Projeto Caça-Níquel

Emelca Teles

Lavras-MG

07 de Julho de 2025

Sumário

Objetivo……………………………………………………….…………………..….1
Princípio de funcionamento………..………………………………….…………...1
Ferramentas Utilizadas………………………………………………...…………...1
Explicação técnica dos componentes digitais……………………………………2
Geração do Clock com NE555 e Cálculo da Frequência……..……………….13

6. Características Técnicas dos Componentes…………………………………….15

7. Montagem do circuito………………………………………………………………22

8. Resultados…………………………………………………………………………..28

9. Conclusão………………………………………………………….………………..29

10. Anexos………………………………………………………………….………….29

11. Referências………………………………………………………………………..30

1. Objetivo

O objetivo deste projeto foi desenvolver um sistema de caça-níquel digital de três dígitos, sem uso de microcontroladores, utilizando apenas circuitos digitais discretos. A proposta é que cada dígito conte continuamente de 1 a 9 e, ao pressionar um botão, congele o número atual. Quando os três números coincidirem, um LED verde acende, indicando que o jogador ganhou (jackpot).

2. Princípio de funcionamento

O avanço da eletrônica digital tem permitido a construção de sistemas lógicos complexos utilizando circuitos integrados simples e de baixo custo. Este projeto tem como objetivo aplicar os fundamentos da eletrônica digital combinacional e sequencial na criação de um sistema de caça-níquel digital funcional, utilizando apenas componentes discretos, sem o uso de microcontroladores ou software de programação.

O caça-níquel desenvolvido consiste em três dígitos independentes, cada um controlado por um conjunto de circuito integrado temporizador (NE555), contador binário (74LS191), decodificador BCD para display de 7 segmentos (CD4511) e flip-flop do tipo D (4013). O sistema é projetado para que, ao energizar o circuito, os números comecem a mudar automaticamente, simulando o giro de um caça-níquel tradicional. Cada número pode ser "travado" pelo jogador através de um botão, e ao final do processo, se os três dígitos forem iguais, um LED verde acende automaticamente, indicando a vitória.

O projeto também inclui o uso de comparadores digitais (74HC85) para realizar a verificação de igualdade entre os três dígitos, demonstrando na prática a aplicação de lógica de comparação binária. A frequência de contagem foi controlada por um oscilador baseado no NE555 em modo astável, cuja frequência foi ajustada com resistores de 100 kΩ e um capacitor de 1 μF, resultando em uma frequência próxima de 4,8 Hz.

Este relatório apresenta a construção detalhada do sistema, explicação técnica dos componentes utilizados, cálculo da frequência, análise e resultados obtidos, evidenciando o funcionamento prático de conceitos fundamentais da eletrônica digital.

3. Ferramentas utilizadas

2 Protoboards;
Jumpers macho-macho;
23 resistores de 220 ou 330 ohms;
3 resistores de 5k ohms;
6 resistores de 100K ohms;
3 capacitores de 1 μF;
3 capacitores de 1nF;
3 x botões;
2 Leds;
3 Contadores SN74LS191;
2 Flip-Flops D 4013;
3 Temporizadores NE555;
3 Decodificadores CD4511BE;
2 Comparadores 74HC85;
Fonte 5V;
Multímetro para testes;
3 Displays de sete segmentos 5161AS (cátodo comum);.

4. Explicação técnica dos componentes digitais

Para que o caça-níquel funcionasse como o esperado, foi necessário integrar diferentes componentes digitais, cada um com uma função bem específica. A seguir, explico como cada parte do circuito contribuiu para o funcionamento geral, com base tanto na experiência prática quanto nas informações dos próprios datasheets dos circuitos integrados utilizados.

