Microcontroladores... esses pequenos computadores

O propósito desse post é comparar os microcontroladores que eu já tive a oportunidade de conhecer, claro que existem muitos outros no mercado e em um único post seria impossível esgotar todo o assunto.
Como eu disse na postagem anterior, um microcontrolador é um circuito integrado que possui um Microprocessador, alguma quantidade de memória e controles de I/O. É como se fosse um pequeno computador dentro de um único CI.
Minha primeira experiência foi com uma pequena placa chamada Basic Stamp II, ela vem equipada com um microcontrolador PIC16C56A-04 de 4 Mhz com um interpretador Basic interno e uma memória EEPROM serial que consegue armazenar até 80 instruções BASIC... só com isso já dá pra perceber que não dá pra fazer grandes coisas com ela, não é mesmo? O preço atual no site do fabricante é de US$ 29,00, é um valor muito alto para quem quer usar como hobby, a única vantagem é a fácil programação por meio da linguagem Basic. Essa placa pode ser reprogramada por um microcomputador a partir da sua IDE proprietária que faz a transferência usando a porta serial (outro problema nos dias atuais pois a maioria dos computadores só vem com USB, nada de Serial RS-232).
Depois eu comprei uma placa/laboratório para trabalhar com Microcontroladores PIC da Microchip, eles possuem uma linha muito grande e variada, em meus testes eu comprei vários chips do modelo mais comum deles, o PIC16F84A, por ser distribuído também no encapsulamento DIP ele é muito bem adaptado para ser usado em protoboards no laboratório.
Esses microcontroladores da linha PIC são construídos com a arquitetura RISC e o modelo de estrutura de memória Harvard, diferentemente dos PCs o código é armazenado em uma memória separada da memória que armazena os dados.
O tamanho da word de instruções é de 14 bits, pois esse é o tamanho de cada instrução, mas existem outros modelos com 12 bits e os mais novos com 32 bits.

Especificações dos modelos, todos funcionam em 20Mhz:

Microcontrolador	Memória de programa	RAM(bytes)	EEPROM	Preço no site
PIC16F84A	1792 bytes	68 bytes	64 bytes	$3,11
PIC16F873	7 KB	198 bytes	128 bytes	$4,57
PIC16F877	14 KB	368 bytes	256 bytes	$5,39

Dentre as grandes vantagens desse tipo de microcontrolador estão o seu baixo custo e a possibilidade de reprogramação por meio da sua memória flash usando um protocolo serial, pode parecer pouco mas isso permite que se construa um "programmer" de baixo custo (isso é o circuito que liga o computador onde está o código escrito e o microcontrolador a ser programado) e também a possibilidade de se utilizar uma técnica chamada ICSP (In Circuit Serial Programming), como o próprio nome diz, você pode reprogramar o seu microcontrolador mesmo depois de já instalado em sua placa definitiva, basta que durante o projeto você deixe conectado os sinais necessário aos pinos que serão usados na reprogramação. Falarei mais sobre essa técnica em uma postagem futura.

Temos a linha da ATMEL que equipa as famosas placas Arduino, os primeiros modelos de placa eram equipados com o ATMEGA168 e encapsulamento DIP e vem espetados em um socket, esse chip pode ser substituído pelo ATMEGA328 (e foi nas placas mais novas) pois possui o mesmo tamanho e disposição de pinos, mas tem uma maior capacidade de armazenamento, veja na tabela adiante. As placas Arduino MEGA vinham equipadas com o ATMEGA1820, as mais modernas agora vêm equipadas com o ATMEGA2560 com maior poder de fogo, mas esses microcontroladores vem soldado na placa porque não tem encapsulamento DIP.
Existem muitos modelos diferentes de microcontroladores, placas e expansões usados pelo padrão Arduino, vamos deixar para falar disso depois, hoje vamos nos concentrar apenas nos microcontroladores, veja a comparação, todos funcionam em 16 MHz:

Microcontrolador	Pinos I/O			Memória
	Digital	com PWM	Analógico	Flash	SRAM	EEPROM
ATmega168	14	6	6	16 KB	1 KB	512 bytes
ATmega328P	14	6	6	32 KB	2 KB	1 KB
ATmega1280	54	15	16	128 KB	8 KB	4 KB
ATmega2560	54	15	16	256 KB	8 KB	4 KB

Note que temos memórias bem separadas aqui, a Flash contém o código que será executado, a SRAM contém a memória RAM de armazenamento temporário que vai apagar quando o microprocessador for desligado e a memória EEPROM que armazena dados e não se apaga quando desligado, essa última é muito usada para armazenar parâmetros de configuração do dispositivo, por exemplo, se você montou um dispositivo para ativar em certos dias da semana e horários, pode armazenar uma tabela com essa configuração nesse local e pode colocar na interface um modo de modificar a programação sem que você precise "compilar" e subir o programa com novos parâmetros para a memória Flash.
Os microcontroladores da ATMEL são tão completos que você pode construir um projeto Arduino sem precisar comprar uma placa Arduino, basta ter uma breadboard (aquela plaquinha de protótipo cheia de buraquinhos para encaixar as peças), um microcontrolador ATMEGA328 com encapsulamento DIP para encaixa na placa, um cristal de 16Mhz, dois capacitores cerâmicos de 22 pF, uma fonte de 5V e um adaptador USB -> Serial TTL (que depois da programação do microcontrolador pode ser retirado do projeto).

