O Contador Síncrono Com Clock Gerado Pelo CI LM555

Contador Síncrono Com Clock Gerado Pelo CI 555

Airazec Nascimento Santos

Engenharia Elétrica 7ª Período Noturno

Centro Universitário Alves Faria (UNIALFA)

Goiânia, Goiás

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1. Resumo

Este relatório tem como finalidade descrever de forma detalhada, o que foi observado durante a simulação em Proteus de um circuito contador síncrono de 00-99, cujo clock é a combinação de pulsos gerados pelo circuito integrado 555.

1. Introdução

A partir das ferramentas gráficas e visuais disponíveis no software Proteus, pretende-se demostrar como trabalha alguns componentes utilizados na eletrônica digital, são eles, CI 555, porta lógica XOR e conversor BCD 7 seguimentos 4511, aplicado ao um contador BCD de 4bits baseado no flip-flop 7476.

O CI555 em combinação com a porta XOR, podem ser considerados os principais componentes deste circuito, pois são responsáveis por tornar possível a contagem, e também definem a velocidade da mesma. O conversor BCD 4511 é o responsável por converter os 4 bits gerados pelo contador, em 7 bits que alimentam o display de 7 segmentos que mostra a contagem.

1.  Contador Síncrono

Nos contadores assíncronos, o clock é passado de um flip-flop para outro, isso gera um grande problema, chamado de acumulo de propagação, que são simplesmente atrasos, devido a isso sua aplicação fica inviável para trabalhos que demandam precisão. Esse problema pode ser contornado utilizando contadores síncronos, onde os pulsos de clock são disparados para todos os FF no mesmo instante, ou seja, se esses são do tipo de borda de subida, no mesmo instante em que o FF1 receber o pulso, os FF2, FF3,....,FFn da sequência, receberão o mesmo pulso no mesmo instante.

Nos contadores assíncronos, todos os FF da cadeia se encontram no modo toggle, J=1 e K=1, já para os contadores síncronos, o único flip-flop neste modo é o primeiro, os demais, devem estar ativos somente no momento oportuno. Isso pode ser visualizado na figura 1, onde as portas AND’s só ativam o FF superior caso identifiquem o nível lógico 1 em todas as portas.

                         Contador BCD 0-9

[pic 1]

 Figura 1

Esta configuração de contador executa uma contagem de 0 a 15, em BCD de 0000 a 1111. Como necessitamos de uma contagem de 0 a 9 (0000 a 1001), precisamos reinicia todos os flip-flops ao atingir este valor. Para isso utilizamos uma porta NAND, ligada a todos os REST’s dos FF’s, quando ela identifica a contagem B=1 e D=1, a contagem é reiniciada. Segue a tabela verdade para este contador:

[pic 2]

Tabela 1

O capacitor de 1uF paralelo a saída D, serve para dar um pequeno atraso no nível lógico gerado por essa saída, sendo possível assim ser detectado pela porta NAND. Caso este capacitor seja retirado, a contagem é realizada de 0 a 7.

1. Circuito integrado 4511

O CI 4511 tem o papel fundamente neste circuito contador, que é converter a contagem binária (BCD) recebida em seus terminais de entrada A, B, C e D em 7 bits que alimentarão cada diodo especifico de um display de 7 segmentos.

              CI4511 Aplicado ao Circuito

[pic 3]

Figura 2

Pinos do CI4511(Datasheet)

[pic 4]

Figura 3

1. Circuito integrado 555

O circuito integrado 555 é um gerador de pulsos utilizado em diversas aplicações. Neste projeto o CI 555 foi utilizado como clock para o contador.

O 555 possui diversos modos de operação, são eles: Monostable Operation, Astable Operation, Pulse Width Modulator, Frequency Divider, Pulse Position Modulator, Linear Ramp e 50% Duty Cycle Oscillator. Para este projeto utilizamos a configuração Astable Operation, que nos permite configurar diversas frequências a partir de três parâmetros,RA,RB e C.

  Configuração Astable Operation (Datasheet)

[pic 5]

                                     Figura 4

O princípio de funcionamento deste componente está no tempo de carga e descarga do capacitor C. Onde th é o tempo de carga do capacitor, que está relacionado aos resistores RA e RB, tl é o tempo de descarga, e está relacionado somente com RB. Segue as equações retiradas do datasheet do componente para o adequar a nossas aplicações.

         (1)[pic 6]

                       (2)[pic 7]

                         (3)[pic 8]

Como RB está diretamente ligado ao tempo em que o pulso fica em nível lógico baixo, foi utilizando um potenciômetro linear no lugar do resistor RA, para ajuste do Duty cycle do pulso sem alterar drasticamente a frequência de operação.

             CI555 Aplicado ao Circuito

[pic 9]

                  Figura 5

1. Procedimentos experimentais

Material utilizado no experimento:

1. Proteus

1. 2 Displays 7 seg catodo comum.
2. 8 Flip-Flops 7476
3. 2 CI 555
4. 2 CI 4511
5. 1 Resistor de 2k2Ω
6. 2 Resistor com 16 pinos
7. 2 Potenciômetros
8. 4 Portas AND
9. 2 Portas NAND
10. 1 Porta XOR
11. 4 Capacitores de 10nF

1. Datasheet CI555
2. Datasheet CI4511

O experimento consiste basicamente em:

Gerar dois sinais de mesma frequência de duty cycle diferentes com o oscilador 555, de posse destes sinais, fazer comparação dos mesmos com uma porta XOR, a saída desta porta será utilizada como clock da parte responsável por contar as unidades.