Módulo Digital de Contagem (ART2545)

Está projetando um cronômetro, relógio, frequencímetro, tacômetro, contador de objetos ou qualquer outro aparelho digital que deve levar um módulo de contagem de impulsos e display de sete segmentos? Se 0 problema do leitor é justamente este módulo de contagem e o display, o que propomos neste artigo é uma solução universal: trata-se de um módulo TTL econômico, simples e que pode ser expandido para 3, 4 ou mais dígitos, conforme a necessidade de cada um.

Obs. Este artigo é de 1982 mas os componente usados são ainda comuns.

Se o aparelho digital que o leitor está pretendendo construir tem um mostrador onde aparecem números num display de 7 segmentos ou em diversos deles, então não há escapatória! Como parte obrigatória do projeto deve existir uma etapa contadora, uma etapa decodificadora e um sistema de displays.

A complexidade do circuito usado dependerá do número de dígitos que desejamos no mostrador, mas em fundamentos são todos iguais.

Assim, o módulo contador, decodificador e o display independem da finalidade do aparelho, o que quer dizer que, quer trate-se de um cronômetro, de um frequencímetro, de um contador de objetos, de um tacômetro ou mesmo termômetro, o circuito usado na saída será o mesmo. (figura 1)

 

Figura 1 – Mostrador digital
Figura 1 – Mostrador digital

 

 

Como fazer um contador universal, um circuito que possa ser “acoplado" a qualquer tipo de aparelho que o leitor tenha em mente, sem muito trabalho e a baixo custo?

É justamente isso que propomos neste artigo: a solução TTL universal, o contador que serve para tudo e que o leitor pode usar em sua bancada para experiências diversas ou mesmo fazendo parte de algum aparelho mais elaborado.

Analisemos o projeto.

 

COMO FUNCIONA

O “negócio” do módulo de contagem é contar, naturalmente. Este circuito deve contar os impulsos aplicados na sua entrada e projetar o número deles em displays de sete segmentos, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – A contagem
Figura 2 – A contagem

 

 

Se “entram" 33 impulsos, então o número projetado é 33. Se entram 84, o número projetado será 84.

Evidentemente, se desejamos contar até 9, precisamos de um conjunto com um display apenas. Se desejamos contar até 99, precisamos de dois conjuntos com dois displays, e assim por diante.

No nosso caso, damos o módulo básico para contagem até 99, mas o leitor pode facilmente expandi-lo para 999, 9999 ou 99999, pois basta repetir os conjuntos básicos.

Para fazer a contagem e a “projeção" do número no display, fazemos uso de quatro blocos que são mostrados na figura 3.

 

Figura 3 – Os blocos de cada dígito
Figura 3 – Os blocos de cada dígito

 

 

Começamos pelo “bloco" contador que tem por elemento básico um circuito integrado TTL do tipo 7490.

Na figura 4 temos a disposição dos terminais deste integrado e suas funções que passamos a explicar.

 

Figura 4 – O 7490
Figura 4 – O 7490

 

 

O 7490 consiste num contador divisor por 2 e por 5. Se estes dois contadores por 2 e por 5 forem ligados juntos, teremos a divisão ou contagem até 10.

Esta ligação é feita com a interligação dos pinos 1 e 12 do integrado.

Aplicando então impulsos na entrada do contador, que corresponde ao pino 14, este produz uma saída BCD conforme a tabela da figura 5.

 

Figura 5 – Tabela de contagem
Figura 5 – Tabela de contagem

 

 

A contagem avança toda vez que a tensão correspondente ao pulso de entrada cai do seu valor máximo (HI) para seu valor mínimo (LO), ou seja, o contador é ativado pelas variações negativas entrada.

Para “zerar" o contador deve-se tomar momentaneamente as entradas 0 SET e 9 SET positivas, o que pode ser conseguido através de uma “chave" externa.

Em funcionamento normal, estas entradas devem permanecer aterradas.

O consumo por circuito integrado deste tipo é de 32 mA e ele pode operar com pulsos até uma frequência até 18 MHz.

No circuito básico, mostramos dois contadores que permitem a contagem até 99.

