PROJETO INTEGRADOR DE CIRCUITOS

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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
DIRETORIA DE EXATAS 
 
 
 
 
SEMÁFORO UTILIZANDO PILHA DE VOLTA E LED 
PARA VISUALIZAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
São Paulo 
2022 
 
 
AUTORES 
 
André Luiz Leite Carlos (RA 321200542) 
Ademir Alves de Oliveira (RA 2222102778) 
Arthur Antunes Lino (RA 2222102713) 
Bruno Moraes Cerqueira (RA 2222102442) 
Fernando Limonge de Sousa (RA 922103846) 
Maurício do Nascimento Guimarães (RA 921115536) 
 
 
SEMÁFORO UTILIZANDO PILHA DE VOLTA E LED 
PARA VISUALIZAÇÃO 
 
 
 
 
Projeto integrador de circuitos, apresentado no curso de 
Graduação em Engenharia Elétrica como requisito para 
aprovação no curso de Engenharia. 
 
Docentes: profa. Miréia Florêncio Maio e prof. 
Fernando Aparecido Pacheco da Silva Fortunato 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo 
2022 
 
 
RESUMO 
 
Para os estudantes do curso de Engenharia Elétrica, um dos desafios é a integração dos 
conhecimento na hora de projetar um circuito para um determinado fim e que exigirá a 
integração de conhecimento na forma de cálculos, simulações, protótipos e testes. O 
presente trabalho tem por objetivo exercitar a integração de conhecimentos até o momento 
adquiridos sobre circuitos elétricos, circuitos digitais e desenho técnico elétrico. Para 
alcançar estes objetivos, a abordagem utilizada foi a prototipagem através do 
desenvolvimento de um projeto integrador de circuitos para um semáforo utilizando pilha de 
Volta e LED para visualização. Optou-se por fazer a simulação do circuito no software de 
simulação Proteus em substituição à construção do arranjo experimental para esse fim. Com 
essa simulação foi possível através dos cálculos de divisão de tempo e frequência do 
multivibrador alcançar os tempos dos estágios exigidos para o semáforo. Para o LED verde 
foi de 30 segundos, para o LED amarelo de 10 segundos e para o LED vermelho de 20 
segundos indicando as ações de siga, atenção e pare respectivamente. Com a utilização do 
software de simulação, pode-se calcular os valores dos resistores e capacitores para o 
correto funcionamento do multivibrador com o circuito integrado LM 555 e a inclusão do 
contador para divisão dos tempos dos LEDs. Foi feito também o levantamento de preços 
dos componentes para uma montagem real em protoboard ou placa de PCB. Para a 
assertividade dos tempos de acionamento dos LEDs, usamos as ferramentas fornecidas 
pelo próprio Proteus como contadores de tempo e osciloscópio para medida dos períodos 
dos pulos do LM555. Nas conclusões do trabalho salientou-se que os resultados obtidos 
com a simulação se aproximaram dos resultados calculados devido ao fato dos tempos 
medidos pelo Proteus serem validados apenas no simulador e diferirem dos tempos reais 
medidos pelo relógio do computador, por exemplo. Também mostramos uma discrepância 
entre os valores medido e calculado do período do oscilador com LM555. 
Palavras-chaves: 
Semáforo com LED. Pilha de Volta. Multivibrador astável. Timer/Oscillator 555. Decade 
Counter 4017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. Introdução ........................................................................................... ......................5 
2. Desenvolvimento ................................................................................. .......................9 
2.1 Funcionamento da Pilha de Volta .................................................................... .....9 
 2.2 Funcionamento do Multivibrador Astável e Multivibrador com Circuito Integrado 
LM 555..................................................................................................................................12 
 2.3 Simulação do Semáforo no Proteus e Análise dos 
Resultados............................................................................................................................17 
 2.3.1 – Simulação do Semáforo com LEDs e Oscilador com Circuito Integrado 
LM 555..................................................................................................................................17 
 3. Discussão dos Resultados Obtidos......................................................................28 
 4. Considerações Finais.............................................................................................29 
Referências.........................................................................................................................30 
 
 
5 
 
1 – INTRODUÇÃO 
 Para o projeto integrador de circuitos dois estudos tiveram especial atenção no 
entendimento da montagem do arranjo proposto: A pilha de Volta que fornecerá a 
energia para acender os LEDs e o multivibrador astável que fornecerá o clock para o 
contador com a frequência correta para divisão dos tempos do semáforo. 
 A pilha de Volta, apresentada na figura 1, foi criada pelo químico e físico 
italiano Alessandro Volta (1745–1827). Volta refutou as ideias de Galvani sobre a 
existência de uma eletricidade animal (como vemos, por exemplo na contração da 
perna de uma rã quando estimulada), para ele a perna era simplesmente um condutor 
de eletricidade que se contraía quando estava em contato com dois diferentes metais. 
Essa consideração foi sem dúvida o embrião da fila de reatividade dos metais como 
conhecemos hoje. Aprofundando suas pesquisas, Volta construiu em 1800 a primeira 
pilha elétrica empilhando discos de cobre e de zinco, alternadamente, isolados por 
pedaços de tecido embebecido em solução de ácido sulfúrico, daí o nome de pilha 
para esse dispositivo (VIDAL e PORTO, 2022). 
Figura 1 – Pilha construída por Alessandro Volta 
 
