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CB03 - Sequencial de leds com CI 4017

Angelo Luis Ferreira | 10/08/2019 Acessos: 13.450

Objetivo

Criar um circuito para gerar um sequencial de leds através de um oscilador (multivibrador astável) com saída para o circuito integrado CD4017. Para este projeto utilizaremos o CI 555 no modo astável, ou seja, operando como um oscilador e o CI 4017 operando como um sequenciador.

Definições

Multivibrador Astável: Quando o CI 555 opera como um oscilador. Modo aplicável à projetos de pisca-pisca de Leds, geradores de pulso, PWM, geradores de tom, alarmes de segurança, etc. Para saber mais leia: CI 555- Modo Astável (Oscilador) e CB01 - Led pisca com CI 555.

Circuito integrado CD4017: O CI 4017 é um contador de década (conta até 10), ou seja, pode ser utilizado como um sequenciador de 0 a 9. Com ele podemos criar circuitos para qualquer componente ser ativado de forma sequencial. No caso de precisarmos criar uma sequência maior que 10, podemos utilizar mais de um CI 4017. Este circuito integrado CMOS pode ser usado como sequenciador, temporizador, e em sistemas de automação de pequeno porte além da codificação em controle remoto. 

Circuito integrado CI 555: O CI 555, ou simplesmente "555", é um circuito integrado (CI) amplamente utilizado em eletrônica. Ele foi projetado para realizar diversas funções, sendo mais conhecido como um temporizador ou oscilador. O 555 é versátil e pode ser configurado em diferentes modos de operação, tornando-o uma escolha popular para uma variedade de aplicações.

O CI 555 é amplamente utilizado em projetos eletrônicos educacionais, hobby e até mesmo em projetos industriais devido à sua confiabilidade, simplicidade e versatilidade. Ele é um dos circuitos integrados mais conhecidos e utilizados na eletrônica.

Aplicação

Para fins didáticos e projetos eletrônicos que envolvam sistemas sequenciais.

Componentes necessários

Referência	Componente	Quantidade	Imagem	Observação
Protoboard	Protoboard 830 pontos	1		No mínimo utilizar protoboard com 830 pontos
Jumpers	Kit cabos ligação macho / macho	1
Led Difuso 5mm	LEDs 5mm	10		10 LEDs alto brilho azul ou de outra cor qualquer hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh Você poderá utilizar também LEDs de qualquer outra cor ou LEDs difusos de 3 ou 5mm nas cores que desejar.
Resistor	Resistor	12		10 Resistores de 150Ω - 1/4w (led vermelho)   2 Resistores de 1KΩ - 1/4W (CI555) Os valores dos resistores para os leds foram definidos para um circuito com uma fonte de 5V.
Circuito integrado 555	CI 555	1		(datasheet)
Circuito integrado 4017	CD4017BE	1		(datasheet)
Capacitor eletrolítico	Capacitor eletrolítico 220μF (10V)	1		1 Capacitor eletrolítico de 220μF (10V) ou menor Utilizando capacitores menores, o led piscará em uma frequência maior.
Fonte ajustável para protoboard	Fonte ajustável	1		Se você não tiver uma fonte ajustável, utilize pilhas ou bateria como fonte de energia (este projeto pode ser utilizado para tensões entre 5V a 12V)

Esquema elétrico

Montagem do Circuito - Simulação do projeto

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar na fonte de energia.

Obs.1: Neste projeto você poderá utilizar uma fonte de 3V a 12V, desde que, utilizados resistores para os leds adequados para cada tensão. O capacitor também deverá ser substituído para tensões acima de 10V.

Obs2.: Para o Led utilize: 150Ω para fonte de 5V | 330Ω para fonte de 9V | 470Ω para fonte de 12V - Veja a tabela: Tabela de resistores para LEDs de acordo com a fonte de alimentação.

Obs3.: Utilizamos no nosso projeto os componentes: RA e RB = 1KΩ e C1 = 220μF (10V).

Atenção:

1. Lembre-se que o LED tem polaridade: O terminal maior tem polaridade positiva e o lado do chanfro tem polaridade negativa.

2. Para que o sequencial funcione acendendo um led por vez, é necessário que a saída do CI 4017 esteja conectado no terminal positivo (anodo) do led e o resistor conectado ao GND (negativo).

3. Da mesma forma que um led o capacitor eletrolítico também tem polaridade: O terminal maior tem polaridade positiva e o lado identificado com faixa tem polaridade negativa.