Para acrescentar outros contadores de modo a expandir o circuito tira-se a saída do 7490 do pino 11 de Cl-5 entrando no pino14 do seguinte.

Veja o leitor que na saída do 7490 obtemos um sinal codificado BCD que não pode ser levado diretamente a um display, pois não resulta em nada. Este sinal deve ainda passar por mais um tratamento, dado pelo bloco de memória.

Este bloco faz uso dos integrados 7475, cujo invólucro e identificações de terminais são dados na figura 6.

 

Figura 6 – O 7475
Figura 6 – O 7475

 

 

A finalidade deste bloco é muito importante, pois possibilita uma variedade maior de aplicações práticas para o contador.

Seu funcionamento é o seguinte:

Este circuito pode memorizar um número qualquer de impulsos durante uma contagem sem que ela seja interrompida.

Assim, temos duas possibilidades:

No integrado as memórias são controladas aos pares pelas entradas EN (Enable).

Se as entradas de memória estiverem no nível HI, ou seja, com uma tensão de 5 V, a saída da memória acompanha sua entrada, ou seja, acompanha a contagem. A cada impulso de entrada, o display acompanhará sua mudança.

Esse tipo de comportamento será usado num contador de objetos, num cronômetro ou ainda num relógio.

Se a entrada de memória for levada ao nível baixo em determinado instante (Lo), ela manterá na sua saída o último número que foi fornecido pelo contador.

Em outras palavras, se o leitor quiser “ativar" o display “lendo" o número que está no contador apenas num determinado instante, deve enviar um pulso HI na entrada de memória neste instante. (figura 7)

 

Figura 7 – Usando a habilitação
Figura 7 – Usando a habilitação

 

 

Este tipo de comportamento será usado em frequencímetros, tacômetros, termômetros e outros circuitos em que normalmente se faz a operação numa velocidade de contagem muito rápida, interessando apenas a realização de leituras em certos instantes, com ou sem repetição.

Mas, ainda na saída do 7475 temos uma saída codificada BCD que não serve para excitar o display.

O bloco seguinte que faz uso de integrados 7447 é justamente o decodificador. (figura 8)

 

Figura 8 – O 7447
Figura 8 – O 7447

 

 

Este decodificador, a partir de uma entrada BCD, fornece uma saída própria para displays de sete segmentos com correntes de até 40 mA por saída.

As saídas deste decodificador são exatamente 7 segundo os segmentos do display, operando no nível LO, ou seja elas fazem acender o segmento correspondente quando se encontra no nível LO.

Como também existem decodificadores que operam no nível Hl, é preciso fazer a distinção, pois os displays devem ser de tipos diferentes.

Assim, neste caso, os displays são do tipo com anodo-comum, enquanto que no caso dos que operam no nível HI, devem ser usados displays de catodo-comum.

Importante no acoplamento do decodificador ao display eletroluminescente são os resistores limitadores de corrente. De fato, estes displays são formados por conjuntos de LEDs e que precisam ter a corrente de operação limitada por meios externos.

Os resistores usados costumam ter valores entre 270 ohms e 390 ohms.

Maior luminosidade se obtém com os valores menores.

A fonte de alimentação para este circuito deve fornecer uma tensão de 5 V sob corrente de acordo com o consumo de todos os blocos.

Levando-se em conta que:

7 segmentos à 40 mA consomem 280 mA; o 7490 consome 32 mA; o 7475 consome 32 mA e o 7447 consome 43 mA, para cada dígito temos um consumo de 387 mA, o que significa que este módulo de dois dígitos precisa de uma fonte de pelo menos 800 mA e cada dígito seguinte implicará num acréscimo de 400 mA.

O integrado regulador 7805, que fornece uma corrente máxima de 1A, poderá ser usado no caso do módulo de dois dígitos.

 

MATERIAL PARA MONTAGEM

Levando em conta que damos apenas o módulo básico, o material não inclui a caixa e nem a fonte que devem fazer parte do projeto final, ou seja, daquilo que o leitor está pretendendo com o contador.