Fonte: GUIDOB, 2022 
O fluxo de elétrons que surge entre os terminais da pilha (zinco e cobre) é o 
resultado de um processo químico chamado oxirredução onde o disco de zinco que 
funciona como polo negativo (ânodo) sofre oxidação, isto é perda de elétrons, e o 
disco de cobre, o polo positivo (cátodo) sofre redução, isto é, ganho de elétrons. Para 
esse efeito ocorrer é preciso que entre os discos (eletrodos) haja uma solução de 
6 
 
ácido, como citado acima, que funciona como uma ponte (eletrólito) permitindo a 
movimentação dos íons, conforme apresentado na figura 2. Esse papel é feito pelos 
tecidos embebidos em ácido entre os discos (BASSINI, 2020). 
Figura 2 – Uma montagem atual da pilha de Volta 
 
Fonte: BASSINI, 2020 
Outro recurso utilizado no projeto foi o multivibrador astável para geração do 
clock para o contador. Com esse clock, o contador de 00-99 pode dividir o tempo para 
acender os LEDs durante um determinado tempo e possibilitando a alternância entre 
eles, simulando o funcionamento de um semáforo. 
Circuitos lógicos individuais podem ser usados para construção de circuitos 
mais complexos como multivibradores, contadores, registradores de deslocamento, 
chaves e memórias (ELECTRONICS TUTORIALS, 2022). Estes circuitos operam 
continuamente entre dois estados distintos: ALTO e BAIXO. Mas para funcionar de 
forma sequencial estes circuitos precisam da adição de uma forma de clock ou sinal 
temporizado para lhes causar uma mudança de estado. Pulsos de clock são 
geralmente formas de onda quadrada ou retangular que produzidos em um circuito 
gerador de pulso tal como um Multivibrador. Multivibradores astáveis tem geralmente 
um ciclo de trabalho uniforme de 50%, ou seja, 50% do tempo a saída é ALTA e os 
restantes 50% do tempo a saída é BAIXA. Isto quer dizer que o ciclo de trabalho para 
um pulso de temporização astável é de 1:1. 
 Circuitos sequenciais lógicos que usam sinal de clock para sincronizarem são 
dependentes também da frequência e, portanto, da largura do pulso para seu 
chaveamento, como mostrado na figura 3 abaixo. 
 
 
7 
 
Figura 3 – Forma de onda do sinal de clock 
 
Fonte: ELECTRONICS TUTORIALS, 2022 
 
Os circuitos sequenciais podem mudar o seu estado por chaveamento usando 
sua barreira de subida (risingedge), sua barreira de descida (falling edge) ou as duas 
barreiras do sinal de clock (ELECTRONICS TUTORIALS, 2022). 
Dentro deste contexto podemos destacar a importância destes estudos para a 
integração de conhecimento sobre circuitos elétricos, circuitos digitais e geração de 
energia a partir de um experimento como o da montagem da pilha de Volta. 
O objetivo do projeto foi transmitir de forma didática e de baixo custo para os 
estudantes de Engenharia Elétrica, uma forma simples de elaborar um sistema de 
controle de acionamento automático de semáforos, usando LEDs como fonte de 
visualização e a pilha de Volta para energizar esses LEDs 
Do exposto, podemos considerar que o projeto integrador seguiu a 
metodologia da observação e experimentação que são usados para corroborar 
conceitos de circuitos elétricos e digitais. Neste sentido a experimentação é uma 
importante metodologia de ensino, e o experimento da construção da pilha de Volta 
juntamente com a simulação dos circuitos em software proporcionou melhor 
entendimento e fixação dos conceitos das disciplinas supracitadas. 
Este trabalho foi divido em quatro grupos textuais para melhor compreensão. 
Um resumo onde apresentamos o trabalho do semáforo utilizando pilha de Volta com 
LEDs para visualização de forma a facilitar a pesquisa por estudantes ou profissionais 
interessados no assunto, a introdução onde descrevemos um pouco dos conceitos 
sobre a pilha de Volta e do multivibrador astável que realizou o clock para o contador, 
os objetivos do trabalho e a metodologia científica empregada. O desenvolvimento 
onde aprofundamos os conceitos da oxirredução na pilha de Volta e a temporização 
com o multivibrador para a divisão de tempo para o semáforo, e os resultados obtidos 
com a montagem do protótipo e a simulação no software Proteus Design Suite versão 
8 
 
8.13 da Labcenter Electronics©. O último grupo textual refere-se a análise dos 
resultados obtidos e as considerações finais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
2 – DESENVOLVIMENTO 
2.1 – FUNCIONAMENTO DA PILHA DE VOLTA 
A oxirredução chamada espontânea pode ser explicada com o mesmo 
experimento realizado por Alessandro Volta e já comentado na Introdução deste 
trabalho. 
 Considere a inserção de uma fita de Zinco (Zn) em uma solução de Sulfato de 
Cobre II (CuSO4) como apresentado na figura 4. Neste arranjo, o Cobre (Cu) metálico 
é depositado no Zinco e o Zinco metálico dissolve-se e forma Zn+2 , porque à medida 
que ocorre a oxirredução, o Zinco é convertido em dois componentes Zn+2 e 2e- . Os 
elétrons fluem no sentido do ânodo onde são usados na reação de redução. 
 
