A numeração binária é a base de funcionamento dos computadores e de todos os circuitos de eletrônica digital. Por esse motivo, além de ser ensinada nos cursos técnicos como parte da eletrônica digital, a numeração binária também é tema transversal do ensino médio, dada sua aplicação tecnológica. Para aprender numeração binária ou fazer demonstrações nada melhor do que um circuito eletrônico digital. Esse circuito, diferentemente do que muitos possam pensar, é fácil de montar e usa componentes comuns. Neste artigo ensinamos como montar um contador até 99.
Os circuitos contadores são formados por configurações biestáveis denominadas flip-flops e são disponíveis na forma de circuitos integrados de diversas famílias lógicas. A família TTL, que é uma das mais comuns e fáceis de usar, tem circuitos contadores que podem ser interligados de modo a contar até o número que desejarmos. Assim, trabalhando com circuitos integrados como os da família TTL (Transistor-Transistor Logic) podemos escolher as funções que desejamos e montar aparelhos digitais de diversos graus de complexidade. Um circuito integrado especialmente interessante dessa família é o 7490 (quase todos os integrados desta família começam por 74, assim é ela comumente denominada família 74 ou 74xx). Este circuito integrado consiste num contador de década, ou seja, num conjunto de flip-flops e outros circuitos que são capazes de contar até 10, ou ainda, fazer divisões lógicas até 10. A saída deste circuito integrado é codificada em binário, ou seja, BCD (Binary Coded Decimal).
Como todo circuito integrado TTL, o 7400 da família standard trabalha com 5 V de alimentação e tem uma velocidade máxima de operação da ordem de 18 MHz. Isso significa que ele pode contar até 18 milhões de impulsos por segundo, sem problemas! Usando dois destes circuitos integrados e mais um que produz pulsos lentos para a contagem, projetamos um simples contador que o leitor pode montar numa matriz de contactos para aprender ou ensinar um pouco de lógica digital e de numeração binária.
O 7490 na prática
O circuito integrado 7490 tem a aparência mostrada na figura 1.
Figura 1 – Invólucro e pinagem do 7490.
Todos os componentes, transistores, diodos, resistores, etc. que formam este circuito integrado fazem parte de uma minúscula pastilha de silício que está no interior do invólucro DIL (Dual In Line) de plástico que o forma. O acesso ao circuito é obtido a partir de 14 terminais “ou perninhas” que são sempre numeradas a partir de uma marca na ordem mostrada na figura. Conforme o modo como ligamos as “perninhas” deste integrado, ele pode se comportar de maneira diferente, contando ou dividindo os pulsos de entrada por números entre 2 e 10. A entrada dos impulsos que devem ser contados é feita no pino 14 e as saídas correspondem aos pinos 12, 9, 8 e 11.
Ligando o circuito na forma mostrada na figura 3, que corresponde ao nosso circuito, o 7490 conta até 10, fornecendo nas suas quatro saídas, níveis elétricos em binário. Assim, uma tensão de 5 V corresponde ao dígito binário “1” e uma tensão nula, corresponde ao dígito binário “0”. Os terminais de saída têm então pesos, que são estudados na numeração binária. Se tivermos uma seqüência de pulsos, conforme mostra a tabela abaixo, eles acenderão nos níveis positivos de tensão, ou seja, quando tivermos “1” e permanecerão apagados no “0”.
Tabela:
|
Pulso |
Q8 |
Q4 |
Q2 |
Q1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
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4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
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6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Quando chegamos no nodo pulso (9) a passagem para o décimo volta ao 0000 no primeiro circuito integrado e um pulso para as dezenas é produzido. Assim, basta colocar outro integrado em seguida, com o pino 14 usado como entrada das dezenas para que a contagem possa ser feita até 99. Com mais um circuito integrado, é possível contar até 999 e assim por diante.
Q8 tem o peso do LED correspondente =8
Q4 tem o peso do LED correspondente =4
Q2 tem o peso do LED correspondente =2
Q1 tem o peso do LED correspondente =1
Nosso Contador
Na nossa montagem prática vamos ligar dois circuitos integrados 7490 de modo que um faça a contagem das unidades e o outro das dezenas.