Para o módulo de dois dígitos o leitor precisará de duas placas de circuito impresso, sendo uma para os blocos contador, memória e decodificador e a outra somente para os displays, facilitando assim sua fixação num painel. (figura 9)

 

Figura 9 – Placa para dois dígitos
Figura 9 – Placa para dois dígitos | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Os componentes eletrônicos sendo TTL, não oferecem dificuldades de obtenção.

Todos os circuitos integrados são TTL comuns (normais), enquanto os displays de 7 segmentos podem ser de qualquer tipo eletroluminescentes vermelhos de anodo comum.

A placa de circuito impresso dos displays deve ser desenhada de acordo com suas dimensões, já que existem muitas variações segundo os fabricantes.

Temos ainda 14 resistores de ¼ W com rente de acordo com valores situados entre 270 e 390 ohms que determinarão o brilho do display.

Fios, solda, eventualmente soquetes para os integrados completam o material.

 

MONTAGEM

Uma vez elaborada a placa de circuito impresso segundo o desenho dado na figura 9, o leitor deve fazer uma verificação geral das trilhas de cobre. Veja se não existem interrupções ou ainda pontos em que uma trilha encoste em outra.

Depois, acompanhando o diagrama geral da figura 10, inicie ,a montagem dos componentes eletrônicos.

 

Figura 10 – Diagrama geral
Figura 10 – Diagrama geral | Clique na imagem para ampliar |

 

 

O montador deverá usar um soldador de pequena potência e ponta fina, tomando cuidado para que o excesso de calor em cada operação não prejudique os componentes.

Siga a seguinte sequência:

a) Solde em primeiro lugar todos os integrados observando o seu número e a sua posição que é dada em função da meia-Iua que identifica o pino 1 (em alguns tipos existe um ponto marcando o pino 1).

Na soldagem dos integrados evite espalhamentos de solda que possam curtocircuitar seus terminais. Se isso acontecer use um palito e o próprio soldador para fazer a remoção das “pontes" de solda.

b) Solde os dois “jumpers" que são pedaços de fios encapados que une os pontos da placa entre os quais não é possível o traçado direto de trilhas na placa.

c) Solde os resistores, observando os seus valores que são dados pelas faixas coloridas.

Seja rápido, pois estes componentes são sensíveis ao calor.

d) Monte os displays na placa a eles destinada, tomando também cuidado para que não ocorram espalhamentos de solda que possam curtocircuitar terminais adjacentes. Seja rápido.

e) Faça a ligação da placa de display à placa do contador, memória e decodificador, usando pedaços de fio de mesmo comprimento ou então um cabo tipo “tira". Veja a correspondência dos terminais das duas placas unindo com o mesmo fio letras iguais.

f) Faça a conexão dos cabos de entrada (clock), memória (M), positivo e negativo da fonte de alimentação.

 

PROVA

A prova de funcionamento pode ser feita com facilidade com a utilização de uma fonte de 5 V x 1 A e com um oscilador de prova feito com um integrado 555, o qual é mostrado na figura 11.

 

Figura 11 – Oscilador de prova
Figura 11 – Oscilador de prova

 

 

Este oscilador produz pulsos intervalados que serão contados pelo módulo.

Veja a ligação do fio de entrada, de memória e também obedeça a polaridade de alimentação.

 

NOTA: A ligação do terminal 5 do integrado 7447 (Cl-1) à terra, faz com que o algarismo zero não seja projetado na contagem, ou seja, ele apaga o zero.

 

Assim, em lugar de termos a projeção do valor 07, teremos simplesmente 7.

Em C!-2 este terminal não deve ser ligado à terra, pois senão em lugar de 40 teríamos simplesmente 4, com o desaparecimento do zero. No caso de um módulo de 3 dígitos, deve-se desligar o pino 5 de Cl-1 e manter ligado o correspondente das centenas.

 

 

CI-1, CI-2 - 7447 - circuitos integrados decodificadores TTL

CI-3, CI-4 _ 7475 - circuitos integrados memória TTL

CI-5, CI-6 - 7490 - circuitos integrados contadores TTL

DI-1, DI-2 - displays de 7segmentos de anodo comum

R1 a R14 ~ 270 ohms x ¼ W - resistores (vermelho, violeta, marrom)

Diversos: placas de circuito impresso, fios, solda, etc.

 


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