Figura 4 – Arranjo básico de uma célula voltaica. 
 
Fonte: PIRES et al., 2012 
 
 
 O esperado é que o eletrodo de Zinco tenha perda de massa e que o eletrodo 
de Cobre ganhe massa. A partir desses conceitos podemos fazer as seguintes 
observações: 
a) No ânodo os elétrons são produtos (oxirredução); 
b) No cátodo os elétrons são reagentes (redução); 
c) Os elétrons não podem ser conduzidos através da água, íons em solução ou 
um fio metálico podem ser usados para transportar a corrente elétrica. 
 
Nesta célula voltaica espontânea os elétrons fluem do ânodo para o cátodo, desta 
forma ânodo é negativo e cátodo é positivo. Como os elétrons não fluem através da 
solução, eles têm de ser transportados por fio externo (PIRES et al., 2012). 
10 
 
Da definição da célula voltaica podemos determinar o que é Força Eletromotriz ou 
Eletromotiva (fem). Esta força é necessária para impulsionar os elétrons através do 
circuito externo . O potencial de célula (Ecel) é a fem de uma célula. 
Para soluções com concentração 1 mol/L a 25 ºC (condições padrão), a fem 
padrão (potencial padrão da célula) é representada por E0cel . 
O potencial da célula é a diferença dos potenciais dos eletrodos, associados ao 
ânodo e cátodo respectivamente. 
Assim as tabelas de potenciais-padrão do eletrodos têm valores associados à 
reação de redução e são denominados potencias-padrão de redução, E0red . Então o 
potencial da célula é definido como a diferença de potencial-padrão da reação no 
cátodo e o potencial-padrão de redução no ânodo: 
 
 𝐸𝑐𝑒𝑙
0 = 𝐸𝑟𝑒𝑑(𝑐á𝑡𝑜𝑑𝑜)
0 − 𝐸𝑟𝑒𝑑(â𝑛𝑜𝑑𝑜)
0 (1) 
 
Na tabela 1 abaixo, têm-se os potenciais-padrão de redução de uma série de 
semirreações, todas em meio aquoso, medidos a 25º C. 
 
tabela 1 – Potenciais-padrão de redução em água a 25o C 
 
Fonte: PIRES et al., 2012 
 
11 
 
A partir dos valores tabelados de potenciais-padrão de redução, Tabela 1, é 
possível estabelecer uma série de generalizações que auxiliam na interpretação de 
reações em ambiente aquoso: Quanto mais positivo o Eοred, mais forte é o agente 
oxidante à esquerda. Quanto mais negativo o Eοred, mais forte é o agente redutor à 
direita. Um elemento na parte esquerda superior da tabela de potenciais-padrão de 
redução oxidará espontaneamente um elemento que está na parte direita inferior da 
tabela (PIRES et al., 2012). 
 
Resumindo: 
a) As reações com Eοred > 0 (valores positivos) são reduções espontâneas; 
b) As reações com Eοred < 0 (valores negativos) são oxidações espontâneas; 
c) Quanto maior a diferença entre os valores de Eοred, maior é o Eοcel ; 
d) Em uma célula (espontânea) voltaica o Eοred (cátodo) é mais positivo do que 
Eοred (ânodo). 
 
Para avaliarmos a espontaneidade de uma reação de oxirredução, devemos 
considerar que em uma célula (espontânea) voltaica o: 
a) Eοred (cátodo) é mais positivo do que o Eοred (ânodo) uma vez que: 
b) Um Eοred positivo indica um processo espontâneo. 
c) Um Eοred negativo indica um processo não-espontâneo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
2.2 – FUNCIONAMENTO DO MULTIVIBRADOR ASTÁVEL COM CIRCUITO 
INTEGRADO LM 555 
O estudo do multivibrador astável com transistores bipolares (componentes 
discretos) tem interesse didático para entendimento do projeto integrador, por isso em 
uma grande parte das referências bibliográficas encontramos este tipo de arranjo 
como mostrado na figura 5. Para entendermos o multivibrador astável que é o coração 
do temporizador de nosso experimento, vamos analisar primeiro o arranjo com 
transistores e na seção seguinte iremos analisá-lo com o circuito integrado LM 555 
que possui comportamento semelhante a que apresentamos na figura 5. 
Neste arranjo com transistores não podemos afirmar qual transistor irá conduzir 
primeiro, então para fins didáticos vamos assumir que Q1 conduza primeiro enquanto 
Q2 está parado, e o capacitor C2 está carregado completamente. 
Então o circuito do multivibrador astável apresentado na figura 5 abaixo, 
passará a funcionar como segue: Q1 conduz e Q2 está parado, por isso VC1 = 0V 
sendo que toda corrente é desviada para o aterramento (gnd na figura) devido a 
condução de Q1, e VC2 = Vcc devido à queda da tensão em VC2 dado ao circuito 
aberto de TR2 (igual a tensão da fonte). 
Figura 5 – Diagrama de um multivibrador astável com transistores.
 
