circulante, a potência gasta no circuito será diretamente proporcional ao produto da tensão pela corrente no circuito.

P = V × I

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Analogia Elétrica-Hidráulica

Elétrico Hidráulico

Tensão Pressão

Corrente Vazão

Resistência Atrito

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Componentes EletrônicosBateria

Fonte de tensão onde a d.d.p. é geralmente produzida por reação química.

Baterias são pilhas de placas metálicas inventadas pelo físico italiano Alessandro Volta.

As baterias possuem dois terminais: um positivo e um negativo.

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Componentes EletrônicosBateria

Toda bateria tem uma tensão específica. pilhas ⇒ 1,5 volts baterias ⇒ 9 volts

Um circuito pode ser desligado por meio de chaves, desconectando a bateria do circuito (circuito aberto).

Uma situação anormal é o chamado curto-circuito, onde um fio liga diretamente os dois terminais da bateria.

Temos também baterias recarregáveis presentes em celulares e outros aparelhos.

isto faz a corrente atingir um valor altíssimo, gerando muito aquecimento.

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Componentes EletrônicosResistor

Um dos componentes mais versáteis e usados em eletrônica.

Tem por finalidade oferecer uma resistência à passagem da corrente elétrica pelo circuito.

Dissipa energia em forma de calor. Valor da resistência e tolerância:

indicado no corpo do componente normalmente por faixa de cores.

Potência do componente: indicado pelo tamanho (1W, 1/4W, 1/8W, etc.)

Simbologia:

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Qual a sequência de cores para um resistor de 10kΩ?

Qual o valor de um resistor que possuir a sequência de cores: vermelho, vermelho, vermelho?

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Temos também os chamados resistores variáveis. Um exemplo são os potenciômetros ou os trim-pots. Potenciômetros são resistores capazes de variar suas

resistências dentro de uma faixa de valores determinada através do deslocamento manual de uma haste.

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Temos também um tipo específico de resistor variável, chamado LDR (Light Dependent Resistor).

É um resistor que tem sua resistência elétrica alterada conforme a intensidade da incidência da luz sobre ele.

Na medida em que mais luz incide no LDR, sua resistência diminui.

E quanto menos luz incide no LDR, maior é sua resistência.

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Componentes EletrônicosCapacitor

O capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar e fornecer cargas elétricas.

Ele é formado por duas placas paralelas, separadas por um material isolante chamado dielétrico.

Quando ligado a uma tensão fixa, o capacitor é percorrido por uma pequena corrente até que suas placas paralelas fiquem carregadas. Uma fica com cargas negativas

(elétrons) e outra com cargaspositivas (falta de elétrons).

Simbologia:

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Componentes EletrônicosCapacitor

O valor de um capacitor é chamado capacitância.

A grandeza usada para medi-la é o Faraday (F).

O Faraday é uma medida muito grande para capacitores.

Para medir capacitores é mais comum usar o microfaraday(µF), ou o nanofaraday (nF), ou o picofaraday (pF).

Os capacitores têm várias aplicações nos circuitos. Uma das principais é a filtragem, barrando as frequências baixas e

deixando passar as frequências altas.

Também podem ser usados como capacitores de desacoplamento, ligados entre o Vcc e o terra (elimina ruídos elétricos).

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Componentes EletrônicosDiodo

O diodo é um componente classificado como semicondutor, permitindo que a corrente elétrica o atravesse em apenas um sentido.

O diodo possui dois terminais: o ânodo (+) e o cátodo (-).

A corrente elétrica trafega livremente no sentido do ânodo para o cátodo, mas não pode trafegar no sentido inverso.

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Componentes EletrônicosDiodo

Quando polarizados diretamente, os diodos permitem a circulação de corrente elétrica por ele.

E quando polarizado inversamente, a corrente não consegue atravessar o diodo.

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Componentes EletrônicosLED

LED ⇒ Light Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz).

LED é um tipo especial de diodo que tem a capacidade de emitir luz ao ser atravessado por uma corrente elétrica.

