Relatório Cronometro Digital

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Universidade Federal de Ouro Preto 
Instituto de Ciência Exatas e Aplicadas 
Campus João Monlevade 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto de Eletrônica Digital - Cronômetro Digital 
 
 
Relatório Final 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado pelos discentes: 
Jose Renato, Thayse Cristina e Gerson 
Pereira, como parte da exigência da 
disciplina de Princípios de Eletrônica 
Digital. 
 
 
 
 
 
 
 
 
João Monlevade, 10 de Abril de 2013. 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
O que a grande maioria das pessoas chama de cronômetro pode ser 
entendido como sendo um contador, ou um cronógrafo, sendo assim, o projeto 
aqui proposto baseia-se em um cronômetro digital desenvolvido unicamente 
com portas lógicas e circuitos digitais. As funções a serem implementadas no 
cronômetro permitem ao usuário cronometrar o tempo de infinitos eventos, 
interromper e ou pausar a cronometragem e ainda zerar o cronômetro quando 
desejado. O circuito eletrônico contém um timer (CI 555) utilizado para gerar a 
um clock para referência de tempo, circuitos lógicos Nand e And (CI 4011 e 
7408 respectivamente) para controle dos comandos do usuário. O projeto 
emprega também o circuito lógico 7490 que consiste num contador de década, 
ou seja, num conjunto de flip-flops e outros circuitos que são capazes de contar 
até 10, ou ainda, fazer divisões lógicas até 10. A saída deste circuito integrado 
é codificada em binário, ou seja, BCD (Binary Coded Decimal). Para excitar os 
4 displays de sete segmentos (catodo comum) utiliza-se o CI4511 (Driver de 
display) que é um decodificador / excitador BCD de display de sete segmentos 
capaz de suportar corrente de até 25mA na saída de excitação dos segmentos. 
A interface com o usuário é realizada por meio de chaves de toque e pelo 
conjunto de 4 displays de sete segmentos. Os displays de sete segmentos são 
compostos, basicamente, de sete led’s internos dispostos de maneira a formar 
um “dígito”. De acordo com que são “acesos” ou “apagados” é possível 
demonstrar os números de “0 a 9” e até mesmo algumas letras. 
 
Palavras Chaves: Clock, Contador, Decodificador BCD, Display, Cronômetro. 
 
METODOLOGIA 
 
1. Dividir os estudos dos componentes eletrônicos e digitais entre o grupo; 
2. Realizado os estudos, partir para a elaboração do circuito eletrônico; 
3. Elaborado o circuito do projeto, adquirir os componentes; 
4. Realizar a montagem e os testes de funcionamento em proto board; 
5. Verificação e correção de erros; 
6. Montagem em PCI (placa de circuito impresso); 
7. Elaboração do Relatório (teoria e funcionamento); 
8. Defesa do projeto em sala de aula. 
 
DESENVOLVIMENTO 
 
1 PESQUISA 
 
1.1 CIRCUITOS DIGITAIS 
 
Os circuitos digitais são circuitos eletrônicos que baseiam o seu 
funcionamento na lógica binária, em que toda a informação é guardada e 
processada sob a forma de zero (0) e um (1). Esta representação é conseguida 
usando dois níveis discretos de Tensão elétrica 5v e 0v. Podemos dividir os 
circuitos digitais em duas categorias básicas: os estáticos e os dinâmicos. 
Entre os circuitos digitais estáticos podemos citar as portas lógicas utilizadas 
no projeto (And e Nand). Entre os circuitos digitais dinâmicos podemos citar os 
multivibradores: Multivibrador Biestável, comumente chamado Flip-flop, o 
Multivibrador Monoestável, usado comumente como temporizador (No projeto 
utilizaremos o CI 555 como Timer). A partir destes circuitos são construídos 
praticamente todos os outros. Encadeando-se flip-flops constituem-se os 
contadores binários, com portas lógicas podemos criar Unidades lógico-
aritméticas (ULA, ou, em inglês ALU), etc. 
 
