Projetos digitais (e de outros tipos) podem exigir um sistema de seleção digital de funções. Como selecionar sequencialmente uma de dez funções possíveis é o que ensinamos ao leitor como fazer com um circuito relativamente simples, sensível e eficiente. Uma das aplicações possíveis para este seletor é num receptor de rádio em que as saídas podem atuar diretamente sobre varicaps na escolha de estações pré-fixadas.
Descrevemos um circuito digital de seleção sequencial por toque de uma de 10 saídas possíveis. Os toques podem incrementar ou decrementar a contagem do circuito de modo que podemos selecionar as saídas tanto no sentido crescente como decrescente.
Além da aplicação sugerida que seria na seleção de estações pré-ajustadas num receptor, existem muitas outras possibilidades de uso para este seletor.
Dentre elas, sugerimos as seguintes:
a) acionamento sequencial de lâmpadas ou de efeitos de luz em palcos.
b) controle digital de volume em amplificadores
c) dimmer digital por toque
d) controle de velocidade de motor por toque
c) sistema de chamada seletiva
O circuito tem por base tanto circuitos integrados TTL como CMOS, mas a saída é compatível TTL, o que nos leva a uma alimentação única com tensão de 5 volts.
A cada toque nos sensores, ativamos uma de 10 saídas possíveis, levando-a ao nível alto. A cada toque, dependendo do sensor, temos a mudança no sentido crescente ou decrescente da numeração das saídas. A saída ativada tem uma indicação digital num display de 7 segmentos.
CARACTERÍSTICAS
* Tensão de alimentação: 5 V
* Consumo: 250 mA (tip)
* Número de saídas: 10
* Corrente máxima por saída: 2 mA
* Tipo de contagem: crescente e decrescente
COMO FUNCIONA
Na figura 1 temos um diagrama de blocos através do qual podemos explicar melhor como funciona o seletor.
O primeiro bloco tem por base um circuito integrado CMOS 4093B e consiste no sistema de acionamento por toque.
Duas das portas NAND de um circuito integrado 4093B são então ligadas como inversores acionados pelo toque, uma para a contagem progressiva (CI-1a) e a outra para a contagem regressiva (CI-1b).
Assim, os resistores R1 e R2 mantém as entradas dessas portas inversoras no nível alto até o momento em que ocorra o toque nos sensores. O toque nestes elementos reduz sua resistência o que faz com que as entradas das portas passem para o nível baixo.
Assim, as saídas dessas portas que estavam no nível baixo sem o toque vão ao nível alto no toque.
Com a ida ao nível alto, os diodos D1 e D2 das saídas são polarizados no sentido direto carregando os capacitores C1 e C2 e ao mesmo tempo levando as portas seguintes (também ligadas como inversores) ao nível alto.
Estas portas que estavam com as entradas no nível baixo pela ação dos resistores R3 e R4 comutam.
Os capacitores C1 e C2 têm por finalidade evitar o repique de modo que na comutação seja produzido somente um pulso de contagem.
As transições das saídas das portas CI-1c e CI-1d são aplicadas a um contador Low-Power Schottky (LS) do tipo 74LS192.
O 74LS192 consiste num contador de década que pode contar tanto no sentido progressivo como regressivo (Up-Down) fornecendo uma saída BCD.
A rede R5/C3 tem por finalidade fazer o reset do circuito de modo que na sua ligação a contagem comece sempre da primeira ou seja, com as saídas em 0000.
Temos então que decodificar essa saída feita por 4 terminais de modo que tenhamos a possibilidade de selecionar uma de 10 saídas.
As saídas do 74LS192 são ligadas a um decodificador 1 de 10 do tipo 74141 que trabalha com sinais BCD.
Desta forma, à medida que a contagem do 74LS192 avança (ou regride) as saídas do 74141 avançam (ou regridem) sendo ativadas uma a uma.
Na tabela abaixo temos a correspondência entre os sinais BCD obtidos na saída do 74LS192 e os níveis lógicos obtidos nas saídas do 74141.
74LS192 74141
Saídas A B C D 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Para obter a indicação numérica num display de 7 segmentos de anodo comum é preciso usar um decodificador BCD para 7 segmentos. O tipo mais comum para esta aplicação é o 7447 que exige em sua saída resistores limitadores de corrente.
Assim, o display pode ser de qualquer tipo ou tamanho mas os resistores devem ser usados, podendo eventualmente ter seus valores alterados na faixa de 330 ? a 560 ? conforme o brilho desejado e o consumo.
Uma possibilidade de simplificação do projeto consiste em se usar LEDs na saída para a indicação da ativação caso em que o display e o decodificador podem ser eliminados.