Espero ter ajudado a "esclariar" um pouco as ideias, ou então ter gerado dúvidas genuínas que os façam buscar por mais conhecimento.

Até a próxima !!!

Microprocessadores x Microcontoladores... Existe diferença?

Depois de falar sobre o básico da eletrônica digital, está na hora de falar um pouco sobre circuitos mais complexos.
Neste post vamos identificar e diferenciar Microprocessadores e Microcontroladores assim como seus possíveis usos.

Microprocessador: O "Cérebro" da computação.

Para que um circuito eletrônica possa realizar alguma tarefa de forma organizada é necessário que ele seja programado, um programa é uma sequência de regras lógicas a serem seguidas com o objetivo de realizar alguma atividades.
Um circuito que realiza essa atividade é chamado de Microprocessador, ele é o que chamamos de "Cérebro" do computador ou equipamento, já que ele é quem segue a sequência que foi determinada previamente.
Para que um programa seja executado ele precisa estar armazenado em algum lugar, nos microcomputadores eles ficam em uma memória externa como um Disco Rígido, Pendrive ou Mídia de CD/DVD. Mas esse programa não pode ser executado pelo microprocessador enquanto está nesse tipo de armazenamento, então a forma de executar um programa é fazer uma cópia do seu conteúdo para a memória principal (também chamada de memória RAM).
Dessa forma vemos que o "Cérebro" possui uma unidade que interpreta as instruções (Microprocessador) e outra que "lembra" dessas informações (As memórias RAM ou ROM).
Vamos criar um exemplo fictício e didático apenas para mostrar como os comandos poderiam ser tratados e executados por um Microprocessador, antes veja as seguintes considerações importantes sobre este exemplo:
1) Cada instrução possui um valor numérico equivalente, já que na memória só é possível armazenar números.
2) Um registrador interno é o local dentro do Microprocessador onde um valor pode ser armazenado temporariamente.
3) A memória é endereçada por meio de números (nesse exemplo usei a notação decimal, mas o comum é usar em hexadecimal).
4) Nesse exemplo tanto o programa como os dados são armazenados na mesma memória, mais adiante mostrarei que isso depende da arquitetura do Microprocessador.
5) Cada instrução aqui está ocupando dois bytes, mas em um caso real diferentes instruções usam quantidades diferentes de bytes, isso só depende de como o Microprocessador foi projetado. O primeiro byte indica qual instrução deve ser executada e o segundo indica qual o parâmetro para essa instrução.
6) O endereçamento inicial é a posição de memória 01 e será assumido como o endereço inicial para que a rotina seja executada, geralmente os endereços reais começam em zero. Esse programa já está armazenado em algum tipo de memória acessível ao Microprocessador como ROM, RAM ou Flash.

Considerações sobre portas de entrada/saída nesse exemplo:
A porta 01 está ligada um botão e o valor lido nessa porta pode ser 0 (botão não pressionado) ou 1 (botão pressionado)
A porta 02 está conectada a um LED, quando a porta estiver em 0 o LED estará apagado e quando estiver em 1, aceso.
obs: em um dispositivo real é provável que sejam necessários diversos circuitos extras para ligar tanto as portas de I/O quanto às memórias RAM ou ROM ao Microprocessador, mas não vamos abordar esse assunto aqui por enquanto.

As instruções disponíveis no microprocessador são:
    Código da instrução: Mnemônico - Descrição
    01: IN  XX - Leia o estado da porta XX e armazene em um registrador interno.
    02: CMP XX - Compare o valor do registrador interno com o valor XX.
    03: JE  XX - Se a última comparação foi igual, pule para o endereço XX.
    04: OUT XX - Armazena o valor do registrador interno na porta XX.
    05: JMP XX - Salta para o endereço XX.
    06: MOV XX - Movimenta o valor XX para dentro do registrador interno.
    07: LD  XX - Carrega para o registrador o conteúdo da memória em XX.
    08: ST  XX - Armazena na memória em XX o valor do registrador interno.
obs: Mnemônicos são representações na forma de siglas dos comandos que são entendidos por um Microprocessador, esse conjunto é definido pelo fabricante e equivale a uma configuração de bits que instrui como devem ser executados os comandos.

