Introdução

Iremos expor como foi montado o relógio digital de 24 horas com CI 74LS93 e decodificador 7447, bem como a montagem do oscilador 555 para geração dos pulsos de clock.

Abaixo vamos descrever os métodos de montagem do relógio digital 24 horas.

Primeiro, falaremos do circuito oscilador, montado a partir do CI NE555. Mas antes um pouco de história:

O 555 é um circuito integrado (chip) utilizado em uma variedade de aplicações de temporização ou como multivibrador. O CI foi desenhado por Hans R. Camenzind. Ele foi projetado em 1970 e comercializado em 1971 pela Signetics (mais tarde adiquirida pela Philips). O nome original era SE555/NE555 e foi chamado de "The IC Time Machine". Ele continua em amplo uso, graças ao seu uso simples, baixo preço e boa estabilidade. ainda hoje, a Samsung na Coréia fabrica acima de 1 bilhão de unidades por ano (2003).

O temporizador 555 é um dos mais populares e versáteis circuitos integrados jamais produzidos, ele é composto por 23 transistores, 2 diodos e 16 resístores em um chip de silício em um encapsulamento de 8 pinos duplo em linha (DIP). Da mesma familia de temporizadores temos ainda o CI 556 composto pela combinação de dois temporizadores 555 combinados em um encapsulamento de 14 pinos DIP. O CI 558 é um encapsulamento de 16 pinos DIP que combina quatro temporizadores 555. Tambem estão disponíveis versões de ultra baixa potência como o CI 7555, que utiliza um número menor de componentes externos e tem menor consumo de energia.

O 555 tem três modos de operação:

Modo monoestável: nesta configuração, o CI 555 funciona como um disparador. Suas aplicações incluem temporizadores, detector de pulso, chaves imunes a ruído, interruptores de toque, etc.

Modo estável: O CI 555 opera como um oscilador. Os usos incluem pisca-pisca de LED, geradores de pulso, relógios, geradores de tom, alarmes de segurança, etc.

Modo biestável: o CI 555 pode operar como um flip-flop, se o pino DIS não for conectado e se não for utilizado capacitor. A aplicações incluem chaves imunes a ruído, etc.

Curiosidade: o nome "555" foi adotado em alusão ao fato de que existe uma rede interna (divisor de tensão) de três resistores de 5kohm que servem de referência de tensão para os comparadores do circuito integrado.

A partir dessa o outras teorias, montamos o oscilador abaixo:

Fig. 1 – Esquema do oscilador 555

Na porta 3 é a saída do clock. Com um potenciômetro de 100K foi possível controlar a freqüência do pulso de clock.

Em seguida montamos o circuito dos segundos, conforme esquema abaixo:

Circuito dos segundos:

Fig. 2 – esquema do contador dos segundos

Para fazer o contador usamos um CI74LS93, um contador assíncrono de módulo 16. Consiste de duas partes distintas: um divisor de freqüência por dois e um divisor por oito, onde cada divisor possui entrada clock independente. Os divisores podem ser interligados para a obtenção de um divisor por dezesseis, desde que a saída QA seja conectada externamente a entrada B. Aplicando o clock na entrada A, o contador assume a contagem binária de 4 bits ou como divisor por 16 e retorna ao estado inicial a cada dezesseis pulsos. As figuras a seguir ilustram melhor seu funcionamento.

Fig. 3 – esquema do 7493 e saídas

Para que o contador conte de zero até nove, a saída Qd(11) e Qb(9) são ligadas nas entradas reset1(2) e reset2(3), respectivamente. Então, na contagem crescente, quando o CI apresenta as saídas 10102, ou 1010, o sinal 1 é enviado para as entradas de reset e o CI retoma a contagem a partir do zero. Do pino 11 sai um sinal que servirá de pulso de clock para o próximo CI (contador para o dígito decimal). Para o contador do dígito decimal não necessita ser usado as portas 14 e 12, pois o contador varia de 0 a 6(000 a 110). Foi feito um jumper entre as portas 8-2 e 11-3 para limitar a contagem de zero a cinco. O sinal vindo da saída 11 do primeiro entra na porta 1 do segundo CI para servir de sinal de clock.

