Construindo uma ponta lógica
A ponta lógica é um instrumento de fundamental importância para o técnico reparador verificar circuitos digitais e eu havia prometido que iria a apresentar aqui no site a construção desta “ferramenta”. Pois bem, chegou a hora!
Há uma tendência de quase todo técnico ficar preso única e exclusivamente ao uso do multímetro como instrumento de teste e, certamente, muitas vezes, passa pelo defeito e não o encontra por não utilizar o instrumento mais adequado naquele momento. É o caso, por exemplo, da verificação de um circuito digital onde o multímetro, às vezes, pouco poderá ajudar e aí é hora de “entrar em cena” a ponta lógica.
Quando eu ministrava cursos de manutenção percebia que os técnicos nunca tinham ouvido falar em ponta lógica. Lá por volta de 2004 a Minipa comercializava aqui no Brasil a MP-2800 que eu recomendava e demonstrava em minhas aulas como usá-la. Infelizmente, talvez pela baixa procura, a empresa tirou o produto de linha.
No exterior encontram-se vários modelos e marcas para comprar, mas como isto ainda é complicado para muita gente a, solução é lançarmos mão do “jeitinho brasileiro” e fabricarmos nós mesmos a nossa ponta lógica.
Mas por que precisamos de uma ponta lógica?
Se você vem acompanhando a série de posts que tenho publicado aqui no site sobre eletrônica digital já sabe que o que interessa num circuito digital, diferentemente dos lineares, não é exatamente o valor da tensão que aparece no pino do CI e sim, que valor de tensão será reconhecido como nível alto ou nível baixo.
Temos ainda duas outras situações que precisamos identificar e para elas o multímetro não funciona.
Uma delas é constatar a presença de pulsos como no caso do reset nos micro controladores ou da transmissão de clock (SCL) e dados (SDA) entre a eeprom e o micro.
Além dos dois níveis lógicos, alto e baixo, há também o chamado tri-state ou alta impedância sobre o qual eu ainda não falei.
O tri-state é um nível ou estado lógico que não é nem alto nem baixo.
Então o que é? Não foi dito lá nos primeiros posts que digitalmente só existe 1 e 0?
Pois é, mas na prática podemos ter situações em que a porta lógica fica numa espécie de “coluna do meio” e não assume “se é ou se não é”. To be or not be 0 ou 1, eis a questão, como diria Shakespeare.
É esta indecisão de “personalidade” da porta lógica que é conhecida como tri state ou estado de alta impedância e será útil se nossa ponta lógica também puder detectá-la.
Em resumo, uma ponta lógica deve fazer três coisas:
1) Detectar níveis lógicos, alto ou baixo;
2) Detectar estado de alta impedância ou tri-state;
3) Detectar pulsos.
Antes de começarmos o projeto, façamos uma breve revisão.
Na parte VI quando tratei das famílias lógicas, TTL e CMOS, afirmei que os TTLs devem ser alimentados com 5V, mas hoje temos o LVTTL (Low Voltage TTL) funcionando com 3,3V e para os CMOS que originalmente trabalhavam entre 3 e 15 ou 18V, já existem versões que trabalham com 2,5V, 1,8V e até 1,2V. Nestes três casos em particular teremos uma complicação para o uso de uma ponta lógica e, portanto eles não serão comtemplados com a ponta lógica aqui apresentada. Este é um novo desafio a ser resolvido.
Finalmente o projeto da ponta lógica
Vasculhando o meu baú encontrei um projeto publicado pelo João Alexandre da Silveira, em maio de 1981, na época meu parceiro na Embratel e na Revista Antenna.
Resolvi então entrar em contato com ele e pedir autorização para publicá-lo aqui.
Sua resposta foi mais do que autorizar, ele resolveu me enviar uma versão atualizada com algumas melhorias que comtemplam as três condições que eu enumerei anteriormente. Valeu Alex!
Na figura 1 vai o esquema completo da nova ponta lógica projetada pelo Alex e que irei detalhar a partir de agora.
Fig. 1 – Circuito da ponta lógica by Alex
Fig.2 – CD4011
Todo o circuito foi construído utilizando um único CI da família CMOS designado por CD4011 e que é composto por quatro portas NAND como vemos na figura 2.
Como detector de níveis lógicos alto ou baixo foi utilizado um LED bicolor em conjunto com uma porta inversora como vemos na figura 3.
