Quantos projetos podem exigir um display de 4 dígitos acoplado a um contador up/down? Apenas como uma pequena parcela destes projetos podemos citar relógios, cronômetros, contadores de eventos, dispositivos de monitoria de controle, etc. Evidentemente, o projeto de um contador de 4 dígitos feito da maneira tradicional envolve muitos circuitos integrados numa disposição trabalhosa e ocupando um bom espaço do equipamento se não for encontrada uma solução mais interessante. Esta solução existe e está nos dois circuitos integrados da Intersil que focalizamos neste artigo. Estes integrados contém em seu interior o contador completo de 4 dígitos com decodificador para 4 displays de anodo ou catodo comum além de recursos que permitem programar a contagem até o valor desejado com pouquíssimos componentes externos. (1994)
Os circuitos integrados ICM7217 e ICM7227 da Intersil contém um contador completo de4 décadas num invólucro DIL de 28 pinos, com a capacidade de excitar de forma multiplexada 4 displays de anodo comum ou catodo comum.
As saídas e entradas são compatíveis com tecnologia TTL permitindo seu interfaceamento com outros dispositivos digitais. sendo disponíveis saídas para portas BCD I/O, carry/borrow, equal e zero.
A dissipação em repouso deste dispositivo CMOS é de apenas 5 mW e todos os terminais são protegidos contra descargas eletrostáticas.
Na figura 1 temos as duas disposições disponíveis para estas duas séries de circuitos integrados.
O sufixo e o tipo determinam o tipo de contagem que pode ser até 9999 ou 5959 (para aplicações na medida de tempos) conforme a seguinte tabela:
ICM7217AIPI - 9999 - Catodo comum
ICM7217CIPI - 5959 - Catodo comum
ICM7227AIPI - 9999 - Anodo comum
ICM7227CIPI - 5959 - Anodo comum
A programação de contagem pode ser feitas por chaves thumbwheel ou mesmo jumpers.
Como são usados 4 dígitos multiplexados, o ciclo ativo de excitação de cada um é de 25%.
A frequência de multiplexação do sinal é controlada por um simples capacitor externo.
Os zeros à esquerda podem ser apagados e os dados que são colocados no display passam por latches, o que significa que a mudança do valor projetado só ocorre a partir de comando externo.
As saídas CARRY/BORROW (vai um) permite o cascateamento de diversos contadores, e a saída ZERO\ permite o acionamento de dispositivo externos quando a contagem chega a este valor.
O dispositivo possui ainda um registrador interno onde se pode programar valores de contagem.
Quando a contagem chega a este valor, a saída EQUAL/ é ativada, possibilitando assim o acionamento de dispositivos externos.
Esta função é fundamental em aplicações como timers, despertadores, contadores programados, etc.
A frequência de entrada máxima garantida é de 2 MHz, mas o dispositivo pode chegar até a 5 MHz. Para a saída EQUAL a frequência típica máxima é de 750 kHz.
Na figura 2 temos um diagrama de blocos do circuito integrado ICM7217.
Na figura 3 temos o diagrama de blocos do ICM7227.
OPERAÇÃO DAS SAÍDAS
a) BORROW/CARRY- nestas saídas temos um pulso positivo de aproximadamente 500 ms quando o contador atinge 0000 ou 9999.
b) EQUAL\ - esta saída no nível alto, vai ao nível baixo quando o valor contido no registrador se iguala ao da contagem.
c) ZERO - esta saída vai ao nível baixo quando o conteúdo do contador for 0000.
Todas estas saídas podem excitar diretamente cargas TTL com o dreno de uma corrente de 2 mA @ 4V.
CONTROLES
a) Oscilador do Multiplexador
Sem componentes externos, o oscilador do multiplexador opera em 2,5 kHz, mas com capacitores externos temos a diminuição da frequência.
Assim, para 20 pF esta frequência se reduz a 1,25kHz e com 90 pF para 600 Hz. Levando em conta que para cada quatro ciclos deste oscilador temos um ciclo de acendimento do dígito, com 600 Hz, a frequência de repetição da varredura será de 150 Hz.
O brilho do display pode ser alterado pela variação do ciclo ativo dos displays.
Na figura 4 temos circuitos que podem ser usados para esta finalidade.
b) Controle de contagem
Conforme mostra a figura 5, o contador é incrementado pela subida do sinal COUNT INPUT quando a entrada UP/DOWN/ está no nível alto, e decrementado quando a entrada UP/down/ está no nível baixo.
A entrada de contagem possui um Schmitt Trigger de modo a permitir sua operação com sinais sujeitos a ruídos.
O pino STORE/ controla os latches internos. No nível baixo, ocorre a transferência do valor do contador para os latches.
Levando o pino RESET/ ao nível baixo, o contador volta a condição 0000. As entradas STORE/ e RESET/ são dotadas de resistores depull-up de 75 k Ω.
c) Pinos I/O
Estes pinos permitem a transferência de dados para o contador e do contador. Estas entradas permitem entrar com dados no registrador do contador via thumbwheel switches.
d) Carregando (Loading) o contador e o registrador
As entradas BCD I/O, LOAD COUNTER e LOAD EGISTER servem para prefixar e comparar valores. As entradas LC e LR são do tipo tri-state auto-polarizadas com aproximadamente metade da tensão de alimentação na operação normal.
