revisao 6 aplicação relogio digital

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Autor: Prof. Dr. Leonardo Mesquita 
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1. OBJETIVOS 
 Realizar a análise detalhada de todos os blocos constituintes de um relógio 
digital. 
 
2. CONCEITO 
Um contador é construído a partir de flip-flops (T, D JK, RS) que alteram o seu estado 
para uma seqüência pré-determinada quando um pulso de relógio é aplicado ao mesmo. 
Os contadores são utilizados para realizar contagem de eventos, como geradores de 
forma de onda, divisores de freqüência, para realizar medidas de freqüência e tempo, 
dentre muitas outras aplicações. Os contadores são classificados em duas categorias: 
2.1 Contador assíncrono 
São denominados assíncronos pois o sinal de relógio não controla o instante em que 
todos os estágios do contador alteram o valor. Contadores assíncronos são formados por 
uma cadeia de flip-flops tipo T ou por qualquer outro tipo de flip-flop interligado para 
operar como um flip-flop tipo T, onde a saída de cada estágio é ligada à entrada de 
relógio do flip-flop seguinte. O sinal de relógio externo é aplicado somente à entrada de 
relógio do flip-flop menos significativo do contador. 
 
A figura abaixo apresenta um contador crescente módulo-8. 
 
(a) Esquemático de um contador assíncrono crescente módulo-8. 
 
 
(b) Diagrama de tempo representando a operação do contador módulo-4. 
 
O módulo de um contador é o número total de estados através dos quais o contador 
pode avançar. Um contador binário com N estágios (flip-flops) é um contador módulo-
2N. 
 
O maior valor que um contador binário pode alcançar é dado por 2N-1, que ocorre 
quando todos os flip-flops internos do contador estão em nível lógico alto. 
A freqüência do sinal de saída do estágio mais significativo de um contador mod-M é 
dada por: 
 
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M
freq
freq ioreMMOD
log (1) 
2.2 Contador Síncrono 
É caracterizado por alterar o estado de todos os flip-flops internos simultaneamente, ou 
seja, o sinal de relógio é o mesmo para todos os flip-flops internos. As etapas 
necessárias para realizar a implementação de um contador síncrono baseado em flip-
flop’s são apresentadas a seguir: 
1. Determinar a tabela de estados que representa a operação do contador. 
2. Determinar o mapa do próximo estado desta tabela. 
3. Determinar o mapa de entrada (T, D ou JK) para cada flip-flop que compõem o 
contador. 
4. Determinar as equações de entrada dos flip-flops (T, D ou JK) e implementar o 
circuito. 
 
4. RELÓGIO DIGITAL 
A aplicação mais comum para contadores é o relógio digital – um sistema que mostra 
em um display o tempo do dia em horas, minutos e segundos. A precisão de um relógio 
digital esta diretamente relacionada com a base de tempo utilizada como relógio (a 
freqüência de relógio deve ser bem estável). 
 
No diagrama do relógio 
básico (ao lado) são 
apresentados os blocos 
principais que compõem o 
mesmo. O relógio 
apresentado é o mais 
simples possível, e é 
composto por quatro sub-
sistemas distintos: sub-
sistema responsável por 
gerar o sinal de relógio 
básico para a correta operação do mesmo; sub-sistemas com a função de realizar a 
contagem de forma correta; sub-sistemas com a função de mostrar o sinal produzido de 
saída do relógio. A base de tempo do relógio por se obtida de vários modos, dentre os 
quais pode-se citar: utilizar um oscilador a cristal, utilizar um multivibrador aestável (CI 
555), etc. 
 
A descrição detalhada dos outros sub-sistemas que compõem o relógio digital serão 
apresentadas a seguir. 
 
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a. Contador Módulo 
60: 
 
O contador módulo 
60 será utilizado para 
contar os segundos e 
minutos de um dia. 
Na especificação do 
contador devemos 
responder as 
seguintes questões: 
 
 O contador 
será binário ou 
BCD? 
 O contador possui reset? 
 É necessário termos entradas para realizar o carregamento de um valor pré-
determinado? 
 O contador é assíncrono ou síncrono? 
 O contador realiza contagem crescente ou descrente? 
 
O contador deve ser BCD, possuir entrada reset (ou similar), preferencialmente síncrono 
e que realize contagem crescente 
 
O CI 74190, contador BCD, será utilizado como elemento principal do contador módulo 
60 a ser utilizado como o sistema de contagem de segundos e minutos do relógio digital 
proposto. As características principais deste contador são: possui load (LDN) 
assíncrono, possui entrada de habilitação de contagem (GN), pode realizar contagem 
crescente e ou decrescente (DNUP) e possui duas saídas próprias (MXMIN ou RCO) 
para serem utilizadas quando se deseja realizar o cascateamento (ampliar o módulo de 
contagem do contador) sem a necessidade de uso de componentes externos. Para se 
obter maiores informações sobre o referido contador consulte folha de dados em anexo. 
 