A obtenção de um inversor pode ser feita utilizando-se uma porta NAND ou NOR. Basta interligar as entradas de qualquer uma destas portas e assim, o nível lógico que for colocado na entrada sairá invertido, ou seja, 1 “vira” 0 e 0 “vira” 1. Como no projeto foi utilizado o CD 4011 que tem quatro portas NAND, uma delas foi aproveitada para ser “transformada” na porta inversora citada acima. Veja como ficou na figura 4.
Fig. 3 – Ponta detector de nível lógico
Na configuração proposta, se o LED verde acender significa que a ponteira detectou um nível alto; se tivermos nível baixo então será o LED vermelho que acenderá. O resistor de 1kohm colocado na saída da porta é um limitador de corrente para os LEDs.
Finalmente, se tivermos um ponto em tri-state ou alta impedância os dois LEDs ficarão apagados.
E assim, de maneira bem simples os dois primeiros requisitos para uma ponta lógica já foram resolvidos.
Fig. 4 – Inversor com porta NAND
Falta agora fazer com que a ponta lógica detecte pulsos que são estímulos elétricos de curta duração. Um pulso pode ocorrer de duas maneiras, indo de 0 para 1 e dizemos que é um pulso positivo ou ainda indo de 1 para 0 e neste caso chamamos de pulso negativo.
A maneira mais simples de se capturar um pulso digital é utilizando um circuito lógico chamado flip-flop do tipo R-S (Reset-Set). Se você ainda não sabe o que é um flip flop sugiro que leia o que eu escrevi na revista Antenna em junho de 1980 equeestá aqui no Baú do Brites.
Esta parte do circuito da ponta lógica está na figura 5. A construção deste flip flop foi feita com as duas portas NAND do CD 4011 das três que sobraram.
Fig. 5 – Flip flop construído com portas NAND
Observe que temos uma chave seletora de duas posições ligada na entrada S do flip flop, que permite que o pulso vá direto a ela ou através de uma porta inversora que será construída também ligando as duas entradas da última porta NAND do CD4011 que estava de “bobeira”.
Assim, se o pulso a ser detectado for negativo, a porta inversora se encarrega de invertê-lo e torná-lo positivo para acionar a entrada S do flip flop. Na entrada R do flip flop (pino 8) temos uma chave tipo push botom que tem a finalidade de “limpar a memória” do mesmo.
A presença do pulso será indicada pelo LED amarelo colocado na saída Q do flip flop.
E assim concluímos o projeto da ponta lógica construídacom um único CI que custa em torno de 2 reais!
A alimentação para a ponta lógica será colhida do próprio circuito que está sendo analisado.
Para evitar que o CD4011 seja queimado por uma inversão de polaridade na hora de plugar as garras jacaré ao circuito, temos um diodo em série com a alimentação do CD4011 (pinos 7 e 14) servindo como proteção contra “osdistraídos”.
Cabe lembrar que como a família CMOS trabalha com alimentação que pode variar de 3 a 15V está poderá verificar níveis lógicos tanto em TTLs como em CMOS.
Da teoria para a prática
O próximo passo será montar o circuito proposto.
Como se trata de um circuito bem simples e com pouquíssimos componentes além do CD4011, a opção foi utilizar uma placa de circuito impressa padronizada e alojar tudo numa pequena caixinha de plástico do tipo “Patola” ou outra similar que você tenha a disposição. Aí entra sua criatividade artística!
Considerando que este post já ficou muito grande vamos deixar para semana que vem a montagem da ponta.
Enquanto isto, segue a lista de material para você ir adquirindo as peças e, se quiser, aproveitar para fazer um ensaio montando num protoboard.
Lista de Material
CD 4011
Soquete para CI de 14 pinos (recomendado)
3 resistores de 1kohm 1/8W
1 led bicolor de dois terminais
1 led amarelo
1 chave push botom tipo normalmente aberta
1 chave de 1 polo posições (pode ser de alavanca ou deslizante)
1 diodo 1N4007 ou equivalente
1 “agulhão” para servir de ponteira
2 garras jacaré pequenas (preta e vermelha)
1 placa de circuito impresso padronizada.
Caixa a seu gosto.
Por enquanto é isso. Vai providenciando o material e na semana que vem partimos para a montagem.
Até sempre
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