É freqüente a necessidade do técnico projetista,engenheiro ou técnico projetar ou montar divisores de freqüência ou contadores com base em circuitos integrados CMOS. No entanto, nem todos possuem uma literatura completa a ponto de lhes fornecer as informações que facilitem a escolha do componente certo e a configuração que mais se adapte a uma aplicação. Essas dificuldades, entretanto, poderão ser contornadas com as informações deste artigo. Dispor sempre dele à mão será importante para todos os leitores que trabalham com contadores e divisores de freqüência, tão necessários em automatismos industriais, alarmes e muitas outras aplicações.
Uma das vantagens do uso de circuitos integrados CMOS na elaboração de projetos de contadores e divisores é a sua ampla faixa de tensões de alimentação (3 a 15 V) e, além disso, o baixo consumo.
Com uma sensibilidade de entrada muito grande eles "aceitam" com facilidade as informações de sensores ou de outros circuitos lógicos, o que é muito importante num projeto ou montagem que não pode ser nem caro nem complicado.
Em tecnologia CMOS os leitores podem encontrar uma ampla variedade de contadores, no entanto, por limitações de espaço selecionamos os que julgamos mais importantes.
Os contadores que vamos analisar neste nosso artigo são os seguintes:
CONTADORES
4022 - Contador octal com saídas 1 de 8
4017 - Contador decimal com saídas 1 de 10
4518 - Contador duplo decimal
4193 - Contador hexadecimal up-down
4018 - Contador programável divisor por n (2 a 10)
OS CIRCUITOS
Os contadores ou divisores de freqüência podem ser usados basicamente em dois tipos de configurações.
A primeira delas é quando desejamos simplesmente dividir uma freqüência por um determinado número, o que é feito com a contagem dos pulsos e ressetando este contador quando o número desejado é alcançado, conforme mostra a figura 1.
Assim, para dividir por 6, por exemplo, podemos usar um contador até 6.
A cada 6 pulsos de entrada ele resseta, produzindo um pulso na saída e reiniciando a contagem.
A segunda é quando desejamos contar pulsos fornecendo uma indicação do número desses pulsos ou uma saída correspondente.
Para esta finalidade temos duas opções:
Uma delas consiste em usar um contador do tipo 1 de n, onde o n é o número de saídas existentes ou programadas.
Por exemplo, para o 4017, isso significa que, aplicando um determinado número de pulsos de entrada, uma de suas 10 saídas (1 de 10) vai ao nível alto, conforme mostra a figura 2.
Este componente, conforme veremos, pode ser "programado" para contar de 2 até 10.
Outra forma consiste em ter uma saída em binário, ou seja, em que temos 4 saídas que combinadas, fornecem uma indicação BCD ou em binário puro, do número de pulsos de entrada conforme mostra a figura 3.
Não incluímos nesse nosso estudo os que fornecem uma indicação pronta para excitar um display.
Para estes casos, podemos ligar a saída binário em um decodificador que faça esta excitação, conforme mostra a figura 4.
Passamos então a estudar nossos circuitos CMOS:
4017
Sem dúvida este é o mais conhecido dos contadores com saídas 1 de n, e tem sido utilizado numa infinidade de soluções práticas que envolvem tanto contagem como divisão de freqüência.
Na figura 5 temos a pinagem do 4017.
Trata-se de um contador decimal com saídas 1 de 10. A cada pulso de entrada uma saída vai ao nível alto, voltando a anterior ao nível baixo.
Na operação normal a entrada EN (habilitação) é aterrada.
Para a contagem até 10, a entrada RST (reset) é aterrada, como na configuração mostrada pela figura 6, em que o sinal entra pelo pino 14.
O 4017 muda de estado (avança na contagem) na transição positiva do sinal de entrada.
Para programar o 4017 para uma contagem menor (n de 2 a 9, por exemplo), basta ligar o RESET à saída que corresponde ao número de contagem.
Se quisermos contar até 4, na saída 4 (que corresponde ao quinto pulso) ligamos o RESET, conforme mostra a figura 7.
No quinto pulso temos então a transferência do nível alto para o pino RST, iniciando a contagem.
A velocidade máxima de contagem depende da tensão de alimentação.
Para uma tensão de 5 V esta velocidade é de 2,5 MHz e para 10 V está em torno de 5 MHz.
Para cascateamento de contadores pode-se usar a saída OUT que apresenta um pulso a cada 10 de entrada.
Para inibir a contagem, basta levar por um instante o terminal EN ao nível alto.
Um meio simples de se garantir que a contagem comece do zero é com o circuito da figura 8.
Neste circuito, ao ser ligada a alimentação, a carga do capacitor leva o pino RST ( reset) ao nível alto por um instante, o que garante que a contagem vai começar do zero.
4022
Para o caso em que necessite de uma contagem com saída até 1 de 8 temos uma versão reduzida do 4017, por assim dizer, que é o 4022.
Na figura 9 temos a pinagem do 4022.
Na operação normal deste integrado os pinos EN (habilitação) e RST (reset) devem estar aterrados.
