projeto – contadores assíncronos

UNIVERSIDADE SÃO MARCOS
DATA:
HORÁRIO DE ENTRADA:
RGM:
Curso: TECNOLOGIA EM REDES DE TELECOM.
Roteiro – Parte Prática: DISC. CIRCUITOS SEQUÊNCIAIS
Profs Resps.: SÉRGIO PEREIRA / HERMEVALDO P. REIS
Lab.: ECE - 1 Apoio Geral: EQUIPE LAB TELE 2007
Turma: 5º/6ºA – 2º SEMESTRE DE 2007
HORÁRIO DE SAÍDA:
BANCADA:
NOMES DOS COMPONENTES DO GRUPO DE TRABALHO:
PROJETO - CONTADORES ASSÍNCRONOS
O objetivo desse projeto extra é aplicar os conceitos vistos em aula teórica
e os experimentos realizados em ambiente de laboratório e desenvolver um pequeno projeto:
Contador síncrono ou assíncrono e implementá-los em hardware (montagem em proto-board) e
também em software de simulação - MULTISIM.
Para montagem e testes desse projeto está prevista a realização em três fases
seqüênciais, como está citado no diagrama abaixo:
FASE I
OSCILADOR 555
FASE II
CIRCUITO COM
FLIP-FLOP
FASE III
DECODIFICADOR E
DISPLAY
1 - FASE I – OSCILADOR 555
O objetivo dessa primeira fase é calcular a freqüência de oscilação quando trabalha
como circuito estável.
O 555 é um circuito integrado (chip) utilizado em uma variedade de aplicações de
temporização ou como multivibrador. 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.
Iremos utilizar o 555 como oscilador eletrônico (modo estável) é um circuito eletrônico que
produz um sinal eletrônico repetitivo, em nossa aplicação uma onda quadrada. Sem a
necessidade de aplicação de um sinal externo.
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Turma: 5º/6ºA – 2º SEMESTRE DE 2007
O impulso aparece quando a entrada de disparo (TRIGGER IN) cai abaixo de 1/3 da tensão
de alimentação, que neste caso é de 5V. A entrada do pulso de disparo tem que ser mais curta
que a largura do impulso de saída T. Às vezes convém proporcionar o impulso do disparador
médio de um circuito diferenciador formado por um capacitor e uma resistência. O impulso de
saída procedente deste circuito é aproximadamente igual a constante de tempo RC, no que a
largura se refere.
Na figura 1 mostra um circuito estável que utiliza um CI 555.
Figura 1 – Circuito de modo estável 555.
A temporização se controla por meio dos valores de Ra, Rb e C. A saída é alta durante
um tempo Th, dado pela expressão:
Th = 0,695 (Ra + Rb) C
A saída é baixa durante um tempo T1, dado pela expressão:
T1 = 0,695 Rb C
Algebricamente pode demonstrar que o período total e a freqüência de repetição dos
impulsos são demonstrados por:
T = Th + T1 = 0,695 (Ra = 2Rb) C
F = 1/T = 1,44/ ( (Ra + 2Rb) C)
O 555 tem duas entradas de controle adicionais. Uma entrada de reposição (RESET) que
para imediatamente a saída e a põe a nível baixo, e uma entrada de tensão de controle (Cv)
que se pode utilizá-la para varia a largura do impulso de saída, variando a tensão contínua a ela
aplicada e que varia a freqüência estável de oscilação.
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Figura 2 – Configuração do circuito de modo estável 555
Figura 3 – Circuito simulado no MULTISIM - Modo estável 555
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1.2 - RELAÇÃO DE MATERIAL
Quantidade
1
1
1
1
1
5
1
2
2
-
Descrição
Fonte de tensão de +5VCC (VDC)
Matriz de contatos
Multímetro
Osciloscópio
CI LM555, NE555
Resistores de 100, 1K e 10K Ω
Potenciômetro de 100K Ω
Capacitores 100nF
Cabos banana-banana
Fios rígidos 0,51mm φ
2 - FASE II – CIRCUITOS COM FLIP-FLOP E CIRCUITOS COMBINATÓRIOS
PARA CONTADOR ASSÍNCRONO
Nessa fase será verificado o funcionamento de contadores assíncronos Crescente e
Decrescente.
2.1 - PREPARAÇÃO – CONCEITOS
2.1.1- Contador Assíncronos Crescente
Nestes contadores, a saída de um Flip-Flop é ligada a entrada de clock do Flip-Flop
seguinte, ou seja, somente um Flip-Flop é controlado por pulsos de clock externos.
O numero “n” de estados internos irá caracterizar o modulo do contador. Assim, por
exemplo, um contador que possui oito estados internos é dito de modulo 8. Se este contador for
do tipo crescente, a sua base binária de contagem é de 000 a 111.
Figura 4 - Contador Assíncronos Crescente
O ciclo de contagem se repete após o 8º pulso de clock, pois todas as saídas mudam de
nível lógico “1” para nível “0”, forçando o retorno ao estado inicial: Q2 = 0, Q1 = 0 e Q0 = 0.
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Pode-se, então, construir a seguinte tabela:
Figura 5 – Seqüência de Saída do Contador e Diagrama de Estado do Contador Crescente
2.1.2 - Contador Assíncrono Decrescente
O contador módulo 8 também pode fornecer em suas saídas, uma contagem decrescente como
mostra o diagrama de estados abaixo:
Figura 6 –Diagrama de Estado do Contador Descrescente
Uma das formas de se construir um contador assíncrono decrescente módulo 8 é dada abaixo:
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Figura 7 - Contador Assíncronos Descrescente
2.3- Metodologia
M1- Será montado, inicialmente, um contador assíncrono crescente de módulo 16 (de 0 a 15),
utilizando Flip-Flop tipo JK master-slave e depois um contador decrescente de módulo 16.
