Monte Um Relógio Digital - Parte 2

  Tendo  o circuito gerador de clock ( que já foi mostrado antes ) funcionando , passamos aos contadores. Mas antes uma visão  geral sobre displays de led  usados para a visualização das horas.

O display  de 7 segmentos

      Indicadores visuais com leds podem ser obtidos de várias formas e uma delas é no formato do display de 7 segmentos.  No caso específico dos displays que vamos  usar, temos um conjunto formado por  8 leds, sendo 7 deles em forma de segmentos retos e o último em forma de ponto, tudo encapsulado dentro de uma peça única e com os terminais dos leds  acessíveis externamente . A cor pode variar . Veja abaixo:

                              

     Os segmentos são nomeados com letras  de "a"  até " g " e o ponto  por "dp".  Dependendo de quais segmentos estão acesos no momento, temos a visualização dos número de 0 a 9, ou a formação de caracteres rudimentares.  

                

    Uma característica importante em um display de 7 segmentos é o seu tipo de polarização .  De acordo com as ligações internas eles podem ser do tipo anodo comum ou catodo comum.  Muito cuidado ao adquirir os displays porque esta polarização precisa ser respeitada na ligação ao circuito já que estamos trabalhando com leds comuns, só que encapsulados juntos.  Importante observar  que externamente são idênticos  e a pinagem é a mesma para os dois modelos apesar das polarizações serem diferentes.

     Se for  do tipo anodo comum  o pino comum deve ser conectado ao Vcc para que os leds fiquem corretamente polarizados. A partir daí  basta aplicar tensão negativa nos catodos de cada led para que eles se iluminem. Se for um display do tipo catodo comum o pino comum deve ir ao Gnd e os acionamentos serão potenciais positivos nos anodos dos leds.

                                              

De uma forma mais clara , o arranjo elétrico  dos leds seria assim:

Resumindo: 

Se for anodo comum cada led é ativado com nível positivo ( nível 1 )

Se for catodo comum cada led  é ativado em nível  negativo (nível 0 )

Veja o vídeo  para compreender melhor:

     Para um brilho uniforme cada led precisa ter sua própria resistência limitadora ,  mas se for utilizado apenas um resistor no pino comum funcionará da mesma forma , apenas com pequenas variações na luminosidade , conforme a quantidade de segmentos  acesa.

  Como se pode ver , acionamentos manuais de displays são perfeitamente possíveis mas limitam enormemente seu uso.  Na prática, circuitos controladores especiais ( chamados drivers) são usados para excitar os leds internos do display de modo a se iluminarem formando os números. 

  Neste ponto entram em cena circuitos integrados bastante conhecidos como  4511 (família CMOS ) ou o 7447 ( TTL).  Estes controladores geralmente possuem 4 entradas  que recebem os dados binários vindos de um outro circuito ( contadores e/ou codificadores)  ,   convertem os dados recebidos  para decimal e  enviam para os  displays de leds a informação decodificada.

 

   No nosso circuito precisaremos utilizar circuitos contadores, que recebem os pulsos de 1Hz em sua entrada , fazem a contagem destes pulsos e geram na sua saída os valores devidamente codificados que poderão agora serem aplicados aos circuitos decodificadores e drivers.

  Normalmente são usados circuitos integrados separados para a contagem e acionamento dos displays , 

mas queremos a maior simplicidade possível.   A  solução será o uso do  Ci  4026 que engloba as funções de contador e  driver para display de 7 segmentos.  Com isso diminuímos  a quantidade de componentes ,  reduzindo o custo e a complexidade da montagem. 

O CD4026

   Tecnicamente falando, o CD 4026 é um contador de década Johnson de 5 estágios e  um decodificador de saída que converte o código Johnson em uma saída decodificada para 7 segmentos.    

    Simplificadamente falando, ele conta cada pulso que recebe em seu pino de entrada ( pino 1 )  e converte internamente para decimal de modo que agora possa ser visualizado o resultado num display .   Ou seja,  em um único componente temos o contador, o decodificador e o driver para o display. 

