Lab04 - PWM e Analog

Entradas Analógicas e Controle PWM

Conceitos Fundamentais

Entradas Analógicas

Enquanto entradas digitais leem apenas dois estados (HIGH ou LOW), as entradas analógicas podem detectar uma faixa contínua de valores de tensão, convertendo-os em valores digitais entre 0 e 1023 (resolução de 10 bits).

• Arduino Uno e similares: 6 pinos de entrada analógica (A0 a A5)
• Tensão de referência padrão: 5V (pode ser alterada)
• Aplicações típicas: Leitura de sensores de temperatura, luz, pressão, distância, etc.

Função analogRead()

int valorSensor = analogRead(A0); // Lê valor entre 0 e 1023

Saídas PWM (Pulse Width Modulation)

O PWM é uma técnica que simula uma saída analógica através de pulsos digitais com largura variável. Quanto maior o ciclo de trabalho (duty cycle), maior a média da tensão de saída.

• Arduino Uno: 6 pinos com capacidade PWM (geralmente marcados com ~)
• Resolução: 8 bits (valores entre 0 e 255)
• Aplicações típicas: Controle de intensidade de LEDs, velocidade de motores, tons em buzzers

Função analogWrite()

analogWrite(pinoPWM, valor); // valor entre 0 (0%) e 255 (100%)

Função map()

Esta função é extremamente útil para converter valores entre diferentes intervalos:

// Converte um valor de um intervalo para outro
int valorConvertido = map(valor, deMenor, deMaior, paraMenor, paraMaior);

// Exemplo: converter valor do potenciômetro (0-1023) para PWM (0-255)
int brilho = map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 255);

Desafio 1: Controle de Brilho com Potenciômetro

Objetivo: Usar um potenciômetro para controlar o brilho de um LED através de PWM.

Instruções:

1. Monte o circuito conforme mostrado na imagem abaixo:

2. Conecte:

3. Potenciômetro ao pino analógico A0

4. LED ao pino digital 3 (com capacidade PWM)

5. Implemente um código que:

6. Leia o valor do potenciômetro (0-1023)
7. Converta esse valor para a escala PWM (0-255)
8. Aplique o valor convertido para controlar o brilho do LED

Código Base:

const int potPin = A0;    // Pino do potenciômetro
const int ledPin = 3;     // Pino PWM do LED

int potValue = 0;         // Valor lido do potenciômetro
int ledBrightness = 0;    // Valor de brilho do LED

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // Configura o pino do LED como saída
  Serial.begin(9600);       // Inicia comunicação serial
}

void loop() {
  // Lê o valor do potenciômetro
  potValue = analogRead(potPin);

  // Converte o valor do potenciômetro (0-1023) para a escala PWM (0-255)
  ledBrightness = map(potValue, 0, 1023, 0, 255);

  // Define o brilho do LED
  analogWrite(ledPin, ledBrightness);

  // Exibe os valores no monitor serial
  Serial.print("Potenciômetro: ");
  Serial.print(potValue);
  Serial.print(" | Brilho LED: ");
  Serial.println(ledBrightness);

  // Pequeno atraso para estabilizar as leituras
  delay(100);
}

Perguntas para reflexão:

1. O que acontece quando você gira o potenciômetro lentamente? E rapidamente?
2. Como o valor do potenciômetro é convertido para controlar o LED?
3. Qual a diferença entre usar digitalWrite() e analogWrite() para controlar um LED?

Desafio 2: Sensor de Luz (LDR) com Indicador Visual

Objetivo: Criar um sistema que lê a intensidade de luz ambiente e a representa visualmente com um LED.