A fonte de alimentação, evidentemente, como se trata de circuito TTL deve fornecer uma tensão de 5V com boa filtragem. Além disso, essa fonte deve obrigatoriamente ser isolada da rede (com transformador) dado o acionamento por toque.
MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo do acionador.
Para uma montagem didática ou experimental ele pode ser montado numa matriz de contactos com facilidade. Para os que desejarem uma montagem definitiva que possa ser aproveitada como parte de um outro projeto damos uma sugestão de placa de circuito impresso na figura 3.
Para maior segurança, no caso da placa de circuito impresso, os circuitos integrados devem ser montados em soquetes.
O display tem pinagem de acordo com o tipo. Será até interessante que este display fique fora da placa, montado numa plaqueta menor que poderá ser fixada no painel. A ligação deste display ao circuito pode ser feita por meio de cabo flat apropriado. O número de condutores deste cabo é 8, sendo 7 para os segmentos e um para o anodo comum.
Os sensores de toque são duas chapinhas de metal que devem ser tocadas simultaneamente. Duas regiões cobreadas de uma placa de circuito impresso, conforme mostra a figura 4 servem perfeitamente.
Os resistores são todos de 1/8W com 20% ou menos de tolerância e os capacitores são cerâmicos ou de poliéster, exceto C5 que é um eletrolítico para 6 V ou mais de tensão de trabalho.
Os resistores R1 e R2 determinam a sensibilidade no acionamento. Se houver tendência a um acionamento errático, estes componentes podem ser reduzidos para valores até 1 M ?.
Esta redução, em especial, será necessária se o cabo de ligação aos sensores for longo. De qualquer maneira, para se evitar este tipo de problema, os cabos não devem ter mais de 1 metro de comprimento.
Os diodos admitem equivalentes e para as saídas podemos dar algumas sugestões de circuitos de acionamento.
Assim, na figura 2 em (a) temos um circuito para o acionamento de relés, caso em que cargas de alta potência podem ser controladas sequencialmente pelo toque.
Em cada saída podemos ligar um circuito deste tipo.
Veja que não recomendamos a conexão de SCRs ou Triacs na saída do 74141, pois estes componente funcionariam diretamente ligados na rede de energia, o que é conflitante com a segurança exigida no acionamento por toque.
Para acionar LEDs pelas saídas ou ainda cargas de menor potência temos a configuração mostrada na figura 2 em (b).
Na figura 5 temos uma sugestão de fonte de alimentação para este seletor.
Como o circuito exige uma corrente da ordem de 250 mA e a fonte fornece até 1A, o excedente pode ser usado para o próprio equipamento digital em que o circuito vai funcionar.
PROVA E USO
A prova de funcionamento pode ser feita com ajuda de um multímetro ou ainda de um LED e um resistor de 470 ? ligado em série. Qualquer um dos dois pode monitorar o nível da saída do 74141 no acionamento, conforme mostra a figura 6.
Ligando o seletor a uma fonte de 5 V, devemos tocar inicialmente no sensor X2 que faz o acionamento progressivo e com o multímetro ou o LED verificar se as saídas correspondentes vão sendo ativadas a cada toque. Ao mesmo tempo, basta observar se o display muda a cada toque.
Se o display não mudar e não houver acionamento das saídas devemos verificar se nas saídas de CI-1c e CI-1d são produzidos os pulsos de comutação. este procedimento nos permite isolar o bloco que apresenta um possível problema de funcionamento.
Uma vez comprovado o funcionamento é só fazer a conexão na saída do circuito dos elementos que devem ser controlados.
Para um sistema seletor de estações por Varicap que normalmente opera com tensões diferenciadas pode ser usado em cada saída o circuito buffer da figura 7.
Este circuito permite que tensões de até 30V sejam usadas no acionamento dos varicaps que tem as estações pré-selecionadas nos trimpots.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS
CI-2 - 74LS192 - circuito integrado TTL-LS
CI-3 - 7447 - circuito integrado TTL comum
CI-4 - 74141 - circuito integrado TTL comum
DP1 - display de 7 segmentos de anodo comum
D1, D2 - 1N4148 - diodos de silício de uso geral
Resistores: (1/8W, 5%)
R1, R2, R3, R4 - 4,7 M?
R5 - 1 M?
R6 a R12 - 330 ?
Capacitores:
C1, C2 - 4,7 nF - cerâmicos ou poliéster
C3, C4 - 100 nF - cerâmico
C5 - 100 uF/6V - eletrolítico
Diversos:
X1, X2 - Sensores - ver texto
Placa de circuito impresso, soquetes para os integrados, material para fonte de alimentação, fios, solda, etc.
