Projeto de eletrônica Digital – Contador com SetPoint – Parte 2 !

E a história do projeto de eletrônica digital continua …

Bem, de algum lugar eu teria que partir. Como eu queria ter um setpoint, eu precisaria ter uma maneira de comparar estes pulsos. Pensei em qual seria a melhor maneira de fazer isto com o mínimo de CI´s possíveis. A resposta que veio em minha mente foi: fazer a contagem dos pulsos utilizando um CI que tivesse saídas BCD; através destas saídas, eu acionaria tanto o display, como utilizaria um monte de portas AND para comparar os estados. No papel, muito bonito, mas: será que existiam estes circuitos ?

Googlando, descobri que sim: tudo isso era comercial e, melhor ainda, existem CI´s chamados de comparadores de magnitude digital, que comparam dois barramentos de contagem digital, exatamente o que eu precisava! Então, o projeto não estava perdido, afinal.

Para entrar com o setpoint, eu utilizaria chaves Thumbwhell BCD´s, que são relativamente baratas e fáceis de serem encontradas. Todos os sinais das chaves iriam para o CI comparador de magnitude, bem como os sinais das contagens: outra parte dos sinais iria para os drivers de display de 7 segmentos, que acionariam os displays.

Para a contagem, resolvi utilizar o CI 4518, que é um contador BCD duplo. Os sinais BCD iriam para dois CI´s 4511, que são drivers para displays de 7 segmentos com entradas BCD. Estes drivers também contam com o recurso de teste de display, sendo necessário um pulso de nível lógico 0 no pino correspondente. E, para a configuração, encontrei um CI 74ALS521, que é um comparador de magnitude de 8 bits. EPA!!!!! Um circuito TTL, ainda mais um ALS, no meio de um circuito CMOS ? Isto está errado, não está?

A resposta ? Sim, está! Mas eu não sabia disso e fui aprender, bem mais para a frente …

Mas isto é assunto para o próximo post !

Anexo: Lembram-se do pré-projeto que era necessário apresentar? Vou colocar aqui o texto, na íntegra: assim, caso alguém resolva utilizar, sinta-se livre para tal! Ou quem sabe, desenvolver melhor a idéia.

1.Projeto – Contador Digital de 0 a 99

O projeto será um contador de pulsos, de 0 a 99 pulsos, com botão de reset e inibidor de contagem. O projeto incluirá dois displays de 7 segmentos para a indicação dos pulsos contados.

Ao realizar pesquisas, concluimos que o CI 4033 é o dispositivo ideal para o projeto, pois o mesmo permite a ligação de um display de 7 segmentos sem a necessidade de um circuito decodificador, e também permite a ligação de vários CI’s em cascata, para a contagem de dezenas. O projeto incluirá um botão de teste do display, aproveitando esta capabilidade do circuito integrado.

Outra opção poderia ser a utilização de um CI 4017, porém, neste caso, seria necessária a utilização de um decodificador decimal para o display. Ou a indicação da contagem poderia ser feita através de bargraphs, o que prejudicaria a visualização.

O CI 4033 possui uma entrada de pulso (clock), uma entrada inibidora (clock inhibit), duas entradas Ripple Blanking In e Ripple Blanking Out (utilizadas para mostrar números fracionários, não utilizados em nosso projeto), uma saída Carry Out (que funciona com o princípio do contador Johnson, e será utilizada para ligarmos um segundo contador em cascata, uma vez que este bit completa o seu ciclo a cada 10 pulsos de entrada), as saídas a até g para o display de 7 segmentos, e uma entrada de Lamp Test, que é utilizada para verificação do estado do display. O CI 4026 possui todas as capabilidades necessárias para o projeto, porém, o CI 4033 será utilizado por prover a função Lamp Test.

A princípio, será utilizada a alimentação através de 4 pilhas AA, totalizando 6 volts, e, caso necessário, um CI 7805 para a regulagem desta tensão para 5 Vcc, tensão de nível alto de circuitos digitais.

Este circuito é simples e de fácil montagem, e, com a adição de itens, pode fazer contagem automática (com a adição de um clock externo no lugar do push-button), ou comutar uma máquina após a contagem de um número de pulsos prédeterminado (com a adição de um comparador digital e uma chave thumbwell). Portanto, este circuito poderá ser dotado de novas capabilidades no futuro, não previstas nesta fase de pré-projeto.

Durante as pesquisas, foram feitas também um pré projeto de um contador com set-point. Embora o princípio de funcionamento seja o mesmo, foram usados diferentes componentes. Neste caso, a contagem seria realizada através de um CI 4518, um contador BCD duplo. Utilizando o sistema numérico BCD (Binary coded decimal) torna simples a comparação dos estados, necessário para o set-point e saída. O set-point será definido através de duas chaves ThumbWell, também BCD, e a comparação através do CI 74ALS521, um comparador de 8 bits (sendo 4 bits para a unidade e 4 bits para a dezena). Para a amostragem do número de pulsos contados, serão utilizados 2 CI´s 4511, que são conversores BCD para display de 7 segmentos.

