Um dos circuitos integrados digitais mais populares e que oferece maior número de possibilidades de uso é o 4017, contador Johnson de 10 etapas. No entanto, muitos leitores e mesmo técnicos avançados se queixam que esse componente só pode contar até 10. Como usar o 4017 e como empregá-lo em contagens maiores é o que veremos neste artigo.
O circuito integrado 4017 já é bem conhecido dos nossos leitores, mas sempre é conveniente fazer uma pequena revisão de seu princípio de funcionamento antes de analisarmos algumas de suas aplicações, inclusive as pouco conhecidas.
Este componente CMOS pode ser alimentado com tensões de 3 a 15 volts e é apresentado em invólucro DIL de 16 pinos com a pinagem mostrada na figura 1.
Na aplicação básica, que é mostrada na figura 2, os pulsos de contagem são aplicados no pino 14.
A entrada de reset e inibição do clock devem estar aterradas para que ele possa realizar a contagem normalmente.
Todas as saídas do 4017 estarão no nível baixo exceto uma. Partindo então da situação em que a primeira esteja no nível alto e as demais no nível baixo, ou seja, nesta primeira saída teremos uma tensão quase igual a da alimentação e nas demais 0V, a cada pulso de entrada temos uma mudança de estado.
A saída seguinte muda para o nível alto, enquanto que a anterior volta a zero.
As formas de onda sequenciais obtidas neste circuito são mostradas na figura 3.
Na aplicação mais simples, o 4017 pode ser usado como contador, sequencial ou divisor de frequência, tudo isso com ciclos que correspondem às 10 saídas.
OUTRAS APLICAÇÕES
No entanto, existem outras maneiras de usarmos o 4017 que não seja contando somente até 10.
O primeiro caso é o mostrado na figura 4 em que desejamos contar até um número menor, ou seja, desejamos usar o 4017 num sistema sequencial com menos saídas.
Para isso, o que temos de fazer é ressetar o circuito no pulso imediatamente após o que excita a última saída. Assim, a saída seguinte à última que desejamos é ligada ao RESET.
Um problema que pode ocorrer com o 4017 em certas aplicações é que desejamos que ao ligar o circuito a saída inicial a ser levada ao nível alto seja a primeira. O que ocorre, é que na prática não podemos garantir isso, e quando ligamos o circuito, ele pode começar a contar de qualquer ponto.
Isso se consegue com um reset automático feito por um capacitor e um resistor conforme mostra a figura 5.
Quando a alimentação é ligada o capacitor descarregado se comporta como um curto-circuito levando o pino de RESET ao nível baixo. Isso faz com que, imediatamente, a primeira saída do contador seja levada ao nível alto e as demais fiquem no nível baixo.
Uma fração de segundo depois, quando o capacitor se carrega, o circuito volta a sua condição normal e a contagem pode começar normalmente.
Uma aplicação interessante é aquela em que conseguimos apenas um ciclo de contagem.
O que ocorre é que, enquanto tivermos pulsos na entrada do 4017, ele vai continuar contanto, voltando ao início quando chegar ao final do valor programado. Por exemplo, ao chegar ao 10, se receber mais um pulso, ele volta automaticamente ao primeiro e continua contando...
Com o circuito da figura 6, isso não ocorre.
Programando para uma contagem até 7, por exemplo, quando o pino correspondente for ao nível alto o circuito é inibido. O resultado é que, por mais pulsos que venham depois, a contagem se mantém parada no 7.
Para voltar ao 0 e começar nova contagem, o botão de RESET deve ser pressionado por um instante.
Esta aplicação torna-se interessante em projetos de timers, controles digitais, etc.
O contador 4017 também pode servir como um interessante divisor de frequência se bem que, dependendo do valor que desejemos, o ciclo ativo vai ficar sensivelmente alterado.
Isso significa que, dependendo da divisão não teremos uma onda quadrada na saída, se bem que na entrada o sinal aplicado tenha um ciclo ativo de 50% (igual tempo de duração e intervalo do pulso, conforme mostra a figura 7).
