Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica criada para facilitar o desenvolvimento de projetos com sensores, LEDs, motores, displays, botões e vários outros componentes eletrônicos.

Quando falamos em Arduino, normalmente estamos falando de duas coisas:

A placa física, como o Arduino Uno
O ambiente de programação, chamado Arduino IDE

O Arduino Uno, por exemplo, possui um microcontrolador que executa o programa que você envia para ele.

Diferente de um computador comum, o Arduino não possui um sistema operacional completo como Windows ou Linux. Ele executa diretamente o código gravado no microcontrolador.

Para que serve?

O Arduino pode ser usado para controlar praticamente qualquer projeto eletrônico simples ou intermediário.

Alguns exemplos:

Acender LEDs
Ler botões
Medir temperatura
Medir luminosidade
Detectar movimento
Detectar distância
Controlar motores
Controlar servos
Acionar relés
Mostrar informações em displays
Fazer alarmes
Automatizar iluminação
Criar robôs
Criar fechaduras eletrônicas
Criar sistemas de irrigação
Criar estações meteorológicas
Fazer protótipos de produtos

O Arduino funciona como o cérebro do circuito.

Os sensores enviam informações para ele, o programa analisa essas informações e então o Arduino pode tomar alguma ação.

Por exemplo:

Sensor de distância
        ↓
     Arduino
        ↓
Objeto está perto?
        ↓
       Sim
        ↓
Acender LED vermelho

Como o Arduino funciona?

Dentro do Arduino existe um microcontrolador.

No Arduino Uno tradicional, normalmente encontramos o microcontrolador:

ATmega328P

Esse pequeno chip possui:

Processador
Memória
Entradas digitais
Saídas digitais
Entradas analógicas
Temporizadores
Interfaces de comunicação

Você escreve um programa no computador e envia esse programa para o Arduino através do cabo USB.

Depois disso, o Arduino consegue executar o programa sozinho sempre que receber energia.

O fluxo básico é:

Computador
   ↓
Arduino IDE
   ↓
Código C/C++
   ↓
Compilação
   ↓
USB
   ↓
Arduino
   ↓
Microcontrolador executa o programa

Arduino IDE

A Arduino IDE é o programa utilizado para escrever e enviar códigos para a placa.

Um programa básico de Arduino é chamado de sketch.

Um sketch normalmente possui duas funções principais:

void setup() {

}

void loop() {

}

`setup()`

A função setup() executa apenas uma vez, quando o Arduino liga ou reinicia.

Ela normalmente é usada para configurar as portas.

Exemplo:

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

Aqui estamos dizendo:

A porta 13 será utilizada como saída.

`loop()`

A função loop() executa repetidamente enquanto o Arduino estiver ligado.

Exemplo:

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);

  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}

Esse código:

Liga a porta 13
Espera 1 segundo
Desliga a porta 13
Espera 1 segundo
Repete tudo

Se houver um LED conectado corretamente nessa porta, ele ficará piscando.

As portas do Arduino

O Arduino possui vários tipos de pinos.

No Arduino Uno, os principais são:

Portas digitais
Portas PWM
Entradas analógicas
5V
3.3V
GND
VIN
AREF
RESET

Cada uma possui uma função diferente.

Portas digitais

No Arduino Uno existem as portas:

0 até 13

Elas são chamadas de portas digitais porque trabalham principalmente com dois estados:

LOW
HIGH

Normalmente:

LOW  = 0V
HIGH = aproximadamente 5V

Essas portas podem funcionar como:

Entrada

Saída

Porta digital como saída

Uma porta configurada como saída pode controlar dispositivos.

Exemplo:

pinMode(7, OUTPUT);

Para ligar:

digitalWrite(7, HIGH);

Para desligar:

digitalWrite(7, LOW);

Isso pode ser usado para controlar:

LEDs
Buzzers
Transistores
MOSFETs
Relés
Outros circuitos

Porta digital como entrada

Também podemos utilizar uma porta para receber informações.

Exemplo:

pinMode(2, INPUT);

Depois podemos ler o estado dela:

int estado = digitalRead(2);

O resultado normalmente será:

HIGH

ou:

LOW

Isso é útil para:

Botões
Sensores digitais
Interruptores
Sensores de movimento
Módulos eletrônicos

INPUT_PULLUP

O Arduino também possui resistores internos que podem ser usados nas entradas.