 O nível  ativo na saída do 4026  é alto, então usamos displays  com catodo comum.  

    O 4026 conta de 0 a 9 e depois redefine para 0 . Se for acrescentado mais um estágio contador poderemos contar de 0 a 99 . Mais um estágio acrescentado e teremos de 0 a 999, e assim por diante.

Descrição rápida dos pinos que vamos usar :

•  Pino 1 - É por onde entrarão os pulsos digitais de contagem, ou seja, os sinais de clock .  
•  Pino 2  - É quem habilita o pino 1 . Se ligado ao positivo o pino 1 não recebe sinal de clock . Se ligado ao Gnd  pode receber os pulsos e a contagem ocorre normalmente.
•  Pino 3  - Este pino habilita os pinos de saída ao display. Para o display funcionar normalmente este pino deve estar em nível alto. 
• Pino 4 - Este pino é sempre alto e é usado para conectar múltiplos Ci's em cascata.
• Pino 5 -  Este pino vai apresentar um pulso alto a cada dez contagens de entrada pelo pino 1. Na passagem do 9 para 0 , temos um pulso saindo pelo pino 5 . Este pulso é utilizado para cascatear vários ci's e obter contagens maiores.
• Pinos 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13  são saídas que devem ser conectadas aos pinos correspondentes aos segmentos do display de leds.
• Pino 15 - Está encarregado de resetar (reinicializar o display) . Por exemplo se a contagem estiver indicando  7 no display e aplicarmos um pulso positivo neste pino  a indicação volta a zero. Para contar normalmente, este pino precisa estar aterrado.  
• Pinos 8 e 16 são os pinos de alimentação
• Pino  14 não será usado nesta aplicação.

     Vamos ver em toda sua simplicidade, o circuito padrão de um contador de 1 dígito baseado no CD 4026 .

   

    No pino 1 deve ser conectada a saída do gerador de clock para ser feita a contagem e o pino 5 é a saída para o próximo módulo contador. A cada dez pulsos na entrada do contador é gerado um pulso no pino 5.  Veremos isso na próxima parte.

 

     O pino de reset está aterrado via resistor de 100K . Para usar o módulo como um simples contador ele poderia estar conectado direto ao Gnd mas como aplicaremos pulsos positivos ao pino 15 futuramente, ele está aí para evitar curtos nestes momentos.

   No diagrama foi utilizado apenas um resistor no pino comum do display. Se desejar maior uniformidade no brilho , pode ser usado um resistor em cada segmento. 

     Uma vez terminada a montagem , vamos interligar o módulo contador ao  módulo gerador de clock  como mostrado abaixo e poderemos observar a contagem subir de 0 a 9 unidades à razão de um digito por segundo.

    Na próxima parte  agregaremos um contador a mais para indicar as dezenas. Faremos o mesmo processo deste primeiro. A mudança será conectar o pino 5 do primeiro contador ao pino 1 do segundo.

Até lá.

Roleta De Choque

 

   Vamos aquecer aquele churrasco do fim de semana com este jogo divertido e eletrizante?

  O jogo é formado por uma caixa com  painel circular,  contendo  quatro pares de  pontos metálicos  diametralmente opostos e quatro leds indicando a posição de cada ponto. Mais ou menos como o desenho abaixo.

   Os participantes devem se posicionar colocando o dedo em seus respectivos pontos metálicos.  Agora apertamos um botão e as luzes vão girar sequencialmente por alguns segundos  até pararem. Quando a luz parar vai indicar qual dos jogadores vai ganhar um....... CHOQUE.

  Diversão garantida para eventos entre amigos ou reuniões em família. O choque é controlado e não oferece  riscos para os jogadores. Como temos quatro pontos de contato, até quatro jogadores podem participar a cada rodada. 

    A complexidade do circuito está um pouco acima da média do site , mas afinal você não vai querer ficar só piscando led o resto da vida, não é? 