O circuito para a divisão de frequência usando o 4017 é mostrado na figura 8.
Lembramos que o 4017, como todo circuito CMOS é algo lento e sua velocidade máxima de operação depende da tensão de alimentação. Para uma tensão de 12 Volts, a frequência máxima de divisão deve ficar em torno de uns 4 MHz.
Observe que, para implementar um divisor por N ligamos a entrada de clock juntamente com a que proporciona a divisão a um circuito integrado 4001 que ao mesmo tempo de fazer a combinação lógica dos sinais utiliza duas de suas portas num flip-flop responsável pelo RESET do 4017.
Uma configuração alternativa de divisor por n também usando o 4017 e mais duas portas NAND que podem ser obtidas de um 4093 é mostrada na figura 9.
Neste circuito temos um monoestável cuja constante de tempo determina a duração do pulso de saída na divisão. Assim, com a escolha apropriada dos componentes que determinam a duração do pulso (capacitor e resistor) podemos conseguir sinais com um ciclo ativo próximo de 50% para uma frequência fixa de entrada.
Uma possibilidade de ajuste pode ser agregada ao circuito e consiste em se trocar o resistor de 22 k Ω por um trimpot de 22k Ω em série com um resistor de 4,7 k Ω.
CASCATEANDO 4017
Em eletrônica, o termo "cascatear" é usado para designar a ligação de diversos elementos de um circuito, um depois do outro (em cascata).
Para o 4017 a ligação em cascata significa a possibilidade de fazermos a contagem de valores superiores a 10, o que pode ser muito interessante em diversos tipos de projetos.
Por exemplo, usando dois 4017 em cascata podemos fazer a contagem até 20 e assim por diante, conforme mostra a figura 10.
No entanto, não basta ligar a última saída de um na entrada de clock do seguinte para obtermos os efeitos desejados. Quando a contagem chegar no último terminal do primeiro, e tivermos um pulso de clock para o seguinte, a primeira saída do primeiro será ativada ao mesmo tempo que a primeira do segunda e não é isso que desejamos...
Como resolver o problema?
Na figura 11 temos uma maneira de se usar um 4017 para obter a contagem até 17.
Não obtemos o valor máximo até 20 porque, em cada 4017 cascateado, "perdemos" a última saída (9) para fazer a transferência do sinal, e no segundo integrado ainda perdemos a saída (0).
O circuito integrado adicional é usado para ressetar os dois integrados no último pulso da contagem, podendo ser uado um 4093 ou equivalente de mesma função.
Para se obter um contador de 18 a 25 saídas, temos o circuito da figura 12.
Este circuito utiliza três 4017 em cascata e mais dois integrados CMOS adicionais que são o 4011 e 4001.
Os valores entre 18 e 25 são obtidos com a conexão do monoestável de reset que na configuração até 15 está na última saída do terceiro 4017 em qualquer saída intermediária deste mesmo integrado.
A obtenção de saídas entre 26 e 33 é obtida com a utilização de 4 circuitos integrados 4017, conforme mostra a figura 13.
Da mesma forma, os valores intermediários entre 26 e 33 são obtidos com a ligação do monoestável de reset da contagem na saída correspondente à contagem desejada.
Veja que, nesta configuração também precisamos de dois circuitos adicionais CMOS.
CLOCKS
Para excitar os contadores que descrevemos é preciso dispor de pulsos perfeitamente retangulares e compatíveis com a tecnologia CMOS.
Existem duas configurações básicas que se adaptam bem aos circuitos que descrevemos.
Para aplicações em frequências baixas como as encontradas em sequenciais, timers, minuterias, automatismos, a versão mais indicada é a que faz uso do circuito integrado 555, conforme mostra a figura 14.
A frequência depende de R1, R2 e de C1 e a fórmula para seu cálculo é dada junto à figura.
Para frequências na faixa de áudio e acima, temos a possibilidade de usar uma porta de um 4093, conforme mostra a figura 15.
Este circuito pode ser usado para gerar sinais de até alguns megahertz e sua principal característica é a necessidade de apenas dois componentes externos.
