Introdução a Engenharia Elétrica - 323100

Aula S2

Apresentação do kit

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamentos da Engenharia Elétrica PCS Computação e Sistemas Digitais PEA Energia e Automação Elétricas PSI Sistemas Eletrônicos V1.3 PTC Telecomunicações e Controle Agosto de 2016 Sumário 3. Hands-on e e programação Hands-on 3. Freedom Kit 2. Microcontroladores 1. E. O microcontrolador ARM CORTEX ARM M0+microcontrolador O E. arquiteturae sua ARM D. Arquiteturasconsagradas C. Conceitoarquiteturade microcontroladordeum B. históriapoucode Um A. RM–KL25Z– FRDM

2 A. SentaA. vem lá que história... Computação • Pessoal Computadores – – – – – – – PC, Macintosh) para computadores pessoais Década de 1980, consagram Década de 1970, precursores dos computadores pessoa desenvolvidoPOL pela Década1970, de Patinhofeio – integrados (Jack Kilby / Robert Noyce) Década de 1950~60, computadores com circuitos 1953, primeiro computador da IBM e ENIAC Computer, comválvulas 1943-46, Colossus surgimento do primeiro “bug” (eletromecânico) – I Mark e Grace Hooper), Harward 1944, (Howard Aiken -se arquiteturasalgumas (IBM I is

3 Computador a partir da década de Computadordécada70 dade partira • organizaçãoseus componentesdos internos: arquiteturaA computadorde um descreve a – – – – – Interfacese periféricos Barramentos ROMMemória RAM Memória Processador

4 Ex. Ex. arquiteturade de um computador contempopessoal Vários componentes independentes, interconectados em um gabinete Controladora de disco de Controladora slots slots de expansão Periféricos em Periférico Interface Memória Memória RAM Memória Memória RAM IDE Periférico Placa som de Placa Interface a u d i o a u d i o Controladora USB Periférico Interface Microprocessador Memória Memória ROM USB Memória Memória ROM râneo Placa video de Placa Periférico Interface a u d i o a u d i o

5 Ex. Ex. arquiteturade de um computador contempopessoal Figura adaptada commons.wikimedia.org de râneo

6 Enquantoquandoisso:surgiram microcontroladoreos • • calculadoras!! computadorparaOportunidade:específicocomo uso corridaespaci Momento (após histórico:1971~ 1970 – – – – – – Calculator on a a chip !!! on Calculator periféricos (controlador tecladode impressora)e Microprocessador integrado memórias + (RAM e ROM) + Boone Gary (1972) – TexasInstruments Complicações: Computador geralusode Intel produzo primeiro microprocessador (4004) • • • montagem manutençãoe complexa, consumo energético do conjunto Muitoscomponentes de ROM, apoio (RAM, Periféricos) housing (tamanho do computador) s? al)

7 Primeira calculadora com microcontrolador: Texas Ins Figura obtida de www.oldcalculatormuseum.com tr. “Cal Tech”

8 Ex. Ex. arquiteturade de um microcontrolador contemporâ ...... Memória Memória RAM Memória Memória RAM Integrados em um único componente ...... Periférico Interface Seriais serial serial Controladora USB Periférico Interface USBUSB Microprocessador Memória Memória ROM Memória Memória ROM neo Periférico Interface Controladora Controladora derede derede Ethernet

9 ircnrldrs(exemplos)Microcontroladores • • Alguns outrosAlguns exemplos... Comerciais – – – – – – PIC,AVR, ? ... ARM, microcontrolador? habilitase dizerQuem a de nome algum (1978) Z180 Zilog muitofamoso – Intel (1979) 8051 Intel(1977)8048 Texas(1974)1000 TMS

10 O quedifereO um microcontrolador outro? de Arquitet • • uma arquiteturauma interna !peculiar Obs:o próprio microprocessador tambémpossui coleção de microcontroladorCada internamentepossui uma – – – – – e debarramentose para (vias) Memória(s) Interface(s) Periférico(s) Microprocessador(es) interligarcomponentes esses ura...

