Contador óptico de 4 dígitos (INS016)

Escrito por Newton C Braga

Descrevemos o projeto de um contador óptico de 4 dígitos usando um circuito integrado único, mas que pode ser facilmente adaptado para outras aplicações. dentre elas sugerimos a contagem de rotações de uma máquina, objetos usando outros tipos de sensores. O circuito é bastante simples e compacto.

 

Contadores digitais encontram uma vasta gama de aplicações em eletrônica industrial e mesmo no uso doméstico. O circuito que apresentamos é extremamente simples, já que todas as funções exigidas para este tipo de aplicação estão contidas num único circuito integrado.

O circuito integrado MM74C925 reúne todos os elementos necessários a montagem de um contador digital multiplexado de 4 dígitos exigindo pouquíssimos componentes externos: apenas 4 transistores e 7 resistores.

Com mais 5 elementos: duas chaves, um foto-transistor, um transistor e um trimpot de ajuste completamos nosso projeto que poderá facilmente ser instalado numa pequena placa de circuito impresso.

O circuito usa um display de 4 dígitos do tipo de 7 segmentos e o foto-sensor é um foto-transistor comum. A contagem, neste caso é de pulsos de luz, mas com a troca de posição do sensor e do trimpot de ajuste podemos fazer com que ele seja usado na contagem de interrupções de luz.

A velocidade de resposta do circuito é determinada pelas características do contador e está em torno de 4 MHz.

A alimentação do circuito pode ser feita com tensões de 3 a 6 V o que o torna compatível tanto com tecnologia TTL como CMOS.

 

Características:

* Número de dígitos: 4

* Faixa de contagem: 0000 a 9999

* Frequência máxima de contagem: 4 MHz (tip)

* Faixa de tensões de alimentação: 3 a 6 Volts

* Margem de ruído: 1 V

* Corrente máxima por segmento: 40 mA

* Frequência máxima de saída: l kHz

* Capacitância de entrada: 5 pF

 

COMO FUNCIONA

A base deste projeto é um circuito integrado 74C925 que tem todos os elementos necessários a elaboração de um contador digital de 4 dígitos do tipo multiplexado.

Na figura 1 temos o diagrama interno em blocos correspondente à todas as funções deste circuito integrado.

 

É interessante para os leitores que desejam saber um pouco mais sobre eletrônica digital ter uma idéia de como funciona o sistema multiplexado usado neste contador e encontrado em muitas outras aplicações semelhantes.

O que ocorre é que se tivermos de elaborar um circuito contador com 4 dígitos usando displays de 7 segmentos da forma convencional precisaríamos ter 28 pinos somente para as saídas, o que certamente significaria uma complicação razoável para o projeto, conforme mostra a figura 2.

 

Uma maneira interessante de se economizar saídas é fazer com que tenhamos somente 7 delas, mas que possam ser comutadas entre os 4 displays.

Assim, se desejarmos apresentar no display o número 3456 por exemplo, o que fazemos é ativar as saídas dos segmentos em sequência, de modo que elas fiquem um pequeno intervalo de tempo com cada número que deve ser apresentado.

Dividindo então o ciclo de operação do circuito em 4 intervalos, já que temos 4 dígitos, no primeiro intervalo, o circuito fornece o sinal que faz acender os dígitos do primeiro algarismo, por exemplo o 3.

Neste momento, o transistor Q1 é ativado de modo que a corrente só possa passar pelos segmentos do primeiro dígito, conforme mostra a figura 3.

 

Num intervalo seguinte, o sinal muda e passa a corresponder ao segundo dígito, ou seja o 4. Neste momento o transistor Q2 é que passa a conduzir de modo que somente os segmentos do dígito correspondente acendem.

Da mesma forma ocorre com os dígitos seguintes.

Ora, se o tempo de acendimento de cada display for longo, teremos um efeito sequencial desagradável com os números "acendendo um depois do outro". No entanto, se o processo for rápido, com um sinal de comando numa frequência suficientemente alta, os tempos de acendimento de cada dígito serão rápidos que não veremos a passagem de um para outro. Os nosso olhos verão então todos os dógitos acesos cada qual mostrando o seu valor.