   

   Vamos ao funcionamento do circuito  assim que for acionada a chave liga/desliga: 

    A porta lógica U1 (  CD40106  )  auxiliada por R1 e C1,  injeta o sinal de clock no pino 14 do ci 4017. Em condições normais  o 4017 faria  os leds acenderem  um de cada vez e em sequência.    Entretanto,  como o capacitor C2 estará descarregado e o resistor R2 estará mantendo o pino 13  sob potencial positivo, os leds ligados aos pinos de saída do 4017 não vão mudar seu estado já que nesta situação ele estará com a contagem bloqueada. 

     Ao se pressionar o botão, o capacitor C2  carrega imediatamente e vai polarizar negativamente o pino 13 que, desta maneira,  libera o sequenciamento na saída  onde estão os leds .  Ligados aos mesmos pinos dos leds estão os relés ( via transistores ) o que faz com que a cada led acionado também seja acionado um relé. . 

      Ao soltar o botão, o capacitor C2 começa a se descarregar via R2 e depois de um tempo, o nível de carga fica muito baixo  voltando a deixar o pino 13 em nível alto. Neste ponto o ci 4017 pára de sequenciar congelando a saída neste mesmo instante.

    Resumindo , quando apertamos o botão os leds e relés vão acionar em sequencia, e um por vez, até passar o tempo de carga de C2. Passado esse tempo, apenas um led vai permanecer aceso assim como o relé ligado nesse mesmo pino do 4017.

  Veja que Q6 forma um "gerador de choque" com a saída ligada aos pinos controlados pelos relés. Assim,  somente aquele relé que estiver acionado no final do processo de giro é o que estará dando choque no jogador.

 

    As três outras  portas lógicas  são utilizadas para deixar os  leds apagados ao iniciar  o jogo e manter os relés desativados durante o giro da roleta . Desta maneira somente quando parar de girar é que o choque será aplicado.

  Procure usar o menor transformador que encontrar assim facilita a instalação. Unidades para 200mA são ideais. As cores dos fios do transformador  são só pra ilustrar , portanto podem variar dependendo do fabricante .

Monte Um Relógio Digital - Parte 1

     Desta vez vou apresentar a montagem passo a passo de um relógio digital totalmente funcional .   Não existem segredos no circuito, apenas o  grande diferencial é não utilizar codificação e nem microcontroladores.

  Já vi muitos circuitos de relógios digitais por aí que usam  Ci's próprios para esta função, mas esses Ci's ou já estão obsoletos, ou são muito caros . E quando não é uma coisa nem outra , são difíceis de encontrar.

    Por isso decidi mostrar este projeto simples e interessante que utiliza Ci's da família CMOS , bastante baratos,  de baixo consumo e fáceis de achar em qualquer loja de componentes. 

 

    Vou dividir o post em 4 partes para facilitar o entendimento do processo e  diminuir as chances de erro na montagem . Para quem já conhece o funcionamento de um circuito deste tipo , provavelmente as explicações serão maçantes e desnecessárias , mas para quem é iniciante , tenho certeza que será de grande valia.

     Siga as dicas e logo terá em mãos um  projeto ideal  para presentear , desenvolver o aprendizado de práticas digitais ou mesmo para usar no seu dia a dia. 

   O projeto está dividido em módulos e cada módulo terá uma  placa à parte . Isto facilita enormemente o entendimento e a busca por falhas no funcionamento, entretanto , obviamente,  não teremos  uma montagem  compacta  . Mas depois de montado e testado, nada impede você de colocar todos os componentes em uma placa específica , melhor organizada e de tamanho mais reduzido.

  Então mãos à obra porque o tempo está passando 😁!

 A base de tempo  (clock)

  

     Considere  este relógio como um simples contador digital. Os minutos e segundos são contados de 0 a 59 e a contagem de horas vai de 0 a 23.