Fonte: JAIN, 2018 
 
13 
 
Devido à alta voltagem de VC2, o capacitor C2 começa seu carregamento via 
Q1 através de R4 e C1 começa a carregar através de R2 via Q1. O tempo necessário 
para carregar C1 (T1 = R2C1) é maior que o tempo para carga de C2 (T2 = R4C2). 
Como C1 está conectado a base de Q2 e está carregando então esta placa do 
capacitor está em uma tensão maior e quando ela excede 0.65V, então ela polariza 
Q2. Quando C2 está totalmente carregado, então sua placa da esquerda estará a -
Vcc ou -5V e está conectada à base de Q1, por isso ele corta a condução de Q2. 
Nesta situação TR1 não está conduzindo e Q2 conduz, portanto VC1 = 5V e 
VC2 = 0V. A placa esquerda de C1 está previamente com uma voltagem de -0.65V a 
qual começa a subir para 5V e está conectada ao coletor de Q1. A primeira descarga 
de C1 de 0V para 0.65V e em seguida começaa carregar através de R1 via Q2. 
Durante a carga, a placa direita de C1 está em um potencial baixo o qual desliga Q2. 
A placa direita de C2 está conectada ao coletor de Q2 e está inicialmente em +5V. 
Portanto, a primeira descarga de C2 será de 5V para 0V e depois começa a 
recarregar através do resistor R3. A placa esquerda de C2 durante a carga está em 
um potencial alto o qual polariza Q1 e o faz conduzir quando o potencial atinge 0.65V. 
Nesta configuração Q1 conduz e Q2 está parado, conforme a forma de onda da figura 
6. A sequência descrita acima se repete e como resultado obtemos uma forma de 
onda dos dois coletores dos transistores os quais estão fora de fase um em relação 
ao outro. 
Para se conseguir uma forma de onda perfeitamente quadrada dos coletores 
dos transistores como mostrado na figura 6, calculamos as resistências dos coletores 
e das bases dos transistores de forma a serem iguais, isto é, R1 = R4, R2 = R3 e os 
mesmos valores dos capacitores o que fará nosso sistema simétrico. Por isso o ciclo 
de trabalho para o nível baixo e alto da forma de onda de saída é o mesmo o que 
gera uma onda quadrada. 
A constante de tempo da forma de onda depende do resistores da base e do 
coletor do transistor. Mostraremos estes cálculos na segunda seção deste trabalho, 
onde calculamos o período pela relação: Constante de Tempo = 0.693RC (JAIN, 
2018). 
 
14 
 
Figura 6 – Forma de onda de saída dos coletores de Q1 e Q2
 
Fonte: TUTORIALSPOINT, 2022 
 
A amplitude da forma de onda de saída é aproximadamente a mesma da fonte 
de tensão Vcc com o período de tempo de chaveamento entre os estados 
determinado pelas constantes RC dos capacitores e resistores conectados na base 
dos transistores. 
Vamos analisar agora o arranjo da figura 7 abaixo que é bastante similar ao do 
projeto que simulamos no Proteus, utilizando o CI LM 555. 
 Figura 7 – Circuito oscilador básico com 555 
 
Fonte: ELECTRONICS TUTORIALS, 2022 
15 
 
No circuito do oscilador 555 acima, o pino 2 e o pino 6 são conectados, 
permitindo que o circuito se reative a cada ciclo, e opere como um oscilador de 
funcionamento livre. Durante cada ciclo, os capacitores C1 ou C2 carregam através 
de ambos os resistores de temporização, R1 e R2, mas se descarrega apenas através 
do resistor, R2, pois o outro lado de R2 está conectado ao terminal de descarga, pino 
7. 
O capacitor carrega até 2/3 de Vcc (o limite superior do comparador) que é 
determinado pela combinação 0,693(R1+R2)C e se descarrega até 1/3 de Vcc (o 
limite inferior do comparador) determinado pela combinação 0,693(R2 x C). 
Isso resulta em uma forma de onda de saída cujo nível de tensão é 
aproximadamente igual a Vcc – 1,5V e cujos períodos de tempos de saída “ON” e 
“OFF” são determinados pelas combinações de capacitores e resistores. Os tempos 
individuais para completar um ciclo de carga e descarga da saída são: 
 
 𝑇1 = 0.693 𝑥 (𝑅1 + 𝑅2) 𝑥 𝐶 e 𝑇2 = 0.693 𝑥 𝑅2 𝑥 𝐶 (2) 
 