É exatamente assim que funciona o circuito integrado usado neste projeto.

O contador é multiplexado de modo que um clock interno comando a condução dos 4 transistores que aterram o catodo comum do display quádruplo.

As saídas são chaveadas de modo a apresentar em sua saída os valores armazenados em 4 latches ligados ao contador.

A frequência de multiplexação deste circuito é fixa: 1 kHz. Esta frequência é determinada pelos circuitos internos e não pode ser alterada.

Os resistores ligados nas saídas do circuito integrado servem para limitar a corrente dos segmentos e temos dois controles adicionais importantes.

Um deles é o latch que permite paralisar a contagem em determinado instante, mantendo no display o número contado até então. Outro é o RESET que zera a contagem.

No nosso projeto, como temos um contador óptico, usamos uma etapa adicional para esta finalidade. Nela, um transistor de uso geral tem seu emissor ligado à entrada de contagem (CLOCK) entrando em condução quando incide luz no foto-sensor. O trimpot P1 serve para ajustar a sensibilidade do circuito.

 

 

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do aparelho.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso, exceto o display que pode ter sua configuração variando sensivelmente conforme o fabricante, é mostrada na figura 5.

 

Os transistores são todos de uso geral, admitindo equivalentes e o foto-sensor pode ser qualquer foto-transistor comum e até mesmo foto-diodos. Para maior diretividade o sensor pode ser montado num tubinho opaco com uma lente convergente.

Dependendo do nível de iluminação com que se pretende trabalhar, o trimpot pode ser aumentado no sentido de se obter maior sensibilidade.

Caso as funções de latch e reset não sejam necessárias as chaves podem ser eliminadas com a manutenção das entradas correspondentes colocadas no nível alto.

Os resistores são de 1/8W e não se recomenda alterar seus valores já que os 220 ohms são sugeridos pelo próprio fabricante do circuito integrado.

 

 

PROVA E USO

Para provar o contador, coloque as chaves de reset e latch nas condições de operação: ambas no nível alto.

Aplicando pulsos de luz no foto-sensor, com uma lanterna por exemplo, ajuste P1 até obter a contagem.

Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação do circuito e novamente o ajuste em função do tipo de pulso luminoso com que se pretende trabalhar.

Na figura 6 temos uma sugestão para operação do contador com um reed-switch.

 

Observamos que para a operação com sinais elétricos obtidos de outros circuitos, eles devem ser livres de repiques.

Na figura 7 mostramos como obter pulsos de contagem com um 555 num contador simples de impulsos de baixa velocidade.

 

A duração dos pulsos deve ser ajustada de acordo com a frequência máxima de contagem. O resistor ligado aos pinos 6 e 7 do circuito integrado, juntamente com o capacitor determinam a largura dos pulsos.

Valores de 10 nF a 1 uF para o capacitor e de 1 k ohms a 1 M ohms para o resistor correspondem à faixa com que o leitor pode trabalhar na prática. A duração dos pulsos é dada pela fórmula:

 

R = 1,1 x R x C

 

Lembramos também que a frequência máxima de contagem do 555 está em torno de 1 MHz, o que é menos do que o admitido pelo circuito contador usado.

Para velocidades maiores de contagem pode ser usado um trigger como o 4093 ou equivalente.


LISTA DE MATERIAL

Semicondutores:

CI-1 - MM74C925 - contador de 4 dígitos multiplexado

Q1 à Q5 - BC548 ou equivalentes - transistores NPN de uso geral

DP - Display quádruplo de 7 segmentos de LEDs

FT1 - Foto-transistor comum

Resistores: (1/8W, 5%)

R1 à R7 - 220 ohms

P1 - 1 M ohms - trimpot

Diversos:

S1, S2 - Chaves de 1 pólo x 2 posições

Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.