Usando os pinos digitais do Arduino

Quando você adquire uma placa Arduino Uno, a primeira coisa que vem em mente é como ligar e desligar um equipamento ou eletrodoméstico,  ou como ler uma tecla do computador para enviar comandos para a placa, ou seja, usar os pinos digitais do Arduino para controlar o mundo a sua volta.

Este artigo visa apresentar as funções de manipulação dos pinos digitais do Arduino para usá-los como entrada ou saída digital, exibindo os passos para correta configuração e por fim o seu uso em algumas aplicações. 

Pinos digitais do Arduino UNO

A placa Arduino UNO possui 14 pinos que podem ser configurados como entrada ou saídas digitais conforme a necessidade de seu projeto. Estes pinos são numerados de 0 a 13, conforme destacado na figura a seguir:

Antes de utilizar cada um desses pinos em sua aplicação, você deve configurá-lo como entrada ou saída digital, conforme a necessidade. Por exemplo, para acionar um LED você deve configurar o pino como saída e para ler uma tecla você deve configurar o pino  como entrada.

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Por padrão os pinos digitais do Arduino estão configurados como entradas digitais, porém, para ficar mais explicito  na programação, deve-se configurar o pino como entrada. Dessa forma  o pino é colocado em um estado de alta impedância, equivalente a um resistor de 100 MegaOhms em serie com o circuito a ser monitorado. Dessa forma, o pino absorve uma corrente muito baixa do circuito que está monitorando. Devido a essa característica de alta impedância, quando um pino colocado com entrada digital encontrasse flutuando (sem ligação definida), o nível de tensão presente nesse pino fica variando não podendo ser determinado um valor estável devido a ruido elétrico e até mesmo capacitância de entrada do pino. Para resolver esse problema é necessário colocar um resistor de pull up (ligado a +5V) ou um resistor de pull down (ligado a GND) conforme a necessidade. Esses resistores garantem nível lógico estável quando por exemplo uma tecla não está pressionada. Geralmente utiliza-se um resistor de 10K para esse propósito. A seguir é exibida a ligação desses resistores no circuito para leitura de tecla:

O microcontrolador ATmega328, da placa Arduino UNO, possui resistores de pull-up internos ( 20 Kilohms) que facilitam a ligação de teclas, sensores sem a necessidade de conectar externamente um resistor de pull-up. A habilitação desses resistores é feita de maneira simples via software.  

Quando um pino é configurado com saída, ele se encontra em estado de baixa impedância. Dessa forma, o pino pode fornecer ou drenar corrente para um circuito externo. A corrente máxima que um pino pode fornecer ou drenar é de 40 mA, porém a soma das correntes não pode ultrapassar 200 mA.  Deve-se ficar atento a corrente maiores que este limite e a curto-circuitos que podem danificar o transistor de saída danificando o pino e até mesmo queimar o microcontrolador. Essa é uma característica perigosa para a placa Arduino e seria interessante se tivessem resistores ou algum tipo de proteção em todos os pinos utilizados como saída para limitar a corrente em uma situação anormal.  

Funções para usos dos Pinos digitais do Arduino 

A plataforma Arduino possui funções para trabalhar com entradas e saídas digitais que abstraem toda a configurações dos registradores que configuram e acessam os pino de I/O. Isso torna a programação do Arduino realmente fácil e esse é seu encanto. Essas funções são:

• void pinMode();

Essa função é utilizada para configurar um pino como entrada ou saída digital. Ela geralmente é utilizada dentro da função setup(). Apresenta as seguintes características:

Sintaxe:

pinMode(pino, modo);

Parâmetros:

pino: Número correspondente ao pino que se deseja configurar, conforme a placa que está trabalhando. No caso da Arduino UNO  pode ser de 0 a 13;

modo: Modo que deseja configurar o pino. INPUT, INPUT_PULLUP, OUTPUT.

• INPUT: Entrada digital;

• INPUT_PULLUP: Entrada digital com resistor de pull-up (ligado ao VCC) interno habilitado;

• OUTPUT: Saída digital;

Retorno:

Essa função não tem retorno algum.

• int digitalRead();

Essa função lê o valor presente em um pino digital. Este valor pode ser HIGH ou LOW. Apresenta as seguintes características:

Sintaxe:

digitalRead(pino);

Parâmetros:

pino: valor correspondente ao pino que se deseja ler.

Retorno:

HIGH ou LOW.

• void digitalWrite();

A função digitalWrite() coloca um nível lógico Alto (HIGH, 5V) ou baixo (LOW, 0V) em um pino configurado como saída digital.

Sintaxe:

digitalWrite(pino, valor)

Parâmetros:

pino: Número correspondente ao pino;

valor: HIGH OU LOW

Retorno:

Essa função não tem retorno algum.

Exemplo

Para exemplificar a utilização de pinos de I/O digitais, vamos desenvolver uma aplicação de leitura de tecla e acionamento de LED, conforme o a montagem feita no software Fritzing exibida a seguir:

O esquema elétrico obtido a partir do Fritzing é exibido abaixo, note que no circuito há um resistor de pull-up que garante nível lógico alto quando tecla não está pressionada:

O exemplo consiste em ler a tecla S1 e ligar o LED caso a mesma estiver pressionada. Caso não esteja sendo pressionada, o LED deve permanecer desligado. O Sketch a seguir exibe a programação:

/*
Leitura de tecla
O exemplo le uma tecla conectada ao pino 2 e aciona um led conectado ao pino 13
*/

const int ledPin = 13; // cria uma constante com o numero do pino ligado ao LED
const int inputPin = 2; // cria uma constante com o numero do pino conectado a tecla

void setup()
{
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // declara o pino do led como saída
  pinMode(inputPin, INPUT); // declara o pino da tecla como entrada
}

void loop()
{
  int val = digitalRead(inputPin); // le o valor na entrada
  if (val == LOW) // se valor está em zero( tecla pressionada)
  {
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // Liga LED indicando tecla pressionada
  }
  else
  {
    digitalWrite(ledPin, LOW); // Desliga LED indicando tecla solta
  }
}

A programação apresentada acima possui uma estrutura bem simples e serve de inicio para a  manipulação de pinos de I/O digitais. Com as três funções apresentadas é possível aplicar em diversos projetos que necessitem de acionamento e leitura de sinais digitais. Agora para fixar os conceitos apresentados é necessário colocar a mão na massa!!!  Fica como exercício o desenvolvimento de um sketch para leitura de tecla com resistor de pull up interno habilitado para o pino onde é conecta a tecla S1.

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Referências

Referência para programação Arduino

Pinos digitais Arduino