1.2 COMPONENTES ELETRÔNICOS 
 
Pode ser definido como componente electrônico todo dispositivo 
eléctrico que transmite a corrente eléctrica através de um condutor ou 
semicondutor. 
Os resistores são componentes que têm por finalidade causar uma 
queda de tensão em alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais 
causam quedas de corrente elétrica, utilizando-se disso, é possível usar os 
resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados. 
Os capacitores são componentes que armazenam energia num campo 
elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica. 
A bateria é um dispositivo que armazena energia química e a torna 
disponível na forma de energia elétrica. 
Displays de sete segmentos são comumente usados em eletrônica como 
forma de exibir uma informação numérica sobre as operações internas de um 
dispositivo. Um display de sete segmentos, como seu nome indica, é composto 
de sete elementos, os quais podem ser ligados ou desligados individualmente. 
Eles podem ser combinados para produzir representações simplificadas de 
algarismos arábicos. Frequentemente, os sete segmentos são dispostos de 
forma oblíqua ou itálica, o que melhora a legibilidade. 
 
1.3 PROTOBOARD 
 
É uma matriz de contato, ou placa de ensaio com milhares de furos e 
conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais. A 
grande vantagem do protoboard na montagem de circuitos eletrônicos é a 
facilidade de inserção de componentes, uma vez que não necessita soldagem. 
As placas variam de 800 furos até 6000 furos, tendo conexões verticais e 
horizontais. Na superfície de uma matriz de contato há uma base de plástico 
em que existem centenas de orifícios onde são encaixados os componentes. 
Em sua parte inferior são instalados contatos metálicos que interligam 
eletricamente os componentes inseridos na placa. Geralmente suportam 
correntes entre 1 a 3 A. Na superfície de uma matriz de contato há uma base 
de plástico em que existem centenas de orifícios onde são encaixados os 
componentes. Em sua parte inferior são instalados contatos metálicos que 
interligam eletricamente os componentes inseridos na placa. 
 
 
 
 
 
 
 
2 PROJETO 
 
2.1 DIAGRAMA DE BLOCOS 
 
 
 
Detalhes da Interligação dos blocos do Cronômetro Digital 
 
 
 
2.2 LISTA DE MATERIAIS 
 
1 Led Vermelho 
1 CI 555 (Clock - Timer) 
1 CI 7408 (Porta And) 
1 CI 4011 (Porta Nand) 
4 CI 7490 (Contador) 
4 CI 4511 (Decodificador \ excitador de display) 
4 display de 7 segmentos (Catodo comum) 
1 Chave On – off 
3 Micro Chaves (Funções Reset , Pause e Run) 
28 micro resistores 470R 
1 fonte 5V (100mA) – Obs: Opção por fonte externa 
5 micro resistores 1K 
2 micro resistores 100K 
1 Capacitor 470 nF 
1 Capacitor 10 nF 
 
 
2.3 CRONOGRAMA 
 
 
 
 
 
 
2.4 DESENVOLVIMENTO 
 
2.4.1. Simulação 
 
 Foi utilizado o software MULTISIM para simular o funcionamento do 
circuito do cronômetro digital. Nesta fase ficaram evidentes alguns problemas 
que precisaríamos corrigir na montagem do projeto: 
 
 Ajuste da frequência do clock do astável 555; 
 
 Status da informação no display ao alimentar o circuito (Auto Reset); 
 
 
 Formato da exibição dos dados referente ao tempo cronometrado devido 
à utilização do contador de década 74LS90; 
 
 Comandos sobre o circuito (Funções: Pause; Run; Reset) utilizando-se 
Flips-Flops. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4.2. Ajuste do Clock de referência para os contadores 
 
 Fixamos um capacitor de 470nF ao pino 2 do CILM555 e Utilizando-se 
de dois potenciômetro de 220K, um conectado aos pinos 2 e 7 e o outro aos 
pinos 7 e 4 ajustamos a frequência de saída do clock no pino 3 do CI LM555. O 
valor comercial encontrado para os resistores R1 e R2 foi de 100K e a 
frequência do clock para o funcionamento do circuito ficou em 10,21 Hz. 
 
