O uso de kits e módulos didáticos traz ao aprendizado de um assunto novo, uma dinâmica toda especial. A utilização de mini-laboratórios de química e física, produzidos para as mais variadas idades, trazem ao aprendizado uma característica muito mais estimulante do que somente a teoria, além de servir para fixá-la.
É esta característica estimulante e de dinamismo que os kits didáticos de desenvolvimento trazem ao ensino de eletrônica, pois o aluno ou o profissional interessado em conhecer está tecnologia pode experienciar a utilização desta de forma rápida e segura.
- Rápida – pois as montagens são simples e os exemplos inicias são projetados para ser intuitivos;
- Segura – porque praticamente elimina os erros de montagem que poderiam danificar componentes.
É neste sentido que o projeto FPGA para Todos, além de produzir exemplos didáticos com kits de desenvolvimento comerciais, desenvolve os próprios kits e disponibiliza todo o desenvolvimento desses aqui no portal (Figura 1).
Figura 1 – Alguns dos kits históricos desenvolvido pelo professor Édson Mélo.
Histórico
O desenvolvimento de kits didáticos de microeletrônica e lógica programável de baixo custo e de fácil acesso aos estudantes do IFSC, principalmente dos cursos do Departamento de Eletrônica (DAELN), surgiu de uma iniciativa própria do professor e mentor do projeto FPGA para Todos, Édson Mélo. Em 1998 ele já se aventurava em criar kits baratos que podiam ser adquiridos pelos alunos e, com isso, facilitar o aprendizado dos mesmos nas aulas relacionadas no curso técnico de eletrônica. O primeiro kit desenvolvido foi baseado no microcontrolador de arquitetura 8051, composta por uma placa principal que continha um conjunto de slots no antigo padrão ISA que conectava os módulos periféricos, como pode ser visto na Figura 2.
Figura 2 – Primeiro kit didático de microcontrolador desenvolvido por iniciativa própria do professor Édson Mélo.
A utilização de Lógica Programável como apoio pedagógico ao ensino de Eletrônica Digital e Arquitetura de Microcontroladores no IFSC teve início no ano de 2000 quando, por iniciativa de um grupo de estudos que contava com professores, alunos e ex-alunos do Curso Técnico de Eletrônica do IFSC, construiu-se um primeiro conjunto didático, apresentado na Figura abaixo. Este sistema era modular, com um kit central de CPLD baseado no EPM7128 da ALTERA, e módulos periféricos com funções diversas. O kit foi baseado em um chip da ALTERA, o CPLD EPM7128, da Família MAX7000S. Este Módulo foi utilizado na formação de professores e técnicos, no ambiente de desenvolvimento integrado Max+Plus II, da ALTERA. A utilização do mesmo tornou o aprendizado de eletrônica digital mais atraente e efetivo.
Figura 2 – Primeiro kit didático para ensino de lógica programável feitos com conectores de 14 pinos para integrar os módulos periféricos com cabo fita.
Um novo conjunto didático (Figura 3), baseado em placas mais compactas e baratas foi desenvolvido entre 2002 e 2003, incluindo um kit para o microcontrolador AT89S8252, de arquitetura 8051, proporcionando um ganho de qualidade nos trabalhos desenvolvidos nas disciplinas de Microcontroladores e de Dispositivos Lógicos Programáveis, a partir daquele ano no Curso Técnico de Eletrônica e no Curso Superior de Tecnologia em Sistemas Digitais do IFSC. Além disso, o professor Édson que foi um dos responsáveis por todo o desenvolvimento de kits didáticos no IFSC, criou também um módulo principal baseado no microcontrolador PIC16F84 da Microchip, nos mesmos moldes desses citados.
Devido ao seu baixo custo uma nova placa de CPLD pôde ser adquirida por vários alunos, e o conceito de trabalho experimental ultrapassou as fronteiras da sala de aula: de posse destas ferramentas os alunos podiam testar seus experimentos em casa, em seu próprio tempo, o que incentivou mais a criatividade.
Figura 3 – Atualização do kit didático para ensino de lógica programável, mais compacto, incluindo os módulos principais para o microcontrolador 8051 e para o microcontrolador PIC, feitos com conectores de 10 pinos para integrar os módulos periféricos com cabo fita.