   A base do funcionamento  é a contagem  de sinais de temporização ( formado por pulsos elétricos )  em intervalos de 1 segundo , ou seja, a cada segundo  um circuito gerador de pulsos , envia pela sua saída um sinal de características bem definidas capaz de ser contado e posteriormente apresentado visualmente pelos blocos seguintes.

   Antes de iniciar precisamos apresentar alguns conceitos . Precisamos saber  que quando temos um evento que ocorre a intervalos regulares de tempo, temos uma grandeza chamada frequência. Assim como a distância tem  como unidade de medida o metro ( m ) e o tempo tem como unidade de medida o segundo ( s), a  frequência  também tem sua unidade de medida , que neste caso é o Hertz ( Hz )  .

     Por definição  se um evento ocorrer  a cada 1 segundo , estaremos diante de uma  frequência de 1 Hz.  Pensando de outra forma, temos que  se quisermos contar quantos segundos se passaram em um intervalo de tempo basta contarmos quantos pulsos de 1Hz estão chegando.

   Essa frequência de 1Hz  será a base de tempo de todo o relógio , quer dizer que ela será a referência para todas as contagens efetuadas pelos blocos contadores.   Assim fica fácil constatar que , quanto mais preciso for o intervalo entre os pulsos, melhor a precisão ao longo do tempo  que o relógio apresentará.

    Quanto aos blocos contadores, caberá a eles ler os sinais vindos do gerador de pulsos, contá-los e mostrar  o valor através de uma indicação visual de fácil interpretação.

   O circuito responsável por gerar os pulsos que serão contados  é o chamado gerador de clock  e para esta função são usados circuitos osciladores . Estes circuitos podem ser feitos de várias formas sendo que , como já foi dito, a precisão do relógio estará diretamente ligada à exatidão dos pulsos gerados por este oscilador.

   Quanto à sua configuração construtiva , os geradores de clock  podem ser construídos com circuitos osciladores tipo RC ( feitos com o circuito integrado 555  por exemplo) , usar a linha  AC de  50 ou 60 Hz como referência  ou ainda utilizar  cristais osciladores , que oferecem uma excelente precisão.  No nosso caso vamos usar um pequeno cristal de quartzo genérico de 32,768 KHz  , aliado a circuitos que vão dividindo esta frequência progressivamente até chegar no valor de 1Hz que é o valor que  precisamos.

   Veja como está organizado o gerador de clock.

    O primeiro bloco é formado por um circuito oscilador a cristal baseado no circuito integrado 4060. Este ci tem como principal característica já ter um  oscilador embutido , precisando apenas de dois ou três componentes externos para auxiliá-lo nesta função. Estes componentes auxiliares , quando utilizados, devem ser  conectados nos  pinos 9, 10 e 11 .

   Internamente,  o 4060 divide a frequência gerada em seu  oscilador por diferentes fatores e exibe em seus pinos de saída estas frequências já divididas.  Desta maneira, dependendo de qual pino do 4060 for usado como saída para retirada do sinal, vamos ter uma frequência diferente disponível.

      Veja abaixo o 4060 já com os componentes para nosso oscilador:

                                     

      Usando apenas três componentes conseguimos um preciso circuito oscilante na faixa de 32.768Khz ( frequência esta definida pelo cristal de quartzo ). Como estamos usando o pino 3 como saída, esta frequência aparece dividida por 16384.  No final das contas,  temos um sinal com frequência de 2 Hz  ( 32,768  ÷ 16384 )  saindo pelo pino 3 . 

    Precisamos de 1Hz, então será preciso dividir mais uma vez .  Desta vez precisamos dividir por 2 , já que 2 Hz  ÷  2  =  1Hz . 

    Existem algumas maneiras de fazer esta divisão, mas vamos utilizar o circuito integrado 4017 para isso.

                                         

     Em linhas gerais,  no  circuito integrado 4017 , a cada transição do sinal de baixo para alto no seu pino 14 ( clock ), um contador interno avança  uma posição . Assim os pinos de saída ( Q0 a Q9) vão ficando em nível alto sequencialmente, e um de cada vez. 