Onde R está em Ω e C em Farads. 
Quando conectado como um multivibrador astável, a saída do oscilador 555 
continuará carregando e descarregando indefinidamente entre 2/3 de Vcc e 1/3 de 
Vcc até que a fonte de alimentação seja removida. Estes tempos de carga e descarga 
e a frequência são independentes da tensão de alimentação. A duração de um ciclo 
de tempo completo é, portanto, igual à soma dos dois tempos individuais que o 
capacitor carrega e descarrega somados e é dado como: 
 
 𝑇 = 𝑇1 + 𝑇2 = 0.693 𝑥 (𝑅1 + 2𝑅2) 𝑥 𝐶 (3) 
 
A frequência de saída das oscilações pode ser encontrada invertendo a 
equação acima para o tempo total do ciclo, dando uma equação final para a 
frequência de saída de um oscilador astável com 555: 
 
 𝐹 = 
1
𝑇
= 
1.44
(𝑅1+2𝑅2) 𝑥 𝐶
 
(4) 
 
16 
 
Alterando-se a constante de tempo de apenas uma das combinações RC, o 
ciclo de trabalho mais conhecido como a relação “Mark-to-Space” da forma de onda 
de saída pode ser definido com precisão e é dado como a relação do resistor R2 para 
o resistor R1. O ciclo de trabalho para o oscilador 555, que é a razão do tempo “ON” 
dividido pelo tempo “OFF” é dado por: 
 
 
𝑇𝑂𝑁 
(𝑇𝑂𝐹𝐹+ 𝑇𝑂𝑁) 
= 
(𝑅1+ 𝑅2)
(𝑅1+2𝑅2)
 
(5) 
 
O ciclo de trabalho não tem unidades e é expresso como uma porcentagem 
(%). Se ambos os resistores de temporização, R1 e R2 forem iguais em valor, então 
o ciclo de trabalho de saída será 2:1, ou seja, 66% de tempo LIGADO e 33% de tempo 
DESLIGADO em relação ao período (ELECTRONICS TUTORIALS, 2022). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
2.3 - SIMULAÇÃO DO SEMÁFORO NO PROTEUS E ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
2.3.1 – SIMULAÇÃO DO SEMÁFORO COM LEDs E OSCILADOR COM CIRCUITO 
INTEGRADO LM 555 
 
 Nesta parte do documento, apresentamos o projeto feito no software de 
simulação Proteus Design Suite versão 8.13 da Labcenter Electronics©. 
 Para esta simulação utilizamos os seguintes componentes de sua Library de 
componentes e disponíveis para o projetista. Estes componentes estão listados na 
tabela 2 a seguir. Esta versão do projeto é a terceira versão onde conseguimos 
tempos condizentes com as especificações propostas para o projeto. 
 
Tabela 2 – Componentes utilizados na simulação do semáforo 
Componente Descrição 
Circuito Iintegrado 555 Analog Timer / Oscillator 
Circuito Integrado 4017 Johnson Decade Counter With 10 Decoded Outputs 
Transistores BC 548 Silicon NPN Low Power Bipolar Transistor (625 mW) 
Resistores 
01 – 1 KΩ 
01 – 47 KΩ 
01 – Potenciômetro de 1MΩ 
01 – 330 Ω 
03 – 100 Ω 
03 – 120 Ω 
Capacitores 
01 – 0.1 µF 
01 – 10 µF 
Diodos 06 - 1N4007 – Si 1000V 10A 
LEDs 04 - Verde, Amarelo, Vermelho e Laranja 
Fonte: Autores, 2022 
 
 
O desenho do circuito é apresentado abaixo na figura 8. Nesta figura estão 
representados os componentes do projeto com valores calculados. Os únicos 
componentes que não possuem valor comercial exato, foram os três resistores 
utilizados para os catodos dos LEDs que simbolizam o semáforo. O valor calculado 
foi de 117,85 Ω, o valor comercial encontrado e selecionado para esses resistores foi 
de 120 Ω. 
 
 
18 
 
Figura 8 – Construção do semáforo com LEDs no Proteus e os tempos do semáforo 
 
Fonte: Autores, 2022 
 
 
 Na figura 8 acima utilizamos um componente da biblioteca de instrumentos do 
Proteus chamado Counter Timer para medir os tempos em que os LEDs ficam 
acessos em cada estado. Ficou demonstrado que os valores dos tempos requiridos 
na especificação do projeto foram totalmente alcançados. 
Começando a análise da montagem da esquerda para a direita, podemos notar 
que o primeiro componente é o LM 555 e foi configurado como um multivibrador 
astável. 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
Figura 9 – Detalhe do multivibrador astável com 555 
 
Fonte: Autores, 2022 
 
Para montagem do multivibrador com LM 555, utilizamos um capacitor de 0.1 
µF para isolar o pino 5 (Control Voltage) pois esta saída controla a forma de onda de 
saída do CI e pode mudar a referência dos comparadores internos do timer. 
Segundo o datasheet do LM 555, podemos energizar o componente com 
tensões VCC entre 5V a 15V. No nosso projeto adotamos a tensão de 12VCC , tanto 
para o CI quanto para o circuito dos resistores R1 e R2 e do capacitor C1 quer compõe 
o temporizador do clock do multivibrador. 
Para o período do pulso de saída no pino 3 (output) fizemos os cálculos 
utilizando a equação (2) que está descrita no item 2.2 deste trabalho. Nesta equação, 
temos os tempos de carga e descarga do capacitor, ou seja, o tempo em que o 
temporizador está em nível alto (em segundos) e em nível baixo (em segundos). 
 