Para dar suporte ao uso dos kits, em aulas práticas e no desenvolvimento de exercícios de projeto, construiu-se um conjunto de páginas de internet com alguma documentação e exemplos de aplicação dos kits e dos periféricos (hoje essas páginas estão fora do ar, mas estamos migrando os conteúdos importantes para o portal). Em 2007, ministrou-se pela primeira vez a disciplina de Dispositivos Lógicos Programáveis, de 40h, para o Curso de Pós-Graduação “Latu Sensu” em Desenvolvimento de Sistemas Eletrônicos, do Instituto Federal de Santa Catarina.
No ano de 2008, buscando reduzir ainda mais os custos da experimentação didática, desenvolveram-se dois novos kits didáticos, um para microcontroladores PIC, da Microchip, e outra que permite a utilização de duas arquiteturas de microcontroladores da ATMEL, AVR e 8051. Para caracterizar o impacto desta iniciativa, no segundo semestre 2009 praticamente todos os alunos das disciplinas de Microcontroladores do Curso Técnico de Eletrônica e Sistemas Digitais do Curso Superior de Mecatrônica, ambos do IFSC, adquiriram as placas de circuito impresso e os componentes do módulo de microcontroladores, para montarem seus próprios kits.
Em 2010, desenvolveu-se o novo conjunto modular de kits didáticos (Figura 4), sendo uma evolução dos sistemas anteriores. Nesta nova versão, buscou-se à simplificação do seu uso e a uma redução substancial do seu custo, de modo a tornar a sua aquisição e construção acessível aos alunos. Suas principais características são:
- um novo padrão de conexão dos módulos, permitindo a montagem sobre matriz de contatos, simples de tal modo a permitir que novos periféricos sejam rapidamente desenvolvidos pelos alunos, em exercícios de projeto;
- o baixo custo das placas, para uma produção em pequena escala;
- o construção simples das placas de circuito impresso, que permite que os estudantes
montem seus próprios módulos.
Esse novo padrão de kits didáticos foi o que forneceu a base para o início do projeto FPGA para Todos, já começo de 2011. A partir disso, novos módulos principais e periféricos foram desenvolvidos dentro do projeto seguindo essas características (Figras 4 e 5). Atualmente, temos disponíveis os módulos listados nos próximos itens deste artigo.
Figura 4 – Módulos principais do FPGA para Todos.
Figura 5 – Módulos periféricos do FPGA para Todos.
Para conhecer um pouco mais da história dos nossos kits e do projeto FPGA para Todos leia os artigos publicados no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (Cobenge), disponibilizados nos links abaixo:
- COBENGE 2003 – UM EQUIPAMENTO DIDÁTICO CONSTITUÍDO DE MÓDULOS DE MICROCONTROLADOR E DE PLD
- COBENGE 2011 – FPGA PARA TODOS: UM PROJETO PARA A DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA DE LOGICA PROGRAMÁVEL
- COBENGE 2014 – FERRAMENTAS DE ENSINO DE PLD E VHDL PARA CURSOS DE CURTA DURAÇÃO
Módulos Principais
Todos os módulos foram projetados para que o interfaceamento seja simples e rápido, e a disposição dos conectores permitem que ele seja conectado a uma Matriz de Contatos (Protoboard).
CPLD_7064
Kit didático de desenvolvimento baseado no CPLD EPM7064 da Altera. Para informações mais detalhadas CLIQUE AQUI
uC51
Kit didático de desenvolvimento baseado no Microcontrolador, de Core 8051, AT89S8253. EM BREVE mais informações detalhadas.
USB_FT245
Kit didático de desenvolvimento baseado no Componente FT245, para informações mais detalhadas CLIQUE AQUI
uCDuino V1 e V2 (baseado no Arduino)
Kit didático de desenvolvimento baseado no microcontrolador ATMEGA328p, compatível com o Arduíno Duemilanove/Uno. EM BREVE mais informações detalhadas.
CPLD_MAXV
Kit didático de desenvolvimento baseado no CPLD da família MAXV da Altera. Para informações mais detalhadas CLIQUE AQUI
FPGA Cyclone IV
Kit didático de desenvolvimento baseado no FPGA da família Cyclone IV da Altera. EM BREVE mais informações detalhadas.
PLDProg
Gravador PLDProg desenvolvido para a programação dos módulos de CPLD e FPGA do projeto FPGA Para Todos. Para informações mais detalhadas CLIQUE AQUI
Módulos Periféricos
Display LCD
Display 6 Algarismos
Display de 4 Algarismos
Display de 2 Algarismos
Display de 7 Segmentos
Teclado matricial
Botões
Chaves
Leds
Prototipação
Conversor AD
Cartão SD
FT232
L298
Relés
Transistores
EEPROM DIP
EEPROM SMD
Sensores