Um terceiro circuito integrado funciona como um oscilador para gerar os pulsos que serão contados. No caso, empregamos um circuito integrado 555 astável, numa freqüência muito baixa de modo que possamos visualizar os pulsos produzidos. Essa freqüência é determinada tanto pelo ajuste de P1 como pelo capacitor C1 que pode ter seu valor alterado, caso o leitor assim o deseje. É preciso usar um 555 neste circuito, pois os 7490 só contam pulsos digitais, ou seja, pulsos retangulares e uma chavinha ligada diretamente na entrada não produziria tais pulsos. Uma chavinha tem o que denominamos de “repique”, ou seja, ela vibra um pouco antes de fechar e essa vibração poderia ser interpretada pelo circuito integrado como mais de um pulso.
Uma idéia interessante consiste em se ajustar P1 do oscilador para produzir um pulso por segundo. Isso fará com que o circuito possa ser usado como um cronômetro de 00 a 99 segundos. Outra possibilidade é usar um sensor de passagem que permita ao circuito gerar um pulso cada vez que algo passar diante do sensor. Ele poderá ser usado para contar pessoas ou objetos. A alimentação do circuito deve ser feita com uma tensão de 5 V. Para podermos usar uma bateria de 6 V (4 pilhas) colocamos em série com o circuito um diodo 1N4002.
Se o leitor quiser poderá montar uma fonte de alimentação como a mostrada na figura 2.
Figura 2 – Fonte de alimentação para o circuito.
MONTAGEM
Na figura 3 temos o circuito completo do nosso contador, observando-se que ele usa 3 circuitos integrados.
Figura 3 – Diagrama completo do contador até 99.
A montagem pode ser feita numa matriz de contactos, conforme mostra a figura 4, já que se trata de montagem experimental.
Figura 4 – Montagem do contador numa matriz de contatos.
Na montagem é preciso ter muito cuidado com a posição dos circuitos integrados, diodo e LEDs pois, se algum deles for invertido, o circuito não funcionará.
Prova e Uso
Ligue a alimentação do aparelho observando a polaridade. Se, ao ligar o circuito alguns dos LEDs acenderem, indicando uma contagem diferente de 0000 0000 basta desligar momentaneamente os terminais 2 e 3 dos 7490 e encostá-los no positivo da alimentação. Isso “ressetará” o circuito. Depois, é só acionar S1 e ajustar P1 para que a contagem tenha início.
Temas Transversais
Aprender a ler um número representado em binário, convertendo-o para a forma decimal é um tema de interessa no ensino médio e no ensino técnico. Ele pode ser associado ao funcionamento dos computadores e ajudar a entender a lógica digital. Desta forma, o circuito que descrevemos pode ser empregado como uma ferramenta de trabalho para o aprendizado de numeração binária. O professor pode gerar aleatoriamente um número no contador e pedir para o aluno fazer a sua conversão para o equivalente decimal.
Observamos que o contador descrito é BCD, ou seja, cada grupo de 4 dígitos conta até 9. Essa configuração é diferente de um contador binário puro em que os 4 bits de cada grupo contam até 16. Um contador binário puro de 8 bits (8 LEDs contaria até 255 e não somente até 99). Uma sugestão de trabalho é justamente explicar essa diferença.
Lista de Material
Semicondutores:
CI-1 – 555 – circuito integrado, timer
CI-2, CI-3 – 7490 – circuitos integrados TTL
LED1 a LED8 – LEDs vermelhos comuns
D1 – 1N4002 (ver texto) – diodo de silício
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 – 10 k? – marrom, preto, laranja
R2 – 47 k? – amarelo, violeta, laranja
R3 a R10 – 470 ? – amarelo, vileta, marrom
P1 – 100 k? a 1 M? – potenciômetro comum
Capacitores:
C1 – 10 ?F a 100 ?F x 6 V – eletrolítico
S1 – Interruptor simples
Diversos:
Matriz de contactos, fios, 4 pilhas e suporte ou fonte de alimentação, etc.
