Módulo Digital Didático de Contagem (ART1300)
Módulo Digital Didático de Contagem (ART1300)
Nos cursos de eletrônica das escolas técnicas, com frequência, são solicitadas montagens de circuitos que contenham módulos digitais de contagem. Utilizando mostradores de 7 segmentos, os projetos propostos podem ir de 1 a mais de 3 dígitos, normalmente baseados em tecnologia TTL. O módulo que descrevemos neste artigo é ideal para este tipo de aplicação, podendo ser expandido à vontade.
Descrevemos a montagem de um módulo de contagem, que na sua versão básica tem dois dígitos, mas que pode ser montado com um único dígito e até ampliado para 3 ou mais dígitos, pela simples repetição dos circuitos básicos.
A contagem deste circuito pode ser feita a partir de circuitos simples, como de um 555 astável ou ainda monoestável, disparado por algum tipo de sensor, por exemplo, tipo micro-switch, reed-switch, LDR ou outro.
Assim, podemos utilizar este circuito como ponto de partida para contadores de pulsos em projetos educacionais, demonstrações ou aulas de eletrônica digital.
O circuito consiste num contador progressivo simples, devendo ser alimentado com fonte de 5 V, já que utiliza tecnologia TTL. Se bem que seja dada a placa de circuito impresso, o circuito também pode ser montado numa matriz de contatos, sem problemas.
Dentre os projetos práticos em que ele pode ser usado citamos:
* Contador de pulsos
* Contador de objetos por passagem
* Sorteador eletrônico (gerador de números aleatórios)
* Cronômetro (contagem de segundos)
* Experimentos de física
* Contador de pessoas
* Medidor de rotações
Para cada dígito precisamos de três componentes apenas, conforme mostra a figura 1.
Figura 1 - Cada dígito pode ser implementado com apenas três componentes
O circuito integrado 7490 consiste num contador até 10 que fornece saídas BCD. Este circuito recebe os pulsos externos através de uma entrada e em sua função fornece na saída o valor da contagem em BCD.
segmentos que consiste num 7447. O que este circuito integrado faz é fornecer saídas de ativação dos 7 segmentos de um display de anodo comum.
Assim, se o valor a ser mostrado for o 1, que corresponde ao acendimento dos segmentos b e c do display, as saídas do 7447, ligadas a estes segmentos vão ao nível baixo.
O display de 7 segmentos é comum de anodo comum, podendo ser de qualquer tipo, e mesmo tamanho, desde que cada segmento contenha apenas um LED.
Isto deve ser lembrado, porque nos displays de maiores, os segmentos são formados por diversos LEDs, devendo ser excitados por uma corrente maior. Para estes displays é preciso usar uma etapa de potência, com um transistor que forneça uma corrente maior do que a fornecida pelo 7447.
Na figura 2 temos uma idéia para se montar um display maior usando diversos LEDs. Neste display, cada segmento é formado por 3 LEDs ligados em série.
Figura 2 - Display de 7 segmentos feito com LEDs
Na figura 3 temos dois circuitos excitadores para segmentos de 3 a 10 LEDs, inclusive de alto-brilho.
Figura 3 - Circuitos excitadores para segmentos formados por diversos LEDs
O resistor R depende da tensão de alimentação e da corrente desejada para os LEDs. Lembrando que os LEDs possuem tensões de acionamento diferentes, conforme a cor, a soma das tensões dos LEDs de cada segmento deve ser menor que a tensão usada na alimentação.
Podemos usar a seguinte fórmula para calcular R:
R = (V - nVL)/I
R é o valor do resistor R em ?
VL é a tensão de acionamento do tipo de LED usado conforme a cor (1,6 V para o vermelho e 2,1 V para o branco)
I é a corrente no segmento (LEDs) em volts (V)
Os pulsos de entrada deste tipo de contador devem ser retangulares, livres de qualquer repique. Lembramos que os repiques (pequenas oscilações que ocorrem nas transições dos níveis lógicos) são lidos como pulsos, falseando a contagem. O contador pode contar 2 ou 3 pulsos quando apenas um é aplicado à entrada.
A fonte de alimentação deve ser estabilizada e fornecer uma tensão fixa de 5 V. O ideal é usar o 7805, que consiste num regulador de tensão de 5 V de 3 terminais para corrente até 1 A. Na figura 4 temos o circuito da fonte para até 4 módulos, usando displays comuns de 7 segmentos.
Figura 4 - Fonte de alimentação de 5 V x 1 A
A montagem desta fonte de forma simplificada, usando uma ponte de terminais é mostrada na figura 5.
Figura 5 - Montagem da fonte
O dissipador de calor do CI deve ser maior do que o indicado na figura.
Montagem do Módulo
Na figura 6 damos o diagrama completo de um módulo de contagem, que corresponde a 1 dígito, com contagem de 0 a 9.
Figura 6 - Diagrama de um módulo, para um dígito
Na figura 6 mostramos a placa de circuito impresso para um módulo. Esta placa pode ser expandida facilmente para mais módulos, bastando ligar a saída S de cada um à entrada E do seguinte.
Lembramos apenas a ordem de colocação, já que o primeiro módulo corresponde ao dígito mais baixo (unidades), o segundo às dezenas e assim por diante.
Figura 7 - Placa de circuito impresso para 1 módulo
Começamos por dar um primeiro circuito, que serve de teste, em que temos o acionamento manual, ou diretamente por um sensor. A cada toque no sensor ou no interruptor de pressão, o circuito deve avançar um na contagem. O circuito proposto é mostrado na figura 7.
Figura 8 - Contador manual. Apenas um módulo é mostrado
Este circuito conta até 9. Para a ligação de dois módulos, para contagem até 99, observe a figura 9.
Figura 9 - Ligação de dois módulos
Na figura 10 temos um circuito que gera pulsos em intervalos regulares que podem ser ajustados no potenciômetro de 100k. Este circuito pode ser usado em demonstrações como um contador automático. Na figura temos um módulo, mas para uma contagem maior, use a ligação da figura 9 para mais módulos.
Figura 10 - Contador automático com o 555.
Se você com seguir ajustar o potenciômetro para que o 555 produza um pulso por segundo, você pode montar um cronômetro de segundos.
Usando um capacitor de 470 µF e um potenciômetro de 1 M ? podemos ajustar o circuito para produzir um pulso por minuto e assim fazer o contador, contar minutos.
Para um contador de objetos, com dois dígitos, usando um 555 monoestável, podemos usar o circuito mostrado na figura 11.
O ajuste da sensibilidade é feito no potenciômetro de 1 M. Para maior sensibilidade, o LDR deve ser montado num tubinho opaco com uma lente convergente, apontando para a lâmpada.
Figura 11 - Contador de passagem de dois dígitos
Na figura 12 temos um sorteador de dois dígitos, ou seja, sorteia números de 00 a 99. Com três módulos, podemos fazer o sorteio de números de 000 a 999.
Veja que podemos associar os dígitos às figuras de um caça-níqueis (as frutinhas que aparecem nessas máquinas de cassino) e, com isso, fazer um caça-níqueis digital.
Figura 12 - Sorteador digital
a) Para ressetar o circuito, levando o display a 00 basta colocar momentaneamente os pinos 2 e 3 no nível alto (0 set).
b) Para colocar o circuito em 99, basta levar os pinos 6 e 7 ao nível alto por um instante (9 set).
c) Para contagem progressiva e regressiva (up/down) pode ser usado o 74190. Observamos, entretanto, que sua pinagem é diferente, devendo ser refeito o circuito nesse setor, e também o desenho da placa de circuito impresso.