Instruções:

1. Monte o circuito conforme mostrado na imagem abaixo:

2. Conecte:

3. LDR e resistor de 10kΩ em divisor de tensão ao pino A5

4. LED ao pino digital 10 (com capacidade PWM)

5. Implemente um código que:

6. Leia o valor do sensor de luz (LDR)
7. Quanto mais escuro o ambiente, mais brilhante o LED deve ficar
8. Quanto mais claro o ambiente, menos brilhante o LED deve ficar

Dicas:

• O LDR (Light Dependent Resistor) diminui sua resistência quando exposto à luz
• Use a função map() de forma inversa para o LED brilhar mais no escuro
• Adicione calibração para adaptar o sistema a diferentes condições de iluminação

Código Exemplo:

const int ldrPin = A5;      // Pino do LDR
const int ledPin = 10;      // Pino PWM do LED

int ldrValue = 0;           // Valor lido do LDR
int ledBrightness = 0;      // Valor de brilho do LED
int minLight = 1023;        // Valor mínimo de luz (ajustado na calibração)
int maxLight = 0;           // Valor máximo de luz (ajustado na calibração)
bool calibrated = false;    // Indica se a calibração foi realizada

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // Configura o pino do LED como saída
  Serial.begin(9600);       // Inicia comunicação serial

  Serial.println("Sensor de luz com indicador visual");
  Serial.println("Calibrando o sensor por 5 segundos...");

  // Calibração do sensor de luz durante 5 segundos
  unsigned long startTime = millis();
  while (millis() - startTime < 5000) {
    ldrValue = analogRead(ldrPin);

    // Atualiza os valores mínimo e máximo
    if (ldrValue < minLight) minLight = ldrValue;
    if (ldrValue > maxLight) maxLight = ldrValue;

    delay(100);
  }

  calibrated = true;
  Serial.print("Calibração concluída! Faixa: ");
  Serial.print(minLight);
  Serial.print(" a ");
  Serial.println(maxLight);
}

void loop() {
  // Lê o valor do sensor de luz
  ldrValue = analogRead(ldrPin);

  // Se calibrado, mapeia o valor do LDR para o brilho do LED
  if (calibrated) {
    // Inverte o mapeamento para o LED brilhar mais no escuro
    ledBrightness = map(ldrValue, minLight, maxLight, 255, 0);

    // Restringe o valor entre 0 e 255
    ledBrightness = constrain(ledBrightness, 0, 255);
  }
  else {
    ledBrightness = 0;  // Se não calibrado, mantém o LED desligado
  }

  // Define o brilho do LED
  analogWrite(ledPin, ledBrightness);

  // Exibe os valores no monitor serial
  Serial.print("Luz ambiente: ");
  Serial.print(ldrValue);
  Serial.print(" | Brilho LED: ");
  Serial.println(ledBrightness);

  delay(100);
}

Desafio 3: Controle Proporcional de Temporização

Objetivo: Implementar um sistema onde o potenciômetro controla a velocidade de intermitência de um LED, usando millis() para temporização não-bloqueante.

Instruções:

1. Use o mesmo circuito do Desafio 1.
2. Implemente um código que:
3. Leia o valor do potenciômetro
4. Converta esse valor para um intervalo de tempo (100ms a 2000ms)
5. Faça o LED piscar nesse intervalo, sem usar delay()
6. Mostre no monitor serial o valor do potenciômetro e o intervalo calculado

Desafio 4: Theremin Óptico

Objetivo: Criar um instrumento musical simples controlado pela luz, onde a intensidade de luz controla a frequência de um som em um buzzer.

Instruções:

1. Monte um circuito com:
2. LDR conectado ao pino A0

3. Buzzer conectado ao pino 8

4. Implemente um código que:

5. Leia o valor do LDR
6. Converta para uma frequência audível (100Hz a 2000Hz)
7. Gere um tom no buzzer correspondente à leitura do LDR
8. Permita "tocar" o instrumento movendo a mão sobre o sensor

Dicas:

• Use a função tone(pin, frequency) para gerar sons no buzzer
• Adicione botões para ligar/desligar o som ou mudar "escalas"
• Experimente adicionar um segundo sensor para controlar volume ou outra característica do som

Material de Referência

• Documentação oficial do Arduino sobre analogRead()
• Documentação oficial do Arduino sobre analogWrite()
• Tutorial sobre PWM no Arduino