Projeto de Eletronica Digital – Contador com SetPoint – Parte 1!

Hoje vou começar a contar a saga que estou vivendo neste semestre, na matéria Eletronica Digital II. Peço perdão ao pessoal da mobilidade, pois este post é voltado ao pessoal da engenharia. Bem, muita gente que gosta de mobilidade acaba virando hobbysta, e essa saga pode ser interessante a esse publico tambem .

Sem mais delongas, vamos lá: meu professor de eletrônica Digital, Henrique Del Bianco, propôs para a classe realização de um projeto simples de sua matéria. Deu, inclusive, várias idéias, como por exemplo jogos com displays de barra, que eram considerados muito modernos na década de 80! Porém, com algumas restrições:

não poderiam ser utilizados microcontroladores. A razão é simples: ainda não tivemos a matéria. Logo, ou o aluno já conhecia o assunto, e isso seria desleal com o resto do seu grupo, ou ele estava copiando da internet.

deveria ser entregue um pré-projeto, no meio de setembro. Isso, além de ajudar o aluno a se preparar para o mercado de trabalho, ajudava a desenvolver um ponto importante: criação e cumprimento de datas e metas.

Bem, meu grupo quase não cumpriu. Faltando uma semana para a entrega do pré projeto, não sabíamos o que fazer. Eu queria fazer um VU Meter digital, utilizando AD´s (conversores analógicos-digitais) mas o professor não deixou, pois, segundo ele, este projeto poderia ser feito de modo analógico. Eu discordei e continuo discordando, pois o VU era só a ponta do iceberg de um projeto maior que eu gostaria de fazer, e eu preciso dele ser digital! Mas tudo bem. Resolvemos, após 30 segundos de reunião, fazer um contador de 0 a 99 através de entrada de pulso.

Ao chegar em casa e fazer uma pesquisa rápida pela internet, vejo que o projeto seria simples demais. Existem circuitos integrados que faziam o projeto praticamente sozinho. O que eu precisava era de um CI contador e um driver para o display de 7 segmentos. Pesquisando, encontro o CI 4033 que fazia isso sozinho, além de poder ser ligado em cascata (falando para gregos: esse CI permite a ligação com outro(s) igual(is) para ir propagando a contagem. Desta forma, um será a unidade, outro a dezena e assim por diante). Tudo era lindo e maravilhoso, o projeto poderia ser utilizado até no meu trabalho para substituir um contador mecânico. Mas não, eu achei o projeto fácil demais, e resolvi incrementar: resolvi colocar uma maneira de definir um número de pulsos (isso é chamado de preset ou setpoint) e um relé para a comutação de dispositivos. O projeto ficou com uma cara mais profissional, e, embora eu não me arrependa, me tirou cabelos e mais cabelos, uma vez que a placa é muito difícil de ser confeccionada.

Por causa de todas as dificuldades, me senti motivado a escrever essa saga, para compartilhar todo o conhecimento adquirido com todos. Nos próximos capítulos, veremos reviravoltas, escolhas erradas, escolhas certas, desespero, mails as 3 da manhã, eu enchendo o saco de algumas pessoas via twitter … E a saga ainda não acabou! Só espero que ela tenha um final feliz. O projeto vale 5 pontos na prova P2, hehe.

Aos passageiros, tenham uma boa viagem e aguardem os próximos capítulos dessa saga!

Publicado pelo Wordmobi

Sistemas Numéricos – Parte I

(ou também – entenda a piadinha nerd do “o número de pessoas que conhecem números binários são 10 – as que entendem e as que não”)

A história dos números inicia-se a 6000 anos atrás, onde as civilizações egípcias e sumérias sentiram a necessidade de representar, através de símbolos, unidades que os auxiliariam a medir extensões de terras, fazer trocas comerciais, etc. Estava aí o início da história dos números.

Por volta de 1650 a.C., o egípcio Aahmesu escreveu o Papiro Ahmes, um manual de matemática contendo 90 problemas do dia-a-dia, como preço de pão, a alimentação do gado, etc. Todos resolvidos. Ele é a base para os cientistas compreenderem o sistema numeração egípcio, que se baseava em 7 símbolos para representar 7 números-chave. (http://br.geocities.com/superbetorpf/evolnum.htm)

Para conhecer mais desta bonita história, que nos permite fazer diversas coisas, entre elas adquirir nossos amados gadgets, e fazer contas e mais contas, acesse o endereço acima.

Todos os sistemas de numeração são posicionais. Quando eu era um jovenzinho e estava na escola, aprendi a contar através do sistema do hotelzinho: o hotelzinho barato, da unidade, comportava 9 pessoas. O da dezena, comportava 99, e assim por diante. Hoje, o sistema de ensino faz uso destes cubinhos, quadrados, etc. mas a idéia é a mesma: cada número ocupa uma posição.

