Sequenciador Universal com EPROM (MIC104)

Programe numa memória as operações que você deseja realizar num dispositivo automático, os efeitos de luz de uma vitrine, cartaz, salão de festas ou ainda o acionamento programado de campainhas, dispositivos de aviso, eletrodomésticos, com este seqüenciador que utiliza uma EPROM. Com a troca da EPROM você modifica a vontade os efeitos finais deste interessante aparelho.

A grande vantagem em se utilizar uma memória no controle das saídas que são acionadas por este circuito é que podemos planejar o modo de acionamento como desejarmos, trocar esta programação a qualquer momento pela simples troca de memória por outra que contenha novo programa, ou ainda apagar a propagação existente substituindo-a por outra.

Um sistema de acionamento com faixa de freqüência muito ampla permite realizar tudo o que foi programado em ciclos que vão de alguns segundos até horas, dependendo da aplicação que se tem em mente.

A memória básica é do tipo 2716, organizada em 2 048 posições de 8 bits, o que significa a possibilidade de encaixarmos um programa de até 2 k funções.

No entanto, memórias de maior capacidade e de pinagem compativel (como a 2732, de 32 k) podem ser usadas.

O próprio circuito básico possui como recurso a redução do ciclo de leitura para 1024, 512 e 256 endereços apenas, caso desejarmos operar com ciclos mais curtos de operação.

Bastará então ligarmos um jumper no ponto apropriado de programação para que o ciclo de leitura seja reduzido a um dos valores indicados com a possibilidade de uso de programas mais curtos.

O circuito tem 8 saídas que são ativadas conforme o programa gravado na EPROM.

Nestas saídas podemos ligar diversos tipos de interface. No nosso caso daremos como sugestão dois tipos de interface.

Uma utilizando um relé que controla diretamente uma carga externa como, por exemplo, aparelhos eletrodomésticos no caso de um simulador de presença e outra especifica para o uso com cargas resistivas para efeito de luz, no caso triacs.

Evidentemente os leitores podem também usar interfaces com triacs, diretas para cargas de pequena potência como LEDs, tudo dependendo da aplicação visada.

Uma característica importante do projeto é o uso de um circuito integrado 4020 no endereçamento da memória.

Este Cl que possui um divisor interno de freqüência bastante longo, reduz muito a freqüência do clock o que pode ser de grande utilidade para se obter ciclos de operação longos, como os exigidos por um simulador de presença.

O circuito possui ainda uma fonte independente de 6 V para alimentação dos circuitos de interface e um LED para monitorar o funcionamento.

As principais características do projeto são:

CARACTERÍSTICAS:

Tensão de alimentação; 110220 VCA

Linhas do programa para a 2716: 2048

Número de saídas: 8

Corrente máxima por saída (com relé): 2 A

Corrente máxima por saída (com triacs): 8 A

Duração do ciclo de leitura: alguns segundos a diversas horas

Opções de programa: 1024, 512 e 256 linhas

Como Funciona

Na figura 1 temos um diagrama simplificado de uma EPROM por onde começamos nossas explicações sobre o funcionamento de nosso simulador.

Figura 1 – Diagrama de blocos

Podemos comparar a memória a uma pilha de gavetas, cada qual contendo 8 divisões, onde são armazenadas informações: 0 ou 1.

A nossa pilha possui 2 048 gavetas o que representa a possibilidade de armazenar 16 mil informações do tipo 0 ou 1 (baixo ou alto), por isso, trata-se de uma memória de 16 k (2 k x 8).

A memória possui 11 entradas de endereçamento e 8 saídas.

Quando ligamos as entradas de endereço num contador que funcione em seqüência, a cada pulso que o contador recebe o endereço é incrementado de uma unidade sendo esta informação transferida para a memória.

A memória "lê" o endereço e imediatamente ativa a "gaveta" correspondente, colocando na saída as respectivas informações.

Se, por exemplo programarmos o endereço 0010011010 com a informação 0010001, no momento em que a saída é ativada, bastando fazer o contador chegar ao endereço já citado teremos as saídas D e H do circuito ativadas, enquanto que as demais permanecem no nível baixo.

