Chave digital inteligente (ART314)

Este circuito aproveita uma idéia que vimos numa publicação de projetos européia (Summer Circuits) e que sem dúvida, pela inteligente solução que dá ao problema, pode servir de base para muitos projetos interessantes de nossos leitores. Trata-se de uma chave digital do tipo "apenas uma ativada" usando circuitos integrados digitais CMOS de fácil obtenção. Cinco saídas podem ser ativadas por meio de toques curtos em interruptores de pressão.

 

A principal característica desta chave de toque é o fato de apenas uma saída estar ativada em um instante. Não é possível fazer com que duas saídas estejam ao mesmo tempo no nível alto e portanto acionadas ao mesmo tempo. Se dois interruptores forem pressionados ao mesmo tempo, todas as saídas vão ao nível baixo.

Esta característica pode ser muito importante em alguns projetos que podem ter condições conflitantes perigosas ao circuito, se duas chaves forem apertadas ao mesmo tempo. Um exemplo disso seria um controle de abertura e fechamento de uma porta em que uma condição conflitante perigosa para a integridade do motor e do sistema mecânico ocorreria se alguém apertasse ao mesmo tempo os botões "abrir" e "fechar".

As saídas digitais podem drenar ou fornecer uma corrente de alguns miliamperes que seria mais do que suficientes para acionar interfaces de maior potência como por exemplo transistores, outros circuitos lógicos ou mesmo opto-acopladores para acionamento de triacs ou outros dispositivos de potência.

Evidentemente as aplicações ficam por conta dos leitores, mas podemos sugerir algumas:

* Controles de máquinas industriais com 5 funções não simultâneas ativadas por teclas.

* Controles de portões automáticos.

* Sistemas de distribuição de sinais elétricos de comando, como por exemplo sistemas de chamada remota. Usando chaves digitais do tipo 4066 por exemplo, sinais de áudio podem ser roteados facilmente pelo simples comando de teclas, conforme mostra a figura 1.

 

O canal recebe o sinal de áudio é controlado pelo teclado
O canal recebe o sinal de áudio é controlado pelo teclado

 

* Circuitos de sintonia programada por varicap onde apenas uma saída deve ser ativada de cada vez com seu trimpot correspondente de modo a fornecer a tensão ao varicap, conforme mostra a figura 2.

 

Sintonia por teclado
Sintonia por teclado

 

COMO FUNCIONA

O circuito integrado 4028 consiste num decodificador BCD para decimal com a pinagem mostrada na figura 3.

 

Pinagem do 4028
Pinagem do 4028

 

No nosso circuito o que fazemos é aproveitar as 4 condições possíveis em que apenas uma das saídas BCD está no nível alto e que ocorrem com os seguintes valores:

 

Decimal = BDC

1 = 0001

2 = 0010

4 = 0100

8 = 1000

 

Assim, quando o circuito é ligado e todas as chaves estão abertas, os resistores de R1 a R4 mantém as entradas A,B,C e D do circuito integrado que correspondem as saídas de 1 a 4 no nível baixo e a saída 0 no nível alto.

O primeiro inversor do 4069 que está ligado a saída 0 inverte este sinal e com isso o LED 1 indicador é acionado.

Se pressionarmos agora S1 a entrada A vai ao nível alto e ao mesmo tempo todas as outras entradas permanecem no nível baixo. O decodificar "sente" esta nova condição e comuta para a saída lógica correspondente, fazendo com que o pino 10 vá ao nível 1 realimentando o circuito via D4 que se mantém nesta condição, mesmo depois da chave S1 ser solta.

Esta condição reflete no pino 14 de saída que faz com que o inversor do 4069 que aciona o LED entre em ação acendendo-o.

Para ativar a saída 3 basta acionar S3. Estando a entrada A ainda ativada quando C for levada ao nível alto, a informação BCD levada ao decodificador será 0101 que corresponde ao decimal 5. No entanto, conforme vimos, só aproveitamos as saídas correspondentes aos decimais 1, 2, 4 e 8.

