A
montagem que propomos neste artigo permitirá ao leitor personalizar sua árvore
de natal de maneira única. O circuito controla 24 LEDs bicolores (ou 48 LEDs
comuns) e ainda mais 5 LEDs azuis (para a montagem de uma estrela no alto da
árvore, por exemplo).
Os “efeitos” são obtidos via
software e, portanto, completamente diferentes dos conseguidos com os
“pisca-piscas” comuns. O leitor perceberá que existe uma “lógica” definida no
piscar dos LEDs, o que permite distribui-los de forma a se obter
efeitos muito diferentes dos habituais.
E o leitor mais atento irá
perceber que este não é apenas um circuito para fazer LEDs piscarem em uma
árvore de natal. O circuito também poderá ser utilizado em vitrines, painéis
publicitários, e muitos outros. Portanto, temos um circuito muito versátil
que após a “passagem do final de ano” ainda poderá ser utilizado com outros
objetivos.
O Circuito
Na figura 1 o leitor tem
o circuito elétrico do controle de LEDs. Observando o circuito vemos que todo
o controle é feito por um microcontrolador PIC16F628A da Microchip® (CI1).
Os CIs 2, 3, 4, 5, 6 e 7 são
“Shift Registers” da família TTL (74HC595). Utilizando estes CIs foi possível
ampliar o número de I/Os do microcontrolador (apenas 13 no total). Assim, a
partir de algumas I/Os “naturais” do microcontrolador (utilizamos 9 no
controle dos Shift Registers), geramos outras 48 I/Os “virtuais”.
Os “Shift-Registers” operam da
seguinte maneira: Inserimos um bit qualquer em sua entrada “SER”. Com um
pulso de “clock” em “SRCLK” (rampa de subida) inserimos este bit em “QA”.
Mais um pulso de “clock” e o bit é transportado de QA para QB, e assim
sucessivamente até QH. Desta maneira podemos inserir um byte (8 bits)
serialmente através do pino “SER” (bit por bit) disponibilizando-o através de
QA a QH. Temos então um CI com entrada serial e saída paralela.
O pino “SRCLR” do
“Shift-Register” é um pino de “reset”. Quando ativado (nível lógico “0”), as
saídas QA a QH são limpas. No circuito estes pinos são mantidos em nível
lógico “1”, através dos resistores R49, R50, R51, R52, R53 e R54, para evitar
o “reset” dos CIs “Shift-Register”.
O pino “RCLK” permite
transferir, com um pulso, o conteúdo dos “flip-flops” internos do
“Shif-Registers” para o “latch” de saída (transferência na rampa de subida do
pulso). Temos então o “travamento” do dado na saída. O mesmo só será
modificado após um novo dado ser inserido nos “flip-flops” e transportados
para o “latch”.
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O pino
“G” é o pino de habilitação do CI. A habilitação é negada através dos
resistores R55, R56, R57, R58, R59 e R60 (nível lógico “1”). O leitor deve
ter notado que todos os CIs compartilham a mesma linha de dados (SER), clock
(SRCLK) e latch (RCLK). Quando desejamos alterar os dados de um dos
“Shift-Registers” basta ativar o pino “G” correspondente deste com nível
lógico “0”. Isso é feito pelo microcontrolador através dos pinos de I/O da
porta “B” (RB1 a RB6). Com este artifício é possível controlar até 48 saídas.
Para auxiliar ainda mais o leitor na compreensão do CI 74HC595, temos na tabela
1 o que foi descrito até o momento.
O circuito prevê ainda o uso de
mais cinco pinos de I/O do microcontrolador (RA0 a RA4). Estes pinos
receberam transistores “drivers” (Q1 a Q5) para controlar cinco LEDs “azuis”
(D25 a D29) de maneira independente dos outros LED’s (D1 a D24).
Um circuito regulador para 5
VDC com correntes de até 1 A foi previsto também no projeto. Ele é formado
pelo regulador CI8 e capacitores C8, C9, C10 e C11. Os capacitores C1, C2,
C3, C4, C5, C6 e C7 ajudam no desacoplamento dos CIs (filtro). Para usar o
circuito é necessário uma fonte com entrada de acordo com a rede e saída com
tensão de 12 VDC previamente regulados e filtrados, com corrente igual ou
superior a 1 A.