 
 
 
 
Detalhes e especificação técnica do CI 555 
 
2.4.2. Função Auto-Reset 
 
 Um dos problemas do circuito verificado na simulação foi o status inicial 
de cada FF. Informações distintas e aleatórias eram exibidas no display de sete 
segmentos a cada energização do circuito. Para solucionareste problema 
alteramos o projeto original inserindo um circuito que dá um pulso de reset 
inicial quando energizamos o cronômetro. 
 
 
 
 Sempre que o circuito é energizado o transistor dá um pulso de 5V aos 
pinos 1 e 2 de todos os circuitos contadores 74LS90N. Com a inclusão dessa 
função ao projeto sempre que energizamos o circuito ele vai para o modo 
pause e exibe o numeral zero nos quatro displays de sete segmentos. 
 
 
 
Detalhes do Circuito Eletrônico responsável pela função Auto-Reset 
2.4.2. Contador de Década 74LS90 
 
 Utilizando-se o contador 7490 podemos criar um cronômetro que conte 
de 0000 a 9999. Utilizamos no projeto quatro contadores e com isso exibiremos 
a informação no display em tempo de segundos decorridos, ou seja, 
cronometraremos o tempo de 000.0 segundos a 999.9 segundos o que 
equivale a um tempo máximo cronometrado de 16,665 minutos. Normalmente 
os cronômetros são utilizados para contar espaços curtos de tempo sendo 
assim decidimos por utilizar a configuração com quatro contadores 7490. 
 Na montagem conectamos o dot point do terceiro display de sete 
segmentos ao VCC através de um resistor de 470R. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4.3 Funções de Controle do Contador 
 
 Ao projeto original foram incorporadas as seguintes funções: Reset 
Manual via usuário, função Pause e Run. Utilizamos de portas lógicas Nand 
(CD4011) para construir um flip-flop do tipo SR realimentado para controlar as 
funções de parada (Pause) e de partida (Run). 
 Ao energizar o circuito ele vai para o modo pause e um reset é dado aos 
contadores. O circuito então fica aguardando o comando do usuário para iniciar 
a contagem. Estando o cronômetro em operação, a qualquer momento o 
usuário pode pausar reiniciar ou resetar a contagem do contador através das 
três chaves de toque inseridas ao circuito lógico conforme figura abaixo. 
 
 
 
Detalhes da ativação das funções do Projeto – Reset, Pause e Run 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4.4 Fonte de alimentação 
 
 Por questões de facilidade e de espaço na protoboard optamos por 
utilizar uma fonte externa 5V 475 mA. Como o consumo do circuito é muito 
baixo (~ 150 mA) a tensão da fonte estava 1,1 volts acima, ou seja, 6,1 volts. 
Para limitar a tensão de alimentação dos circuitos em 5V foi inserido na entrada 
do circuito um diodo de queda de tensão e a tensão caiu para 5,2Volts. 
 
 
 
 
Detalhes da Fonte externa e do diodo de queda de tensão usado no projeto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 CONCLUSÃO 
 
 O circuito contador 7490 utilizado como cronômetro neste projeto 
atendeu satisfatoriamente o propósito do trabalho. Na montagem prática 
algumas pequenas adequações foram necessárias para dar a funcionalidade 
desejada ao projeto do contador digital, ou seja, a utilização do software 
MULTISIM foi importante para nos mostrar as dificuldades que enfrentaríamos 
na montagem prática do circuito. 
 
 
 
4. ANEXO (Fotos) 
 
 
 
 
Circuito do Cronômetro Digital – Fase de Simulação 
 
 
 
 
Circuito do Cronômetro Digital – Fase de Simulação 
 
 
 
 
 
Circuito do Cronômetro Digital – Montagem Final do Projeto 
 
 
3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. Elementos de Eletrônica Digital; Francisco G. Capuano, Ivan Valeije Idoeta 
 
2. TOCCI J. R.; WIDMER N. S.; MOSS, G. L. Sistemas Digitais: Princípios e 
Aplicações.Pearson, São Paulo 7a ed. 
 
3. www.puxandolegal.com/.../apostila-eletronica-industrial-cefet.html Apostila: 
Eletrônica Industrial – CEFET – Acesso: 23/01/2013