Um número posicional sempre será um dígito inferior à base. Por exemplo, na base 10, temos os números de 0 a 9. Para representar a base, já temos que fazer uso de duas posições. (1 ocupa a segunda posição). Já e

E essa história de posição? É o seguinte: O número ocupa o lugar correspondente da potência da base. Todo número será representado da seguinte maneira : N_b = a_n.bⁿ + …. + a₂.b² + a₁.b¹ + a₀.b⁰.  Confuso ? Vamos para um exemplo : o número 128. Nessa representação, ele seria: 1*10²+2*10¹*8*10⁰ (para os desavisados, isto é 1 ).

A base de 10 é ótima para a nossas vidas, mas é péssima para os computadores. Enquanto vivemos em um mundo analógico, onde tudo pode variar de 0 a 100%, com valores infinitos entre eles, o mundo computacional é digital, onde tudo é 0 e 1. Portanto, para atender os requisitos deste formato, foram criadas outras bases:

• Binária: A base mais conhecida, após a decimal, e a retratada na piadinha citada no início do post. Sendo por base 2, os únicos números permitidos serão 0 e 1. Importantíssima, é a base de toda a eletrônica digital. Toda a eletrônica digital se baseia nesta base! (portanto, se você pretende ser um engenheiro, aprenda isto!). Como já citado, o número 10 representa o dígito de origem da base (2).
• Octal: Base 8. Está caindo em desuso, ainda é utilizada em algumas linguagens de programação.
• Hexadecimal: Base 16. Importantíssima na automação industrial, na engenharia. A base 2 gera dígitos muito grandes, e a base 16 é a sua “evolução”. E como representar os números superiores a 9 ? Com letras. Neste caso, A=10, B=11, até F=15. Como sempre, o 10 é o número 16.

Representação de bases numéricas: Para sabermos em qual base estamos trabalhando, é simples: colocamos o seu número, minúsculo, ao final do número. Por exemplo: o número 10₁₀ (base 10), é representado por A₁₆, 12₈ e 1010₂. Já o número 10₁₆ é o número 16₁₀, 20₈ e 10000 ₂. Simples assim

Próximo artigo: conversão entre bases.

Abraço!

Maurice Karnaugh e os Mapas de Karnaugh

Todo estudante de eletrônica, TI, ou mesmo os entusiastas já se depararam com os famosos mapas de Karnaugh, utilizados na simplificação de circuitos digitais. Aqui, falarei um pouco da história de um dos seus criadores, Maurice Karnaugh.

Maurice Karnaugh nasceu em 4 de outubro de 1924, em New York City. Estudou matemática e física na City College of New York, entre 1944 a 1948, transferindo-se para a Yale University, para completar o seu Bacharel e Doutorado. Em 1952, é contratado para trabalhar no famoso Bell Labs, um laboratório de importância gigantesca para diversas áreas de tecnologia e engenharia, pois são os inventores do transistor de silício e os primeiros a montarem um MOSFET. Mas não são referências só nestas áreas: na década de 20, o físico Walter A. Shewart introduziu as Cartas de Controle para avaliar o andamento dos processos, o que gerou a base de toda a estatística utilizada nas empresas. (Quer conhecer mais sobre as descobertas desta empresa ? Clique AQUI e veja!).

O matemático americano Edward W. Veitch inventa, em 1952, um sistema gráfico para a otimização de circuitos digitais. Maurice Karnaugh toma conhecimento disto, e, de posse dos estudos, os aprimora, para promover a otimização dos circuitos de chaveamento de telefones (PABX). Utilizando o conhecimento desenvolvido por Veitch, amplia a utilização dos mesmos, com o auxílio dos Diagramas de Venn. Com isto, têm seu nome gravado na história da eletrônica digital.

Um mapa de Karnaugh mostra a influência que as entradas de um circuito digital tem em sua saída, através de uma matriz gráfica. Através da mesma, podemos utilizar os conceitos dos Diagramas de Venn para fazermos associações de valores, e, através destas associações, encontrarmos o circuito lógico final. Temos que associar sempre o maior número de valores iguais, não importando se os mesmos já foram associados anteriormente, para obtermos a menor expressão booleana possível. Um exemplo de um erro comum:

Este exemplo mostra claramente a necessidade de sempre ser efetuada a maior quantidade possível de associações.

Bem, para finalizar, como ficaria um diagrama digital utilizando-se Diagramas de Venn? Irei colocar um exemplo, encontrado na ibibilo.org, de um diagrama de Venn para um circuito simples A’+B’ (A barra + B barra). Bem, garanto que nunca mais iremos reclamar de Karnaugh: seria muito complicado realizar isto através de Diagramas de Venn!