Contadores (74LS191)

Cada um dos três dígitos do caça-níquel foi controlado por um circuito integrado 74LS191, que é um contador binário síncrono de 4 bits. Isso significa que ele conta números em binário, indo de 0 a 15, mas no nosso projeto foi limitado para funcionar apenas entre 1 e 9. Esses contadores foram configurados para contar sempre para frente (incremento), com o pino U/D ligado ao VCC.

O pino de clock (CLK) é responsável por fazer a contagem avançar. Toda vez que ele recebe um pulso, o número muda. Já o pino /CE (Chip Enable), que é ativo em nível baixo, controla se o contador está habilitado ou não para contar. Essa entrada foi conectada à saída de um flip-flop, de forma que o jogador pudesse travar a contagem ao apertar um botão.

As saídas Q0 a Q3 do contador, que representam o número atual em binário, foram ligadas diretamente às entradas do decodificador CD4511. Isso permitiu que o número binário fosse convertido em um número visual no display.

Pino	Nome	Função no CI	Função no projeto
1	/LOAD	Entrada assíncrona de carregamento de valor	Ligado a Vcc para desativar o carregamento
2	A (D0)	Bit menos significativo do valor de preload	Não usado (ignorado se /LOAD = 1)
3	B (D1)	Bit 1 do valor de preload	Não usado
4	C (D2)	Bit 2 do valor de preload	Não usado
5	D (D3)	Bit mais significativo do valor de preload	Não usado
6	CEP	Clock Enable paralelo (ativa em nível alto)	Ligado ao Vcc (habilitado sempre)
7	/CET	Clock Enable em série (ativa em nível baixo)	Ligado ao flip-flop D (pino Q) → trava ou libera a contagem
8	GND	Terra	Ligado ao GND da fonte
9	Q0	Saída do bit menos significativo	Ligado ao CD4511 e ao comparador 74HC85
10	Q1	Saída do bit 1	idem
11	Q2	Saída do bit 2	idem
12	Q3	Saída do bit mais significativo	idem
13	CARRY OUT	Saída para encadeamento (overflow)	Não utilizado
14	BORROW OUT	Saída para encadeamento (underflow)	Não utilizado
15	UP/~DOWN	Define o sentido da contagem (1 = sobe)	Conectado a Vcc para contar para cima
16	CLK	Entrada de clock	Recebe pulso do NE555
17	MR	Reset assíncrono (ativo em nível alto)	Ligado ao GND para desabilitar reset
18	/CET	Repetido	—
19	Vcc	Alimentação	+5 V estabilizados

O NE555 envia pulsos no pino CLK
O UP/~DOWN está em nível alto → o contador conta para cima
O MR está em GND → não reinicia automaticamente
O pino /CET está ligado ao Q do flip-flop D. Quando o botão é pressionado, o flip-flop alterna o estado:

Q = 0 → /CET = 0 → contador habilitado
Q = 1 → /CET = 1 → contador travado

Decodificadores (CD4511BE)

O decodificador CD4511BE foi utilizado para converter os sinais binários vindos do contador em sinais que acionam os segmentos do display de 7 segmentos. Esse CI recebe os bits A, B, C e D (equivalentes a Q0–Q3 do contador) e aciona os segmentos apropriados (a até g) para formar os números de 0 a 9.

Para garantir que o número fosse exibido corretamente, as entradas de controle do decodificador (LT, BI e LE) foram mantidas em nível alto. Isso garante que ele esteja sempre ativo e que os números sejam mostrados normalmente no display. Como usamos displays de cátodo comum, a lógica de ativação dos segmentos foi compatível com a saída do CD4511.