11 ARDUINO ARDUINO Nano placa a é Essa do kit Kit encontradoKit nomercado: ARDUINO, versão nano. ARDUINO ARDUINO Nano do kit microcontrolador o éEsse do chip ARDUINO ARDUINO não o é nome do ircnrldr!!microcontrolador há há um microprocessador, memórias e Dentro chip dodo microcontrolador, arquitetura, casonesse denominada periféricos, dispostos uma segundo AVR, da empresa ATMEL

12 Arquitetura de um µC – Ex. 1 Ex. (AVR do Arduino Arquitetura deum – µC Nano) Memórias CPU

13 Arquitetura deum µC Exemplo (Arduino2 – Uno)

14 Arquitetura deum µC Exemplo (Intel3 8051) –

15 Arquitetura deum µC – Ex. 4 Ex. (PICda Microchip) –

16 Arquitetura deum µC Exemplo (ARM75da NXP) –

17 Arquitetura deum µC Ex.6 – (ARM CORTEX-M4 da STMicro)

18 Mas o que/quem é ARM?é o que/quem Mas • • • Licenciamentoarquiteturasde (blueprints) Produz arquiteturasde processadores RISC ARM Holdings – – – – – – ARMv6, ARMv7 (ARM CORTEX-M, (ARM CORTEX-R, CORTEX-A)ARMv7 ARMv6, (ARM7TDMI)ARMv4 ARMv3, ARMv2, ARMv1, recentemente (mais bits todas32em Quase 64bits) 1990 em Tecnhology VLSI Computer+ Jointventure ComputerAcorn + Apple da (ARM2) Computers Acorn Raízes– 1983 em Empresabritânica

19 ARM licencia processador e serviços a terceiros...a serviços processadore licencia ARM Retirado dehttp://www.arm.com/

20 ArquiteturaCortexARM • • • • • • recl iei KL25Z Kinetis Freescale espectroAmploperiféricos de Altadememória quantidade bits32 [MHz])de16,0 (acima clock e Altodesempenho Baixoaltae consumointegração – – – 128,0 [KB] FLASH ROM e 16 KB SRAM Single core, 48,0 clockde [MHz] ARM Cortex-M0+ -M

21 ruttr ipiiaad iei KL25ZArquiteturadoKinetis simplificada Retirado dehttp://www.freescale.com/

22 Kit FreescaleKit • • • • • • • Sensores MKL25Z128VLK4 Kinetis CORTEX-M0+Freescale ARM Chip InterfaceOTG USB ligadadireto microcontrolador ao Atuadores interfaceSDA USB – (outro embutidoARM!) programaçãode Cabo OpenSDA Pinagem Output) and Input TerminaisGPIO(General Purpose – – – Sensor Sensor Acelerômetro MEMS triaxial mLDRB(rsLD vermelho, verde vermelhoe integrados) – Um RGBLED (três LEDs optvlcmpdã run Revisão(R3)3 compatívelcompadrão Arduino oc slidertouch Freedom capacitivo FDRM -KL25Z KL25Z

23 Hands-On !!!Hands-On • Materiais – – – – Conexão coma internet B mini – A tipo USB Cabo da Caixa FRDM kit do operacionalMicrosoft Windows Computadorcomsistema Atenção:Nãoabra caixaa do microcontroladorainda! freescale

24 Cuidados no no manuseio!Cuidados • • • • • Os efeitosOs ESD da serpodem ESDocasiona problemas por Sujeita a descargas eletrostáticas (ESD) Placa de circuitoexposta elétricas (atrito,fricção, ...) cargasacumularpode do usuárioCorpo – – – – Transitórias Permanentes(destruiçãodegradação)ou Descargasindiretas (interferências) Descargasdiretas Dispositivos eletricidade sensíveis a ATENÇÃO estática

25 Proteçãocontra ESD • • aterrado) computadorum corretamente conectadaterra à de chassi (Ex.: comsuperfície uma metálica Recomendaçãocontato mínima: aterramento condutorde proteção ou corretamente conectada a um Usopulseira de uma anti-estática

