O objetivo principal para se projetar e construir esse Cronômetro Digital foi para se medir o tempo das contagens por segundo, causadas por decaimento radioativo e analisadas em um analisador Monocanal de Energia. A técnica empregada na construção desse tipo de cronômetro é a digital, que nos fornece a vantagem de informações diretas do display.
Nota: Artigo publicado na Revista Saber Eletrônica de fevereiro de 1985.
A técnica de construção foi elaborada usando-se processos conhecidos e que, combinados adequadamente, proporcionam um efeito técnico novo.
A construção do cronômetro é de baixo custo.
TRABALHO TEÓRICO
Existem, literalmente, milhares de aplicações usando-se circuitos integrados. Limitemo-nos a ver apenas a aplicação do cronômetro digital, cujo diagrama de blocos é mostrado na figura 1.
A frequência de referência de 1 Hz, para o nosso cronômetro, pode ser retirada de um oscilador de 60 Hz, que após passar por dois divisores, um por 10 e outro por 6, nos dá a referência de 1 Hz.
O diagrama de blocos da figura 1, na sua parte pontilhada, é a nossa placa de semicondutores-CHIP; a transmissão de 1 Hz da frequência de referência deve ser vista de maneira simbólica nos seguintes passos:
No pino de entrada de 1 Hz temos um circuito Schmitt Trigger que é usado para "quadrar" a forma do sinal de 1 Hz.
Os dois primeiros contadores de segundo e um contador de minuto transformam o sinal de referência de 1 Hz em código binário de 4 bits para a representação decimal, figura 2.
As saídas multiplexadas A, B, C e D são feitas usando-se a frequência de 1 kHz para a sequência de deslocamento.
A decodificação pode ser feita diretamente ao display, como mostrado na figura 3.
A multiplexação é uma técnica de divisão de tempo e permite, ao olho humano, visualizar sobre o período de tempo total, dando a sensação de contínuo no display.
A seleção de dígito é feita com um contador Johnson, como mostra a figura 4.
O contador Johnson seleciona as contagens das saídas do decodificador através de portas lógicas e envia um pulso para habilitar o dígito correspondente do display.
O display escolhido para o projeto do cronômetro foi o FND500 e sua técnica de operação é uma combinação das vantagens dos semicondutores com o alto brilho de lâmpadas incandescentes.
As considerações ao se fazer dígitos discretos de LEDs são: confiança no funcionamento, facilidade de construção, qualidade de aparência, intensidade de luz emitida, ângulo de visão. Ao longo dos últimos anos, várias técnicas foram aperfeiçoadas, dentre elas podemos citar a técnica idealizada pela Fairchild, que permite aos elétrons poderem se movimentar mais facilmente e atingindo velocidades altíssimas de comutações eletrônicas.
TRABALHO EXPERIMENTAL
a) Fonte de baixa tensão
Para o bom funcionamento do cronômetro é necessária uma fonte de tensão regulada. Isto foi alcançado usando-se um regulador CI 7812, figura 5.
b) Cronômetro digital
Após serem testados diversos circuitos integrados para serem empregados como cronômetro, adaptou-se o CI MM5402 da National, cujo circuito pode ser visto na figura 6.
Inicialmente, selecionou-se uma fonte de frequência confiável que nos fornecesse 60 Hz. Acredito que nada mais prático e preciso que os geradores da Eletronorte (o autor é de Manaus).
Em primeiro lugar, reduzimos a tensão de 110 V.C.A. 60 Hz, que chega às nossas tomadas, para 20 V.C.A. 60 Hz. Sabemos que a lógica digital interpreta apenas uma forma de linguagem, alto e baixo, e sabemos também que os 60 Hz da nossa tomada estão em senoidal, precisamos, assim, proceder esta transformação.
Podemos observar, pelo circuito da figura 5, que os 60 Hz são aplicados no pino 35, via diodo D. Isto é necessário para termos, nesse pino, apenas os semiciclos positivos.
De maneira simbólica, podemos dizer que os nossos 60 Hz, inicialmente, já dentro do circuito integrado, serão, num primeiro estágio, equalizados, figura 7.
Após a equalização, temos estados bem definidos de altos e baixos, com a mesma frequência, 60 Hz. O segundo estágio é dividirmos os 60 Hz por 10 e por 6. Para se dividir por 10, usa-se uma década contadora, isto é, a cada 10 impulsos de 60 Hz, na sua entrada, ela nos entrega 1 impulso de 1/6 s na saída, da mesma forma para a divisão por 6, figura 1
Agora, temos nossa unidade de referência bem definida, que será multiplexada, transformada em código binário e registrada no display.
A sequência multiplexada é feita por 4 flip-flop, como é visto na figura 2, e a tabela 1 nos diz como isso se processa.
c) Display de LED
Do ponto de vista da Física-Optoeletrônica, os displays digitais assumem um campo de pesquisa promissor e de uma gama de aplicações muito variada.
Neste trabalho, optou-se pelos displays de Diodos Emissores de Luz — LED, para a amostragem do tempo decorrido.
O projeto do cronômetro também foi limitado a 3 dígitos, 2 para segundo e 1 para minuto.
Cada display possui internamente 7 pequenos diodos, dispostos a formar os dígitos, previamente selecionados pelo decodificador, figura 3. Além disso, todos os catodos dos LEDs estão ligados entre si.
Na figura 4 podemos ver a função dos diversos filamentos do display.
CONCLUSÃO
Após o trabalho experimental concluído, o Cronômetro Digital foi testado usando-se um oscilador B K-PRECISION-3020 SWEPP/FUNCTION GENERATOR — Dynascam Corporation, funcionando de maneira satisfatória, para os fins a que foi projetado.
O autor acredita que este seja um instrumento de alta tecnologia, mas de operação simples, a fim de garantir a qualidade dos trabalhos experimentais ou não, feitos por nossos alunos, em que a medida de tempo se faz necessária.
BIBLIOGRAFIA
— TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
— Projetos com circuitos integrados TTL, Guanabara Dois, 1978.
— C-MOS — DATA BOOK, Tab Books Inc., 1978.
— Diversas revistas especializadas em eletrônica.