Por exemplo:

pinMode(2, INPUT_PULLUP);

Nesse modo, o Arduino ativa internamente um resistor de pull-up.

Isso é muito utilizado com botões.

Um circuito simples pode ficar:

Pino 2 ---- botão ---- GND

Quando o botão não estiver pressionado:

HIGH

Quando o botão for pressionado:

LOW

O que é uma entrada flutuante?

Se você configurar:

pinMode(2, INPUT);

e não conectar corretamente o pino a HIGH ou LOW, ele pode ficar em um estado chamado floating, ou flutuante.

Nesse estado, o Arduino pode ler valores aleatórios.

Por exemplo:

HIGH
LOW
HIGH
HIGH
LOW

Mesmo sem você pressionar nada.

Por isso normalmente utilizamos:

Resistor pull-up
Resistor pull-down
INPUT_PULLUP

Portas PWM

Algumas portas digitais possuem o símbolo:

No Arduino Uno normalmente são:

Essas portas possuem suporte a PWM.

PWM significa:

Pulse Width Modulation

ou:

Modulação por Largura de Pulso

PWM permite simular diferentes níveis de potência ligando e desligando uma saída muito rapidamente.

Por exemplo:

analogWrite(9, 128);

O valor pode variar entre:

0 até 255

Onde:

0   = 0%
128 = aproximadamente 50%
255 = 100%

Isso pode ser usado para:

Controlar brilho de LED
Controlar velocidade de motores
Gerar sinais
Controlar alguns dispositivos eletrônicos

Entradas analógicas

No Arduino Uno existem normalmente:

A0
A1
A2
A3
A4
A5

Essas portas permitem medir uma tensão variável.

Por exemplo:

int valor = analogRead(A0);

No Arduino Uno, o resultado normalmente varia entre:

0 até 1023

Porque o conversor analógico possui resolução de 10 bits.

Isso significa aproximadamente:

0    = 0V
1023 = 5V

Essas entradas podem ser usadas com:

Potenciômetros
LDR
Sensores analógicos
Joysticks
Sensores de temperatura
Sensores de luminosidade

Exemplo com potenciômetro

Imagine um potenciômetro conectado assim:

5V --------+
           |
      Potenciômetro
           |
GND -------+
           |
          A0

Podemos ler sua posição:

int valor = analogRead(A0);

Serial.println(valor);

O Arduino retornará aproximadamente:

dependendo da posição do potenciômetro.

Pinos de alimentação

Além das portas de entrada e saída, o Arduino possui pinos de alimentação.

Os principais são:

5V
3.3V
GND
VIN

5V

O pino:

5V

fornece aproximadamente 5 volts.

Pode ser usado para alimentar pequenos componentes e sensores.

Por exemplo:

Arduino 5V
   |
   +---- Sensor

Porém o Arduino possui limite de corrente.

Não devemos utilizar esse pino para alimentar dispositivos que consomem muita corrente.

Por exemplo:

Motores grandes
Vários servos
Fitas LED grandes
Relés grandes diretamente
Bombas

Esses dispositivos normalmente precisam de uma fonte externa.

3.3V

O pino:

3.3V

fornece aproximadamente:

3,3 volts

Alguns sensores e módulos eletrônicos trabalham nessa tensão.

Sempre verifique a tensão suportada pelo componente.

GND

GND significa:

Ground

ou:

Terra/referência elétrica do circuito

Ele funciona como o ponto de referência para as tensões do circuito.

Normalmente um circuito precisa de:

Alimentação
+
GND

Exemplo:

5V ---- LED ---- resistor ---- GND

Quando usamos fontes externas junto com o Arduino, normalmente precisamos conectar os GNDs.

Exemplo:

Fonte externa GND
        |
        +------ Arduino GND

Isso cria uma referência elétrica comum entre os dispositivos.

VIN

O pino:

VIN

pode ser usado para alimentar a placa através do regulador interno em situações apropriadas.

Ele não é equivalente ao pino de 5V.

É importante verificar a tensão recomendada para a placa específica antes de utilizá-lo.

RESET

O pino ou botão:

RESET

reinicia o microcontrolador.