A cada transição positiva (0 V ao positivo da alimentação) o contador avança uma unidade.
Nestas condições a saída correspondente vai ao nível alto e a anterior volta ao nível baixo.
O terminal OUT permanece no nível alto para contagem de 0 a 3 e baixo de 4 a 7.
Com a ligação da saída correspondente ao RST podemos fazer a contagem até valores inferiores a 8 como no caso visto do 4017.
Na figura 10 temos um exemplo de contagem com n menor que 8 usando o 4022.
Com 10 V de alimentação, a freqüência máxima de operação é de 5 MHz e este valor se reduz à metade com 5 V de alimentação.
4193
O 4193 é um contador binário progressivo e regressivo (UP/DOWM) cuja pinagem é mostrada na figura 11.
Este contador é sincronizado.
Na operação normal a entrada RST (reset) é mantida no nível baixo e LOAD (carga) no nível baixo.
As entradas UP e DOWN (CLOCK) são mantidas no nível alto.
O contador vai avançar uma unidade na contagem quando a entrada de clock for ao nível baixo e depois voltar a nível alto.
Para cascatear o 4193 com outras unidades, a saída DOWN do primeiro deve ser ligada ao DOWN Clock do segundo e a saída UP do primeiro deve ser ligada ao UP do segundo.
A freqüência máxima de contagem deste circuito integrado é de 4 MHZ com 5 V e dobra com alimentação de 10 V.
Para ressetá-lo, basta levar a entrada RST (reset) ao nível alto por um instante, quando então as saídas de 01,02, 04 e Q5 vão ao nível baixo, passando a apresentar o valor 0000.
Observe que este integrado possui Clocks independentes para a contagem progressiva e regressiva.
4518
O 4518 é um duplo contador decimal (divisor por 10) sincronizado com funcionamento independente.
A pinagem deste circuito integrado é mostrada na figura 12.
As saídas deste integrado possuem os pesos 1 , 2, 4 e 8 e a contagem se faz exclusivamente no sentido crescente ( UP).
Na operação normal, RST (reset) é aterrada e a entrada EN (habilitação) é mantida no nível alto.
O contador avança uma unidade a cada transição do nível baixo para o nível alto.
As saídas são codificadas em BCD.
Um fator importante a ser considerado neste circuito, é que na contagem, as saídas mudam de estado ao mesmo tempo (o retardo na transição de uma para outra é desprezível).
Outra modalidade de operação é com as entradas RST e CL aterradas.
Nesta modalidade cada transição do nível alto para o nível baixo na entrada EN (habilitação) faz com que o contador avance uma unidade.
Esta modalidade de operação é importante quando se deseja fazer o cascateamento de várias unidades.
Para levar todas as saídas ao nível baixo (0000) basta colocar por um instante a entrada RST (reset) no nível alto.
Na figura 13 temos um exemplo de circuito utilizando este contador.
A freqüência máxima de contagem é de 6 MHz com uma tensão de alimentação de 10 V, mas esta velocidade cai para a metade com alimentação 5 V.
4018
O circuito integrado 4018 consiste num divisor programável e contador de 2 até 10 com a pinagem mostrada na figura 14.
As saídas deste circuito são de sinais quadrados (relação marca-espaço de 1:1) para as divisões pares, e próximas disso para as divisões ímpares.
A programação da contagem é feita com a ligação das saídas à entrada de programação IN.
Para as divisões pares, como apenas uma saída é usada, não necessita de elementos externos, conforme mostra os diagramas de ligação da figura 15.
No entanto, para as divisões ímpares, como precisamos ligar duas saídas à entrada IN, uma porta AND adicional é necessária, conforme mostram os diagramas da figura 16.
Na operação normal, as entradas RST ( reset) e LD ( load) devem estar aterradas.
O contador avança uma unidade na contagem a cada transição do nível baixo para o nível alto na entrada de clock.
A freqüência máxima de clock para este circuito é de 5 MHz com tensão de alimentação de 10 V, e cai para 2,5 MHz com tensão de alimentação de 5 V.
OUTRAS DIVISÕES
Para a divisão por valores maiores que 10, 16 ou outros, existem diversos artifícios.
O mais comum é o cascateamento com a divisão sucessiva pelos valores que, multiplicados um pelo outro, resultam no quociente desejado.
Por exemplo, para dividir por 60, obtendo-se por exemplo 1 pulso por segundo a partir dos 60 Hz da rede, fazemos a divisão por 10 e depois por 6, conforme mostra a figura 17.
Evidentemente, os pulsos de entrada num caso como este devem ser retangulares, o que pode ser obtido com o acréscimo de um disparador.
Na figura 18 temos outro modo de associar dois 4518 num contador.
CONCLUSÃO
Na utilização de circuitos integrados como contadores ou divisores, devem ser levados em conta os seguintes cuidados:
a) observar o tipo de sinal desejado na saída
b) observar que tipo de sinal se aplica na entrada, com atenção à forma de onda e freqüência
c) escolher os integrados que podem operar nas condições desejadas.