O programa a seguir verifica se o botão está pressionado, se estiver faz com que o LED fique piscando.   
    Posição: Conteúdo - Mnemônico # Comentário
    01: 06 00  -  MOV 00  #  Zera o registrador
    03: 08 31  -  ST 31   #  Armazena o zero na variável
    05: 01 01  -  IN  01  #  Lê o valor da porta 1 (botão)
    07: 02 00  -  CMP 00  #  Verifica se botão não pressionado
    09: 03 05  -  JE 05   #  Se não estiver, salta para INI
    11: 07 31  -  LD 31   #  Lê a variável
    13: 02 00  -  CMP 00  #  Compara se é zero
    15: 03 23  -  JE  23  #  Pula, se for zero
    17: 06 00  -  MOV 00  #  Coloca 0 no registrador
    19: 08 31  -  ST 31   #  Salva na variável
    21: 05 27  -  JMP 27  #  Volta para piscar o LED
    23: 06 01  -  MOV 01  #  Coloca 1 no registrador
    25: 08 31  -  ST 31   #  Salva na variável
    27: 04 02  -  OUT 02  #  Alterna o LED na porta 2
    29: 05 05  -  JMP 05  #  Volta para o início
    31: 00

A primeira coluna mostra o número do endereço de memória, em seguida vem os bytes que representam o código a ser entendido pelo Microprocessador e em seguida o seu parâmetro.
Tente ler o código e observar como o programa se comporta.

Observe que a posição 31 não possui instrução, ela é usada como um local de armazenamento de dados, contém o estado atual do LED (aceso ou apagado) para fazer ele piscar. Essa arquitetura que armazena programas e dados na mesma memória é chamada de arquitetura de Von-Neumann e é usada nos microprocessadores dos computadores pessoais da atualidade. Isso quer dizer que quando usamos uma memória RAM ela é usada para armazenar tanto os programas que serão executados quanto os dados que são usados por estes programas.
Mas existe também a arquitetura Harvard em que o Microprocessador possui uma ligação com um barramento de memória para programas e outro barramento diferente para dados. Isso significa que eles não são armazenados no mesmo local. Cada uma possui suas vantagens e desvantagens características.

Esse tipo de codificação de comandos em mnemônicos é conhecido como linguagem Assembly, o programa que faz a "montagem" (ou seja, converte os mnemônicos em valores binários entendíveis pelo Microprocessador) são chamados de Assembler, como os mnemônicos variam de um Microprocessador para outro, a linguagem Assembly também varia. Na prática podemos criar os programas usando uma linguagem de programação mais simples e de mais alto nível, como a linguagem C, por exemplo, e usar um programa chamado "compilador" para converter nosso programa que está escrito na forma de texto em um arquivo binário que contém as instruções que o Microprocessador entendem e que são equivalentes ao programa que escrevemos.

Microcontrolador: Mais próximo ao Hobby e ao hardware.

Agora vamos falar um pouco sobre os Microcontroladores. Estes circuitos integrados são muito importantes para quem quer usar a eletrônica como hobby, eles implementam um pequeno computador quase completo em um único circuito integrado. Em geral eles possuem um Microprocessador, memória RAM, memória Flash (onde os programas são armazenados e executados), portas de I/O digitais, alguns possuem portas analógicas e PWM (esse último tipo vale uma postagem só sobre esse assunto, vou deixar para explicar depois).
Dentre os circuitos Microcontroladores mais usados na atualidade temos a linha PIC da Microchip e os AVR da Atmel que são o núcleo das famosas placas Arduino.
Os Microprocessadores da linha ARM são os mais comuns em dispositivos móveis como Smartphones e Tablets, mas geralmente a indústria não utiliza esse Microprocessador na forma de um circuito integrado discreto, geralmente eles utilizam um circuito chamado SoC (System on Chip) onde além do Microprocessador eles colocam no mesmo integrado outros circuitos para controlar o acesso à memória, unidades de cartão SD, gráficos, touchscreen, som e etc.

Utilizar Microprocessadores em um projeto de hobby é impraticável, eles necessitam de muitos outros circuitos adicionais e tornam o projeto muito complexo. Por outro lado os Microcontroladores foram feitos para suprir essa necessidade, eles operam em uma velocidade muito inferior, possuem menos recursos mas são suficientes para a maioria dos projetos, desde pequenos robôs, impressoras 3D e drones esses circuitos podem fazer muita coisa, mas quando isso não for suficiente podemos criar um sistema híbrido (que também é um bom tema a ser explorado em outra postagem) onde podemos usar um celular como processamento central e um microcontrolador como interface com dispositivos de hardware ou controlar ele por meio de um computador usando uma comunicação WiFi.

Encoder... Quais são as suas prioridades?

Além do Shift Register, existem outras formas de se utilizar menos pinos digitais dos microcontoladores com o apoio de circuitos integrados externos, hoje vamos conversar um pouco sobre um circuito chamado "Encoder", com ele é possível se "ler" o valor de vários bits de entrada e indicar qual deles está ativo a partir de uma saída codificada com menos sinais.
Vamos ver como isso é feito na prática, vou usar o circuito integrado 74LS148, mas existem outros Encoders com características diferentes no mercado. Esse CI possui oito sinais de entrada (ou oito bits) e a saída é feita por meio de três sinais que codificam as entradas, é como se fosse feita a conversão da posição do sinal na entrada em um valor binários (com 3 bits).
A entrada ativa é indicada por um sinal em nível LOW e todos os outros sinais deveriam estar inativos (em nível HIGH), no caso de mais de uma entrada estar ativa com o valor LOW, o circuito decide por um processo de prioridades onde os sinais de numeração maior são considerados primeiro, ou seja, dos sinais de entrada de 0 a 7 o sinal do pino 7 é o de maior prioridade, se ele estiver ativo (em LOW) não importa se outros sinais também estão ativos, ele será o resultado.
Nas imagens abaixo você pode conferir a tabela verdade que mostra a ordem de prioridade e o símbolo desse circuito integrado. Na tabela os valores "1" equivalem a HIGH, "0" a LOW e "X" a qualquer valor.

