De forma super detalhada é descrita a montagem de um temporizador de até 10 horas, com mostrador digital a LEDs, que nada deixa a dever às unidades comerciais, por sinal muito mais caras. Uma excelente oportunidade para conhecer as características dos componentes utilizados no projeto.
A ideia desta série de publicações é apresentar as características funcionais de alguns componentes eletrônicos (justamente os utilizados no projeto) para posteriormente apresentar um projeto completo de um temporizador digital cujas características superam às das unidades disponíveis do comércio.
De fato, algumas das características do temporizador proposto, abaixo descritas, atestam o quão versátil é este circuito, cuja aplicação é por demais conhecida por todos os entusiastas da eletrônica e afins:
Características:
• temporização máxima de exatamente 9 horas e 59 minutos, programável minuto a minuto;
• visualização do período de temporização restante através de um mostrador de três dígitos a LEDs;
• ativação do temporizador através de uma chave de contato momentâneo;
• ajuste individual das horas, dezenas de minutos e minutos;
• a base de tempo é obtida a partir da rede elétrica, cuja estabilidade a médio/longo prazo é indispensável;
• capacidade de comutação de cargas de até 1KVA através de contato "seco" de relé;
• autodesativação, ou seja, ao ser atingido o fim do período de temporização estabelecido pelo usuário, o circuito, além de desativar a carga sob seu controle, também se desativa, de modo que seu consumo é nulo fora dos períodos de temporização;
• caso a energia da rede elétrica falte durante o período de temporização, o circuito automaticamente se desativa, permanecendo neste estado mesmo que a energia elétrica retorne momentos depois; esta facilidade deixa o usuário tranquilo, pois não terá a preocupação de desativar a carga e/ou temporizador nessa singular circunstância;
• utiliza componentes relativamente populares e convencionais, sendo de fácil aquisição no mercado especializado e, assim, de baixo custo;
• utiliza circuitos integrados de tecnologia CMOS que conferem o desejável baixo consumo ao circuito.
Aí estão algumas das principais características deste projeto que, mesmo não sendo inédito, tem uma concepção interessantíssima, tornando-se assim uma "novidade". Por todos esses motivos, vale a pena montá-lo, nem que seja para compreender, ainda mais, o seu funcionamento e aperfeiçoar seus conhecimentos.
Iniciaremos a descrição dos componentes pelos circuitos integrados, todos eles de tecnologia CMOS, que por mais que possa parecer, ainda é pouco difundida em nossa literatura técnica.
C14518 — UMA DUPLA DÉCADA CONTADORA
Talvez este seja um dos mais populares contadores em versão CMOS. Na verdade, ele consiste em uma dupla década contadora no sentido crescente up counter") em encapsulamento de apenas 16 pinos, conforme mostra a figura 1, em que também se encontra a pinagem deste integrado.
Como sabemos, uma década contadora nada mais é do que um circuito contador constituído por quatro flip-flops (multivibradores biestáveis) contendo um elo de realimentação de forma a reciclar o contador (saídas em nível baixo) toda vez que é atingido o numeral decimal 10 (em binário 1010); esta reciclagem faz com que o circuito reinicie a sua contagem, no caso ascendente, ou seja, 0, 1, 2, ..., 8, 9, 0, 1, e assim por diante.
Os pulsos, ou estímulos, a serem contados são aplicados à entrada "clock" (relógio, cadência etc.), sendo apenas reconhecido o flanco ascendente do sinal aplicado. Havendo interesse em que a década considere os flancos descendentes, basta aplicar o sinal à entrada "enable" (habilitação). Esta facilidade torna o dispositivo bastante versátil.
A figura 2 mostra a atuação de cada uma dessas entradas e os resultados iguais quanto às saídas, que, obviamente, são os mesmos; há de se notar que ao utilizarmos a entrada "clock" como entrada de pulsos, a outra entrada ("enable") deve permanecer em nível alto (nível H ou estado 1); de modo análogo, ao aplicarmos os pulsos decadência à entrada "enable" (pino 2 ou 10), é necessário manter em nível baixo (nível L ou 0) a entrada "clock" - estas situações são facilmente percebidas a partir do próprio diagrama da figura anterior.