4. Para montar o circuito integrado 555 é importante observar a(s) marcas(s) de referência para a identificação dos pinos de contato. Os pinos deverão ser identificados conforme mostra a imagem abaixo:

Observação: A montagem invertida do CI 555 pode causar danos irreversíveis ao componente.

5. O circuito integrado 555 é um temporizador, oscilador e gerador de pulso, que pode ser usado em qualquer projeto que necessite dessas características. Pode ser usado em um circuito pisca led, para a geração de notas músicais em diversas frequências, para posicionamento de servo dispositivos e diversas outras aplicações.

5.1. Abaixo segue o mapa dos pinos do componente eletrônico NE555. Para saber mais sobre CI 555 assista o vídeo: O versátil CI 555 - Teoria e aplicações!

5.2. Os pinos do CI 555 possuem as seguintes funções:

6. Para fazermos o circuito oscilar entre nível alto e nível baixo a uma determinada frequência vamos utilizar o CI 555 no modo Astável. Veja abaixo a ligação externa ao CI 555 para se obter a operação no modo astável:

6.1. É importante salientar que dependendo dos componentes externos utilizados, R1, R2 e C1, teremos valores diferentes para a frequência e o tempo que a lâmpada permanece ligada e apagada. Para saber como calcular esses valores e dimensionar seu circuito assista o vídeo: Como calcular tempos e frequência CI 555 ou leia Astável CI 555 (Cálculo) . Você também pode utilizar a calculadora Calculador CI 555 modo Astável. Portanto:

6.1.1. Aumentando o valor do Capacitor C1 aumentará o tempo total do ciclo e portanto, reduziremos a sua frequência.

6.1.2. Aumentando R1 aumentará o tempo de carga (valor lógico alto - tempo que o led fica ligado), sem que altere o tempo de descarga (valor lógico baixo - tempo que o led fica desligado).

6.1.3. Aumentando R2 aumentará o tempo de carga (valor lógico alto), o tempo de descarga (valor lógico baixo), e diminuirá o ciclo de trabalho (duty cicle) até em um mínimo de 50%.

7. Se desejar, você pode melhorar mais ainda o projeto reduzindo ruídos no circuito para obter uma onda perfeitamente quadrada na saída do CI (pino 3). Para isso, acrescente um capacitor de 1nF (0,01μF) no pino 5 do CI 555. Veja o esquema abaixo:

8. Para montar o circuito integrado CD4017 é importante observar a marca de referência para a identificação dos pinos de contato (a esquerda). Os pinos deverão ser identificados conforme mostra a imagem abaixo:

9. O circuito integrado CD4017 é contador de década (conta de 0 a 9) e deverá atuar neste projeto como um sequenciador. Assim, utilizando um oscilador astável a uma determinada frequência, a cada vez com que é enviado um sinal de nível alto (5V) no pino 14 (Clock) do CD4017, alternamos as saídas do do circuito integrado, criando o efeito sequencial.  Abaixo, segue o mapa dos pinos do componente eletrônico:

10. Veja a seguir a tabela onde mostramos todas as conexões do pinos do CD4017.

11. Abaixo, veja a como disponibilizamos os leds no protoboard. É importante salientar que você poderá alterar a posição dos leds da forma que desejar. Entretanto a sequência gerada pelo CD 4017 será sempre a mesma.

12. Neste projeto você poderá utilizar fontes de energia de 3V a 12V, como pilhas, baterias ou fontes ajustáveis para protoboard. Para instalar e utilizar uma fonte ajustável, assista o vídeo: Fonte Ajustável para Protoboard - Arduino

13. A montagem abaixo foi realizada em um protoboard com linhas de alimentação não contínuas, onde acrescentamos jampers para a ligação. Verifique se o seu protoboard possui linhas de alimentação contínuas ou separadas.

Atenção: Note que utilizamos no nosso exemplo uma fonte ajustável com 5V e um resistor de 150Ω para o led.

Vídeo

Experiências

1. Para entender todos os conceitos neste tutorial, experimente substituir os resistores R1 e R2 que ligam os pinos 6 e 7 do CI 555 e o capacitor C1 com valores maiores e menores que os utilizados no projeto. Verifique os tempos e frequência calculando através do link: Cálculo dos tempos e frequência do CI 555 com os resistores e capacitores que for utilizando. Desta forma, entenda como dimensionar o seu projeto para obter o sequencial de leds na frequência desejada.

2. Experimente também substituir os 10 leds por uma barra gráfica. Lembre-se que a saída de tensão (modo astável) está no pino 3 do CI 555. Para a montagem da barra gráfica, tome como base o Projeto 15a - Efeito interativo de iluminação sequencial com barra gráfica.

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