𝑇ℎ = 0.693 𝑥 (𝑅1 + 𝑅2) 𝑥 𝐶 e 𝑇𝐿 = 0.693 𝑥 𝑅2 𝑥 𝐶 
 
20 
 
Para o resistor R2 utilizamos um resistor de 47KΩ em série com um 
potenciômetro de 1MΩ. O potenciômetro possibilitou um ajuste fino do resistorR2. 
Para conseguir um tempo de 10s para cada step de saída do contador (CI 4017), por 
isso potenciômetro foi ajustado para 53% de seu valor (577 kΩ). 
Substituindo os valores dos componentes utilizados no projeto, ficamos com: 
𝑇ℎ = 0.693 𝑥 (10
3 + 670000)𝑥 10𝑥10−6 
𝑇ℎ = 4,65003 𝑠 
e 
𝑇𝐿 = 0.693 𝑥 670000 𝑥 10𝑥10
−6 
𝑇𝐿 = 4,6431 𝑠 
Portanto, para o nosso arranjo no Proteus, ficamos com um período calculado 
de: 
𝑇𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 𝑇𝐻 + 𝑇𝐿 = 9,29 𝑠 
 
Para validar estes cálculos, fizemos a medida na saída do gerador de pulsos 
com LM555, pino 3. Medimos o período do degrau de saída que nos deu o tempo em 
nível alto: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
Figura 10 – Tempo de saída do multivibrador em nível alto 
 
Fonte: Autores, 2022 
 
De acordo com a medidas feitas pelo curso no osciloscópio do Proteus, temos: 
 
 𝑇𝐻 = 8,72 − 3,73 = 4,99 𝑠 
 
E para a medida do tempo de saída em nível baixo, obteve-se: 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
Figura 11 – Tempo de saída do multivibrador em nível baixo 
 
Fonte: Autores, 2022 
 
De acordo com a medidas feitas pelo cursor do osciloscópio do Proteus, temos: 
𝑇𝐿 = 6,53 − 1,48 = 5,05 𝑠 
Portanto, para o nosso arranjo no Proteus, as medidas experimentais 
indicaram um período medido de: 
𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑇𝐻 + 𝑇𝐿 = 10,04 𝑠 
Notamos uma pequena diferença de 0,75 segundos entre os tempos 
calculados e os tempos medidos. Provavelmente devido as aproximações nos 
cálculos e/ou as defasagens do software de simulação. Esse período de 10,03 
segundos do pulso gerado pelo multivibrador forneceu um tempo de acendimento dos 
LEDs suficiente para alcançar as especificações de acendimento das luzes do 
semáforo. 
 Na figura 13 a seguir, temos a segunda parte do projeto inclui o contador de 
década construído com o CI 4017. 
 
23 
 
Figura 13 – Contador de década com CI 4017 
 
Fonte: Autores, 2022 
 
 Nesta parte do projeto, utilizamos um LED laranja para poder acompanhar os 
pulsos do multivibrador astável da figura 9. O resistor R6 de 330Ω foi utilizado como 
proteção a este LED. 
No arranjo feito no Proteus utilizados as saídas de Q0 a Q5 do contador 4017 e 
ligamos a saída Q6 ao Master Reset (pino 15). Desta forma utilizamos apenas as seis 
saídas necessárias para os LEDs que farão o acendimento dos LEDs do semáforo e 
assim que o contador atingir a saída Q6, ele recomeçará sua contagem em Q0. 
24 
 
 Os resistores marcados RB-RED, RB-YELLOW e RB-GREEN são os 
resistores da base dos transistores BC548 e foram escolhidos com valor de 100Ω. Os 
diodos ligados a esses resistores irão conduzir sempre que uma das saídas do 
contador estiver ativada, polarizando-os diretamente e permitindo a condução dos 
transistores que acenderão os LEDs do semáforo. 
 O pino 14 do contador 4017 e quem recebe os pulsos gerados pelo arranjo do 
LM555. Esse é pino de clock do CI 4017. O pino 13 (E) é o pino que desabilita o 
contador, segundo o datasheet do componente, em regime normal de funcionamento 
deve ser ligado ao terra ou outro ponto de baixa voltagem lógica. 
 A terceira parte do projeto é apresentada na figura 14 abaixo. Nela podemos 
ver os LEDs que simbolizam o semáforo juntamente com os transistores BC548 onde 
os LEDs estão ligados. Os diodos quando recebem os sinais dos pinos do contador 
de década 4017 polarizam diretamente os diodos e este polarizam as bases dos 
transistores fazendo-os conduzir e acendendo os LEDs. 
25 
 