Pin	Nome	Função no CI	Função no projeto
1	LE (Latch Enable)	Permite travar o valor das entradas (nível alto)	Ligado ao GND → decodificador segue a entrada em tempo real
2	B (bit 1)	Segundo bit da entrada BCD	Ligado à saída Q1 do contador 74LS191
3	C (bit 2)	Terceiro bit da entrada BCD	Ligado à saída Q2 do contador 74LS191
4	D (bit 3)	Quarto bit da entrada BCD	Ligado à saída Q3 do contador 74LS191
5	LT (Lamp Test)	Ativa todos os segmentos (nível baixo)	Ligado ao Vcc → evita teste acidental
6	BI (Blanking Input)	Desliga todos os segmentos (nível baixo)	Ligado ao Vcc → segmentos ativos normalmente
7	a (segmento A)	Saída para o segmento “a” do display	Ligado ao segmento A do display 5011AS
8	GND	Terra	Conectado ao GND da fonte
9	e (segmento E)	Saída para segmento E	Ligado ao display
10	d (segmento D)	Saída para segmento D	Ligado ao display
11	c (segmento C)	Saída para segmento C	Ligado ao display
12	b (segmento B)	Saída para segmento B	Ligado ao display
13	g (segmento G)	Saída para segmento G	Ligado ao display
14	f (segmento F)	Saída para segmento F	Ligado ao display
15	A (bit 0)	Bit menos significativo da entrada BCD	Ligado à saída Q0 do contador 74LS191
16	Vcc	Alimentação positiva (+5 V)	Conectado à fonte de +5 V

Os pinos A, B, C, D (15, 2, 3, 4) recebem os 4 bits do contador 74LS191.
As saídas a–g acionam os segmentos do display 5011AS (cátodo comum).

As entradas de controle:

LE : GND → a saída reflete a entrada BCD diretamente
LT : Vcc → evita acendimento de todos os segmentos
BI : Vcc → mantém os segmentos ligados (ativa o display)

Flip-Flops tipo D (4013)

Os flip-flops D foram peças-chave no controle da parada de cada contador. Eles funcionam como interruptores digitais: a cada aperto de botão, seu estado muda alternando entre permitir que o contador continue contando ou mantê-lo travado.

Cada flip-flop foi configurado no modo "toggle", conectando a saída /Q de volta à entrada D. Assim, toda vez que o botão é pressionado, um pulso de clock é enviado e o flip-flop troca de estado. A saída Q é então conectada ao pino /CE do contador correspondente. Quando Q está em nível alto, o contador está habilitado e continua a contagem. Quando está em nível baixo, o contador é desabilitado e o número permanece travado.

Essa abordagem permitiu que o jogador controlasse cada um dos três dígitos de forma independente, criando a interação desejada para o caça-níquel.

Flip-flop 1 (lado esquerdo do CI):

Pino	Nome	Função no CI	Função no projeto
1	Q1	Saída direta do flip-flop	Vai para o pino /CET do contador 74LS191 (habilita ou trava)
2	/Q1	Saída inversa do flip-flop	Realimenta o pino D1 para formar o modo toggle
3	CLK1	Clock (flanco de subida ativa o FF)	Ligado ao botão (com resistor pull-down de 10 kΩ)
4	D1	Agora observe com atenção: esse é exatamente o termo quadrático que representa:	Agora observe com atenção: esse é exatamente o termo quadrático que representa:
5	SET1	Agora observe com atenção: esse é exatamente o termo quadrático que representa:	Agora observe com atenção: esse é exatamente o termo quadrático que representa:
6	RESET1	Agora observe com atenção: esse é exatamente o termo quadrático que representa:	Agora observe com atenção: esse é exatamente o termo quadrático que representa:

Flip-flop 2 (lado direito do CI):

Pino	Nome	Função no CI	Função no projeto (se usar para segundo contador)
13	Q2	Saída direta do segundo flip-flop	Vai para o segundo contador (/CET)
12	/Q2	Saída inversa	Realimenta o D2
11	CLK2	Clock do segundo FF	Vai para segundo botão (com resistor de pull-down)
10	D2	Entrada D	Ligado a /Q2 (modo toggle)
9	SET2	Força Q2=1	Ligado ao GND
8	RESET2	Força Q2=0	Ligado ao GND

Alimentação do CI (válida para ambos os flip-flops):

