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Tutorial: Programando o Arduino no AtmelStudio 6

Manual de configuração do AtmelStudio 6 para o seu uso como ambiente de desenvolvimento do Arduimo

Baseado na vídeo-aula Tutorial Arduino + Atmel Studio 6 por Fernando Nunes José Leitão e nos Tutoriais disponibilizados no site http://www.jayconsystems.com/

Jonatas Augusto de Freitas

jaf@univali.br , jonatas.engcomp@gmail.com

automacaoerobotica.blogspot.com.br

1. Introdução

Arduino é um projeto que tem como objetivo o desenvolvimento de uma plataforma opensource voltada à prototipação rápida, tendo como base os microcontroladores pertencentes à família Atmel da AVR.

O projeto Arduino é mais conhecido por seu hardware, porém também envolve o desenvolvimento de um software de programação construído em Java e que permite a programação do microcontrolador em uma linguagem derivada do C++. Tanto o hardware como o software de programação são chamados de “Arduino.” A combinação destas ferramentas permite criar sistemas utilizando sensores e atuadores para controle do mundo físico. Além disso, há uma comunidade ativa relacionada ao projeto Arduino fornecendo apoio acessível em todo o mundo através de fóruns (MARGOLIS, 2011).

No site oficial do Arduino é possível efetuar o download do ambiente de desenvolvimento (IDE) oficial do projeto para desenvolver os sofwares de controle (também conhecidos como sketches) para placa. Essa IDE possui um design intuitivo e de fácil uso, sendo mais adequada para os iniciantes quando comparada com as IDEs tradicionais no desenvolvimento de sistemas embarcados.

Figura 1 - IDE Arduino

Porém, para usuários mais avançados a IDE oficial do Arduino se torna restritiva devido a sua simplicidade, especialmente por não possuir uma função de Debug. Uma das soluções para desenvolvedores mais experientes é a utilização de outras IDEs como por exemplo o Netbeans, o Eclipse e o AtmelStudio. Entre estes, o AtmelStudio se destaca por ser a IDE oficial da família de microcontroladores AVR, os mesmos utilizados no Arduino.

Entre outras vantagens do uso do AtmelStudio podemos citar:

- Bibliotecas: compatibilidade com as bibliotecas opensource disponíveis na comunidade em torno do Arduino;

- Terminal: utilizado para comunicação Serial, podendo alterar o tipo de dado (entre ASCII, Hex, Dec, Bin), não ficando restrito apenas ao modo ASCII da IDE oficial;

- Autocompletar: função que prevê os comandos enquanto estes estão sendo digitados, agilizando a programação e evitando erros de sintaxe;

- Debug: função que permite rodar passo a passo o programa, com o objetivo de visualizar o comportamento do mesmo na manipulação de variáveis, flags do processador, status das I/Os e da EEPROM; e

- Disassembly: Acesso do código em Assembler, permitindo otimização.

Este tutorial é baseado na vídeo-aula Tutorial Arduino + Atmel Studio 6 por Fernando Nunes José Leitão e nos Tutoriais disponibilizados no site http://www.jayconsystems.com/

2. Requisitos

Antes de iniciar a configuração do AtmelStudio é necessário que o mesmo já esteja instalado no computador, assim como a IDE oficial do Arduino. Ambos podem ser descarregados através dos links abaixo:

- AtmelStudio 6: http://www.atmel.com/microsite/atmel_studio6/

- Arduino Software: http://arduino.cc/en/Main/Software

Observação: Para utilização do ArduinoMega, a versão do ArduinoSoftware deve ser anterior a 1.0.

Após efetuar o download dos programas, os mesmos devem ser instalados seguindo os procedimentos padrão de instalação, que também podem ser encontrados nas respectivas página de download.

3. Instalando a ferramenta Terminal Window (Serial)

A ferramenta Terminal Window permite enviar e receber dados através das portas seriais do computador. Diferente do Monitor Serial da IDE oficial do Arduino, que se comunica com o microcontrolador apenas no formato de caracteres ASCII, a Terminal Window permite também a comunicação de dados no formato Hex, Dec e Bin.

Passo-a-Passo

Na aba Tools, selecione a opção Extension Manager;
Seleciona no menu vertical à esquerda a opção Avaliable Downloads;
Selecione o componente Terminal Window;
Após a instalação o mesmo aparecerá na aba View.

4. Configurando o compilador ARVDude

O AVRDUDE é uma aplicação de código aberto para gravar programas na Flash de processadores AVR (como os utilizados na plataforma Arduino).

Passo-a-Passo

Na aba Tools, selecione a opção External Tools;
Na janela External Tools (Figura 2) será possível configurar os compiladores do Arduino:

Figura 2 - Janela External Tools

No campo Title digite o nome que deseja dar à ferramenta (exemplo: Upload Arduino);
No campo Command deve ser inserido o caminho para o aplicativo avrdude.exe, localizado dentro da pasta da IDE do Arduino no seguinte endereço /hardware/tools/avr/bin/avrdude.exe
O campo Arguments fornece ao compilador o tipo de microcontrolador e a porta de comunicação (COM) de cada Arduino, podendo variar mesmo entre Arduinos idênticos. Os parâmetros podem ser obtidos através da IDE oficial. Para isto:
1. Execute a IDE oficial do Arduino;
2. Conecte o seu Arduino ao computador;

c. Configure o modelo da placa e a porta COM na aba Tools (ferramentas);

Abra um programa exemplo (ex.: Blink);
No menu File (Arquivo) > Preferences, marque a caixa de seleção upload (carregar) e em seguida no botão OK;
Clique no botão Upload e aguarde o fim da gravação.