Figura 14 – Semáforo em funcionamento com respectivos tempos
 
Fonte: Autores, 2022 
 
Os resistores dos cátodos dos LEDs denominados como resistor R na 
especificação do projeto foi calculado considerando-se uma fonte de 6VCC . Esta fonte 
foi idealizada como 4 (quatro) pilhas médias (tamanho AA) ligadas em série para 
fornecer a tensão necessária. Segundo (BRAGA, 2014), podemos considerar a 
corrente em pilhas tamanho médio (AA) como sendo da ordem de 28mA. Adotamos 
também as quedas de tensão nos LEDs como sendo da ordem de 2,5VCC 
(MULTICOMP Standard LED) e a tensão entre coletor e emissor VCE dos transistores 
BC548 como sendo de 0,2 VCC (Motorola Semiconductor Technical Data). 
Com esses valores medidos, foi possível calcular o valor do resistor: 
26 
 
𝑅 = 
𝑉𝑝𝑖𝑙ℎ𝑎 − (𝑉𝐿𝐸𝐷 + 𝑉𝐶𝐸)
𝐼𝑅
 
𝑅 = 
6 − (0,2 + 2,5)
28 𝑥 10−3
 
𝑅 ~117,85 Ω 
 O valor comercial mais próximo encontrado para o resistor R foi de: 
𝑅 = 120 Ω 
 Na tabela 3 abaixo, listamos os valores comerciais dos componentes utilizados 
no projeto. Esses componentes foram precificados em lojas especializadas em 
vendas de componentes eletrônicos e não foi utilizado metodologia de pesquisa de 
preços. O preço não inclui o valor de um protoboard para montagem ou placa de PCB, 
apenas os valores dos componentes. O projeto ficou a um preço bastante acessível 
de R$ 10,90 para uma unidade de semáforo. 
 
Tabela 3 – Componentes utilizados e seu valor comercial 
Componente Valor Unitário (R$) 
Circuito Iintegrado LM 555 1,30 
Circuito Integrado 4017 1,50 
Transistores BC 548 0,20 
Resistores 0,15 
Potenciômetro (1MΩ) 2,60 
Capacitor (0,1 uF) 4,00 
Capacitor (10 uF) 0,50 
Diodos 0,15 
LEDs 0,50 
Total 10,90 
Fonte: Dados coletados pelos autores 
 
Para o desenvolvimento deste projeto, utilizamos os conhecimentos adquiridos 
em três disciplinas: Circuitos Elétricos, Circuitos Digitais e Desenho Técnico Elétrico. 
As disciplinas de Circuitos Elétricos e Circuitos Digitais proveu o entendimento de 
como o sistema deveria ser montado e como os componentes especificados deveriam 
trabalhar em conjunto para atender as especificações do projeto. O conhecimento dos 
27 
 
circuitos digitais LM555 e do contador de década 4017 foram fundamentais para 
montagem do arranjo na parte de temporização do semáforo e divisão dos tempos 
dos LEDs de sinalização. 
Os conhecimentos sobre Circuitos Elétricos foram utilizados nos cálculos dos 
valores de resistência e capacitância para o temporizador com o LM555 e para os 
cálculos dos resistores dos LEDS. Neste ponto o conhecimento dos cálculos dos 
tempo de carga e descarga em um multivibrador astável foi fundamental 
Para o desenho do circuito no Proteus, a disciplina de Desenho Técnico 
Elétrico deu subsídio no que tange a utilização do software em si bem como para 
disposição dos componentes e suas ligações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS 
 Como foi decidido não construir o protótipo da pilha de Volta, podemos 
considerar a construção da simulação em software como sendo concluída com 
sucesso e atendendo todas as especificações listadas na descrição do projeto. 
 Sobre o oscilador astável com o circuito integrado LM555, utilizou-se um 
potenciômetro de 1M para o ajuste fino do oscilador até que fosse obtido os valores 
de tempo de saída do contador. Decidiu-se não utilizar nenhuma tabela de tempos de 
osciladores prontas e esses valores ajustados foram totalmente empíricos. 
 O resistor LED laranja e o R6 de 330Ω foram utilizados apenas para uma 
amostra visual do período do oscilador, não tendo influência nos tempos de saída do 
contador. 
 Por substituição à pilha de Volta, utilizou-se um arranjo normalmente utilizados 
em testes e protoboard que seria um conjunto de 4 pilhas tamanho AA para a fonte 
dos LEDs do semáforo. Escolheu-se esse abordagem por ser de mais fácil 
reprodutibilidade em caso de construção do protótipo. 
 Para a medição do período do oscilador utilizou-se a simulação de osciloscópio 
existente no software Proteus. Nele fizemos as medições dos tempos em alta e em 
baixa da simulação e comparamos com os valores calculados para o oscilador e 
encontramos uma diferença de tempos ∆ = 0,75 segundos. Atribuiu-se essa diferença 
às tolerâncias dos componentes do oscilador, como resistências e capacitâncias bem 
como aos valores apresentados pelos medidores do software desimulação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 Dentro das limitações de uma simulação em software, podemos considerar os 
resultados obtidos como sucesso a que nos propusemos. O software de simulação 
apesar de trazer um conforto do projetista em poder fazer mudanças rapidamente e 
sem necessidade de compra de materiais para experimentação, traz por outro lado 
algumas limitações de não se ter um protótipo físico para testar realmente os limites 
e comportamento de componentes comerciais. 
 Os tempos de comutação dos LEDs na simulação de semáforo ficaram de 
acordo com o esperado, quando usamos as ferramentas de monitoramento e medição 
do próprio Proteus, pois observamos uma pequena discrepância nas medições de 
tempo quando realizadas com um cronômetro digital por exemplo. 
 No geral esse experimentos trouxe um bom aprendizado entre circuitos 
elétricos e circuitos digitais e prototipação no Proteus, atingindo o objetivo de unificar 
conhecimentos das disciplinas estudas no semestre. 
 Outro ponto importante foi o conhecimento dos circuitos integrados, seus 
diferentes tipos e como configurá-los de acordo com nossas necessidades. Por 
exemplo o circuito integrado LM 555 que pode ser configurado como diferentes 
multivibradores de acordo com as necessidades dos projetos. 
 Como já foi dito neste relatório, procurou-se criar uma simulação com 
componentes de forma a facilitar sua construção em protoboard ou em um placa de 
PCB, o que seria o próximo passo naturalmente a ser dados após esta etapa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
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<https://www.parquecientec.usp.br/passeio-virtual/brinquedos-de-fisica/pilha-de-
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[2] BOYLESTAD, Robert L., NASHELSKY, Louis – Dispositivos Eletrônicos e 
Teoria de Circuitos – Pearson Education – 11ª edição – capítulo 13 - ISBN 978-85-
64574-21-2. 
 