Pino	Nome	Função
7	GND	Terra
14	Vcc	+5 V (ou +9V, mas no projeto: 5V)

Funcionamento no circuito (modo toggle)

Foi configurado para funcionar como alternador de estado (toggle). A cada aperto de botão, ele inverte o estado de saída:

Quando Q = 0 → /CET = 0 → contador conta
Quando Q = 1 → /CET = 1 → contador trava

Botão com resistor pull-down:

O pino CLK do flip-flop é ligado:

Ao botão → quando pressionado, envia pulso (nível alto)
A um resistor de 10 kΩ para GND → garante nível baixo quando botão não está pressionado (evitar flutuação)

Isso gera um pulso limpo no pino de clock, alternando o estado do flip-flop com estabilidade.

Comparadores (74HC85)

Para detectar se o jogador obteve três números iguais (jackpot), utilizamos dois comparadores digitais 74HC85. Esses CIs comparam dois números binários de 4 bits e informam se o primeiro é maior, menor ou igual ao segundo.

No circuito, o primeiro comparador verificava se o número do primeiro contador era igual ao do segundo. Se sim, sua saída A = B ficava em nível alto. Essa saída foi conectada à entrada A = B IN do segundo comparador, que comparava o número do primeiro contador com o terceiro. Dessa forma, o segundo comparador só realizava a comparação se os dois primeiros números já fossem iguais.

Quando os três números coincidiam, a saída A = B do segundo comparador ia para nível alto e era usada para acender o LED verde. Isso sinalizava que o jogador havia vencido.

Pino	Nome	Função	Função no projeto
1	A3	Bit mais significativo da entrada A	Recebe Q3 do contador 1
2	B3	Bit mais significativo da entrada B	Recebe Q3 do contador 2
3	A2	Bit 2 da entrada A	Q2 do contador 1
4	B2	Bit 2 da entrada B	Q2 do contador 2
5	A1	Bit 1 da entrada A	Q1 do contador 1
6	B1	Bit 1 da entrada B	Q1 do contador 2
7	A0	Bit menos significativo da entrada A	Q0 do contador 1
8	B0	Bit menos significativo da entrada B	Q0 do contador 2
9	A > B IN	Entrada de comparação entre números mais significativos	Ligado a GND (assume igualdade inicial entre grupos superiores)
10	A = B IN	Entrada de igualdade entre grupos anteriores	Ligado a Vcc → habilita comparação normal
11	A < B IN	Entrada de comparação menor entre grupos anteriores	GND
12	A < B OUT	Saída: 1 se A < B	Não usada no projeto
13	A = B OUT	Saída: 1 se A = B	Conectada a uma porta AND junto com outro comparador
14	A > B OUT	Saída: 1 se A > B	Não usada
15	GND	Terra	Conectado ao GND da fonte
16	Vcc	Alimentação positiva	Conectado a +5 V da fonte

Os bits Q0–Q3 de dois contadores são conectados às entradas A e B dos comparadores.

A saída A = B OUT será 1 somente se todos os bits forem iguais.

Para comparar três contadores, você usa dois comparadores 74HC85:

Comparador 1 → compara contador 1 com contador 2
Comparador 2 → compara contador 2 com contador 3

As duas saídas de igualdade (A = B OUT) são conectadas a uma porta AND:

Se ambas forem 1, os três números são iguais.
O LED verde acende.

Display 5011AS – 7 Segmentos (Cátodo Comum)

O 5011AS é um display de 7 segmentos comum cátodo, o que significa que todos os cátodos dos LEDs internos estão ligados a um único pino de GND, e os segmentos individuais são acionados aplicando nível alto (+V) nas entradas correspondentes.

O CD4511 envia sinais de nível alto para acionar os segmentos a–g, conforme o número a ser exibido (0 a 9).

Os dois pinos de cátodo comum são conectados ao GND da fonte, completando o circuito para cada LED.

