Descrevemos o projeto de um contador óptico de 4 dígitos usando um circuito integrado único, mas que pode ser facilmente adaptado para outras aplicações. dentre elas sugerimos a contagem de rotações de uma máquina, objetos usando outros tipos de sensores. O circuito é bastante simples e compacto.
Contadores digitais encontram uma vasta gama de aplicações em eletrônica industrial e mesmo no uso doméstico. O circuito que apresentamos é extremamente simples, já que todas as funções exigidas para este tipo de aplicação estão contidas num único circuito integrado.
O circuito integrado MM74C925 reúne todos os elementos necessários a montagem de um contador digital multiplexado de 4 dígitos exigindo pouquíssimos componentes externos: apenas 4 transistores e 7 resistores.
Com mais 5 elementos: duas chaves, um foto-transistor, um transistor e um trimpot de ajuste completamos nosso projeto que poderá facilmente ser instalado numa pequena placa de circuito impresso.
O circuito usa um display de 4 dígitos do tipo de 7 segmentos e o foto-sensor é um foto-transistor comum. A contagem, neste caso é de pulsos de luz, mas com a troca de posição do sensor e do trimpot de ajuste podemos fazer com que ele seja usado na contagem de interrupções de luz.
A velocidade de resposta do circuito é determinada pelas características do contador e está em torno de 4 MHz.
A alimentação do circuito pode ser feita com tensões de 3 a 6 V o que o torna compatível tanto com tecnologia TTL como CMOS.
Características:
* Número de dígitos: 4
* Faixa de contagem: 0000 a 9999
* Frequência máxima de contagem: 4 MHz (tip)
* Faixa de tensões de alimentação: 3 a 6 Volts
* Margem de ruído: 1 V
* Corrente máxima por segmento: 40 mA
* Frequência máxima de saída: l kHz
* Capacitância de entrada: 5 pF
COMO FUNCIONA
A base deste projeto é um circuito integrado 74C925 que tem todos os elementos necessários a elaboração de um contador digital de 4 dígitos do tipo multiplexado.
Na figura 1 temos o diagrama interno em blocos correspondente à todas as funções deste circuito integrado.
É interessante para os leitores que desejam saber um pouco mais sobre eletrônica digital ter uma idéia de como funciona o sistema multiplexado usado neste contador e encontrado em muitas outras aplicações semelhantes.
O que ocorre é que se tivermos de elaborar um circuito contador com 4 dígitos usando displays de 7 segmentos da forma convencional precisaríamos ter 28 pinos somente para as saídas, o que certamente significaria uma complicação razoável para o projeto, conforme mostra a figura 2.
Uma maneira interessante de se economizar saídas é fazer com que tenhamos somente 7 delas, mas que possam ser comutadas entre os 4 displays.
Assim, se desejarmos apresentar no display o número 3456 por exemplo, o que fazemos é ativar as saídas dos segmentos em sequência, de modo que elas fiquem um pequeno intervalo de tempo com cada número que deve ser apresentado.
Dividindo então o ciclo de operação do circuito em 4 intervalos, já que temos 4 dígitos, no primeiro intervalo, o circuito fornece o sinal que faz acender os dígitos do primeiro algarismo, por exemplo o 3.
Neste momento, o transistor Q1 é ativado de modo que a corrente só possa passar pelos segmentos do primeiro dígito, conforme mostra a figura 3.
Num intervalo seguinte, o sinal muda e passa a corresponder ao segundo dígito, ou seja o 4. Neste momento o transistor Q2 é que passa a conduzir de modo que somente os segmentos do dígito correspondente acendem.
Da mesma forma ocorre com os dígitos seguintes.
Ora, se o tempo de acendimento de cada display for longo, teremos um efeito sequencial desagradável com os números "acendendo um depois do outro". No entanto, se o processo for rápido, com um sinal de comando numa frequência suficientemente alta, os tempos de acendimento de cada dígito serão rápidos que não veremos a passagem de um para outro. Os nosso olhos verão então todos os dógitos acesos cada qual mostrando o seu valor.
É exatamente assim que funciona o circuito integrado usado neste projeto.
O contador é multiplexado de modo que um clock interno comando a condução dos 4 transistores que aterram o catodo comum do display quádruplo.
As saídas são chaveadas de modo a apresentar em sua saída os valores armazenados em 4 latches ligados ao contador.
A frequência de multiplexação deste circuito é fixa: 1 kHz. Esta frequência é determinada pelos circuitos internos e não pode ser alterada.
Os resistores ligados nas saídas do circuito integrado servem para limitar a corrente dos segmentos e temos dois controles adicionais importantes.
Um deles é o latch que permite paralisar a contagem em determinado instante, mantendo no display o número contado até então. Outro é o RESET que zera a contagem.
No nosso projeto, como temos um contador óptico, usamos uma etapa adicional para esta finalidade. Nela, um transistor de uso geral tem seu emissor ligado à entrada de contagem (CLOCK) entrando em condução quando incide luz no foto-sensor. O trimpot P1 serve para ajustar a sensibilidade do circuito.
MONTAGEM
Na figura 4 temos o diagrama completo do aparelho.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso, exceto o display que pode ter sua configuração variando sensivelmente conforme o fabricante, é mostrada na figura 5.
Os transistores são todos de uso geral, admitindo equivalentes e o foto-sensor pode ser qualquer foto-transistor comum e até mesmo foto-diodos. Para maior diretividade o sensor pode ser montado num tubinho opaco com uma lente convergente.
Dependendo do nível de iluminação com que se pretende trabalhar, o trimpot pode ser aumentado no sentido de se obter maior sensibilidade.
Caso as funções de latch e reset não sejam necessárias as chaves podem ser eliminadas com a manutenção das entradas correspondentes colocadas no nível alto.
Os resistores são de 1/8W e não se recomenda alterar seus valores já que os 220 ohms são sugeridos pelo próprio fabricante do circuito integrado.
PROVA E USO
Para provar o contador, coloque as chaves de reset e latch nas condições de operação: ambas no nível alto.
Aplicando pulsos de luz no foto-sensor, com uma lanterna por exemplo, ajuste P1 até obter a contagem.
Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação do circuito e novamente o ajuste em função do tipo de pulso luminoso com que se pretende trabalhar.
Na figura 6 temos uma sugestão para operação do contador com um reed-switch.
Observamos que para a operação com sinais elétricos obtidos de outros circuitos, eles devem ser livres de repiques.
Na figura 7 mostramos como obter pulsos de contagem com um 555 num contador simples de impulsos de baixa velocidade.
A duração dos pulsos deve ser ajustada de acordo com a frequência máxima de contagem. O resistor ligado aos pinos 6 e 7 do circuito integrado, juntamente com o capacitor determinam a largura dos pulsos.
Valores de 10 nF a 1 uF para o capacitor e de 1 k ohms a 1 M ohms para o resistor correspondem à faixa com que o leitor pode trabalhar na prática. A duração dos pulsos é dada pela fórmula:
R = 1,1 x R x C
Lembramos também que a frequência máxima de contagem do 555 está em torno de 1 MHz, o que é menos do que o admitido pelo circuito contador usado.
Para velocidades maiores de contagem pode ser usado um trigger como o 4093 ou equivalente.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - MM74C925 - contador de 4 dígitos multiplexado
Q1 à Q5 - BC548 ou equivalentes - transistores NPN de uso geral
DP - Display quádruplo de 7 segmentos de LEDs
FT1 - Foto-transistor comum
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 à R7 - 220 ohms
P1 - 1 M ohms - trimpot
Diversos:
S1, S2 - Chaves de 1 pólo x 2 posições
Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.