Figura 3 – Parâmetros do ARVDUDE
Na área de retorno da IDE (parte com fundo preto) serão apresentadas as operações do AVRDURE, sendo a primeira a localização do mesmo, compatível com o endereço visto no passo anterior. A instrução seguinte são os parâmetros (Figura 3).

Desta instrução será copiado o texto entre –C e –Uflash:w:

h. O trecho final do parâmetro está relacionado ao endereço do arquivo .hex do projeto, criado pelo compilador. Para permitir que este caminho seja genérico você deve digitar após o w: o comando (incluindo as aspas) "$(ProjectDir)Debug\$(ItemFileName).hex":i

Ficando o parâmetro desde exemplo assim:

-CD:\Documentos\Engenharia\Microcontroladores_e_Arduino\arduino-1.0.1-windows\arduino-1.0.1\hardware/tools/avr/etc/avrdude.conf -v -v -v -v -patmega168p -carduino -P\\.\COM28 -b57600 -D -Uflash:w:"$(ProjectDir)Debug\$(ItemFileName).hex":i

Marque a opção Use Output window para ter um retorno da gravação e clique em Apply e em seguida em OK.

Está pronta a configuração do AVRDUDE no AtmelStudio6 e a ferramenta de compilação estará disponível na aba Tools.

5. Importando a biblioteca arduino.h

É através da importação da biblioteca arduino.h que se torna possível a utilização da linguagem do arduino dentro do AtmelStudio, abstraindo operações como a definição de registradores e flags. Os passos a seguir devem ser executados logo após a configuração do AVRDUDE.

Passo-a-Passo

Execute a IDE oficial do Arduino;
Conecte o seu Arduino ao computador;
Configure o modelo da placa e a porta COM na aba Tools (ferramentas);
Abra um programa exemplo (ex.: Blink);
No menu File (Arquivo) > Preferences, marque a caixa de seleção Compilation (Compilação) e em seguida no botão OK;
Clique no botão Verify (verificar) e aguarde o fim da compilação;
Na área de retorno da IDE (área de fundo preto) serão exibidos os parâmetros da compilação. Entre estes parâmetros está o endereço do arquivo core.a criado no modo temporário a cada complicação (ao fechar a IDE este arquivo é excluído). Das linhas iniciando com Using previously compiled: copie o endereço até o .tmp , como na Figura 4;
Cole este endereço na barra de endereço do Windows Explorer para ter acesso aos arquivos da pasta;
Abre uma nova janela do Windows Explorer e crie uma pasta denominada ArduinoCore dentro da pasta Atmel Studio, localizada na pasta do sistema Documentos (Meus Documentos no WindowsXP);
Copie o arquivo core.a localizado na pasta visualizada no Passo 8 e renomeie-a para libcore.a;

Figura 4 – Localização da Core.a

A partir pasta da IDE do Arduino acesse as subpastas hardware/arduino/cores/arduino e copie todos os arquivos para a pasta ArduinoCore criada no passo 9;

12. Na pasta ArduinoCore exclua todos os arquivos com extensão .c e .cpp. Para facilitar esta operação selecione a opção de “Organizar Pastas por Tipo”;

13. O próximo passo é a localização do arquivo que possui a configuração de pinos do Arduino. Na pasta da IDE do Arduino acesse arduino/hardware/arduino/variants/ e copie a variant (versão) do seu Arduino. Caso não saiba qual a versão da sua variant você pode verificar no arquivo boards.txt dentro da pasta arduino/hardware/arduino/. A versão da Variant pode ser encontrada na linha uno.build.variant. Uma vez identificada a versão da variant, copie o arquivo pins_arduino.h presente na subpasta da versão correspondente para a pasta ArduinoCore criada no passo 9;

Com esses passos está concluída a etapa de configuração do AtmelStudio, permitindo agora a programação do Arduino.

6. Criando um projeto

Passo-a-Passo

1. Na tela principal do AtmelStudio, clique no menu File>New>Project (tecla de atalho: Ctrl+Shift+N);

2. Selecione a opção GCC C++ Executable Project;

Figura 5 – AtmelStudio: New Project

3. No campo Name digite o nome do seu projeto (lembre de não usar caracteres especiais ou deixar espaços). Se desejar altere a localização do seu projeto e o nome da solução. Clique em OK;

4. Na janela seguinte (Device Selection), escolha o microcontrolador do seu Arduino e clique em OK e aguarde a criação do projeto;

5. Após a criação do projeto clique na aba Project>Properties para importar as bibliotecas do Arduino para o seu projeto;