O pino (dp) não é usado no projeto (fica desconectado ou aterrado com resistor).

Quando um pino de segmento recebe nível alto, o LED correspondente acende (porque o outro lado já está no GND).

Pino	Segmento	Função	Função no circuito
1	e	Segmento E	Conectado à saída “e” do CD4511
2	d	Segmento D	Conectado à saída “d” do CD4511
3	c	Segmento C	Conectado à saída “c” do CD4511
4	com	Cátodo comum (GND)	Ligado ao GND da fonte
5	b	Segmento B	Conectado à saída “b” do CD4511
6	a	Segmento A	Conectado à saída “a” do CD4511
7	g	Segmento G	Conectado à saída “g” do CD4511
8	com	Outro pino de cátodo comum (GND)	Também ligado ao GND
9	f	Segmento F	Conectado à saída “f” do CD4511
10	dp	Ponto decimal (não usado)	Pode deixar desconectado

5. Geração do Clock com NE555 e Cálculo da Frequência

Para que os contadores soubessem quando mudar de número, foi necessário gerar pulsos elétricos em um ritmo constante. Essa tarefa ficou por conta do temporizador NE555, configurado no modo astável, ou seja, operando de forma contínua como um oscilador.

O NE555 funciona como um "relógio digital", enviando pulsos regulares para os contadores. Esses pulsos determinam a velocidade com que os números giram nos displays. A frequência desses pulsos é determinada pelos resistores e pelo capacitor ligados ao CI.

A fórmula usada para calcular a frequência do NE555 em modo astável é a seguinte:

f=1.44 / (R1+2R2)C

No nosso projeto, utilizamos dois resistores de 100kΩ (R1 e R2) e um capacitor de 1 μF. Substituindo na fórmula, temos:

f=1.44 / (105+2.105)10^-6=4.8Hz

Isso significa que o sistema enviava aproximadamente 4,8 pulsos por segundo, o que fazia com que os números nos displays girassem a uma velocidade razoável para a interação humana — nem tão rápido que fosse imperceptível, nem tão lento que se tornasse cansativo.

Pino	Nome	Função no CI	Função no circuito (modo astável)
1	GND	Referência de terra (0 V)	Conectado ao GND da fonte/alimentação
2	Trigger	Dispara o flip-flop interno quando a tensão < 1/3 Vcc	Conectado ao Threshold, pois ambos oscilam juntos no modo astável
3	Output	Saída do pulso gerado (nível alto/baixo alternado)	Ligado ao pino de clock dos contadores 74LS191
4	Reset	Força o 555 a parar a saída (nível baixo ativa)	Ligado ao Vcc (+5V) para não interferir — ou seja, desativado
5	Control Voltage	Permite alterar o limiar de comparação interna	Não utilizado no projeto, geralmente ligado a um capacitor de 10 nF para estabilidade
6	Threshold	Finaliza o ciclo de pulso quando > 2/3 Vcc	Ligado ao capacitor (C1) e ao Trigger - juntos definem o tempo de oscilação
7	Discharge	Drena corrente para descarregar o capacitor	Conectado entre os resistores R1 e R2 — controla a descarga de C1 no ciclo
8	Vcc	Alimentação positiva (típico: +5 V)	Conectado ao +5 V da fonte do projeto

6. Características Técnicas dos Componentes (Segundo os Datasheets)

Durante o projeto, foi essencial consultar os datasheets de cada componente, tanto para entender o funcionamento quanto para fazer as ligações corretamente. Abaixo estão algumas informações técnicas relevantes que embasaram o uso dos CIs:

NE555

Figura 1 - Diagrama de terminais do temporizador

Parâmetro	Valor típico
Tensão de operação (Vcc)	4,5 V a 16 V
Corrente de alimentação	~3 a 6 mA
Frequência máxima	Até 500 kHz (modo astável)
Tensão de saída em nível alto	Vcc – 1,7 V (com carga de 200 mA)
Corrente de saída máxima	±200 mA (limitada por dissipação)
Temperatura de operação	–55 °C a +125 °C

