> For the complete documentation index, see [llms.txt](https://filipecf.gitbook.io/guia-de-projetos-em-microcontroladores-e-se/llms.txt). Markdown versions of documentation pages are available by appending `.md` to page URLs; this page is available as [Markdown](https://filipecf.gitbook.io/guia-de-projetos-em-microcontroladores-e-se/guia-de-projetos-em-microcontroladores-e-sistemas-embarcados-introducao.md). # Guia de Projetos em Microcontroladores e Sistemas Embarcados - Introdução ## Introdução Este é um pequeno guia de implementação de projetos direcionado aos alunos das disciplinas de **Microcontroladores** e **Sistemas Embarcados** dos cursos de **Engenharia de Computação** e **Engenharia de Controle e Automação** da **Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT).** No entanto, mesmo os leitores que não estão cursando estas disciplinas, ou sequer estudam na UFMT, podem tirar proveito desta leitura. Neste guia, algumas orientações sobre a implementação de pequenos projetos de sistemas microcontrolados serão dadas. Dentre elas, algumas orientações gerais (que valem para todos os projetos), e algumas de projeto específico, seguindo uma pequena lista de projetos sugeridos. ### Sobre o Autor Sou **Filipe Chagas Ferraz**. Atualmente (setembro de 2022) sou monitor da disciplina de **Microcontroladores**, ministrada pelo professor **Jésus Franco Bueno.** No semestre que antecedeu o atual, fui monitor da disciplina de **Sistemas Embarcados**. Sou graduando do curso de **Engenharia de Computação** da **UFMT-VG**, com poucos meses restantes até a conclusão deste. Também fui monitor das disciplinas de **Algoritmos e Programação de Computadores (2018)** e **Sistemas Operacionais (2020).** Vocês podem ver projetos *open-source* de minha autoria e se conectar comigo através dos seguintes *links*: **GitHub:** **LinkedIn:** **Email:** **Sugestões para melhorar este guia são sempre bem-vindas.** ## Orientações gerais ### Cuidado com o tempo! Tendo em vista que os projetos devem estar concluídos antes do fim do semestre, recomendo a escolha de projetos simples. Mesmo os alunos que querem se destacar com projetos elaborados e desafiadores devem escolher um escopo sucinto e não muito difícil de implementar. O tempo até a data de apresentação do projeto é curto e não é seguro se aventurar com projetos difíceis. No entanto, isto não quer dizer que você não deve se desafiar um pouco. **Escolha um projeto que seja simples, mas que não seja simples demais.** Faça algo que reflita uma aplicação prática e que, a longo prazo, possa se tornar um projeto de alto nível, passível à publicação em um periódico nacional ou internacional, ou até mesmo ao uso prático dentro de uma industria. Consulte o professor da disciplina antes de iniciar o desenvolvimento do projeto, e sinta-se à vontade para tirar dúvidas comigo e/ou me pedir ajuda para implementar o projeto. ### Antes de "por a mão na massa", pense sobre como o projeto será feito O primeiro passo que você deve dar no desenvolvimento do seu projeto é organizar uma pequena reunião com sua equipe e discutir sobre como o projeto será feito. Pense sobre os requisitos do projeto, os componentes que serão usados, os *softwares* e *middlewares* que serão usados, os custos, a carga de trabalho necessária; faça desenhos, diagramas, plantas... Faça isto para dar um norte sólido aos integrantes do grupo e também para prever os problemas que podem surgir. Ou seja: **pense em tudo, inclusive em tudo que pode dar errado**, e fique preparado para resolver os problemas a tempo de apresentar o projeto. Algumas questões sobre as quais você deve pensar: * Quais materiais você precisará para montar o projeto? Quanto custam esses materiais? Onde você irá comprar? Quanto tempo levarão para chegar? * De que forma você irá montar a parte elétrica do projeto? Vai usar *protoboard*, placa ilhada, ou vai confeccionar sua própria PCB? * Caso pretenda usar *protoboard*: você sabe que *protoboards* são bem problemáticas, não? Elas possuem quantidades