  Supondo que a saída Q0 ( pino 3) esteja em nível alto em determinado momento , obrigatoriamente  todas as outras saídas estarão em nível baixo.  Se neste instante o pino 14 receber um pulso, imediatamente a próxima saída ( Q1 - pino 2) vai apresentar  nível alto sendo que todas as demais estarão em nível baixo.  Mais um pulso, e agora Q2 vai a nível alto ficando as outras em baixo. Assim sequencialmente até que a última saída apresente nível alto.  Quando chegar na saída Q9 , no próximo pulso ele retorna para Q0 e o ciclo reinicia. 

   Além dos pinos de clock e de saídas , temos outros pinos importantes no 4017 . Assim temos o pino 12 ( carry out ) que  sofre uma transição de "0" para "1" no décimo pulso de clock e  muda de volta de "1" para "0"   depois do ci receber o  6º pulso de clock,  ou seja,  a cada dez pulsos de entrada de clock temos um pulso positivo na saída "carry out".

    Temos ainda o pino de reset ( pino 15 ).  Para que o 4017 conte  corretamente, temos que manter o pino de reset  em nível baixo.  A qualquer momento da contagem, se for  aplicado um sinal lógico "1" na entrada de reset , a saída Q0 é forçada a ficar alta e todas as demais ficam em nível baixo. 

   Com esta funcionalidade , embora  tenha 10 saídas sequenciais , o 4017 pode ser configurado para contar até uma determinada saída e resetar. Então se quisermos que ele conte até 4 , basta ligar a quinta saída ( pino 10 )  ao pino de reset.  Desta maneira as saídas  vão sendo ativadas sequencialmente de Q0 até Q4  e quando a saída Q5 ficar alta, será enviado um pulso positivo ao reset fazendo a contagem recomeçar.  Neste momento a saída Q5 volta a ficar em "0" liberando a contagem.

   No nosso caso vamos ligar o pino 4 ( 3ª saída) ao 15 (reset)  fazendo com que o 4017 conte apenas até 2 , ou dizendo de outra forma, divida a quantidade de pulsos injetados em seu pino 14  por 2 .

   Basta agora ligar este  4017 configurado para dividir por 2 na saída do circuito de clock mostrado anteriormente para conseguimos  1 Hz, já que no pino 3 do 4060 já tínhamos um sinal de 2 Hz. 

    Achou meio confuso ?  Leia tudo de novo com calma .  Parece complicado, mas não é.

 Abaixo o circuito de clock final . Um led com seu respectivo resistor,  foi acrescentado para indicação visual do funcionamento

 

    Veja no diagrama que usamos também o pino 1 do 4060 . Neste pino temos 8Hz (32768 ÷ 4096 ) que será usado para ajuste rápido das horas e minutos.

     

      Com esta configuração já temos o suficiente para gerar um preciso clock para nosso relógio. 

      

        

  

  Depois de montada esta parte , o teste será simplesmente ligar uma fonte de tensão e observar o led piscando . Compare com um relógio que tenha indicação de segundos e verifique como as piscadas  ( pulsos ) são bem precisas.

 Isto é tudo por enquanto . Na próxima parte vamos ver os contadores /decodificadores.

Lista de componentes :

01 circuito integrado CD 4060 ( outros prefixos servem) 

01 circuito integrado CD 4017 ( outros prefixos servem) 

01 resistor de 330K x 1/8W ( laranja, laranja ,amarelo)

01 resistor de 330R x 1/8 W ( laranja, laranja, marrom)

04 capacitores cerâmicos de 100nF ( 103)

01 led comum ( qualquer cor)

01 cristal oscilador de 32.768khz 

  

 

Efeito Luminoso Com Leds

   Apresento um circuito para fazer você perder o medo de montagens com circuito integrado. Geralmente  os iniciantes ficam com um pé atrás quando se depara com projetos que tenham um ou mais circuitos integrados. Mas acredite, utilizar circuitos integrados  facilita demais um projeto, já que toda a complexidade do circuito fica encapsulada dentro do próprio componente.