74LS191

Figura 2 - Diagrama de terminais do contador

Contador síncrono de 4 bits
Contagem crescente ou decrescente controlada por pino U/D

Parâmetro	Valor típico
Tensão de operação (Vcc)	4,75 V a 5,25 V (TTL padrão)
Corrente de alimentação	~20 mA por CI
Frequência máxima de clock	~25 MHz (dependendo da carga)
Tempo de propagação (clock → Q)	~30 ns
Nível lógico alto (mín.)	2,0 V
Nível lógico baixo (máx.)	0,8 V
Corrente de saída (Qx)	~8 mA
Temperatura de operação	0 °C a 70 °C

CD4511BE

Figura 3 - Diagrama de terminais do decodificador

Decodifica entradas BCD em sinais para display de 7 segmentos
Entradas de controle: Lamp Test (LT), Blanking Input (BI), Latch Enable (LE)
Compatível com displays de cátodo comum

Parâmetro	Valor típico
Tensão de operação (Vcc)	3 V a 15 V
Corrente de alimentação	< 1 mA (sem carga nos segmentos)
Corrente de saída por segmento	5 a 25 mA (depende de Vcc)
Nível lógico alto (mín.)	0,7 × Vcc (ex: ~3,5 V para 5 V)
Nível lógico baixo (máx.)	0,3 × Vcc (ex: ~1,5 V para 5 V)
Tempo de propagação (entrada → segmento)	~200 ns (CMOS típico)
Temperatura de operação	–55 °C a +125 °C

4013 (Flip-Flop tipo D)

Figura 4 - Diagrama de terminais do Flip-Flop D

Dois flip-flops D independentes por CI
Alternância de estado por borda de subida no clock
Pode ser usado para latch, toggle, contagem ou controle

Parâmetro	Valor típico
Tensão de operação (Vcc)	3 V a 15 V
Corrente de alimentação	~10 μA a 0,2 mA (muito baixo)
Frequência máxima (CLK)	~3–10 MHz (depende de Vcc)
Tempo de propagação	~100–300 ns
Corrente de saída (Q)	±10 mA (com Vcc = 5 V)
Nível lógico alto (mín.)	0,7 × Vcc
Nível lógico baixo (máx.)	0,3 × Vcc
Temperatura de operação	–55 °C a +125 °C

74HC85

Figura 5 - Diagrama de terminais do comparador

Comparador de magnitude de 4 bits
Entradas para ligação em cascata (A > B IN, A = B IN, A < B IN)
Saídas correspondentes a comparações lógicas (A > B, A = B, A < B)

Parâmetro	Valor típico
Tensão de operação (Vcc)	2 V a 6 V (ideal: 4,5–5,5 V)
Corrente de alimentação	~0,1 a 1 mA
Frequência máxima	~40–50 MHz
Tempo de propagação (A→OUT)	~15–20 ns
Corrente de saída	±6 mA (nível TTL compatível)
Nível lógico alto (mín.)	2,0 V
Nível lógico baixo (máx.)	0,8 V
Temperatura de operação	–40 °C a +125 °C

Display de 7 segmentos (modelo 5011AS – Cátodo Comum)

Figura 6 - Diagrama de terminais do display 5161AS

Possui 8 LEDs organizados para formar os números de 0 a 9 e o ponto(dp);
Os segmentos são identificados por letras de a a g, além do ponto decimal (dp)
Tipo cátodo comum: os dois pinos COM devem ser conectados ao GND
Os segmentos acendem quando recebem nível alto (5V), ideal para uso com o CD4511
Tensão direta típica por segmento: entre 1,8V e 2,2V
Corrente recomendada por segmento: 10 mA a 20 mA (protegido por resistores de 330Ω a 470Ω)
O pino do ponto decimal (dp) não foi usado no projeto
Funcionamento estável com lógica TTL/CMOS de 5V

