A disciplina EA801, de 4 créditos, capacita os alunos a desenvolver projetos completos de sistemas digitais baseados em microcontroladores, desde a concepção até a prototipagem. Com o conhecimento prévio de desenvolvimento de firmware em C para comunicação serial e tarefas concorrentes, adquirido em EA701 (Introdução aos Sistemas Embarcados), o foco aqui é no projeto de hardware e sua integração com o firmware, abrangendo o desenho de esquemáticos, montagem em protoboards, desenvolvimento de placas de circuito impresso (PCBs) e a integração final de software e hardware para resolver um problema específico.

• Período Letivo: 04/08/2025 a 29/11/2025
• Local: LE-14

O acesso ao LE-14 é permitido para os alunos fora dos horários de aula, mediante identificação na entrada do Bloco E. Antes de sair do laboratório, favor desliguem TODOS os equipamentos sobre as bancadas e arrumem a bancada utilizada. Se forem os últimos, fechem as janelas, desliguem o ar condicionado, e apaguem as luzes.

Seguem-se algumas boas práticas para uso compartilhado das bancadas:

• Trabalhar apenas na sua sub-pasta (workspace), localizada em C:\Users\ea801\RA1-RA2, onde RA1 e RA2 correspondem aos registros acadêmicos da sua dupla. Não deixar os arquivos espalhados em outras pastas, especialmente na Área de Trabalho.
• Ao abrir um ambiente de desenvolvimento integrado, certificar se está entrando mesmo na sua área de trabalho (workspace).
• Fazer sempre uma cópia do conteúdo importante da sua sub-pasta para evitar perda de dados.

Haverá manuntenção periódica das máquinas que será avisada previamente. Arquivos podem ser removidos.
Ajude-nos manter as bancadas operantes em 24 horas. Quando identificar algum problema nas bancadas, avise o almoxarifado.

Ementa

Metodologia de projeto. Especificação, desenvolvimento e implementação de projetos de sistemas embarcados. Protocolos de comunicação. Revisão de circuitos eletrônicos para interface com atuadores e sensores. Concorrência entre tarefas. Expansão de memoria. Princípios de SO em tempo real.

1. Metodologia de projetos em sistemas embarcados: abordagem de co-projeto hardware/software; definição e análise de requisitos; seleção tecnológica e análise de trade-offs; técnicas de desenvolvimento e metodologias aplicadas; ferramentas de versionamento e integração contínua; técnicas de testes e validação; aspectos de segurança, eficiência energética e confiabilidade; documentação.
   Apresentação de plataformas de desenvolvimento disponíveis e avaliação de recursos de interação/comunicação através de um projeto proposto pelos alunos.
2. Circuitos de interface com sensores e atuadores: fundamentos de conexão entre microcontroladores e dispositivos externos; alocação de pinos; condicionamento de sinais analógicos e digitais; acionamento e controle de cargas de baixa e alta potência; proteção de entradas e saídas; isolamento elétrico; uso de drivers de potência; compatibilidade de níveis lógicos; separação e aterramento de domínios analógico e digital.
   Desenvolvimento e integração de circuitos de interface sensor–microcontrolador–atuador em projetos práticos concebidos pelos alunos. Montagem em protoboard.
3. Projeto de circuitos de interface em placas de circuito impresso (PCB): princípios de layout e roteamento; planos de terra e alimentação; proteção de sinais; integração de sensores e atuadores; dissipação térmica; dimensionamento de trilhas e pads; conectores e testabilidade; software de design de PCB (como KiCAD); geração de arquivos para fabricação.
   Desenvolvimento e integração de circuitos de interface sensor–microcontrolador–atuador em projetos práticos concebidos pelos alunos. Montagem em placas de circuitos impressos.
4. Introdução a Sistemas Operacionais de Tempo Real (RTOS): definição, características e requisitos de sistemas operacionais em tempo real; comparação entre RTOS e sistemas operacionais convencionais; escalonamento de tarefas, prioridades, temporização e deadlines; gerenciamento de tarefas, semáforos, filas, mutexes e timers; criação e sincronização de múltiplas tarefas.
   Exercícios com softwares implementadoe em RTOS.

A dinâmica deste curso é focada na proatividade e no pensamento crítico dos alunos. Espera-se que os alunos conduzam os projetos propostos de forma autônoma, identificando um problema interessante, buscando as alternativas de soluções, tomando as rédeas das decisões e da execução. Os professores atuarão como consultores, intervindo pontualmente para auxiliar em problemas específicos, guiando vocês no aprimoramento de suas soluções.