O leitor deve ter observado que
o transistor Q1 é o único PNP do circuito. Ele foi inserido no circuito
devido ao fato do pino de I/O RA4, quando configurado como saída ser do tipo
“Open Drain” (Coletor aberto). O resistor R71, ligado a +Vcc, mantém Q1 em
“corte” (sem condução). Quando RA4 é ativado, o transistor é levado a
saturação, acendendo o LED. Veja a figura 2.
Os transistores Q2, Q3, Q4 e Q5
são NPN e sua operação é a seguinte: quando os pinos de I/O do
microcontrolador, ligados a base destes, são levados ao estado lógico “0” os
mesmos são colocados em “corte” e os LEDs ligados a eles permanecem apagados.
Quando os pinos de I/O assumem o estado lógico “1”, os transistores passam a
conduzir (saturação) e os LEDs ligados a estes acendem.
Os resistores R1 a R48 são
resistores limitadores e evitam a sobretensão nos LED’s e também garantem o
nível de corrente adequados à operação dos “Shift-Register’s”.
Obs.: O leitor deve ter em mente que
trata-se de um circuito microcontrolado. A ação de “levar um pino de I/O” a
um determinado estado lógico é feita pelo programa que será inserido no
microcontrolador.
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A Montagem
Na figura 3 temos o
“lay-out” para a confecção do circuito impresso utilizado em nosso protótipo,
o lado cobreado esta disponível em nosso site. O leitor mais experiente
poderá montar o circuito em uma placa padrão, por exemplo, se preferir este
tipo de montagem.
A montagem do circuito, para
testes apenas, pode ser feita em uma matriz de contatos. Para a montagem
definitiva, seja qual for, aconselhamos o uso de soquetes para todos os Cis,
principalmente para CI1 (microcontrolador). Os LEDs devem preferencialmente
ser ligados através de cabos do tipo “flat” ou outros, não muito grossos.
Quanto mais maleáveis forem, melhor será a instalação deles na árvore.
O comprimento deste pode ser de
até 2 metros, dependendo do tamanho da árvore. Se o leitor utilizar LEDs
bicolores, procure montá-los conforme descrito no circuito elétrico. O pino
que permite acender a cor “vermelha” em um dos CIs 74LS595 e o pino que
permite acender a cor verde no CI seguinte. Assim, o efeito sequencial será perfeito!
Uma outra dica sobre os LEDs é o uso de termocontrátil na ligação dos cabos
em seus terminais. Isto não apenas permitirá um melhor acabamento, como
também proporcionará uma proteção extra contra possíveis curto-circuitos.
Evite o uso de LEDs brancos ou
outros tipos neste circuito. O dreno de corrente destes é bem maior que o dos
comuns vermelhos, por exemplo. Isso poderá danificar os CIs “Shift
Registers”. Caso o leitor deseje utilizar outros LED’s que, comprovadamente,
possuem um consumo de corrente maior que 20 mA, deverá providenciar um
“drive” para cada um deles. Use, se for o caso, o circuito da figura 4.
Lembre-se também de
re-dimensionar a fonte para trabalhar com os novos valores de corrente no
circuito. Os capacitores de desacoplamento C1 a C7 são do tipo cerâmico. Os
capacitores C8 e C11 são do tipo eletrolítico com tensões de trabalho de 25 V
e 16 V, respectivamente. Os capacitores C9 e C10 devem ser do tipo poliéster
com tensão de trabalho a partir de 150 V.
Tenha cuidado ao soldar os
componentes polarizados como transistores, LEDs, diodos, CIs e capacitores
eletrolíticos. Qualquer inversão e o circuito não funcionará corretamente. O
regulador de voltagem CI8 requer um radiador de calor. A fonte de alimentação
para o circuito é do tipo externa e deve fornecer uma tensão previamente
regulada em 12 VDC com um regime de corrente em 1 A ou superior (dependendo
do tipo de LED adotado).
Tenha cuidado ao ligar os
“jumpers” na placa. Verifique se não esqueceu nenhum ou mesmo se não os
trocou de posição.
Obs.: Os terminais ao lado do microcontrolador foram
inseridos para acompanhamento dos sinais externamente. Foram necessários
apenas nos nossos testes e podem ser ignorados pelo leitor durante a sua
montagem.
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