Parâmetro	Valor típico
Tipo	Cátodo comum
Tensão direta por segmento	1,8 V a 2,2 V
Corrente típica por segmento	10–20 mA
Corrente máxima por segmento	30 mA (com resistor limitador)
Potência máxima total	~150 mW (para todos segmentos acesos)
Temperatura de operação	–40 °C a +85 °C

7. Montagem do circuito

7.1. Simulações

Figura 7 - Parte 1 : Fração que foi replicada 2 vezes

Figura 8 - Parte 2 : Sistema de comparadores

Figura 9 - Parte 3 : Sistema completo

*Algumas partes da simulação foram adaptadas com materiais que tinham em laboratório.

7.2. Montagem em laboratório:

Para a montagem, verificou-se os datasheets de cada componente.

Etapa 1: Gerador de Clock com NE555 (para todos os dígitos)

Componentes:

NE555
R1 = 100kΩ
R2 = 100kΩ
C = 1 μF (capacitor eletrolítico ou cerâmico)
Capacitor de 10nF

Ligações:

Pino	Ligação
1	GND
2	Curto com o pino 6
3	Saída de clock → vai para clock dos flip-flops (pino 3 do 4013)
4	VCC (5V)
5	Capacitor de 10nF para GND (opcional, mas recomendado para estabilidade)
6	Curto com o pino 2
7	Conectado entre os dois resistores:

Etapa 2 : Contadores 74LS191 (1 por dígito)

Para cada CI 74LS191 (contador de 4 bits), ligou-se da seguinte forma:

Pino	Ligação
1 (/CLR)	VCC (5V) → não resetar automaticamente
2 (Load)	GND → permitir contagem contínua
3 (U/D)	VCC → contagem crescente
4 (CLK)	Saída Q do Flip-Flop correspondente
5 (P0)	Não usado (entrada de paralelismo)
6 (P1)	Idem
7 (P2)	Idem
8 (P3)	Idem
9 (GND)	GND
10 (Carry)	Não usado
11 (Borrow)	Não usado
12 (/CE)	Ligado ao Q do Flip-Flop correspondente → permite travar a contagem
13 (Q3)	Saída bit 3 → vai ao CD4511
14 (Q2)	Saída bit 2 → vai ao CD4511
15 (Q1)	Saída bit 1 → vai ao CD4511
16 (Q0)	Saída bit 0 → vai ao CD4511

Etapa 3: Flip-Flop tipo D (4013) para travar os contadores

Cada CI 4013 tem dois flip-flops independentes.

Pino	Ligação (para um lado do CI)
1 (Q)	Ligado ao /CE do contador correspondente
2 (/Q)	Ligado à entrada D (auto-toggle)
3 (CLK)	Ligado ao botão do jogador (com resistor pull-down)
4 (Reset)	GND
5 (Set)	GND
6 (D)	Conectado ao /Q
7 (GND)	GND
14 (VCC)	VCC

Repete-se para os três contadores (usando um CI e meio do 4013, ou seja, 2 flip-flops).

Etapa 4: Módulo 4 – Decodificador BCD para 7 segmentos (CD4511BE)

Para cada CD4511:

Pino	Ligação
1 (LT – Lamp Test)	VCC (para desativar o teste)
2 (BI – Blanking)	VCC (para manter o display ativo)
3 (LE – Latch Enable)	GND (para deixar a entrada direta)
4 (D)	Q0 do contador (bit menos significativo)
5 (C)	Q1 do contador
6 (B)	Q2 do contador
7 (A)	Q3 do contador
8 (GND)	GND
9–15	a–g do display de 7 segmentos
16 (VCC)	VCC (5V)

Entre os pinos de saída (a–g) e o display, usa-se resistores de 330Ω e 220Ω para limitar a corrente.

