Contatori

Il contatore binario, è poco utile per contare pezzi, quando si supera il valore numerico 9, erano utilizzati ai tempi in cui i microprocessore erano programmati in Assembler; l’utilizzo dei contatore binario e la sua rappresentazione esadecimale, era facilmente interpretabile dai programmatori, che ricordavano, a memoria, il significato rappresentato sui display.

Negli schemi elettronici, per comodità, si è utilizzato un oscillatore con LM555, in sostituzione del pulsante del sensore conta impulsi.

Il contatore binario a 4 bit, il contatore binario 8 bit, realizzabili con i seguenti circuiti elettronici, possono essere sostituito da una singola porta di Arduino 1.

Contatore binario 4 bit con l’aggiunta di un display esadecimale

Circuiti elettronici in cascata

L’utilizzo di questo tipo di contatore, è utile nella costruzione di matrici a LED, tastiere, in genere ovunque sia necessario indirizzare i segnali analogici o digitali verso punti differenti del circuito.

Con l’aggiunta di un circuito elettronico CMOS del tipo CD4051,4052 o 4067, è possibile costruire un circuito Mux/Demux, abbreviazione di multiplexer/demultiplexer, in italiano, multiplatore/ demultiplatore.

Utilizzando un circuito CD4067, è possibile inviare un segnale analogico o digitale, proveniente da un ingresso, indirizzandolo su 16 uscite differenti, utilizzando unicamente 4 bit; il circuito elettronico è bidirezionale, pertanto è possibile anche l’operazione inversa, cioè selezionare il segnale proveniente da uno dei 16 ingressi disponibili verso un'unica uscita.

4067

Qualora fosse necessario gestire un maggior numero di selezioni, i circuiti elettronici contatori, come il CD4029, ha un segnale che riporta l’overflow all’elemento elettronico successivo.

schema elettronico contatore binari con doppia rappresentazione visiva

 Display 7_segmenti e display esadecimale

Utilizzando una porta di 8bit di Arduino, è possibile gestire 32 ingressi

Contatore shift-resister

Questo tipo di contatore, permette di ottenere un’uscita sequenziale del livello logico, al variare dello stato in ingresso al pin14 (CPO), partendo da Q0 fino a Q9, per riprendere nuovamente il ciclo da Q0.

Sostituendo l’oscillatore costruito attorno al circuito integrato 555, con un pulsante, o con un segnale proveniente da un sensore, ogni volta che l’impulso presente sul pin 14 del circuito integrato CD4017, cambia stato logico, passando dal livello logico 0 al livello logico 1, l’uscita del Cd4017, passerà dal livello logico 0 al livello logico 1, in sequenza; arrivato al la uscita Q9, il ciclo inizierà, nuovamente, dalla uscita Q0.

Qualora fosse necessario aumentare il numero delle uscite, è sufficiente collegare il pin 14 del CD4017 , al pin14 del CD4017 successivo.

Qualora fosse necessario diminuire la sequenza, è sufficiente collegare l’ultima uscita che determina la lunghezza della sequenza, al pin 15 del CD4017.

Così, se si vuole che la sequenza, si fermi al 4, si collegherà l’uscita Q3 al pin 15 MR (master reset).

contatore binario  + esadecimale

8 bit binary counter

Shift -register

contatore binario - decimale

Dalla necessità di visualizzare numericamente il risultato di un conteggio di eventi, sia sotto forma d’impulsi in unità di tempo (frequenza), sia il tempo medesimo (minuti, secondi, ore..), l’elettronica, ha sviluppato circuiti integrati con la funzione di contatore binario o decimale, per decodificare e pilotare il sistema di visualizzazione, senza la necessità di dover utilizzare un computer, che negli anni 60’ era tutt’altro che personal.

All’inizio degli anni 70’, con l’arrivo dei display a Led, la memoria e il driver, si sono uniti in un unico circuito integrato come il 74LS98 (BCD to 7 Segment Decoder/Driver/Latch), o il 9368 ( 7segment Decoder/Driver/Latch).

Qualche anno più tardi con la tecnologia CMOS, nuovi circuiti integrati, come il CD4511 (CMOS BCD to 7 Segment Latch Decoder Driver), in abbinamento con il CD4518 (Dual counter), sono stati utilizzati per gestire la parte hardware della visualizzazione.

A loro volta, con l’evolversi della costruzione e miniaturizzazione, tutta la parte che si riferisce alla gestione dei 4 digit del contatore , con la serie , 74C925/926/927 (4 digit Counter with multiplexer),  è stata riunita in un unico chip.

Nel 2004, un nuovo componente , ICM7216B/D, riuniva in un unico chip tutte le funzioni per realizzare un contatore di eventi come frequenze o tempi, compreso la funzione di pilotaggio del display a 8 digit, compresa la parte per la gestioni due ingressi.

 

L’arrivo sul mercato di microchip e logiche programmabili, ha decretato la fine di queste tecnologie.

Anche con Arduino è possibile costruire le apparecchiature in grado di contare eventi e gestire Display, ma grazie agli innumerevoli “shield” , reperibili sul mercato, si possono gestire anche altri sistemi di visualizzazione, pilotati in modo seriale, liberando le porte disponibili per gestire attuatori o sensori.

ICM7216

Arduino è in grado di sostituire molto hardware elettronico.

La realizzazione del sistema di visualizzazione, è composto dal contatore decimale (7490) con uscita BCD, seguito dalla memoria (latch) e dal decoder /driver (7441/74141) necessario per pilotare i primi display “Nixie”, con il funzionamento simile alle lampade al neon; sono essenzialmente dei tubi di vetro, simili alle valvole termoioniche, ma diversamente da queste, la temperatura di esercizio non supera i 40° C.

Questi tubi di vetro sono riempiti di gas Neon, a bassa pressione, con l’aggiunta di piccole parti di Mercurio o Argon.

Applicando una tensione tra i 170 e 300 Volt alla griglia (anodo), quando il driver di pilotaggio, collega il catodo a massa, si forma un alone luminoso arancione a forma di numero.

contatore CMOS 4 digit

Schema elettronico di un contatore CMOS, con l’utilizzo del CD4518 (Dual Counter) in abbinamento al CD4511 (Decoder/Latch/Driver  BCD to 7 segment)

contatore a 8 digit

Contatore Johnson

si tratta di un contatore ad anello, costituito da moduli Flip-Flop di tipo D e di tipo JK; l’uscita invertita dell’ultimo modulo è connessa al primo modulo, la sequenza delle uscite avanza ad ogni impulso di clock.

Quando il clock Enable è a zero, il contatore avanza di uno stadio, al passaggio da 0 a 1 del segnale sull’ingresso Clock .

Le uscite, che  sono normalmente a zero, e vanno a 1 ad ogni impulso di clock; rimane in tale stato fino al successivo impulso.

Il circuito integrato CD4017, è un contatore Johnson a 5 stadi con 10 uscite + un segnale di carry  che serve per concatenarne un altro.

Il segnale carry out , completa il suo ciclo dopo 10 impulsi di clock.

Può essere utilizzato come divisore da 1 a 10, collegando l’uscita desiderata al pin di  reset; quando il pin reset è a livello logico 1,, il contatore si azzera.

nel filmato, l’uscita 9, è connessa con il reset per limitare il conteggio a 8 uscite

Contatore binario - contatore esadecimale

Riccardo Monti