A pinagem do circuito integrado e o diagrama interno são mostrados na figura abaixo:

Shift Register... chega pra lá, fazendo o favor !!!

Shift Register, um conversor de serial em paralelo.

Quando projetamos circuitos eletrônicos utilizando microcontroladores podemos nos deparar com o problema da existência de poucas portas de comunicação, uma boa solução é a utilização de um conversor de serial em paralelo, assim podemos expandir o número de saídas digitais.
Vou apresentar agora cada um dos conceitos envolvidos nesse tipo de circuito para depois juntar todas as peças desse quebra-cabeças.
Bit: Nesse circuito e em muitos outros o uso do termo bit identifica uma informação que pode ser armazenada indicando um estado lógico, como vimos nas portas lógicas, onde 0 é o mesmo que falso ou LOW (0V) e 1 é verdadeiro ou HIGH (5V).
Entrada serial: os bits são enviados um por vez usando o mesmo canal, para que o receptor saiba quando ocorre a mudança de bit pode ser usado um temporizador sincronizado ou uma fonte de sincronismo gerada pelo emissor.
Saída paralela: todos os bits carregador serialmente no registrador ficam disponíveis cada qual em sua saída individual.
Deslocamento de bit: A entrada funciona como uma fila, a cada novo bit que chega os outros que já existem são deslocados para a próxima posição, o último bit é "jogado pra fora" do circuito por uma porta para esse fim e pode ser usado para "transbordar" esse bit para a entrada de outro circuito.
Tamanho do registrador: Número de bits que podem ser armazenados, depende do tipo de circuito integrado, alguns modelos são construídos para suportar 4 ou 8 bits, mas eles podem ser "cascateados" de forma que juntos podem funcionar como um único circuito de tamanho maior.
Porta de três estados: Já vimos que existem dois estados possíveis em um sistema binário (falso/verdadeiro, 0/1, desligado/ligado, etc..) mas alguns circuitos implementam um terceiro estado que não representa nenhum dos dois casos chamado de alta impedância, é como se o circuito estivesse desconectado, isso é útil quando utilizamos uma saída comum unindo a saída de vários outros circuitos, nesse estado ele não interfere no sinal dos outros circuitos.
Clock: Entrada que dá o ritmo de leitura dos bits seriais e também faz com que os existentes sejam deslocados.
Latch: Se você acompanha o Blog deve ter lido o meu artigo sobre Latch, se ainda não leu e quiser entender mais sobre o assunto pode dar uma olhada lá, para quem não quer saber disso agora eu vou comentar brevemente, o Latch é um circuito que, quando acionado, faz uma cópia dos dados das entradas e os deixa disponíveis na saídas, depois de acionado o pulso de cópia os dados de saída não se modificam mais (como uma foto) até que seja solicitada uma nova cópia.

Juntando tudo: O Shift register é um circuito integrado onde os bits entram por uma única porta de forma serial, controlada pelo pino de clock preenchendo as posições internas do registrador por meio de deslocamento (Shift), após carregar todos os bits podemos acionar um Latch que copia todos os bits de uma vez para a saída paralela, enquanto essa saída não estiver habilitada ela estará em alta impedância, após a habilitação da saída, cada pino apresentará um sinal equivalente ao bit que foi carregado.

O circuito Shift Register é construído por meio de uma série de circuitos chamados flip-flops, cada um armazena um bit, a entrada de um é ligado na saída do seu predecessor e a saída do último vai para um dos pinos do CI que pode ser usado como entrada do próximo CI, no caso de cascateamento.
Veja a ilustração abaixo:

Cada flip-flop é ilustrado por uma caixa, o sinal CK é o clock que faz a leitura do bit em D, colocando o seu valor na saída Q, observe que o valor anterior de um flip-flop é a entrada do próximo, no exemplo existem 4 bits e a sua saída paralela está nos sinais Q0 a Q3.
O dado entra pelo SERIAL IN, a cada pulso em CK os dados são lidos e deslocados e o bit em Q3 vai para o SERIAL OUT. É como se fossem várias caixas que transferem os seus conteúdos para a caixa ao lado e a última despeja o seu conteúdo pra fora do circuito.