A entrada de habilitação ("enable") e a entrada de cadência ("clock") podem, portanto, serem utilizadas como entradas de controle, deixando ou não "passar" os pulsos (transições) aplicados à outra entrada, tal qual ilustra a tabela I, em que claramente percebemos que o incremento da contagem acontece nas condições lógicas das duas primeiras linhas; a terceira e quarta linha dessa tabela nos informa que tanto as transições descendentes aplicadas na entrada "clock" como as ascendentes aplicadas à entrada "enable" não são interpretadas pelo CI (a contagem não é incrementada). Já as duas linhas seguintes da tabela mostram o "efeito bloqueador" de cada uma das entradas "clock" e "enable".
Além desse par de entradas presentes em cada bloco do CI4518, temos a destacar a entrada "reset" (reciclagem ou retorno a zero), a qual é sensível ao nível lógico alto conforme se desprende da última linha da tabela citada. O nível alto força ambas saídas do contador a zero, ficando assim independentemente dos níveis lógicos aplicados às outras entradas, enquanto perdurar essa condição — em condições normais esta entrada deve fica aterrada (nível baixo).
Essa entrada (R) também é útil quando se pretende "programar" o contador para fazer contagens por outro valor que não seja 10. Para conseguir tal intento, é necessário prover a devida realimentação entre as saídas e esta entrada, conforme é indicado a seguir.
Contagem por 2
Neste caso bem pouco há o que dizer, pois basta considerarmos a saída QO que procede a uma contagem (ou divisão) por dois, conforme vimos nos diagramas da figura 2.
Contagem por 3
Aqui é necessário reciclar o contador toda vez que a contagem atinge o valor 3 (binário 0011), como esta condição é satisfeita quando Q0 = Q1 = 1, basta concatenar estes dois sinais e realimentá-los à entrada R, como indica o par de sugestões da figura 3. A primeira utiliza uma porta lógica AND em versão integrada, enquanto a segunda sugestão implementa essa função lógica através de diodos. Notamos que em ambos os casos é aplicado o nível alto à entrada R no momento em que a contagem atinge o valor 3; isso faz com que o circuito seja reciclado (Q3 = Q2= Q1 = Q0= 0 — condições de repouso), retirando assim o estímulo de reciclagem e liberando o contador para outra contagem até três.
Contagem por 4
Já que 4 é uma potência inteira de 2, não é necessário qualquer tipo de realimentação. Contudo devemos considerar as saídas Q0 e Q1, que passarão a expor-nos quatro valores binários, iniciando por 00 e terminando por 11.
Contagem por 5
O contador não deve atingir a contagem 5 (binário 0101), devendo ser reciclado nessa situação. Portanto, a realimentação deve associar as saídas QO e Q2 da década.
Contagem por 6
O procedimento é análogo aos casos anteriores, ou seja, devemos fazer a detecção dos "1" das saídas de acordo com a contagem requerida. Neste caso em particular, iremos considerar as saídas Q2 e Q1 lembrando que 0110 é a representação binária do decimal 6.
Contagem por 7
Como o dígito decimal 7 tem 0111 como representação binária usaremos uma porta lógica AND de três entradas (4073) ou um diodo para cada saída ativada, funcionando como esta porta.
Contagem por 8
Tratando-se de uma contagem que é uma potência inteira da base do sistema binário, não se faz necessária qualquer realimentação em cada década do CI4518 — é claro que a saída Q3 deve ser ignorada neste caso.
Contagem por 9
Uma vez que 1001 é a representação binária do dígito decimal 9, consideraremos as saídas Q0 e Q3 como realimentação à entrada R.
CI4520 — UM DUPLO CONTADOR BINÁRIO DE 4 ESTÁGIOS
Este circuito integrado é um duplo contador (crescente) binário de quatro estágios (contagens até 16), cujo comportamento lógico é idêntico ao do 4518, de modo que para ele também são válidas, com as devidas restrições, todas as considerações antes feitas. Cumpre salientar que as contagens por qualquer valor entre 2 a 15, utilizando o 4520, também obedecem aos preceitos antes estabelecidos para o 4518 e não iremos entrar em maiores detalhes de como obter circuitos com outros valores de contagem por tratar-se de um conceito relativamente simples.
É claro que um único C14520 é capaz de realizar uma contagem de até 256 (16 x 16) eventos quando seu par de contadores for concatenado em "cascata", conforme mostra a figura 4 — note que as entradas R são mantidas em nível baixo já que elas não são necessárias aqui.