Nestas condições não teremos nenhuma saída ativada ficando as saídas de 0 a 4 no nível baixo, conforme esperado. No instante em que isso ocorrer, estando S3 ainda pressionado, a volta da saída 1 ao nível baixo faz com que agora a entrada do decodificador BCD passe a ser 0100 o que corresponde ao 4 BCD. Nestas condições o pino 1 do 4028 vai ao nível alto, o inversor faz com que o LED3 acenda e ao mesmo D3 realimenta o sinal travando o circuito nesta condição. Podemos então tirar o dedo de S3 que a saída 3 se manterá no nível alto.

Da mesmas forma, quando pressionarmos qualquer outra chave, antes que sua saída seja ativada, todas as outras serão levadas ao nível baixo, impedindo que em qualquer instante teremos duas saídas ao mesmo tempo no nível alto.

Evidentemente, o fato de que na decodificação BCD para decimal tenhamos apenas 4 valores em que apenas um dos dígitos é 1 (0001, 0010, 0100 e 1000) impede que mais de 4 canais e um que corresponda ao reset sejam obtidos com este controle).

 

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo de nossa chave digital inteligente em sua versão básica.

 

Diagrama da chave digital inteligente
Diagrama da chave digital inteligente

 

Observe que o circuito pode ser alimentado com tensões de 3 a 15V. Para tensões de 3 a 9 V o resistor R5 pode ser de 470 ?, mas para tensões maiores deve ser aumentado. Para 12 V sugerimos 1 k ? e para 15 V sugerimos 1,2 k ?.

Como este circuito pode ser usado como parte de outros projetos o padrão de sua placa de circuito impresso pode ser incorporado ao padrão do aparelho final. No entanto, para os que desejarem um controle independente damos na figura 5 nossa sugestão de placa de circuito impresso.

 

Placa de circuito impresso da chave digital inteligente
Placa de circuito impresso da chave digital inteligente

 

Os resistores são todos de 1/8W ou maiores e os diodos são de uso geral de silício como os 1N4148 ou 1N914. Os interruptores de pressão são do tipo NA e até podem fazer parte de um teclado comum de máquina de calcular aproveitado para esta finalidade. Como as entradas do 4028 são de alta impedância podem ser usados os teclados de borracha condutora sem problemas.

Os LEDs são vermelhos comuns e eventualmente podem ficar no painel do aparelho. Para os circuitos integrados pode-se usar soquetes DIL para maior comodidade e segurança.

O único capacitor eletrolítico desacopla a fonte e deve ter uma tensão de trabalho um pouco maior que a usada na alimentação. Se valor não é crítico: qualquer capacitor entre 10 e 220 uF pode ser usado nesta função.

 

PROVA E USO

A prova de funcionamento é simples, já que os LEDs servem de indicadores.

Basta ligar o circuito a uma fonte de alimentação. Inicialmente apenas o LED 0 deve acender. Apertando então qualquer um dos interruptores o LED correspondente (e apenas ele) deve acender.

Comprovado o funcionamento basta ligar o circuito as etapas controladas.

 


LISTA DE MATERIAL


Semicondutores:

CI-1 - 4028 - circuito integrado CMOS

CI-2 - 4069 - circuito integrado CMOS

D1 a D6 - 1N4148 ou equivalentes - diodos de silício de uso geral

LED0 a LED4 - LEDs vermelhos comuns


Resistores: (1/8W, 5%)

R1 a R4 - 22 k ?
R5 - 470 ? - ver texto


Capacitores:

C1 - 10 uF/16V - eletrolítico


Diversos:

S0 a S4 - Interruptores de pressão NA (Normalmente Abertos)

Placa de circuito impresso, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda, etc.

Informativo Mensal

 Para se manter atualizado com nossas novidades e notícias, Siga-nos pelo:
Twitter
Facebook
Linkedin

ou torne-se membro de nosso grupo:
Google Group 
Yahoo Group


Eletrônica
Já ninguém entendia a eletricidade...
Millôr Fernandes (Dicionário de Idéias Imediatas)

Instituto Newton C Braga - 2014 - Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site
+conexões

Seja mais um amigo facebook
Siga-me twitter
Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)