6. Na aba da esquerda escolha a opção Toolchain;

7. Na arvore de configurações escolha inicialmente a opção AVR/GNU C Complier>Directories e clique no botão Add Item .

a. Desmarque a opção Relative Path (*importante desmarcar a opção antes de tentar localizar a pasta ou o AtmelStudio irá travar)

b. Clique no botão [...] e localize a pasta ArduinoCore que foi criada nos passos anteriores;

8. Na arvore de configurações escolha a opção AVR/GNU C Complier>Optimization. No campo Optimization Level selecione Optimize for size. Marque também a caixa Prepare Functiond for garbage collection;

9. Em seguida, escolha a opção AVR/GNU C++ Complier>Directories e clique no botão Add Item .

a. Desmarque a opção Relative Path (*importante desmarcar a opção antes de tentar localizar a pasta ou o AtmelStudio irá travar);

b. Clique no botão [...] e localize a pasta ArduinoCore que foi criada nos passos anteriores;

10. Na arvore de configurações escolha a opção AVR/GNU C++ Complier>Optimization. No campo Optimization Level selecione Optimize for size. Marque também a caixa Prepare Functiond for garbage collection;

11. Para adicionar a função de core no projeto selecione a opção AVR/GNU Linker>Libraries.

a. Na caixa de texto Libraries clique no botão Add Item e digite libcore;

b. Em seguida indique o caminho de biblioteca libcore.a;

c. Desmarque a opção Relative Path (*importante desmarcar a opção antes de tentar localizar a pasta ou o AtmelStudio irá travar);

d. Clique no botão [...] e localize a pasta ArduinoCore que foi criada nos passos anteriores;

12. Para adicionar a função de core no projeto selecione a opção AVR/GNU Linker> Optimization. Marque a caixa Prepare Functiond for garbage collection;

13. Clique em salvar e feche esta tela;

14. Apague todos os comandos no arquivo .cpp e adicione o seguinte cabeçalho:

#define F_CPU 16000000 //clock do processador

#define ARDUINO 101 //versão da biblioteca

#include “Arduino.h” //biblioteca base do Arduino

Ao fim destes passos você já tem o AtmelStudio configurado e um projeto criado, pronto para receber todos os comando da biblioteca base do Arduino, como estivesse programando na IDE original do projeto.

7. Código de Exemplo Blink – Testando a configuração

Para verificar se o procedimento foi executado com sucesso podemos programar um programa simples que tem como função piscar o led onboard conectado ao pino de I/O digital 13. Abaixo o código fonte:

#define F_CPU 16000000 //clock do processador

#define ARDUINO 101 //versão da biblioteca

#include “Arduino.h” //biblioteca base do Arduino

Blink

Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.

This example code is in the public domain.

// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.

// give it a name:

int led = 13;

// the setup routine runs once when you press reset:

void setup() {

// initialize the digital pin as an output.

pinMode(led, OUTPUT);

}

// the loop routine runs over and over again forever:

void loop() {

digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); // wait for a second

digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

delay(1000); // wait for a second

}

Para compilar o projeto clique no botão Build Solution (tecla de atalho F7). Após a compilação, na aba Tools execute a ferramenta de upload criada nos passos anteriores. Lembrando que para cada placa diferente (outro microcontrolador e/ou porta COM diferente) que você conectar deverá ser criado uma “ferramenta externa” especifica.

8. Adicionando outras bibliotecas

Adicionando as bibliotecas da IDE do Arduino ao seu projeto

Passo-a-passo

Copie a pasta da biblioteca (na subpasta Libraries da IDE).
Na pasta Documentos/Atmel Studio crie uma nova pasta (ex.: bibliotecasArduino) e copie as bibliotecas para dentro dela;
Na tela principal do AtmelStudio clique na aba Project>... Properties;
Na aba da esquerda escolha a opção Toolchain;
Na arvore de configurações escolha inicialmente a opção AVR/GNU C Complier>Directories e clique no botão Add Item .

a. Desmarque a opção Relative Path (*importante desmarcar a opção antes de tentar localizar a pasta ou o AtmelStudio irá travar)

b. Clique no botão [...] e localize a pasta principal da biblioteca que deseja usar;

Em seguida, escolha a opção AVR/GNU C++ Complier>Directories e clique no botão Add Item .

a. Desmarque a opção Relative Path (*importante desmarcar a opção antes de tentar localizar a pasta ou o AtmelStudio irá travar);

b. Clique no botão [...] e localize a pasta principal da biblioteca que deseja usar;

Salve as alterações (botão salvar); e
Insira o comando de Inclusão da biblioteca no cabeçalho do seu programa. Exemplo:

#define F_CPU 16000000 //clock do processador

#define ARDUINO 101 //versão da biblioteca

#include “Arduino.h” //biblioteca base do Arduino

#include “Servo.h” //biblioteca para controle de ServoMotores

9. Créditos

Este tutorial é baseado na vídeo-aula Tutorial Arduino + Atmel Studio 6 por Fernando Nunes José Leitão.

Fernando Nunes José Leitão é estudante do último ano do curso de Engenharia Mecatrônica na Fundação Santo André (SP) e Garagista do Laboratório de Garagem. Perfil do Fernando no LdG