M2- em seguida, será montado um contador assíncrono UP-DOWN de módulo 8. Uma linha de
controle irá determinar o tipo de contagem. Esta contagem será monitorada por display de sete
segmentos, utilizando-se o CI 7447 para decodificar/ acionar o display.
2.4 - Relação de Material
Quantidade
1
1
1
1
1
2
2
1
1
4
8
6
1
-
Descrição
Matriz de contatos
Fonte de alimentação de +5V
CI 7400
CI 7408
CI 7432
CI 7476
CI 4027
CI 7447
Display de 7-segmentos tipo ando comum
LEDs
Resistores de 330Ω
Resistores de 1Ω
Chave H-H
Fios rígidos 0,51mm φ
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2.5 - Praticando
P1- Utilizando-se Flip-Flops tipo JK master-slave, sensíveis a borda de descida (CI
7476), montar e estudar a seqüência de contagem do circuito mostrado a seguir. Impor estado
inicial igual a zero, através do controle Clear.
Figura 9 – Circuito com Flip-Flop
P2 - Montar e estuda a seqüência de contagem do circuito a seguir. Impor estado inicial
iguala 15, através do contador Preset.
P3 - Colocar a linha de controle X em “0” e aplicar pulsos de clock, monitorando a
seqüência de contagem através do display.
P4- Colocar a linha de controle X em “1” e aplicar pulsos de clock, monitorando a
seqüência de contagem através do display.
P5- Utilizando Flip-Flops JK sensíveis à borda de subida (CI 4027), montar o contador
assíncrono a seguir. A seqüência de contagem será monitoramento pelo display de 7
segmentos. Para isso utiliza-se o CI 7447.
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Figura 12 – Circuito com Flip-Flop utilizando o circuito eliminador de ruíd
3 - FASE III – DECODIFICADOR BCD DE 7 SEGMENTOS E DISPLAY
Nessa fase, o objetivo é verificar o funcionamento de um CI decodificador em conjunto com
um display de 7 segmentos.
3.1 PREPARAÇÃO – CONCEITOS Display
Para verificação dos algarismos decimais é comum utilizar em mostrador onde a
combinação de 7 segmentos de retas, luminosos ou não, são capazes de formar os 10
algarismos do sistema decimal. Este dispositivo é conhecido como display de 7 segmentos.
Existem displays de 7 segmentos eletromecânicos, outros construídos com lâmpadas
incandescentes, displays que utilizam LEDs, cristal liquido, etc. um tipo muito conhecido é o
construído com LEDs.
Os LEDs que constituem o display são alocados no componente numa disposição padrão
recebendo cada um deles uma letra minúscula para identificação. As letras são a, b, c, d, e, f e
g. os displays trazem, ainda, m ponto identificado pela letra “p”.
Quanto ao tipo de ligação interna, os displays podem ser classificados como anodo comum
e catodo comum. No display anodo comum, todos os anodos dos LEDs que formam o display
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estão ligados entre si formando um único terminal – o anodo comum. No display catodo comum,
todos os catodos dos LEDs que formam o display estão ligados entre si formando um único
terminal – o catodo comum.
Figura 13 – Display de 7 segmentos anodo e catodo comum
Os LEDs que compõem o display suportam no máximo 2V/ 20mA, portanto não podem
ser ligados diretamente nas saídas das portas lógicas. É necessário utilizar um resistor em serie
para proteger os LEDs da corrente excessiva.
3.2 - Decodificador 7447
A Figura seguinte mostra os pinos do CI 7447 - decodificador/ driver BCD para 7
segmentos, ativo em nível baixo, saída – coletor aberto.
Figura 14 – Decodificador 7447
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3.3 - Tabela de Funcionamento do CI 7447
Figura 15 – Tabela de Funcionamento do CI Decodificador 7447
3.4 - METODOLOGIA
M1 – Será implementado um circuito acionador decodificador para display de 7 segmentos
usando o CI 744 e um display anodo comum do tipo SD 567.
3.5 - RELAÇÃO DE MATERIAL
Quantidade
1
1
1
1
1
7
2
-
Descrição
Fonte de tensão de +5VCC (VDC)
Matriz de contatos
Multímetro
CI 7447
Display SD 567 (anodo comum)
Resistores de 330 Ω
Cabos banana-banana
Fios rígidos 0,51mm φ
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3.6 - PRATICANDO
P1 – Implementar o circuito abaixo.
Figura 16 – Decodificador 7447 e Display de 7 segmentos.
P2 – Ligar a fonte de alimentação e aplicar níveis lógicos as entradas A, B, C e D do circuito,
conforme as indicações das linhas da tabela da verdade. Para cada situação de entrada
verificar o algarismo formando no display.
P3 – Colocar por um instante a entrada Lamp Test em nível baixo, ligando-se o pino 3 ao
terra do circuito. (RI-II)
P4 – Verificar o que acontece ao passar a entrada BI / RBO DO Vcc para o terra.
4 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ARAÚJO, Celso de e CHUI, William Soler. Praticando Eletrônica Digital, 3ed. São PauloSP: Érica, 2000.
[2] DEGEM SYSTEMS. EB-134 – Circuitos de Lógica Seqüênciais (Parte Prática).
DEGEM SYSTEMS, 2000.
[3] CAPUANO F. G. Elementos de Eletrônica Digital. 32ª edição, ed. Érica. São
Paulo, 2005.
[4] TOCCI, R. J., Sistemas Digitais – Princípios e Aplicações. 5ª edição, ed. LTC, Rio
de Janeiro – RJ, 1999.
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