Etapa 5: Display de 7 Segmentos (Cátodo Comum)

Pino

Ligação

Pinos COM (3 e 8) Ligados ao GND

Pinos a–g pinos 9–15 do CD4511, via resistores

Pino dp (ponto decimal) Não utilizado

Etapa 6: Botões (1 por display)

Cada botão foi conectado da seguinte forma:

Uma extremidade do botão → GND
Outra extremidade → CLK do flip-flop (pino 3 ou 11 do 4013), com resistor pull-up de 100kΩ para VCC.

Etapa 7: Comparadores 74HC85

Foi usado 2 comparadores:

Primeiro comparador:

A0–A3: saídas do primeiro contador
B0–B3: saídas do segundo contador
A = B OUT → vai para A = B IN do segundo comparador

Segundo comparador:

A0–A3: mesmas saídas do primeiro contador
B0–B3: saídas do terceiro contador
A = B OUT → acende o LED verde, com resistor de 330Ω

8. Resultados

Figura 10 - Caça-níquel

Tabela verdade (Codificador,decodificador/display)

Entrada Q3	Entrada Q2	Entrada Q1	Entrada Q0	Dígito no Display
0	0	0	0	0
0	0	0	1	1
0	0	1	0	2
0	0	1	1	3
0	1	0	0	4
0	1	0	1	5
0	1	1	0	6
0	1	1	1	7
1	0	0	0	8
1	0	0	1	9

9. Conclusão

A montagem do caça-níquel digital foi uma experiência prática que uniu teoria e aplicação real da eletrônica digital. Com componentes simples, como contadores, flip-flops, decodificadores e comparadores, foi possível criar um sistema funcional e interativo, sem uso de microcontroladores ou programação.

O projeto permitiu aprofundar o entendimento sobre o funcionamento dos CIs, a leitura de datasheets, a lógica por trás das conexões e o uso de instrumentos como o multímetro. Testar, corrigir e ver o sistema operando reforçou a importância da prática e mostrou que, com paciência e atenção aos detalhes, é possível construir circuitos confiáveis e inteligentes.

10. Anexos

Simulação feita no Proteus Caça-níquel.zip

Vídeo de explicação do circuito:

https://youtube.com/shorts/HtNdlXhcdO8?si=bqaD0QkCg08xWX0x

11. Referências

Tocci, R. J., Widmer, N. S., & Moss, G. L. (2011). Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. Pearson.
TEXAS INSTRUMENTS. CD4511B CMOS BCD to 7-Segment Latch/Decoder/Driver. Disponível em: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4511b.pdf. Acesso em: 6 jul. 2025.
TEXAS INSTRUMENTS. SN74LS191: 4-Bit Synchronous Up/Down Binary Counter with Load. Disponível em: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls191.pdf. Acesso em: 6 jul. 2025.
TEXAS INSTRUMENTS. CD4013B: Dual D-Type Flip-Flop. Disponível em: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4013b.pdf. Acesso em: 6 jul. 2025.
TEXAS INSTRUMENTS. SN74HC85: 4-Bit Magnitude Comparator. Disponível em: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc85.pdf. Acesso em: 6 jul. 2025.
STMICROELECTRONICS. NE555 Timer Datasheet. Disponível em: https://www.st.com/resource/en/datasheet/ne555.pdf. Acesso em: 6 jul. 2025.
AGILENT TECHNOLOGIES. 5011AS - 7-Segment LED Display. Disponível em: https://www.kingbrightusa.com/images/catalog/spec/SC56-11EWA.pdf. Acesso em: 6 jul. 2025.

ARES - LABCENTER ELECTRONICS. Proteus Design Suite – User Manual. Versão 8.12. Disponível em: https://www.labcenter.com/downloads/. Acesso em: 6 jul. 2025.

sábado, 12 de julho de 2025