O diagrama da figura 5 é um exemplo de um contador binário de até•90 eventos, em que, como nos casos anteriores, são detectados os "1" do binário 01011010 (90 no sistema decimal). o conjunto 'D5, R2 e C1 tem por finalidade manter a informação de reciclagem por alguns instantes, pois a transição descendente da saída Q3 quando da reciclagem pode fazer com que a metade inferior do 4520 comute inadvertidamente. Com a rede de atraso proposta é mantido o estímulo de "reset" por alguns instantes, dando tempo suficiente para que a mencionada transição seja ignorada note que este procedimento limita a frequência do sinal de entrada ("clock").
CI4017 — UMA DÉCADA CONTADORA/DIVISORA
Este integrado é constituído por cinco estágios, ou flip-flops, consistindo em um contador Johnson capaz de contar até 10 eventos. A principal característica desse tipo de contador é o fato de sempre termos uma saída ativa. Neste, temos dez saídas, cada uma delas representando um dígito decimal (são as saídas Q0 a Q9). Essas saídas se apresentam no nível baixo em condições normais, indo para o nível alto quando ativa.
O importante neste contador é que os pulsos de entrada são imediatamente convertidos para o sistema decimal (um entre dez), contrariamente ao que ocorre na maioria dos contadores, nos quais se faz necessário um decodificador adicional é por esse motivo que o integrado 4017 é amplamente utilizado em sistemas eletrônicos como década contadora ou como contador decimal em aplicações em que é necessária a visualização da contagem.
As saídas comutam quando na presença de um flanco ascendente (de L para H) do pulso ministrado à sua entrada de cadência ou "clock", isto, porém, não impossibilita que o contador também seja sensível a flancos de entrada descendentes — neste caso, é utilizada uma outra entrada, justamente a "clock enable" ou habilitação de relógio.
Além das entradas acima mencionadas, o 4017 -dispõe da clássica entrada de reciclagem ("reset"), cuja função é a de colocar o circuito no estado de repouso, ou seja, apenas a, sua saída Q0 fica ativa (em nível H); esta entrada é sensível ao nível alto, possibilitando que o circuito possa realizar contagens menores, como teremos oportunidade de verificar.
A figura 6 mostra a pinagem do 4017. Notamos que a entrada de habilitação de relógio é sensível ao nível baixo devido à presença da "bolinha" na representação gráfica. A saída Count fica em nível alto nos principais quatro pulsos de entrada e em nível baixo para os seis pulsos subsequentes, quer dizer quando qualquer uma das saídas de Q5 a Q9 ficar ativa.
O comportamento lógico desse circuito integrado encontra-se resumido na tabela 11, em que claras duas primeiras linhas nos mostram que o circuito não comuta quando nas entradas "clock" e "clock enable" são aplicados níveis lógicos; a terceira linha dessa tabela nos informa que a entrada de reciclagem tem prioridade sobre as outras duas e, se ativa, situa o contador no estado de repouso (saída Q0 ativa).
Ainda de acordo com a tabela, vemos que o conteúdo da contagem é incrementado em uma unidade quando, à entrada "clock", é aplicado um flanco ascendente (notemos que a entrada "clock enable" se encontra em nível baixo). Por outro lado, os flancos descendentes são ignorados (independentemente do nível da entrada de habilitação de relógio ou de pulsos), conforme ilustra a quarta linha dessa tabela funcional.
Para a entrada "clock enable" temos um funcionamento, digamos, "complementar" em relação ao descrito para a entrada "clock", não sendo necessário, portanto, esclarecimentos adicionais já que a tabela II é explicativa e esclarecedora.
Utilizando adequadamente a entrada "reset" e as saídas é possível implementar o contador com fator de contagem diferente de 10; a figura 7 nos mostra uma possível forma de implementar um contador por 3 empregando o 4017: a realimentação provocada pela saída Q3 recicla o contador de modo que, agora, será a vez de Q0 ficar ativa e, assim, retirar o estímulo inicial de reciclagem dessa entrada.
Um outro exemplo é mostrado na figura 8. Neste caso temos um contador por 7. De fato, uma a uma as saídas de QO a Q7 ficam ativas (nível alto), mas esta última só fica neste estado durante o tempo necessário para que o circuito recicle, pois, o nível alto por ela fornecido é transferido ao pino de reset; findo esse lapso de tempo, a saída Q0 fica ativa e, consequentemente, Q7 volta a assumir o nível baixo, retirando o estímulo de reciclagem do contador, que poderá voltar a contar (até 7), reiniciando o processo.