Contador dos minutos:

O esquema de montagem do contador dos minutos é semelhante ao dos segundos, a diferença é que o pulso de clock aplicado provém da porta 11 do segundo contador 7493 (dígito decimal do esquema dos segundos). Da saída 11 do quarto CI sai um sinal que servirá de pulso de clock para o contador das horas.

Fig. 4 – Esquema de montagem dos minutos

Contador das horas:

Fig. 5 – Esquema de montagem das horas (24 horas)

Para o contador das horas foi utilizado um CI74LS08 para efetuar as operações de reset, evitando a interferência de sinais noa decodificadores 7447, descritos posteriormente.

Para resetar o contador das unidades a cada 10 pulsos (contagem de 0 a 9), as saídas 9 e 11 desse CI foram passadas por uma porta AND (74LS08), para enviar um sinal simultâneo nas portas de reset 2 e 3. Da porta 11 desse CI sai um sinal de clock para a porta 1 do próximo CI (decimal das horas). Para que o contador volte para o zero após as 23 horas, pegamos o sinal da porta 8 do decimal e da 8 da unidade e jogamos em uma porta AND. A saída dessa porta AND ligamos em duas outras portas AND, separadas, com uma das portas ligadas em 5 volts, conforme esquema das portas 4, 5, 1 e 2 das portas AND acima. Das saídas das portas AND, cada uma vai para as entradas de master reset dos contadores (postas 2 e 3). A finalidade desta ligação é para evitar envio de sinal positivo para os decodificadores quando os mesmos deveriam estar em baixo.

Decodificador 7447

Teoria:

Decodificador é um circuito lógico que recebe em suas entradas um código que representa um número binário e ativa a saída correspondente a esse número binário. Os decodificadores são circuitos combinacionais sem memória mas são bastante usados em sistemas digitais. Muitas aplicações que envolvem medições é necessário que o valor binário em um registrador ou contador seja mostrado em um display. Os circuitos integrados 7446 e 7447 são decodificadores BCD para 7 segmentos. O diagrama de um decodificador BCD para 7 segmentos é mostrado na figura abaixo:

Fig. 6 – Esquema decodificador 7 segmentos

Como os displays usados são formados com LEDs, cada segmento do display necessita de uma corrente alta para acender. Circuitos TTL e CMOS não tem capacidade de fornecer corrente suficiente e por isso não são usados para acionar diretamente os displays. Os decodificadores/driver BCD para 7 segmentos podem acionar diretamente displays de LEDs.

No caso do nosso relógio, ligamos as saídas 12, 9, 8 e 11 do 7493 nas entradas 7, 1, 2 e 6 do decodificador, respectivamente (válido para o dígito das unidades das horas, minutos e segundos). No caso dos dígitos decimais, são ligados as saídas 9, 8 e 11 do 7493 nas entradas 7, 1 e 2 do decodificador. A entrada 6 do decodificador fica ligada em zero. Essa operação é justificada pelo fato dos dígitos decimais utilizarem apenas 3 bits para contarem – 0 a 6 para segundos e minutos(000 a 110) e 0 a 2 para horas (000 a 010).

Fig. 7 – Esquema de ligação nos decodificadores

As saídas 13, 12, 11, 10, 9, 15 e 14 do decodificador são ligadas as entradas A, B, C, D, E, F, e G do display. No nosso caso utilizamos displays anodo comum, pois o 7447 é ativo em baixa.

O resultado está apresentado abaixo:

Conclusões

O trabalho de montagem do relógio digital foi muito prazeroso e instrutivo. Permitiu relembrar os conceitos aprendidos em aula e aprender conceitos novos, úteis em sala de aula, em laboratório e também para pequenos trabalhos caseiros e utilidades.

Fim