Eis um projeto digital relativamente simples que gera números binários de 0 a 15 (F em hexadecimal), servindo para demonstrações, sorteios ou ainda para aulas de eletrônica digital. O circuito pode ser expandido de modo a gerar números binários até 255 com a utilização de mais 4 LEDs.
Isoladamente, este circuito pode ser usado em demonstrações, no estudo de eletrônica digital ou simplesmente como "teste” para professores que queiram examinar seus alunos no que se refere ao conhecimento da numeração binária.
Como parte de outros projetos, este circuito pode ser empregado para gerar uma saída aleatória de informação binária até 15,e com expansão até 255.
Um sorteador eletrônico pode partir em seu projeto, desta configuração.
O sistema de sorteio com sinal de clock de frequência relativamente alta torna o circuito à prova de fraudes, o que é muito importante em alguns tipos de aplicação.
Daremos inclusive um projeto que permite a utilização deste gerador num simples jogo de tabuleiro, um verdadeiro “Labirinto Eletrônico" para ser disputado por 2 ou mais jogadores.
Os integrados usados são comuns (TTL) e a alimentação de 5 V tanto pode ser obtida de pilhas comuns como de fonte de alimentação cujo diagrama será dado.
O CIRCUITO
Começamos a análise de nosso circuito pelo oscilador gatilhado que vai gerar um trem de pulsos retangulares.
O número de pulsos deste oscilador vai determinar o número sorteado.
Empregamos então um multivibrador com duas portas NAND das 4 existentes num 7400.
A frequência deste oscilador está em torno de 1 kHz, valor bastante elevado para a aplicação desejada, pois até mesmo um pressionar de botão de sorteio tão curto como 1/1O de segundo é suficiente para produzir 100 pulsos, varrendo assim a contagem total do sistema (até 16) pelo menos 6 vezes.
Isso impede que o jogador “malicioso" dose o tempo de pressionamento de modo a fazer cair exatamente o número que deseja.
O gatilhamento é feito com ajuda das duas outras portas NAND existentes no 7400.
Uma delas é usada como inversora, de modo que, pressionando-se S1, em sua saída (CI-1d) tenhamos um nível alto, que combinado com o sinal produzido pelo multivibrador (CI-1a e CI-1b) possa dar passagem através de Cl-1c.
Em suma, teremos pulsos na saída de Cl-1c somente nos instantes em que S1 estiver pressionada.
Soltando S1, 0 nível lógico do pino 9 de CI-1 passa a ser baixo, inibindo assim a passagem do trem de pulsos que vem pelo pino10.
O trem de pulsos é “contado" por um 7493, um contador binário, divisor por16 em lógica TTL.
Este integrado possui saídas com pesos 1, 2, 4 e 8 que podem ser utilizadas para excitar diretamente 4 LEDs.
Os LEDs são ligados de modo a acenderem no nível alto, já que se trata de montagem que exige o nível 1 correspondendo ao aceso.
É claro que os circuitos integrados TTL têm uma capacidade maior de drenar corrente (nível baixo) do que de fornecer corrente (nível alto), mas o baixo consumo dos LEDs usados não significa um esforço do integrado 7493 capaz de comprometê-lo, mesmo porque existem resistores limitadores de corrente devidamente dimensionados.
O 7493 é ligado então de modo a contar Ciclos de 0 a 15, reiniciando em “O" no décimo sexto pulso.
Temos então o comportamento final para o circuito de acordo com o desejado: pressionando S1 o oscilador entra em ação, e o contador começa seu ciclo de contagem, fazendo com que os LEDs pisquem rapidamente.
Quando soltamos o interruptor de pressão a contagem é interrompida, permanecendo acesos os LEDs que correspondem ao número gerado naquele instante.
Para sortear novo número, basta pressionar e soltar S1 novamente.
Para visualizar a contagem, num sistema de demonstração de contagem binária por exemplo, podemos reduzir a frequência do multivibrador, trocando para isso C1 por um capacitor de100 uF a 220 uF, conforme a velocidade desejada.
Na figura 1 temos as diversas formas de onda encontradas neste circuito.