O Latch, quando acionado, tira uma "foto" do registrador de deslocamento e faz com que eles sejam mostrados na saída paralela, veja o diagrama abaixo que mostra a pinagem do TTL 74595 e com ele implementa o Shift Register com Latch em um único circuito integrado:

Podemos usar esse circuito integrado em nossos projetos eletrônicos, por meio de apenas 3 pinos digitais de saída podemos controlar 8 saídas digitais ou mais, bastando ligar o pino 9 (SERIAL DATA OUTPUT) no pino 11 (SHIFT CLOCK) de outro circuito obtendo assim um registrados de 16 bits e ligando em paralelo os sinais de CLOCK e LATCH.
Veja um exemplo de como usar o circuito:

Para controlar 8 LEDs o microcontrolador precisa enviar cada bit pela porta de entrada "dataPin", pulsando (alternando entre 1 e 0) o sinal na portal "clockPin" e, ao final da transferência, pulsar o sinal na portal "latchPin" para que os bits transferidos sejam enviados para as saídas controlando cada um dos LEDs individualmente.

Latch... O fotógrafo de bits

O Latch funciona como um buffer pra onde os dados, depois de totalmente carregados, são transferidos e ficam disponíveis para uso. Esse tipo de circuito é importante nos casos onde as entradas ficam modificando de valor até que cheguem a um estado final que interessa ser trabalhado.

Quando acionado, o latch tira uma "foto" dos sinais de entrada e faz com que eles sejam mostrados na saída. Resumindo, ele armazena a cópia da entrada em um determinado momento.

Esse circuito é composto por uma série de flip-flops tipo D que, após receber o pulso de clock CK, guardam o estado dos sinais de entrada D em sua memória e os deixa expostos na saída Q, depois de receber o pulso de clock as variações nas entradas já não influenciam mais nas saídas até que um novo pulso ocorra. Cada flip-flop D é responsável por um bit, os sinais de entrada são individuais mas veja que o pulso de clock é o mesmo para todos eles.

Vejam o esquema do CI TTL 74377, ele implementa um Latch de 8 bits, observem que existe um flip-flop D conectado a cada entrada, o sinal de clock de todos eles está ligado ao pino chamado LE (Latch Enable, que é ativo em LOW - barra acima do nome do sinal), após pulsar esse sinal os dados são copiados para as memórias internas mas só serão apresentados na saída quando os amplificadores operacionais (representados pelos triângulos) estiverem habilitados pelo sinal OE (acionado em LOW, observe que ele entra no amplificador por meio de uma porta inversora representada pela bolinha).

Abaixo está a pinagem completa do circuito 74LS377.

Uma boa aplicação para o Latch é usar em conjunto com o circuito de Shift Register pois essas entradas ficam mudando até que uma conversão de serial para paralelo seja concluída, mas isso é assunto para próxima postagem, acompanhem...

Flip-flop... A menor memória do mundo

Existem alguns tipos diferentes de flip-flops, vou falar apenas sobre dois que são os mais utilizados em circuitos digitais, o tipo JK e o tipo D.

Primeiro é bom começar falando pra que serve esse tipo de circuito, vamos lá, esse circuito funciona como se fosse uma memória de 1 único bit, ou seja, você pode armazenar um sinal verdadeiro/falso e depois consultar o valor armazenado. Agora vamos ver como isso é possível.

O flip-flop tipo JK possui 3 entradas e 1 saída (algumas implementações colocam duas saídas mas uma é sempre o inverso da outra, então vamos ignorar isso por enquanto). A saída sempre será indicada pela letra "Q" (a saída invertida, quando existir, será indicada por um "Q" com um traço acima da letra indicando que é o inverso do sinal "Q").

Para que uma informação seja armazenada é preciso pulsar o pino de clock indicado por "CK", na verdade toda a ação ocorre exatamente no momento em que ele muda do nível LOW para o nível HIGH. No caso do tipo JK esse armazenamento é feito a partir da seguinte lógica:
1) Se os valores de J e K estão em LOW, o valor da saída não é modificado.
2) Se o valor de J é LOW e K é HIGH então a saída Q será forçada a ficar em LOW.
3) Se o valor de J é HIGH e K é LOW então a saída Q será forçada a ficar em HIGH.
4) Quando os valores de J e K estão em HIGH o valor de Q será invertido.

O outro flip-flop do tipo D ("Data" pois armazena o dado de entrada) possui um funcionamento semelhante ao JK nos pinos Q e CK, mas o armazenamento se comporta de forma diferente. Em vez de ter dois sinais de entrada "J" e "K" agora temos apenas um sinal "D" e o valor que estiver presente em "D", seja LOW ou HIGH, será transferido para a memória interna na mudança de clock.

Observe os símbolos de cada um, o sinal com um triângulo (ou seta) é o clock.

Dentre as várias implementações de circuitos integrados com flip-flops eu selecionei dois da linha TTL 74xx, o 7474 possui dois flip-flops tipo D e o 7476 com dois flip-flops JK, veja as imagens abaixo.

Se você quer entender em detalhes o funcionamento desses circuitos,analise a figura abaixo que mostra o flip-flop JK construído com portas lógicas, na internet existe muita informação sobre isso, mas esteja avisado que não é realmente necessário pra gente seguir adiante, o que realmente importa é entender o básico para prosseguir e ver como esses elementos serão aplicados nas próximas postagens.

Até a próxima !!!