Quando você pressiona RESET, o Arduino começa novamente pelo:

setup()

e depois continua executando:

loop()

AREF

AREF significa:

Analog Reference

Ele está relacionado à tensão de referência utilizada pelas entradas analógicas.

Em projetos básicos normalmente você não precisará utilizá-lo.

Portas 0 e 1

No Arduino Uno:

0 = RX
1 = TX

Esses pinos são utilizados pela comunicação serial.

RX = Receive
TX = Transmit

Eles também são utilizados na comunicação entre o Arduino e o computador através do conversor USB/Serial da placa.

Por isso é recomendado tomar cuidado ao conectar outros dispositivos nesses pinos enquanto estiver enviando programas para o Arduino.

Comunicação Serial

O Arduino pode enviar informações para o computador.

No código:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

Depois:

Serial.println("Olá!");

Na Arduino IDE podemos abrir o Monitor Serial.

O resultado aparecerá:

Olá!

Isso é extremamente útil para:

Testar sensores
Encontrar erros
Ver valores
Depurar programas
Acompanhar estados do circuito

A4 e A5 também possuem outra função

No Arduino Uno, normalmente:

A4 = SDA
A5 = SCL

Esses pinos são utilizados pelo protocolo:

I2C

O I2C permite conectar dispositivos como:

Displays OLED
Displays LCD
RTCs
Sensores
Expansores de portas

Um exemplo de ligação:

Arduino      Display OLED

5V/VCC  ---> VCC
GND     ---> GND
A4      ---> SDA
A5      ---> SCL

Dependendo do módulo, a tensão pode ser 3,3 V em vez de 5 V.

SPI

O Arduino também possui comunicação:

SPI

No Arduino Uno ela utiliza normalmente os pinos:

Com funções como:

SS
MOSI
MISO
SCK

O SPI pode ser utilizado com:

Cartões SD
Displays
Módulos RFID
Conversores
Memórias
Outros microcontroladores

Como conectar um LED

Um dos circuitos mais simples é:

Arduino porta 7
      |
    resistor
      |
     LED
      |
     GND

Um resistor como:

220 Ω

é frequentemente usado com LEDs comuns, dependendo da tensão, LED e corrente desejada.

Código:

void setup() {
  pinMode(7, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(7, HIGH);
  delay(1000);

  digitalWrite(7, LOW);
  delay(1000);
}

Por que usar resistor no LED?

Um LED não deve normalmente ser conectado diretamente entre uma porta digital e o GND sem limitação de corrente.

O resistor limita a corrente.

Sem ele, você pode danificar:

O LED
A porta do microcontrolador

Exemplo:

Arduino
  |
  +---- resistor ---- LED ---- GND

Como conectar um botão

Um exemplo utilizando INPUT_PULLUP:

Pino 2 ---- botão ---- GND

Código:

void setup() {
  pinMode(2, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {

  if (digitalRead(2) == LOW) {
    // botão pressionado
  }

}

Botão controlando LED

Exemplo completo:

#define LED 7
#define BOTAO 2

void setup() {
  pinMode(LED, OUTPUT);
  pinMode(BOTAO, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {

  if (digitalRead(BOTAO) == LOW) {
    digitalWrite(LED, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED, LOW);
  }

}

Quando o botão for pressionado:

LED ligado

Quando soltar:

LED desligado

`pinMode()`

A função:

pinMode()

define como um pino será utilizado.

Exemplos:

pinMode(7, OUTPUT);

pinMode(2, INPUT);

pinMode(2, INPUT_PULLUP);

`digitalWrite()`

Controla uma saída digital.

digitalWrite(7, HIGH);

liga a saída.

digitalWrite(7, LOW);

desliga.

`digitalRead()`

Lê uma entrada digital.

int estado = digitalRead(2);

O resultado será:

HIGH

ou:

LOW

`analogRead()`

Lê uma entrada analógica.

int valor = analogRead(A0);

No Arduino Uno normalmente retorna:

0 até 1023

`analogWrite()`

No Arduino Uno, analogWrite() utiliza PWM nos pinos compatíveis.

Exemplo:

analogWrite(9, 128);

Isso gera aproximadamente 50% de duty cycle.