consideráveis de capacitâncias parasitas, pois são compostas por extensos condutores paralelos e próximos uns aos outros; são altamente suscetíveis a mal-contatos, pois não fixam bem os componentes; e são verdadeiras antenas de interferência eletromagnética, deixando os circuitos extremamente ruidosos e instáveis. Seu projeto será resistente aos problemas da *protoboard*? * Caso pretenda usar placa ilhada: tem equipamentos de soldagem, como estanho, esponja vegetal e ferro de solda? Sabe soldar? * Caso pretenda confeccionar sua própria PCB: conhece o processo de confecção de PCBs caseiras? Sabe onde comprar os materiais necessários? Sabe usar os *softwares* de *design*? Sabe soldar² ? Nem pense em usar serviços de fabricação de PCB sob demanda, como JLCPCB e PCBWay, em seu projeto da disciplina! Esses serviços são (muito) caros e demoram meses para entregar. * Qual microcontrolador você irá usar no projeto? Há kits/placas de desenvolvimento para este microcontrolador no mercado local? O microcontrolador tem memória o suficiente para comportar o *firmware* do projeto? O microcontrolador tem as entradas e saídas necessárias para conectar os periféricos do projeto? Tem certeza que o dispositivo que você escolheu é mesmo um microcontrolador (ou será que é um [**SoC**](https://pt.wikipedia.org/wiki/System-on-a-chip)) ? * Quais grandezas físicas do ambiente você precisará aferir? Quais sensores você irá usar? Esses sensores estão disponíveis no mercado local? Como esses sensores se comunicam com o microcontrolador? Com relação à programação, há bibliotecas para esses sensores? Essas bibliotecas são compatíveis com a plataforma que você pretende usar? De que forma os dados de cada sensor são "entregues" pela biblioteca, e que processamentos você deve aplicar sobre estes dados? * Caso seu projeto seja eletromecânico: que tipo de motores você irá usar? qual é o torque mínimo que cada motor deve ter? Como você fará a estrutura do projeto? * Qual fonte de energia você usará em seu projeto? Essa fonte é capaz de fornecer a potência necessária para todos os componentes mesmo nos momentos de maior consumo? * Alguém já fez algum projeto semelhante ou igual ao seu? Se sim, quais desafios essa pessoa teve? ## Tópicos importantes para estudar ### Prioritários Este são os conhecimentos que você precisa adquirir para trabalhar bem com microcontroladores e desenvolver sistemas embarcados: * Análise de circuitos elétricos simples, com resistores, capacitores, indutores e diodos; * Arquiteturas de microprocessadores modernos (Ex: ARM, RISC-V, Xtensa); * Famílias de microcontroladores modernos (Ex: AVR, STM8, STM32, LPC); * Recursos de microcontroladores (Ex: GPIOs, ADCs, DACs, interrupções, *timers* de uso geral*, watchdog timers,* DMA)*;* * Programação embarcada em C e um pouco de C++; * Protocolos de comunicação serial (Ex: UART, I2C, SPI); * Interpretação de *datasheets* e manuais. ### Secundários Estes são alguns dos diversos conhecimentos que agregam muito à área, mas que pertencem a outras disciplinas e podem ser adquiridos com experiência de trabalho: * Sistemas operacionais *real-time* (Ex: FreeRTOS, MBED); * Fontes lineares e chaveadas, simples e simétricas; * Componentes eletrônicos um pouco mais avançados: diodos *zener*, diodos *schottky*, transistores bipolares de junção (BJTs), transistores de efeito de campo (FETs), amplificadores operacionais, etc; * Filtros analógicos ativos e passivos; * Conceitos de análise de sinais digitais: amostragem, teorema de Nyquist-Shannon, filtros IIR e FIR, transformada de Fourier rápida (FFT), etc; * Sistemas de controle lineares e inteligentes (Ex: PID, Fuzzy, MPC); * Para projetos eletromecânicos: máquinas elétricas e mecânica dos sólidos; * Para IoT: protocolos de rede TCP/IP (Ex: HTTP, MQTT, TCP, UDP, IP, Ethernet) e Linux embarcado; * Para industria: protocolos de redes industriais (Ex: CAN, Modbus, Profibus, Profinet), instrumentação industrial e controladores lógicos programáveis (CLPs); * Programação em MATLAB e Python.