Esta saída permanecerá assim até que um novo pulso no contador mude o endereço para o seguinte. Desta vez a memória vai ler o novo endereço (da "gaveta" seguinte) e colocará na saída o que estiver programado, por exemplo, as saídas A e H altas se a programação for 10000001.

A figura 2 mostra o que ocorre.

Figura 2 – Podemos ativar mais de uma saída dependendo dos dados programados

Veja então que, o que aparecerá nas 8 saídas depende exclusivamente do que programamos na memória.

Evidentemente, para ter este aparelho é necessário que o leitor disponha também de um programador EPROMs.

Além dos tipos comerciais, alguns funcionando manualmente e outros acoplados a computadores, temos também um que já foi publicado neste site

No nosso circuito temos então a estrutura em blocos mostradas na figura 3.

Figura 3 – Diagrama do nosso aparelho em blocos

A alimentação para o setor lógico vem de um transformador que tem a sua tensão retificada e depois de filtrada pelo capacitor C1, aplicada a um regulador integrado de tensão que fornece 5 V ao circuito.

Este mesmo transformador fornece tensão para um segundo regulador de 6 V que fornece esta tensão à saída para alimentação de interfaces externas.

Os 5 V alimentam em primeiro lugar um oscilador de clock que determinará ritmo de leitura dos endereços da EPROM e portanto a velocidade em que o "programa" é executado.

Usamos um 4093 que, pela sua comutação rápida fornece pulsos de transição suficientemente livres de repiques ou instabilidades para o acionamento do bloco seguinte.

A freqüência deste oscilador é determinada basicamente por C4 e ajustada em P1.

Na aplicação básica podemos usar um capacitor de 470 nF para obtenção de pulsos de alguns hertz. Para uma operação muito lenta como, por exemplo, num simulador de presença este capacitor pode ser aumentado para até alguns microfarads.

Para operações muito rápidas, num ciclo de leitura da ordem de segundos, este capacitor pode ser reduzido para 100 nF ou ainda menos.

O sinal do 4093 é aplicado a um circuito integrado 4020 que tem as funções mostradas na figura 4.

Figura 4 – O 4020

O 4020 consiste num contador de 14 estágios CMOS com saídas binárias capazes de fazer a contagem até 16 384.

Veja, entretanto, que este circuito integrado não tem acesso aos divisores correspondentes às saídas 2 e 3.

Isso significa que se fizermos a sua utilização a partir da saída 4 (da saída 4 até a 14) obtemos justamente os valores binários de 0 a 2048 que correspondem ao número de endereços da memória 2716.

Temos então a possibilidade de usar os três primeiros divisores (1, 2 e 3) para fazer uma divisão adicional da freqüência do clock por 8 o que ajuda a obter grandes ciclos de operação com capacitores relativamente peque nos no circuito oscilador de clock.

As saídas de 4 a 14 são então ligadas às 11 entradas de endereços da memória.

Para que o 4020 comece a contagem do início, ou seja, da posição com todas as saídas em zero, uma rede formada por C5, R4 e D2 garante que ao ser estabelecida a alimentação, um pulso positivo seja aplicado ao Reset levando o 4020 ao estado inicial de contagem (zerado).

Este mesmo circuito de Reset com acesso ao pino 11 é aproveitado para se fazer a redução da contagem de endereços no caso de um programa mais curto, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Mudando o ciclo de contagem do 4020

Assim, 'jumpeando' D1 com as saídas dos pinos 1, 2 ou 3 do 4020 podemos recomeçar a contagem dos endereços quando eles chegarem a 1024, 512 ou 256, o que é importante para um programa mais curto.

Dependendo da aplicação, podemos deixar livre uma linha de saída para que ela seja acionada ressetando a contagem, bastando para isso ligá-la ao diodo D1.

Desta forma, o programa colocado na EPROM pode ter qualquer comprimento, dentro da capacidade admitida.