     Com apenas uma das quatro portas presentes em um  circuito integrado CD4093 , podemos montar esta mistura de pisca led com fader , ideal para sinalizações em geral. Veja o efeito abaixo.

Aqui uma sugestão de placa que , como sempre, não precisa ser seguida.

Em 3 Minutos, Faça Um Protetor Contra Ligação Errada Em 220V

 

    Cansado de queimar seus equipamentos ligando eles em tomadas sem identificação?

    Evite maiores prejuízos montando e instalando este circuito . Com ele podemos evitar danos em aparelhos ligados erroneamente em tomadas 220V

     Circuito mais simples é difícil. Temos um relé conectado em uma simples fonte capacitiva. Com tensão de entrada em 127 V a tensão sobre a bobina é insuficiente para acionar o relé .  A carga fica então ligada normalmente. Quando ligado em 220V a tensão é suficiente para acionar o relé . Neste momento ele comuta seus contatos desligando a carga e acendendo o led indicador.  

     Antes de conectar a carga, verifique o circuito para se certificar que o relé esteja acionando corretamente em 220V. 

    Seja cuidadoso com cargas muito sensíveis, pois devido à relativa lentidão na comutação dos relés, uma carga de 127V poderá ser submetida  a uma tensão de 220V por alguns milésimos de segundos .

    

Usando Transístor Como Sensor De Temperatura

    Que componentes semicondutores são sensíveis à temperatura  você já deve saber . Inclusive isto é causa de muitas dores de cabeça aos projetistas .  Semicondutores atuam como isolantes em baixas temperaturas e condutores em temperaturas mais altas , o que pode ser bastante inconveniente . 

    Em altas temperaturas os elétrons que formam o átomo conseguem ter mais liberdade e mover-se com relativa facilidade,  permitindo  a transferência de energia.  Podemos usufruir desta característica, montando um circuito que consiga detectar as variações que ocorrem dentro do material semicondutor com a mudança da temperatura  . 

  O circuito proposto consegue acionar uma carga ( no caso um led )  ao se tocar no corpo de um material semicondutor ( no caso um transistor ) . 

   O calor presente nos dedos é transferido ao encapsulamento  do transístor , aquecendo indiretamente o seu cristal semicondutor. Este aquecimento   faz com que haja uma pequena  condução através do transístor, capaz de ser detectada pelo operacional,   o qual atuando como comparador, comuta a sua saída acendendo o led indicador.

    O ajuste do ponto ideal de funcionamento é feito em P1 . 

    Acredite, o circuito pode ser bem sensível.    Veja o vídeo:

Led Indicador De Fusível Aberto

 

     Todos ( ou quase todos) os aparelhos eletrônicos possuem fusível de proteção. Às vezes eles se danificam , afinal estão ali para isto,  e em alguns casos fica difícil saber se estão bons visualmente .

   Em outras ocasiões o acesso pode ser difícil para efetuar medições. 

   Este pequeno circuito pode auxiliar na detecção de algum fusível danificado,  presente em um equipamento qualquer ligado à rede elétrica. Desta forma, enquanto o fusível estiver em boas condições, o led permanece apagado. Se por qualquer motivo  o  fusível abrir , imediatamente imediatamente o led acende indicando o fato.  

   Trata-se de uma configuração clássica para acionar um led em 127/220Vac. Entretanto temos o fusível inibindo o acionamento do led , já que o caminho da corrente por ele (fusível) é mais "fácil" do que através do circuito do led. No momento em que ele ( o fusível) se rompe, a corrente  passa totalmente através de R1, C1, C2 e o led,  que desta forma se ilumina.

    Cuidado com a potência de dissipação do resistor R1 . Use 3W no mínimo para evitar problemas se o led ficar ligado por muito tempo . Para os capacitores o importante é a tensão de funcionamento . Procure não usar menos de 400V.