Portas NAND, NOR e XOR... as portas diferenciadas

Portas NAND, NOR e XOR

Portas NAND:
Uma porta NAND funciona exatamente como uma porta AND mas a sua saída é invertida, em uma porta AND a saída só é verdadeira quando todas as entradas são verdadeiras, no caso da porta NAND a saída será falsa nessa condição e verdadeira nos outros casos. O símbolo da porta NAND é semelhante ao da porta AND mas possui uma bolinha na saída, essa bolinha indica a inversão do valor.

Como exemplo podemos ver o circuito integrado 7400 que implementa quatro portas NAND com duas entradas e uma saída.

Portas NOR:
Assim como a porta NAND a porta NOR é semelhante a porta OR mas com a saída invertida, isso significa que a saída dela será falsa quando qualquer uma das entradas for verdadeira. O símbolo da porta NOR também é semelhante ao símbolo da porta OR mas possui a bolinha que indica a inversão na saída dela.

Um exemplo de implementação das portas NOR em circuitos integrados é o 74xx que possui quatro portas de duas entradas e uma saída.

Portas XOR:
A porta XOR é semelhante à porta OR mas possui uma particularidade, enquanto na porta OR se uma ou mais entradas é verdadeira então a saída será verdadeira na porta XOR a saída só é verdadeira se APENAS uma das entradas é verdadeira, ou seja, ela exige exclusividade e daí que vem a sigla XOR (eXclusive OR). O símbolo e a tabela verdade são apresentados na figura abaixo.

Esse tipo de porta pode ser usado em situações que exijam que uma, e apenas uma, das entradas esteja no nível lógico alto (ou verdadeiro).

Portas lógicas - a matemática da computação

Hoje vamos iniciar a conversa sobre as portas lógicas, neste artigo vou falar sobre três delas, as portas AND, OR e NOT. Talvez você esteja se perguntando o porquê dos nomes em inglês? A resposta é simples, por que esse é o padrão usado mundialmente, não é comum falar portas E, OU e NÃO.

Relembrando o padrão, valores verdadeiros (True) correspondem a uma saída de 5V e valores falsos correspondem a uma saída de 0V.

A porta AND:
Essa porta possui pelo menos duas entradas e uma saída que será verdadeira apenas quando TODAS as entradas também forem verdadeiras, mesmo que apenas uma seja falsa isso vai fazer com que a saída também seja falsa.

Observe na imagem abaixo o símbolo e a tabela que mostra uma como se comporta uma porta AND com duas entradas e uma saída, esse tipo de tabela é chamado de "Tabela Verdade".

Para mostrar um exemplo dessa porta, veja esse circuito integrado da família TTL chamado 7408, o esquema abaixo mostra o CI com suas 4 portas de duas entradas e uma saída além da descrição dos seus pinos.

Podemos usar esse CI, por exemplo, para destravar uma porta que dependa de vários requisitos serem atendidos previamente (sensores, chaves, códigos, etc) o sinal de cada um pode ser ligado a uma das entradas e a saída só será ativada quando todos os requisitos forem resolvidos, essa saída poderia ser ligada à liberação da trava da porta.

A porta OR:
Essa porta possui pelo menos duas entradas e uma saída que será verdadeira quando QUALQUER UMA das entradas for verdadeira, mesmo que apenas uma seja verdadeira isso vai fazer com que a saída também seja verdadeira.

Aqui estão o símbolo e a tabela que mostra uma como se comporta uma porta OR de duas entradas e uma saída.

Como exemplo de CI que implementa a porta OR, observe o TTL 7432, o esquema abaixo mostra o CI com as 4 portas de duas entradas e uma saída.

Um exemplo de uso seria a ativação de um alarme a partir de vários sensores diferentes, qualquer um deles ao passar para o estado verdadeiro ativaria a saída ligando o alarme.

A porta NOT:
Diferente das outras, essa porta possui uma entrada e uma saída, ela inverte o valor da entrada, se a entrada é falsa a saída é verdadeira e vice-versa.

O símbolo da porta not é um triângulo (que representa um amplificador operacional, é um termo técnico, não se preocupe com isso) com uma bolinha em um dos lados que representa a saída da porta. Na prática a bolinha é o inversor de sinal e será usado em conjunto com outras portas para modificar as entradas ou saídas, veja nos próximos artigos portas como NAND e NOR que são portas AND e OR com inversores na saída.

O CI de exemplo de implementação da porta NOT se chama 7404 e possui seis portas inversoras conforme o diagrama abaixo.

Esse circuito pode ser usado quando um determinado sinal gera uma informação invertida, por exemplo, um sensor de alarme instalado em uma janela poderia ser feito por um tipo de botão que fica pressionado o tempo todo, mas quando a janela é aberta esse botão é liberado, se usarmos um sinal passando por esse botão ele será verdadeiro (passando corrente elétrica) quando não precisamos acionar o alarme e falso quando o alarme precisa ser acionado, para gerar o alarme nós temos que inverter essa lógica e isso pode ser feito pela porta NOT.

Em futuras postagens vou voltar a falar sobre o assunto mostrando como fazer isso na prática.

