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.

Semáforo Para Pedestres

     Existem diversos tipos de indicadores visuais para semaforização.  Imagino que deva existir uma regulamentação pra isso mas nem imagino qual seja porque as indicações  variam de localidade para localidade. Este circuito simula uma das indicações que existem por aí. Basicamente temos a representação de um pedestre , que pode estar parado ou andando, em um painel feito com leds. 

  Na passagem da fase  verde ( andar ) para a fase vermelha ( parar ), o indicador vai piscar por alguns segundos informando ao pedestre que o sinal em breve vai fechar para ele. 

  Temos aqui uma sequencia 4 x 3 x 5, ou seja o sinal fica verde por  4 tempos , pisca vermelho por um tempo e fica aceso vermelho por 5 tempos. 

   Por exemplo, se cada tempo durar 15 segundos então:

•  Ficará verde por 4 x 15 = 60 segundos
•  Ficará piscante por  1 x 15 = 15 segundos
•  Ficará vermelho  por 5 x 15 = 75 segundos

    

   

              Estes tempos podem ser modificados alterando R1/C1.

             O circuito, através de  transistores, controla 2 relés para acionamento de  102 leds ( 51 em cada  painel ) . Esta quantidade de leds torna inviável o uso de bateria para o painel, por isso os leds estão conectados a rede elétrica para maior facilidade de controle. Esta parte, inclusive, é a mais crítica do projeto , devendo os cuidados serem redobrados nas conexões para evitar danos aos leds. Além disso:

• Não reduza o valor do resistor.
• Não conecte menos leds do que o indicado
• Utilize conjuntos de leds com as mesmas características.
• Verifique as polaridades dos leds antes de ligar
• Não ligar em 220V
• Muito cuidado com a energia elétrica.   

        Se não seguir as recomendações , fatalmente os leds vão se danificar ( e você também)

            

   Para tentar diminuir os erros , abaixo está mostrada a ligação real dos componentes para a fase vermelha. A fase verde é idêntica , obviamente com leds verdes.

      E aqui, uma ideia de  como deverá ficar a disposição final dos leds para que seja obtido  o visual que desejamos.

Alerta De Gelo Na Pista

 

       Gostaria de incrementar seu carro com um alerta sobre uma  possível formação de gelo na pista?  Veículos mais modernos já possuem esta funcionalidade e pode ter certeza que é uma informação  bastante importante. Afinal, uma camada de gelo na pista vai torná-la extremamente escorregadia podendo causar graves acidentes , principalmente aos desavisados.

      Ok, moro num país tropical  mas, acredite, ele é tão grande que existem regiões em que pode até nevar.  Além  disso, aqui no blog tenho visitantes de outros países onde temperaturas extremamente baixas são comuns e  o circuito pode interessar a eles.

       O circuito atua da seguinte forma: assim que a temperatura externa do veículo atingir um valor abaixo do ajustado, um led indicador começa a piscar indicando o fato. Existe também um alarme sonoro que pode ser habilitado ou não de acordo com o gosto do motorista.

      Para ajustar , desligue o sinal sonoro ( para irritar menos ), coloque o sensor em contato com gelo e ajuste o trimpot até que o led  comece a piscar. 

    O led "ajuste" é um grande auxiliar neste momento, pois vai acender  também quando o ajuste estiver  correto.

   O sensor deve ser instalado do lado externo do veículo para a correta detecção da temperatura.  Em circuitos comerciais ele fica instalado na parte de baixo do retrovisor externo .  Veja a figura como ele é fisicamente. 

    Este sensor, para aqueles que não sabem, é um tipo de resistor que altera seu valor de acordo com a temperatura ao redor do seu corpo. Este tipo é NTC ( existem tipos PTC) que  tem um coeficiente negativo de temperatura , ou seja, sua resistência nominal diminui com o aumento da temperatura. 

    Pode usar qualquer valor acima de 5K. O ajuste do potenciômetro compensará qualquer diferença. O buzzer deve ser aquele que já tem um oscilador incorporado.   E é isso...