Para acrescentar um novo bloco de contagem, para sorteio de números binários maiores, a ligação é feita conforme mostra a figura 2.
A alimentação para o conjunto deve ser feita com 5 V, que podem ser obtidos de pilhas ou fonte. Para pilhas, como o valor normal é 6 V, podemos usar como "artifício" a ligação de um ou dois diodos em série, conforme mostra a figura 3, caso em que obteremos uma queda de 0,6V a 1,2V que proporcionará entre 4,8 e 5,4V, o que está dentro do admitido pela lógica TTL.
Para alimentação pela rede local, temos a fonte de alimentação mostrada na figura 4.
O transformador tem secundário de 9 + 9 V x 100 mA ou mais, e o integrado é do tipo 7805 que, dado o baixo consumo de corrente, não precisa ser dotado de radiador de calor.
O capacitor eletrolítico é para uma tensão de 16 V ou mais e os díodos podem ser 1N4002 ou equivalentes de maior tensão.
MONTAGEM
Começamos por dar o diagrama básico do gerador, não incluindo a fonte de alimentação, já que temos opções (figura 5).
A placa de circuito impresso para a montagem é mostrada na figura 6.
Os circuitos integrados devem ser montados em soquetes DIL de 14 pinos, para maior facilidade de troca em caso de necessidade e também para se evitar problemas inerentes ao calor gerado no processo de soldagem
Os LED são vermelhos comuns, e se o aparelho for montado em caixa plástica, nada impede que fiquem no painel, com a ligação de fios mais compridos.
S1 é um interruptor de pressão e C1 pode ser de poliéster, cerâmica ou outro tipo. O eletrolítico C2 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 6 V.
PROVA E USO
Para provar é só ligar a unidade e pressionar S1. Durante o intervalo em que S1 estiver acionado, os LEDs devem piscar muito rápido, eventualmente só em Q8 (LED1) pode-se perceber uma oscilação, e ao soltar S1 devemos ter um conjunto de LEDs acesos que representam o número binário sorteado.
A tabela abaixo, representando os LEDs acesos por 1, e apagados por 0, nos dá as combinações possíveis sorteadas:
Para visualizar a contagem, num processo lento, altere C1 para 10 upF ou mais.
LABIRINTO
Um jogo de tabuleiro pode ser disputado a partir deste aparelho, por duas ou mais pessoas.
O tabuleiro é mostrado na figura 7, e cada jogador compete com 2 ou 3 peças de cores que o identifiquem (verdes, vermelhas, amarelas, pretas, etc.).
Atribuímos então a cada combinação dos LEDs extremos (os dois LEDs do meio são tampados) o seguinte significado:
LED 1 aceso = triângulo
LED 1 apagado = círculo
LED 4 aceso = branco
LED 4 apagado = preto
Partindo todos os jogadores com as peças no centro do tabuleiro, a finalidade do jogo é escapar do labirinto, mas quem determina isso é o sorteio.
Se na sua vez de jogar, depois de apertar e soltar o botão S1, o LED 1 permanecer aceso e o LED 4 apagado, isso significa que você deve mover uma de suas peças para a "casa triângulo preto" mais próxima.
A cada jogada, a combinação de LEDs determinará a posição de movimento de uma das peças de cada jogador (a escolher). Vence quem conseguir Ievar suas peças para as saídas em primeiro lugar.
Com um pouco de imaginação, o Ieitor pode criar um jogo que utilize as 16 combinações com os 4 LEDs.
CI-1- 7400 - 4 portas NAND - TTL
CI-2 - 7493 - contador/divisor por 16 TTL
LED1 a LED4 - LEDs vermelhos comuns
S1 - interruptor de pressão
R1 a R5 - 220 ohms x 1/8 W- resistores (vermelho, vermelho, marrom)
C1 – 100 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster - ver texto
C2 -100 uF x 16 V - capacitor eletrolítico
Diversos: placa de circuito impresso, soquetes DIL de 14 pinos para os integrados, caixa para montagem material para fonte de alimentação, fios, solda etc.