Circuitos Lógicos TTL... uma família inteira para conhecer, se prepare !!!

A sigla TTL significa Lógica Transistor-Transistor e se refere a uma classe de circuitos integrados que implementam funções lógicas utilizando transistores em sua composição, mas o termo TTL também é usado frequentemente para indicar que algum outro circuito integrado ou porta lógica opera na mesma faixa de tensão que é de 5V. Tive um professor que antes de iniciar suas aulas no laboratório de eletrônica digital deu a seguinte explicação, logicamente como brincadeira, mas que facilita a memorização: "Dentro desses chips existe uma fumacinha que faz ele funcionar, mas se você deixar a fumacinha sair, ele não funciona mais... por isso sempre devemos manter a tensão em 5V, um valor maior do que esse vai fazer a fumacinha escapar de dentro do chip". Portanto, amigos, lembrem-se sempre disso, circuitos TTL devem sempre ser alimentados com 5V.
Um exemplo que será visto em outro artigo são as portas seriais TTL que muitos microcontroladores implementam, nesse caso a indicação TTL não indica uma porta lógica e sim a tensão de trabalho, o nome serve para diferenciar da porta serial RS-232 comum que trabalha com tensões mais altas e poderia facilmente queimar o microcontrolador se fosse ligado diretamente. Para entender cada um desses circuitos é interessante entender como funcionam as portas lógicas. Basicamente uma porta lógica realiza a nível de circuitos eletrônicos o mesmo comportamento da lógica de Boole ou lógica booleana. Esse nome estranho vem de um matemático chamado George Boole que definiu como essas conexões lógicas podem ser combinadas e compõe a base para todos os circuitos digitais.
Na lógica booleana os sinais assumem valores Verdadeiro (True) ou Falso (False), não existem outros valores e isso é muito bom para a implementação por meio da eletrônica pois podemos assumir que um sinal baixo (0V) é falso e um sinal alto (5V) é verdadeiro, esse também é o motivo pelo qual os computadores trabalham internamente com numeração binária, nesse sistema numérico só existe os dígitos 0 e 1 que podem ser mapeados como Falso e Verdadeiro ou na eletrônica como 0V e 5V.

Vamos ver como se comportam essas tais portas lógicas:
Porta AND (lógica "E") a saída só é verdadeira se todas as entradas são verdadeiras.
Porta OR (lógica "OU") a saída é verdadeira se qualquer uma das entradas for verdadeira.
Porta NOT (lógica "Não" ou inversora) nessa porta em especial só existe uma entrada e a saída é o inverso da entrada.
Porta NAND (lógica "Não E") a lógica é a mesma da porta AND mas a saída é invertida por uma porta NOT.
Porta NOR (lógica "Não OU") a lógica é a mesma da porta OR mas a saída é invertida por uma porta NOT.
Porta XOR (lógica "OU exclusivo") a lógica é parecida com a port OR porque a saída é verdadeira se uma das entradas é verdadeira, a diferença é que a saída será falsa se todas as entradas foram verdadeiras simultaneamente, isso significa que somente uma das duas pode ser verdadeira de cada vez e por isso ela é chamada de "exclusiva".

Cada tipo de porta possui um desenho característico, veja o exemplo abaixo de um circuito com 4 portas AND de duas entradas, observe que além das portas lógicas existem os pinos VCC (+5V) e GND (0 V) para fornecer a alimentação do circuito integrado. Os símbolos e pinagens dos circuitos integrados das diversas portas lógicas serão vistos em outra postagem.

A porta NOT só precisa de uma entrada, todas as outras precisam de, no mínimo, duas entradas mas existem circuitos integrados que implementam essas mesmas portas lógicas com mais de duas entradas e existem circuitos que implementam várias portas lógicas independentes dentro do mesmo componente, apesar de ter várias entradas, cada porta lógica possui apenas uma saída.
Maiores detalhes você pode conferir nos artigos específicos de cada uma dessas portas e de outros circuitos com lógica TTL.

Circuito Integrado 555... aquele com muito mais de 555 utilidades !!!

Esse circuito integrado pode ser usado como um temporizador ou como um oscilador, dependendo de como foi configurado.
Existem 3 modos de funcionamento, vou tentar explicar da forma mais simples possível cada um deles. Seja como temporizador ou oscilador o circuito possui dois estados possíveis na saída GND (ou Terra ou 0 Volts) e VCC (que é a voltagem de entrada, podendo variar de +5V até +15V), é uma saída binária ou digital, porque não possui valores intermediários. Para os interessados em outros circuitos e muitas boas dicas sobre o CI 555, veja o site (em inglês) http://www.555-timer-circuits.com/ de onde eu obtive as imagens desse post.