[3] HARAOUBIA, Brahim - Nonlinear Electronics 1 - Nonlinear Dipoles, 
Harmonic Oscillators and Switching Circuits – Elsevier Ltd. 2018 - ISBN 978-1-
78548-300-4, capitulo 6. 
 
[4] I, GuidoB – Volta Battery – Disponível em: 
<https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2249821>, Acesso em 28 st. 
2022. 
 
[5] JAIN, Arpit - Astable Multivibrator- Working and Principles – Disponível 
em: < https://www.engineersgarage.com/astable-multivibrator-working-and-
principles/>. 
Acesso em 18 set. 2022. 
 
 
[6] PIRES, Ana Maria, PALMIERI, Mauricio Cesar, LANFREDI, Silvania - Energia 
Elétrica e Reações Químicas – UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA, 2012. 
 
[7] TUTORIALS, Electronics - Astable Multivibrator – Disponível em: 
<https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/astable.html>. 
Acesso em: 24 set. 2022. 
 
 
[8] TUTORIALS, Electronics - 555 Oscillator Tutorial – Disponível em: 
< https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_oscillator.html>. 
Acesso em: 24 set. 2022. 
 
 
[9] TUTORIALSPOINT - Pulse Circuits - Astable Multivibrator – Disponível 
em: 
https://www.tutorialspoint.com/pulse_circuits/pulse_circuits_astable_multivibrator.ht
m. Acesso em: 18 set. 2022. 
 
https://www.parquecientec.usp.br/passeio-virtual/brinquedos-de-fisica/pilha-de-volta
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https://www.tutorialspoint.com/pulse_circuits/pulse_circuits_astable_multivibrator.htm
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31 
 
[10] VIDAL, Paulo Henrique Oliveira e PORTO, Paulo Alves - A pilha de Volta 
em livros didáticos de química: algumas considerações - Instituto de Química – 
Universidade de São Paulo – Disponível em: 
http://sec.sbq.org.br/cdrom/32ra/resumos/T1722-1.pdf. Acesso em: 22 set. 2022. 
 
[11] Fairchild SemiconductorTM . Datasheet: CD4017BC, CD4022BC Decade 
Counter/Divider with 10 Decode Outputs – Divide-by-8 Counter/Divider With 8 
Decoded Outpus. October 1987 – Revised January 1999. www.fairchildsemi.com 
 
[12] Fairchild SemiconductorTM . Datasheet: LM555/NE555/SA555 Single Timer. 
www.fairchildsemi.com ©2002 – Fairchild Semiconductor Corporation. 
 
[13] BRAGA, Newton C. (2014) Corrente de Pilhas Comuns (DUV373) – 
Disponível em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/112-duvida-
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Acesso em: (10/11/2022). 
 
 
[14] Motorola Semiconductor Technical Data – Amplifier Transistor NPN Silicon. 
Datasheet: BC546, B;BC547, A,B,C; BC548, A,B,C. Order this document 
by BC546/D. 
 
 
[15] MULTICOMP Standard LED Red Emitting Colour - www.element14.com, 
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