Suporte extra-classe: As atividades práticas contam com suporte de um PED C em plantões de dúvidas.

Entrega: O prazo para entrega do projeto é de 48 horas antes da próxima aula.

• PED:

M = 2P1 + 3P2 + 4P3 + 1P4,
onde Pn representa a nota do projeto n, n = {1,2,3,4}. Os projetos são atividades em grupos de até 2 pessoas. Para cada um dos quatro projetos, Pn, a nota do projeto inclui um exercício complementar com peso 1, a proposta de projeto com peso 1, o relatório do projeto com peso 6, e a apresentação do projeto com peso 2. Todas as atividades devem ser entregues através do Moodle.

É imprescindível a entrega dos relatórios dos projetos no prazo e a sua apresentação nas aulas previstas.

Serão aprovados os alunos que satisfizerem as duas condições:

• M > = 5.0 .
• as notas finais dos questionários superiores a 3.0.
• as notas finais dos projetos superiores a 3.0.

Exame Final

Não haverá o exame final.

• Roteiros das aulas
• Metodologia de Projetos de Sistemas Embarcados
1. Projeto de Sistemas Embarcados, Carlos Eduardo Cugnasca,
2. A PBL-Based Methodology for IoT Teaching, L.C.B.C.Ferreira et al.
• Microcontroladores
1. RP2040: Chip, Datasheet.
2. RP2350: Chip, Datasheet, Projeto de hardware baseado em RP2350.
3. STM32F411xC/E: Datasheet, Manual de referência.
4. STM32F103x8/STM32F103xB: Datasheet, Manual de referência.
• Placas de desenvolvimento
1. Raspberry Pi Pico RP2040, incluindo
   Datasheet,
   Esquemático,
   MicroPython: MicroPython Wiki, Documentação oficial de MicroPython, Quick Reference.
   C/C++ SDK: C/C++ Documentation, Hardware APIs.
2. Raspberry Pi Pico RP2040 apresentado pelo Embarcados (em Português)
3. Black Pill:
   Esquemático,
   Documentação técnica,
   CircuitPython,
   STM32 Cube HAL (Hardware API).
4. Blue Pill:
   Esquemático,
   Programação com a placa Blue Pill,
   STM32 Cube HAL (Hardware API).
5. BitDogLab:
   Apresentação da placa,
   Esquemático,
   Curso de Introdução prática à BitDogLab,
   Repositório no GitHub,
   Artigo publicado no IEEE Transactions on Education.
   
• Ambientes de desenvolvimento integrados
1. IDE Thonny: Instalação e configuração, Tutorial, Como gravar MicroPython, Programando com o IDE Thonny,
   Programação da Raspberry Pi Pico em Python, Introdução ao MicroPython no Raspberry Pi Pico,
   MicroPython: Quick reference for RP2.
   
2. Visual Studio Code: Instalação e configuração, Funcionalidades, Programação de Raspberry Pi Pico, Depuração de códigos.
   Extensões: Raspberry Pi Pico, Cortex-Debug, Doxygen Documentation Generator, GitLab Workflow.
   Dicas e macetes.
3. STM32CubeIDE: Instalação e configuração (resumo), STM32CubeMX, Guia para inicialização rápida,
   Manual do usuário, Tutorial de STM32IDE, Plugins (Extensões)
   Plugins: Eclox (Doxygen), EGit, TM Terminal Serial.
• Programador de códigos binários (Blue e Black Pills): STM32CubeProgrammer.
• Suite de automação de projeto eletrônico (EDA)
1. KiCAD: Getting started in KiCAD, Tutorial, Tutorial (em Português).
• Documentação de códigos-fonte
1. Doxygen: Instalador de Doxygen e instaladores de dois aplicativos complementares: Graphviz e mscgen
   C: Linhas de comando, Documentação de código, Comandos, Grafos de dependência e diagramas
   Quick Reference
   Python: Documenting Python Programs with Doxygen
• Versionamento de projetos
1. Git: Os primeiros passos, Documentações, Referência rápida, KiCAD: Git Integration.
• Plataforma de gerenciamento de versões
1. GitLab: Integração com VSCode, Integração com STM32CubeIDE, Referência rápida.
2. GitHub: Integração com VSCode, Integração com STM32CubeIDE, Referência rápida.

Última modificação: seg 21 jul 2025 20:29:47 -03

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