Como o contador deve possuir módulo 60 o mesmo deve contar de 010 a 5910 sendo que 
quando a contagem atingir 6010 a mesma deve ser re-inicializada. O CI 74190 opera 
com um contador BCD; desta forma o mesmo conta de 010 a 910 (de forma crescente ou 
decrescente), logo, serão necessários dois CIs 74190 para implementar um contador 
módulo 60. O sistema deve ser interligado conforme descrito a seguir para operar como 
um contador módulo 60: 
 
 O sinal de relógio deve ser aplicado ao contador das unidades; 
 1 pps (pulso por segundo) para o sub-sistema “segundos”. 
 1 pulso/minuto para o sub-sistema “minutos”. 
 O sinal de relógio do contador das dezenas deve ser oriundo do contador das 
unidades, para realizar esta tarefa deve-se utilizar o sinal proveniente do pino 
RCO como sinal de relógio do contador das dezenas; 
 O sistema deve ser re-inicializado quando a contagem atingir 6010, ou seja, em 
binário 0110 00002. O contador das unidades re-inicia a contagem toda vez que o 
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mesmo alcança o seu valor máximo. O contador das dezenas nunca alcançará o 
seu valor máximo, desta forma é necessário que se programe o mesmo para ir 
para 00002 quando a saída do mesmo atingir 01102. Um modo de realizar esta 
tarefa utilizando o CI 74190 é se carregar o número 00002 quando a saída do 
mesmo atingir 01102; 
 O contador deve ser programado para contar de forma crescente; 
 Os contadores devem estar habilitados; 
 Todos os sinais de saída dos contadores devem estar disponíveis para serem 
utilizados pelos circuitos decodificadores BCD / 7 segmentos; 
 Um sinal de relógio deve ser disponibilizado no sistema para ser utilizado pelo 
estágio mais significativo do relógio digital. 
 
b. Contador Módulo 24: 
 
O contador módulo 24 será utilizado para contar as horas de um dia. Na especificação 
do contador também 
devemos responder 
as seguintes 
questões: 
 
 O contador 
será binário ou 
BCD? 
 O contador 
possui reset 
(ou similar)? 
 O contador é 
assíncrono ou 
síncrono? 
 O contador 
realiza 
contagem 
crescente ou descrente? 
 
Novamente adotaremos que o contador deva ser do tipo BCD, possuindo entrada reset 
(ou similar), síncrono e que realize contagem crescente 
 
 O CI 74190, contador BCD, será utilizado como elemento principal do contador 
módulo 24 a ser utilizado como o sistema de contagem de horas do relógio digital 
proposto. As características principais deste contador são: possui load (LDN) 
assíncrono, possui entrada de habilitação de contagem (GN), pode realizar contagem 
crescente e / ou decrescente (DNUP) e possui duas saídas próprias (MXMIN ou RCO) 
para serem utilizadas quando se deseja realizar o cascateamento do mesmo. 
 
Como o contador deve possuir módulo 24 o mesmo deve contar de 010 a 2310 sendo que 
quando a contagem atingir 2410 a mesma deve ser re-inicializada. O CI 74190 opera 
com um contador BCD; desta forma o mesmo conta de 010 a 910 (de forma crescente ou 
decrescente), logo, serão necessários dois CIs 74190 para implementar um contador 
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módulo 24. O sistema deve ser interligado do seguinte modo para operar como um 
contadormódulo 24: 
 
 O sinal de relógio deve ser aplicado ao contador das unidades; 
 1 pulso/hora para o sub-sistema “horas”. 
 O sinal de relógio do contador das dezenas deve ser oriundo do contador das 
unidades, para realizar esta tarefa deve-se utilizar o sinal proveniente do pino 
RCO como sinal de relógio do contador das dezenas; 
 O sistema deve ser re-inicializado quando a contagem atingir 2410, ou seja, em 
binário 0010 01002. Um modo de realizar esta tarefa utilizando o CI 74190 é se 
carregar o número 0000 00002 quando a saída do mesmo atingir 0010 01002; 
 O contador deve ser programado para contar de forma crescente; 
 Os contadores devem estar habilitados; 
 Todos os sinais de saída dos contadores devem estar disponíveis para serem 
utilizados pelos circuitos decodificadores BCD / 7 segmentos; 
 
c. Decodificador BCD / 7 segmentos: 
 
Os contadores produzem como saída um sinal codificado em BCD. Então para que este 
sinal possa ser visualizado por um display do tipo 7 segmentos existe a necessidade de 
transformar este código para o do tipo 7 segmentos. Um circuito integrado que realiza 
tal tarefa é denominado decodificador BCD / 7 segmentos. 
 
 
O CI 7447 é um decodificador 
BCD/7Seg. que possui saída 
ativo baixo, ou seja, este CI 
deve ser utilizado com display 
tipo anodo comum. A figura 
mostra como um 
decodificador deve ser 
interligado entre o contador 
BCD e o display para operar 
de modo correto. As principais 
características de operação do 
CI 7447 podem ser obtidas no 
manual do referido CI 
apresentado em anexo. 
 
d. Display 
 
Um display do tipo segmentos é constituído por 7 LEDS com o anodo ou o catodo 
interligados em comum. Quando o código é enviado do decodificador BCD / 7 
segmentos para o display o mesmo ascende os segmentos correspondentes a este 
código. 
 
 
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O display tipo anodo comum o seu terminal comum 
deve ser ligado a VCC pois deste modo quando um 
sinal de nível lógico baixo for colocado em qualquer 
um dos segmentos do display o mesmo ficara ativo. O 
display tipo catodo comum o terminal comum deve 
ser ligado a GND. Os dois tipos de displays são 
mostrados na figura abaixo. 
 
O diagrama de pinagem de um display tipo 7 segmentos é apresentado na figura abaixo.