`delay()`

A função:

delay()

faz o programa esperar uma quantidade de milissegundos.

Exemplo:

delay(1000);

significa:

1000 ms = 1 segundo

Exemplo de projeto

Imagine um sensor de distância HC-SR04.

O Arduino pode medir a distância de um objeto.

Quando a distância for:

maior que 50 cm

acende LED verde.

Entre:

20 e 50 cm

acende LED amarelo.

Abaixo de:

20 cm

acende LED vermelho.

O funcionamento seria:

HC-SR04
   |
   v
Arduino
   |
   v
Calcula distância
   |
   +---- longe ------> LED verde
   |
   +---- médio ------> LED amarelo
   |
   +---- perto ------> LED vermelho

Esse mesmo princípio pode ser utilizado em projetos muito maiores.

Arduino não fornece potência infinita

Uma coisa muito importante ao começar com Arduino é entender que suas portas foram feitas principalmente para sinais, não para fornecer muita potência.

Você não deve ligar diretamente em uma porta:

Motor grande
Servo potente
Lâmpada
Fita LED grande
Bomba
Solenoide

Para controlar cargas maiores normalmente utilizamos:

Transistor
MOSFET
Relé
Driver de motor

Por exemplo:

Arduino
   |
   | sinal
   v
 MOSFET
   |
   v
 Motor
   |
Fonte externa

O Arduino apenas controla o MOSFET.

Quem fornece a energia para o motor é a fonte externa.

Arduino e protoboard

Durante os testes é muito comum utilizar uma:

Protoboard

Ela permite montar circuitos sem precisar soldar.

Você pode conectar:

Resistores
LEDs
Botões
Sensores
Transistores
Jumpers
Circuitos integrados

Depois que o projeto estiver funcionando, você pode criar algo mais permanente utilizando:

Placa perfurada
Soldagem
PCB personalizada

Como começar a usar

O processo básico é:

1. Instalar a Arduino IDE

Instale a IDE compatível com seu sistema operacional.

2. Conectar o Arduino

Utilize um cabo USB.

PC ---- USB ---- Arduino

3. Selecionar a placa

Na Arduino IDE selecione a placa correspondente.

Por exemplo:

Arduino Uno

4. Selecionar a porta

Selecione a porta serial onde o Arduino apareceu.

No Windows ela pode aparecer como:

COM3
COM4
COM5

No Linux normalmente aparece como algo parecido com:

/dev/ttyACM0

ou:

/dev/ttyUSB0

Permissão da porta no Linux

Em distribuições Linux, pode acontecer de aparecer um erro como:

Permission denied

ao tentar acessar:

/dev/ttyUSB0

ou:

/dev/ttyACM0

Uma solução comum é adicionar seu usuário ao grupo responsável pelas portas seriais.

Dependendo da distribuição, frequentemente é:

sudo usermod -aG dialout $USER

Em algumas distribuições, como sistemas baseados em Arch Linux, o grupo utilizado pode ser:

uucp

Por exemplo:

sudo usermod -aG uucp $USER

Depois disso normalmente é necessário sair da sessão e entrar novamente para que a alteração seja aplicada.

5. Escrever o código

Por exemplo:

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);

  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}

6. Compilar

A IDE transforma seu código em instruções que o microcontrolador consegue executar.

Se houver algum erro de programação, ele aparecerá durante a compilação.

7. Enviar para a placa

Clique em:

Upload

A IDE enviará o programa pela USB.

Depois disso, o Arduino começará a executar o programa automaticamente.

O Arduino precisa ficar conectado ao computador?

Não.

O computador normalmente é necessário apenas para:

Programar
Depurar
Monitorar

Depois que o código foi gravado, você pode alimentar o Arduino utilizando uma fonte apropriada.

O código continuará armazenado no microcontrolador mesmo quando ele for desligado.

Quando receber energia novamente, ele executará o programa novamente.