26 Cuidados na utilização!na Cuidados • • • condutores, grafite,fios, líquidos,... afastadode objetos metálicos, Enquantoenergizado, mantenha o kit tensãoqualquer especificação ou componente,forma, de qualquer com NÃO Terminais e conectores de expansão dispositivos e interfaces projetadoKit paracomuso outros podem ser podem ligadosqualquer a COMPATÍVEIS

27 Abrindo a caixa Abrindo kit do tnã:Abra o kit com sobrecuidado uma mesa. A placa se pode Atenção: soltar da caixa cair.e

28 Placakit do Observação: Há Há duas portas USB: uma denominada USB SDA outrae Observação: Placa FRDM USB KL25Z. -KL25Z USB – mini mini BUSB – USB – mini mini BUSB – Botão resetde USB KL25Z USB SDA

29 Cabo USBCabo • padrãoA Necessário caboum comextremidade uma Padrão USB Tipo ATipo e a outra e a padrãomini-B. Padrão USB Tipo mini-B Tipo como carregador de Atenção: smartfones, não é Micro-B, usado compatível! USB tipo tipo USB fotográficas, HDs PS3, PS3, Câmeras externos Tipo micro-BTipo USB

30 Ligandoao PC • • USB – mini mini BUSB – aoUBpdã iiBligadoportana USB SDA USB padrãoCabo mini-B Ligue a porta a Ligue USB padrão microcomputador no A USB SDA

31 Botão de RESET: Pressione!!! Recursos e programa demonstraçãode • de exemplode periféricosdos ki placado na embutidos microcontroladorO vem já programado softwarcomum xasoAdioR3expansãoArduino Conectores de ir-áun MEMS:Micro-máquina Passeo dedo sobre a Acelerômetro3D Microcontrolador LED LED RGB Incline Incline placa. a Tuhslider” “Touch Capacitivo: superfície. t e

32 Enquantoisso, computador... no seu • • microcontroladorKL25Z drive Esse será utilizado para gravar novosprogram computador Surgeflash-drivejuntodispositivosdemaisum aos Abradisco! esse do seu do as no as

33 Conteúdo do drive FRDM • • que vocêque precisainstalar Windowsseu no Outrosarquivosdrivers os são portauma serialde arquivosAlgunslinks parasão internet de páginas Arquivo de Status Links -KL25Z virtual

34 Visitandoo site da • FSL_WEB.HTM driveNo FRDM -KL25Z, clique duas vezesduas clique -KL25Z, sobrearquivo o freescale Links

35 Visitandoo site da • • Seu FSL_WEB.HTM driveNo FRDM Página da freescale browser devekit na do página a abrir -KL25Z, clique duas vezesduas clique -KL25Z, sobrearquivo o ‰ freescale freescale

36 Quick • clique sobreclique siteNo da Start... freescale tr ee uc tr o h FRDM Startfor the StartQuick Here! , na seção na , upSatYu Design StartYour Jump -KL25Z ,

37 Quick • akg (FRDM Package Sta Baixearquivos, os todosprincipalmente Quick o Start... -KL25Z_QSP.ZIP) rt

38 Teste programas de • • • • • Observefuncionamento cadao programade drivedo FRDM Arrastearquivoqualquer comextensão .SREC para de Procurepasta a diretóriocomputadorseu no arquivo o Descomprima FRDM Gravação denovos programas Flash-Drivevia -KL25Z rcmie ExamplesPrecompiled -KL25Z_QSP.ZIPum em ntro

39 BD–Programaçãona núvem – MBED • • Clique na área na Clique site o Acesse http://mbed.org eeoe siteDeveloper

40 BD–Programaçãona núvem – MBED • • Explore o em Clique Dashboard login ou signup e o o e Compiler e crie uma contaumacrie e pessoal

41 BD–Compiler– MBED • • kit FDRM kit cantono Cliquedireito superior plata a e adicione Suporte a várias plataformas, grupose usuários -KL25Z no seu compilador.seu no -KL25Z (programaçãonúvemna ) formado