A saída da 2716 é compatível com dispositivos TTL mas pode facilmente acionar interfaces.

No nosso caso, te- mos duas interfaces. Uma usa um transistor NPN que conduz quando a saída do bit acessado na memória estiver no nível alto, ou seja, quando for programado um "1".

Este transistor, ao conduzir, aciona como carga um relé.

A vantagem do uso de relé em interfaces deste tipo é o isolamento que ele proporciona. Podemos controlar cargas de alta potência, e altas tensões sem perigo de afetar os delicados circuitos CMOS de nosso seqüenciador.

Para acionamento direto de cargas resistivas como, por exemplo, em efeitos de luz, podemos usar a segunda interfaces com Triacs.

Esta interface é mais simples e mais barata, mas não tem o isolamento da rede como a de relé.

Muito cuidado deve ser tomado com a fiação e qualidade do isotamento, principalmente de T1.

Montagem

Na figura 6 temos o diagrama completo da placa-base de nosso seqüenciador.

Figura 6 – Diagrama completo do aparelho

Esta placa-base tem seu aspecto mostrado na figura 7.

Figura 6 – Placa para a montagem

Figura 7 – Placa do outro lado (dupla face)

Observe que usamos soquetes para os integrados CMOS e para a memória. Os integrados reguladores de tensão devem ser dotados de radiadores de calor.

O transformador fica fora da placa, assim como o suporte de fusível e eventualmente o LED indicador, caso seja usada uma caixa com painel para sua colocação.

Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4 W com 5 a 20% de tolerância enquanto os capacitores eletrolíticos são para 12 V. Os demais capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster.

Os diodos D1 e D2 são de silício do tipo 1N4002 enquanto, os diodos D3 e D4 .podem ser 1N4148 ou qualquer equivalente. P1 é um potenciômetro comum, e o LED é vermelho comum com suporte, caso seja fixado no painel da caixa.

Na figura 8 temos o diagrama da interface com relé. Um canal apenas é mostrado. Na figura 9 temos a placa de circuito impresso para a interface com ele.

Figura 8 – Interface para relé

Figura 9 – Placa da interface

O protótipo feito em função de um micro-relé DIL de 6.V com dois contatos reversíveis de 2 A que pode ser montado em suporte de integrado DlL de 16 pinos.

No entanto, também podem ser usados os relés econômicos de 6 A do tipo GlRC1, mas o layout da placa deve ser alterado.

O transistor é de uso geral, o diodo pode ser qualquer de silício, e o resistor é de 1/8 W ou 1/4 W com qualquer tolerância.

Na figura 10 temos o diagrama da interface de potência com Triac.

Figura 10 – Interface para triac

A placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na figura 11.

Figura 11 – Placa para a interface com triac

Observe que temos pontos de terra comuns a alta tensão (Y e T).

O Triac deve ser dotado de radiador de calor, e as ligações à carga devem ser feitas com fios grossos (terminais principais do Triac).

Os resistores são de 1/8 W ou 1/4 W. O Triac deve ser sufixo B se a rede for de 110 V ou sufixo D se a rede for de 220 V.

PROGRAMAÇÃO E USO

Para provar o aparelho precisamos de uma EPROM com qualquer programação, já que qualquer que seja a seqüência das linhas existentes, se usarmos uma velocidade baixa de clock podemos visualizar os efeitos na saída ligando cargas de prova ou até mesmo LEDs em série com resistores de 470 Ω.

Na figura 12 temos as formas de ondas em alguns pontos do circuito o que permite a análise do funcionamento do simulador por meio de um osciloscópio.

Figura 12 – Formas de onda no circuito

Evidentemente, como as transições são lentas precisamos aumentar a velocidade do clock para esta visualização.

Um indicador de níveis lógicos também pode ser útil na verificação com o clock ajustado para baixas velocidades. Uma programação para um sistema sequencial é dada abaixo.

 

O programa segue com eventuais variações para mudança de efeitos até o preenchimento da memória ou até a posição programada.