Com estas entradas abertas, os pinos BCD I/O fornecem uma saída BCD multiplexada do conteúdo dos latches, varrida do dígito mais significativo (MSD) para o menos significativo (LSD).
Quando a entrada LOAD COUNTER (pino1) ou LOAD REGISTER (pino11) forem levadas ao nível alto, os drivers desligam e os pinos BCD vão a um estado de alta impedância.
Quando LC for conectada ao positivo da alimentação a entrada de contagem é inibida e os níveis nos pinos BCD são multiplexados ao contador.
Quando LR é ligada ao positivo da alimentação os níveis nos pinos BCD são multiplexados para o registrador, sem afetar o contador.
Quando ambas são ligadas ao positivo da alimentação a contagem é inibida e tanto o registrador como o contador são carregados.
Quando a entrada LR é aterrada, oscilador é inibido, e os pinos BCD I/O vão a um estado de alta impedância.
Os drivers dos segmentos são então desligados.
e) Programação com chaves Thumbwheel
As chaves usadas na programação são do tipo BCD em que o 0000 corresponde a todas as chaves abertas.
Como elas são ligadas em paralelo, devem ser usados diodos de uso geral como o 1N914 para isolá-las logicamente.
f) Ponto decimal
Nas versões de anodo comum, o ponto decimal pode ser ativado conectando-se o terminal DP ao segmento correspondente do display via resistor de 39 Ω à terra.
Para as versões de catodo comum, o segmento é ligado ao terminal DP via resistor de 39 Ω, mas ao positivo da alimentação.
RESTRIÇÕES PARA AS SAÍDAS
a) A saída CARRY/BORROW não é válida durante as operações de carga do contador e reset.
b) A saída EQUAL/ não é válida durante a operação de carga do contador e carga do registrador/.
c) A saída ZERO não é válida durante a operação de carga do contador.
d) A entrada de RESET/ é sensível a ru]idos.
APLICAÇÕES
1. Usando display de Cristal Líquido
Na primeira aplicação, mostrada na figura 6 temos o uso do ICM7217 com displays de cristal líquido caso em que temos a presença do circuito integrado ICM7211 como driver, empregado no interfaceamento do sistema.
O consumo total deste circuito é de apenas 5 mW.
Os resistores de 10 a 20 k Ω nas chaves BCD servem para isolar as chaves quando as saídas BCD estiverem em atividade.
2. Frequencímetro/Tacômetro de Baixo Custo
Este circuito emprega um 555 CMOS (7555) para gerar o sinal de gatilhamento (STORE E RESET). A frequência deste gatilhamento que vai determinar o alcance do frequencímetro/tacômetro, é dada por Ra, Rb e C no astável.
O circuito é mostrado na figura 7.
A calibração é feita a partir da base de tempo, por meio de um potenciômetro de 1 M Ω para Rb e 5 M Ω para Ra.
3. Indicador/Controlador de Posição de Fita Para Gravadores.
O circuito mostrado na figura 8 controla a posição da fita de um gravador, podendo pará-la na posição previamente programada nas thumbwheel switches.
Para o controle do circuito externo que vai parar a fita ou acionar o dispositivo de procura da posição são utilizadas as funções EQUAL/ e ZERO/.
Evidentemente, aplicações semelhantes podem ser imaginadas para o mesmo circuito como, por exemplo, o controle de processos industriais com a contagem de objetos até um número previamente programado.
A contagem neste circuito é feita por meio de um interruptor de lâminas. Para evitar o repique um resistor de 1 M Ω e um capacitor de 4,7 nF são usados na entrada COUNT INPUT, resultando numa constante de tempo de 5 ms.
4. TIMER DE PRECISÃO
O circuito da figura 9 emprega uma base de tempo de 1 minuto/1 segundo a partir de um cristal de 4,1943 MHz.
Estes pulsos são aplicados no 7217 conectado como contador regressivo.
As chaves thumbwheel permitem fazer a programação do instante em que começa a contagem.
5. CONTADOR DE PRECISÃO DE 8 DÍGITOS
Na figura 10 mostramos como usar dois 7217 em um contador UP/DOWN de 8 dígitos.
Neste caso, também é possível usar chaves thumbwheel para programar a contagem.
A ligação é feita como nos circuitos anteriores.
6. FREQUENCÏMETRO DE 1 MHz DE PRECISÃO
Na figura 11 mostramos um frequencímetro até 1 MHz com 4 dígitos e cuja precisão é dada por um oscilador a cristal.
O cristal controla a frequência de um oscilador/divisor de modo a se obter uma base de tempo de 0,1 segundo.
Nestas condições, o último dígito do contador de 4 dígitos (LSD) corresponderá às dezenas de hertz.
O mesmo circuito pode ser usado com um cristal de 6,5536 MHz de modo a se obter uma base de tempo para a contagem de 0,01 segundo.
Para se implementar um tacômetro de 4 dígitos com a indicação de valores em RPM (rotações por minuto), a frequência da rotação do objeto deve ser multiplicada por 60.
Isso pode ser feito eletronicamente por meio de PLL ou mecânica, utilizando-se um disco com número de furos apropriado de modo a interromper a luz de um LED que incide num foto-sensor.
Para um gatilhamento de 0,1 segundo, por exemplo basta multiplicar a frequência rotacional por 600.