42 BD–Cmie Primeiroprograma – Compiler – MBED • • Escolha um nome para seu primeiro programa (Teste) clique e KL25Z” e oe KL25Z” Dentro Compiler,do clique em New, escolha a plataforma “FRDM template EpyProgram “Empty ” em em OK -

43 BD–Cmie Bibliotecambed – Compiler – MBED • • opções como padrão. autor “ Na janela Na janela programa (Teste), escolha Na seção bdofficialmbed Program motalbayfrom a library Import Workspace ”, clique noe botão motLibrary...Import clique clique com o botão direito sobre o seu mbed.org Import , escolha a opção “ , From . Aceite as demais motWizard...Import mbed ”, do

44 BD–Cmie Primeirocódigo fonte – Compiler – MBED • • • Clique Clique com o botão direito seu projetono (Teste) escolhae em em C para a plataforma kit:do Como conteúdo do arquivo main.cpp, digite seu primeiro programa Escolha como nome para o arquivo: main.cpp File... int myled(LED1);DigitalOut #include "mbed.h" } } while main() { wait( = 0;myled = myled wait( ( 1 ) { 0.2 0.2 ); ); 1 ; • • • • • FRDM Salve-o dentro do drive com extensão .bin será gerado um arquivo Se estivertudo correto, Clique em minúsculas. comCuidado maiúsculas e Atenção à sintaxe. -KL25Z Compile

New

45 Pense a respeito pesquise e • • • • • • • O que é queO Paraserve o que programaesse queO faz? Quem é Quem fazqueO instrução a Porqueprograma o tipolaço umdo possui Mas o que é que o Mas DigitalOut LED1 LED ? Será ? existeque ? #include “mbed.h” ? wait(0.2) LED2 ? ? E E ? LED3 while(1) e LED4 ? ...?

46 for long Proposta • Modifique o primeiro o Modifiqueprograma para: (n=1000; n>=0; n--); – – – n; trocar a chamada à funçãowait(X.X) por um loop ocioso, do tipo: respectivo com led, intervalos bastante (experimente pequenos Variar o uma brilho de das cores, ligando desligandoe o código morse Piscar com outros padrões códigos,e por exemplo, S.O.S. do Piscar outras cores ou } { while n=1000; long (n>=0) n; n--;

47 MBED – Experiências para Experiências tardemais – MBED • • • • possíveis. Quais as cores as Quaispossíveis. resultantes? outroou simultaneamente, LED combinaçõtodas as em produzamisturas cores,de resultantes ativação da vermelho,verdeum Façaazul.um e programa um que constituídointernamente ligaçãopela um LEDs, de3 Exercício: programasSabote os existentes Utilizeoutros Explorenovos programas O LED RGBplaca na LED O(componente é D3), Templates e exemplose de um de

es

48 Curiosidades .Tente identificar os componentesdemais da placa. 2. • • • Entre outras funções, dispositivoesse responsávelé por: possui arquitetura ARM CORTEX, mas do tipo M4 ao invésdo M0+. outro microcontrolador da Localize na placa kit do o componente denominado Você sua sabia placaque possui mais de um microc 1. da mesma da mesma interface USB criar portauma serial virtual entre oe KL25Z o computador a novosarquivos são colocados no disco virtual realizar a programação do microcontrolador principal qua KL25Z criar um disco virtual no PC através da interface USB integrados. Tente códigosler seus procure-ose no G resistores, capacitores, indutores, diodos outrose freescale alnaKntsK20, tambémque , da linha Kinetis U6 circuitos . um é Esse Existem ontrolador? OOGLE. través ndo

49 Paramais saber • • • • optrHsoyMuseum Computer History MBED, http://mbed.org e=FRDM http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?co Homepage FREEDOM BOARD FDRM inventors.about.com/library/blcoindex.htm, 2014. Timeline, InventorsAbout.com, Computer History -KL25Z , www.computerhistory.org, 2014. -KL25Z, d

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