Funções Lógicas com Relés (ART4038)

Ao contrário do que muitos apregoam (com total desconhecimento do assunto), o ensino de eletrônica digital, lógica e Álgebra de Boole é mais do que nunca fundamental para se poder trabalhar com microcontroladores. Com a disponibilidade de relés de 5 V (que podem ser alimentados por fontes TTL) e mesmo de 6 e 12 V baratos, estes componentes podem ser usados tanto no ensino, como na experimentação e até mesmo com finalidades práticas na elaboração de funções lógicas. Neste artigo veremos como isso pode ser feito.

As funções lógicas não são apenas importantes para o entendimento de como microcontroladores funcionam, como também podem ser usados no interfaceamento em condições especiais, por exemplo, quando existe o problema de latência, detecção simultânea de sinais de sensores, ou mesmo o acionamento simultâneo de cargas.

O microcontrolador não faz tudo, e até existem casos em que ele não consegue fazer coisas que são aparentemente simples.

O uso de funções lógicas pode ser necessário e elas podem ser implementadas ou entendidas até mesmo com circuitos simples usando relés, como os que descrevemos neste artigo.

Os relés podem ser usados para acionar os mais diversos tipos de carga: de osciladores ou LEDs indicadores, até mesmo pequenos motores ou dispositivos ligados à rede de energia, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Relé no controle de cargas usando os contatos NA e NF

Evidentemente, a lâmpada pode ser trocada por outras cargas, como um LED em série com um resistor de 470 ohms (6V) ou ainda um circuito oscilador como o mostrado na figura 2.

Figura 2 – Oscilador para ser controlado por um relé

O terminal vermelho da montagem em matriz vai ao contato NA do relé conforme mostra a figura 3.

Figura 3 – Montagem em matriz.

Os circuitos:

A seguir, damos vários circuitos para simulação das funções lógicas comuns. Os relés podem ser de 5, 6 ou 12 V com correntes de 20 mA a 100 mA e uma fonte de alimentação apropriada.

a) Função SIM ou Não-Inversor

Trata-se da função mais simples que é a que aciona a carga se o nível do sinal de entrada for 1. Ou seja, uma tabela verdade seria:

A - S

0 - 0

1 - 1

Na figura 4 temos o modo de se implementar esta função com um relé: Os contatos representados são NA e C.

Figura 4 – Função SIM

b) Função Não (Not) ou Inversor

Na figura 5 temos a maneira de se implementar um inversor utilizando um relé. Os contatos usados são NF e C. A tabela verdade será:

A - S

0 - 1

1 - 0

Figura 5 – Função inversor com relé

c) Função E (AND)

Na figura 6 temos o modo de se implementar a função E (AND) com duas entradas, no caso interruptores. Os interruptores, numa aplicação prática, podem ser substituídos por sensores.

A tabela verdade para esta função é:

A B S

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Figura 6 – Função E (AND)

d) Função OU (OR)

A figura 7 mostra como implementar uma função OU (OR) de duas entradas, utilizando um relé. Os contatos do relé são o NA e C. A tabela verdade para esta função será:

A B S

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Figura 7 – Função OU (OR)

e) Função Não E (NAND)

Esta função é implementada utilizando os contatos C e NF do relé. Na figura 8 temos o modo de se ligar os sensores ou interruptores e abaixo a tabela verdade.

A B S

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Figura 8 – A função NAND com relé

f) Função NEM ou Não-E (NOR)

Neste caso, a saída será ativada (1) quando ambas as entradas estiverem desativadas, ou seja, nem uma nem outra. O circuito é implementado com um relé, conforme mostra a figura 9. Observe que fazemos uso dos contatos NF e C.

A tabela verdade será a seguinte:

A B C

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Figura 9 – Função NEM (NOR)

g) Função OU Exclusivo (Exclusive OR)

Para esta função, um pouco mais sofisticada, precisamos de interruptores (chaves) ou sensores duplos. Isso é necessário, pois quando um sensor liga numa metade a outra desliga. Podemos usar para esta finalidade uma chave H, onde as seções serão conectadas de modo alternado.

O circuito desta função implementada com relés é mostrado na figura 10.

Figura 10 – A função OU Exclusivo (Exclusive OR) com relé

A tabela verdade para está função É:

A B S

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

h) Memória ou Biestável

Para implementar esta função precisamos de um relé com contatos duplos, conforme mostra a figura 11.

Com um pulso produzido por B, o relé trava alimentando a carga externa (nível 1 de saída) e assim permanece, mesmo depois que B seja desligado.

Para rearmar o circuito é preciso que ele seja desligado em A,ou seja, nível 0 nesta entrada.

Figura 11 – Biestável com relé (trava)

i) Monoestável

Quando o sinal de entrada desaparece, o capacitor mantém o circuito alimentado por um tempo que depende de seu valor. Para relés comuns de 5 a 12 V com algumas centenas de ohms capacitores de 100 uF a 4700 uF podem proporcionar tempos de até vários segundos. O circuito é mostrado na figura 12.

Figura 12 – Monoestável

j) Circuito oscilador ou clock

Podemos fazer um relé oscilar produzindo um sinal retangular aproveitando a indutância de sua bobina e capacitância entre espiras, conforme mostra a figura 13. Com a ligação de um capacitor de 100 nF a 100 uF em paralelo com a bobina podemos reduzir a frequência do sinal gerado.

Figura 12 – Oscilador (clock)

Conclusão:

No século passado, um dos pioneiros da computação construiu um computador usando apenas relés. Se bem que os cálculos realizados eram muitos simples, não podemos de deixar de considerar o circuito usado como uma aplicação digital.

Hoje os relés são usados com muitas outras finalidades e indispensáveis nos shields para microcontroladores. No entanto, ainda podem ser usados com finalidades didáticas e experimentais, como vimos neste artigo, e até mesmo na solução de problemas muito simples de automação que dispensam o uso de um microcontrolador.

Na verdade, em nossos dias muitas pensam no microcontrolador como solução para tudo. Mas, existem os casos em que ele é um canhão para matar um mosquito. Neste caso, coisas simples, como relés, podem ser a solução.