CI4029 — UM CONTADOR BINÁRIO/DÉCADA TIPO CRESCENTE/DECRESCENTE
Este é realmente um circuito integrado interessante e mais complexo que os anteriores, pois realiza funções que os outros não conseguem realizar sozinhos.
• Pode funcionar como um mero contador binário de 4 estágios (contagem de 0 a 15) ou como uma década contadora (contagem de 0 a 9) — a seleção é feita aplicando um nível apropriado à entrada B/D ("binary"/"decade" binário/decádico);
• através de programação adequada na entrada U/D ("up"1"down" — crescente/decrescente) a contagem pode ser feita no sentido crescente (0, 1, 2, ...) ou no. sentido decrescente, quando o valor diminui a cada pulso presente na entrada cadenciadora;
• a contagem pode partir de qualquer valor desejado, pois o componente dispõe de um circuito de carga paralela através do qual pode-se iniciar a contagem partindo-se de qualquer valor — esta característica foi utilizada no projeto para que o temporizador partisse do valor inicial de temporização igual a 9 horas e 59 minutos.
Devido à sua versatilidade, o campo de aplicação deste integrado é praticamente ilimitado, podendo ser utilizado inclusive em circuitos de conversão A/D (análogo/digitais e /ou D/A (digital/análogos), como comparador de magnitudes, em sintetizadores e outras aplicações menos "convencionais".
A identificação dos terminais do circuito integrado em questão se encontra na figura 9 e a seguir damos uma breve explicação sobre cada um deles.
— Pino 1 ("preset enable" — habilitação de carga): o nível lógico 1 neste pino faz com que o contador seja carregado com a informação de entrada, isto é, com a informação do valor de início de contagem.
— Pinos 2, 6, 11 e 14: constituem as saídas binárias do contador.
— Pinos 3, 4, 12 e 13 (entrada de dados): nestes pinos deve ser colocado o valor da contagem com o qual se quer que o contador parta — esta informação é armazenada no circuito através de estímulo adequado ministrado à entrada PE (pino 1).
— Pino 5 ("carry in" vai um): enquanto o nível desta entrada permanecer em H o contador fica inativo; esta é uma forma de inibir a ação do contador ou de interromper a contagem.
— Pino 7 ("carry out" — saída de vai-um): em condições normais, esta saída apresenta o nível alto e um pulso, em nível baixo, toda vez que a contagem atinge um limite, seja ele o superior (9 no caso, de funcionar como década) ou o inferior (valor 0).
— Pinos 8 e 16: alimentação do integrado que, por tratar-se de mais um outro CI de tecnologia CMOS, permite valores de tensões de alimentação entre 5 a 15VCC de uma forma geral.
— Pino 9 ("binary"/"decade" — binário/decádico): através desta entrada é selecionado o modo de operação do contador; se em nível baixo, funciona como contador por 10 e se nível alto o circuito opera como um mero contador binário de 4 estágios.
— Pino 10 ("up"/"down" — crescente/decrescente): um nível alto nesta entrada faz com que o Cl se comporte como um contador crescente e um nível baixo provoca uma contagem decrescente.
— Pino 15 ("clock" — relógio): nesta entrada são aplicados os pulsos a serem contados pelo circuito, sendo considerados apenas os pulsos ascendentes ministrados.
A tabela III mostra, de forma resumida, o funcionamento do integrado 4029, enquanto a figura 10 apresenta um diagrama de fases para este contador, o qual chamamos a atenção para o seguinte:
• ao final do diagrama vemos que o circuito carregou
• note que enquanto na entrada "carry in" perdurou o nível alto, o contador não incrementou o seu conteúdo; a informação de entrada enquanto PE se manteve em nível alto; essa informação de entrada se constitui na informação presente nas linhas Pi, a qual é imediatamente refletida nas saídas Qi, conforme podemos apreciar no diagrama citado;
• o fato de termos a entrada U/D em nível baixo fez com que o contador se comporte como uma mera década contadora.
Para quem estiver realmente interessado, recomendamos analisar com o máximo cuidado e atenção esse diagrama de tempo comparando-o com a figura 9, para extrair os elementos básicos indispensáveis, a fim entender o funcionamento deste integrado no projeto do temporizador.
Na próxima edição encerraremos a descrição dos componentes utilizados neste interessante projeto. Até lá.