Como todo diodo, o LED permite a passagem de corrente (acende) no sentido direto (ânodo para o cátodo).

No sentido inverso, a corrente não flui e não há luz.

Existem LEDs que emitem luz vermelha, verde, amarela, azul e branca.

Existem LEDs que emitem luz infravermelha usados em sistemas de alarme.

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Componentes EletrônicosLED

Existem ainda os LEDs que emitem luz vermelha ou verde (bicolores), dependendo do sentido da corrente.

E ainda existem os LEDs RGB que emitem luz vermelha, verde ou azul, dependendo de quais terminais são excitados.

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Componentes EletrônicosTransistor

Este é sem dúvida o mais importante componente eletrônico já criado.

Ele deu origem aos chips que temos hoje nos computadores.

Um processador possui centenas de milhões de microscópicos transistores.

Inventado no Bell Lab nos anos 40, o transistor é um substituto das válvulas eletrônicas com as vantagens: tamanho minúsculo baixo consumo de energia pouco aquecimento

mais eficiente maior confiabilidade

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Existem vários tipos de transistores pra diversos fins. Quanto ao sentido da corrente, os transistores são

classificados como NPN ou PNP.

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Existem fototransistores que amplificam o sinal gerado pelo seu sensor ótico.

Os transistores realizam uma série de funções: chave eletrônica amplificador de tensão amplificador de corrente

Ex: o sinal elétrico gerado porum microfone é tão fraco quenão consegue excitar um alto-falante. Usa-se um transistorpara elevar a tensão do sinalsonoro, e um transistor como amplificador de corrente.

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Instrumento de MediçãoMultímetro

Aparelho para medir grandezas elétricas. medem tensão, corrente, resistência. alguns possuem opção de teste de diodos e transistores.

Modelo analógico. possui mostrador analógico (de ponteiro).

Modelo digital. possui mostrador digital (números).

Para medir tensão e resistência, o multímetro é colocado em paralelo ao componente.

Para medir corrente, o multímetro é colocado em série ao circuito.

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Instrumento de MediçãoMultímetro analógico

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Instrumento de MediçãoMultímetro digital

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Protoboard (Matriz de Contatos) Protoboard é uma placa com furos e conexões condutoras

para montagem de circuitos elétricos experimentais. Vantagem ⇒ facilidade de inserção de componentes, uma

vez que não necessita de soldagem. As placas variam de 800 furos até 6.000 furos, tendo

conexões horizontais e verticais.

Microcontroladores e Robótica - FACAPE 37

Datasheet

Datasheet significa folha de dados. É o termo técnico usado para identificar um documento

relativo a um determinado produto. Contém especificações técnicas como: pinagem,

encapsulamento, temperatura de funcionamento, tensões máximas, tensões mínimas, correntes máximas, correntes mínimas, instruções de funcionamento, características físicas, esquemático de exemplo, etc.

Exemplos: CD4067 (multiplex), HCT4094 (shift register), PIC18F4550 (microcontrolador).

Deve-se sempre consultar o datasheet do componente eletrônico que se usar no circuito.

Microcontroladores e Robótica - FACAPE 38


Ativação de Dispositivos

Há duas maneiras diferentes de se ativar um dispositivo: Alto ativo ⇒ o dispositivo é acionado ao receber nível alto. Baixo ativo ⇒ o dispositivo é acionado ao receber nível baixo.

Alto ativo Baixo ativo

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Ativação de Dispositivos

Ao projetar um circuito, você define se quer que um componente eletrônico qualquer seja ativado no modo alto ativo ou no modo baixo ativo.

Alto ativo Baixo ativo

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Pull Up e Pull Down Técnica largamente utilizada em circuitos eletrônicos para

evitar a flutuação e garantir o estado de uma porta usada como entrada digital em nível lógico 0 ou em nível lógico 1.

Caso não se use o resistor de pull up ou pull down em pinos de entrada digital, o mesmo pode variar (flutuar) em nível alto ou baixo quando a chave estiver em aberto.

resistor de pull up

resistor de pull down

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