Estrutura básica de um projeto Arduino

Normalmente podemos pensar em três partes:

Entrada
Processamento
Saída

Por exemplo:

Sensor PIR
   |
   v
ENTRADA
   |
   v
Arduino
   |
   v
PROCESSAMENTO
   |
   v
LED / Buzzer
   |
   v
SAÍDA

Outro exemplo:

Sensor de temperatura
        |
        v
     Arduino
        |
        v
 Temperatura > 30°C?
        |
       Sim
        |
        v
   Liga ventilador

Resumo das principais portas do Arduino Uno

Pino	Função
0	Digital / RX Serial
1	Digital / TX Serial
2	Digital
3	Digital / PWM
4	Digital
5	Digital / PWM
6	Digital / PWM
7	Digital
8	Digital
9	Digital / PWM
10	Digital / PWM / SPI
11	Digital / PWM / SPI
12	Digital / SPI
13	Digital / SPI / LED integrado
A0	Entrada analógica
A1	Entrada analógica
A2	Entrada analógica
A3	Entrada analógica
A4	Analógica / SDA I2C
A5	Analógica / SCL I2C
5V	Alimentação 5 V
3.3V	Alimentação 3,3 V
GND	Referência elétrica
VIN	Entrada de alimentação
RESET	Reinicia o microcontrolador
AREF	Referência analógica

Conclusão

Arduino é uma das maneiras mais simples de começar a aprender eletrônica e sistemas embarcados.

Com uma única placa você consegue aprender conceitos como:

Tensão
Corrente
Resistência
Entradas digitais
Saídas digitais
Entradas analógicas
PWM
Sensores
Motores
Comunicação serial
I2C
SPI
Automação
Programação de microcontroladores

O conceito principal é simples:

Receber informações
        ↓
Processar informações
        ↓
Controlar alguma coisa

Por exemplo:

Sensor
   ↓
Arduino
   ↓
Programa
   ↓
LED / Motor / Display / Relé

A partir desse princípio é possível criar desde um simples LED piscando até robôs, sistemas de automação e dispositivos eletrônicos completos.

Para que serve?#

Como o Arduino funciona?#

Arduino IDE#

setup()#

loop()#

As portas do Arduino#

Portas digitais#

Porta digital como saída#

Porta digital como entrada#

INPUT_PULLUP#

O que é uma entrada flutuante?#

Portas PWM#

Entradas analógicas#

Exemplo com potenciômetro#

Pinos de alimentação#

5V#

3.3V#

GND#

VIN#

RESET#

AREF#

Portas 0 e 1#

Comunicação Serial#

A4 e A5 também possuem outra função#

SPI#

Como conectar um LED#

Por que usar resistor no LED?#

Como conectar um botão#

Botão controlando LED#

pinMode()#

digitalWrite()#

digitalRead()#

analogRead()#

analogWrite()#

delay()#

Exemplo de projeto#

Arduino não fornece potência infinita#

Arduino e protoboard#

Como começar a usar#

1. Instalar a Arduino IDE#

2. Conectar o Arduino#

3. Selecionar a placa#

4. Selecionar a porta#

Permissão da porta no Linux#

5. Escrever o código#

6. Compilar#

7. Enviar para a placa#

O Arduino precisa ficar conectado ao computador?#

Estrutura básica de um projeto Arduino#

Resumo das principais portas do Arduino Uno#

Conclusão#

Para que serve?

Como o Arduino funciona?

Arduino IDE

`setup()`

`loop()`

As portas do Arduino

Portas digitais

Porta digital como saída

Porta digital como entrada

INPUT_PULLUP

O que é uma entrada flutuante?

Portas PWM

Entradas analógicas

Exemplo com potenciômetro

Pinos de alimentação

5V

3.3V

GND

VIN

RESET

AREF

Portas 0 e 1

Comunicação Serial

A4 e A5 também possuem outra função

SPI

Como conectar um LED

Por que usar resistor no LED?

Como conectar um botão

Botão controlando LED

`pinMode()`

`digitalWrite()`

`digitalRead()`

`analogRead()`

`analogWrite()`

`delay()`

Exemplo de projeto

Arduino não fornece potência infinita

Arduino e protoboard

Como começar a usar

1. Instalar a Arduino IDE

2. Conectar o Arduino

3. Selecionar a placa

4. Selecionar a porta

Permissão da porta no Linux

5. Escrever o código

6. Compilar

7. Enviar para a placa

O Arduino precisa ficar conectado ao computador?

Estrutura básica de um projeto Arduino

Resumo das principais portas do Arduino Uno

Conclusão