1) Modo "Astável", esse nome estranho indica que nenhum dos dois estados é estável, isso é, o circuito não ficará com a saída indefinidamente em GND ou em VCC. O tempo em que ele ficará em cada um dos estados é controlado por dois resistores e um capacitor. Como ele não estabiliza em nenhum valor então o circuito funciona como um oscilador gerando um sinal de onda quadrada na saída.
O tempo de duração dos ciclos alto/baixo depende da escolha do conjunto Resistores/Capacitor e seguem as seguintes fórmulas (resistências em Ohms e Capacitância em Farads):
Tempo ciclo alto (segundos) = 0.693 x (R1 + R2) x C1
Tempo ciclo baixo (segundos) = 0.693 x R2 x C1
Frequência= 1.44 / ((R1 + R2 + R2) x C1)

2) O segundo modo é o "Monoestável" e isso significa que um dos estados ficará estável, isso é, não mudará até que o circuito seja reiniciado (Reset), o tempo em que ele levará para sair do estado instável é controlado por um conjunto Resistor/Capacitor, ao final desse artigo eu explico a fórmula para calcular esse tempo. Nesse modo o circuito funciona como um temporizador porque ele fica durante um tempo em um estado e depois passa para o outro e não muda mais (pelo menos até que seja reiniciado o temporizador).
Como calcular o tempo do conjunto Resistor/Capacitor (resistência em Ohms e Capacitância em Farads):
Tempo (segundos) = 1,1 x R1 x C1

3) O último modo se chama "Biestável" e funciona sem controle de temporização, isso significa que ele trabalha como uma chave de duas posições e ele precisa ser acionado externamente para mudar de estado já que os dois estados possíveis são estáveis, isso é, não mudam com o tempo. Esse modo pode ser usado como uma forma de eliminar ruído de um interruptor mecânico. Os resistores no esquema servem para manter em alto o sinal enquanto os interruptores não são acionados.

Nos próximos artigos vou falar sobre outros circuitos integrados que podem ser muito úteis nos projetos de eletrônica.

Circuitos Integrados... Todos a bordo !!!

O transístor permitiu a evolução dos equipamentos eletrônicos que eram baseados em válvulas a vácuo e que constantemente se queimavam necessitando sua reposição que deixava o circuito fora de operação, com o passar do tempo diversos circuitos especializados em resolver problemas comuns foram desenhados e amplamente utilizados, como eles se baseavam em transistores e o núcleo desses componentes podiam ser combinados para formar um conjunto de transistores em um espaço bem reduzido, foram criados os ICs "Integrated Circuits" (ou em português CIs, "Circuitos Integrados"), como o próprio nome já diz, esse componente é criado juntando num pequeno espaço um circuito que resolve um problema específico.

A interação destes circuitos com o mundo exterior é feita por meio de pinos que ficam expostos, o corpo desses circuitos pode ter diversos formatos padronizados que são escolhidos de acordo com o tipo de placa de circuitos usada no projeto. Os mais comuns para os praticantes de eletrônica como Hobby são os DIP ou DIL (Dual Inline Package) no qual o circuito está dentro de uma caixa retangular (geralmente preta) e possui pernas metálicas dos dois lados, o número de pernas varia de acordo com o circuito integrado. Esse padrão é muito útil para a prática do hobby pois nos permite utilizar esses dispositivos nas placas de protótipo (Protoboard) sem a necessidade de soldar o componente em uma placa de circuitos. Nas placas de protótipo as ligações entre os componentes é feita por meio de fios, vou abordar mais detalhes em um artigo específico.
Existem diversos tipos de encapsulamento, veja na imagem a seguir.

Mesmo no caso das placas de circuito impresso podemos utilizar soquetes que possuem o mesmo tamanho e número de pernas que os circuitos integrados que vamos usar, assim não corremos o risco de queimar os circuitos mais sensíveis no processo de solda e também permite a fácil substituição desses componentes caso ele venha a se danificar ou quando apenas desejamos utilizá-lo em algum outro circuito, segue uma imagem de alguns sockets DIP, com diferentes pinagens.

Para conhecer o funcionamento de um circuito integrado é importante ler o seu "manual" que é conhecido pelo termo "Datasheet", geralmente é um documento em formato PDF que contém os detalhes técnicos mais importantes sobre o componente. Existem diversos sites especializados em armazenar esse tipo de documentação e localizar esse tipo de informação na internet é muito fácil.

Para quem está iniciando, um alerta, tome cuidado com os circuitos "prontos" que você encontra na internet, eles podem conter erros ou terem sido projetados para alguma variação do circuito integrado que você pretende utilizar, por exemplo: alguns circuitos possuem faixa de tensão e corrente de trabalho diferentes de acordo com o modelo fabricado, ou seja, o mesmo circuito com o mesmo nome pode ter sido construído para operar em ambientes diferentes, as vezes o fabricante muda apenas uma letra ou número para indicar essa variação. Recomendo que antes de colocar para funcionar você verifique na documentação se está tudo dentro do esperado... ou então não ligue pra isso, seja "vida loka" e saia ligando o circuito exatamente como no projeto, mas já fique sabendo que algum dia você pode ter uma surpresa desagradável.

Vou escrever mais sobre alguns circuitos integrados em especial, não dá para falar sobre todos porque são muitos, vou selecionar os que eu já conheço bem e que já utilizei em meus projetos.

Transistores... O início de uma nova era !!! mas isso já faz muito tempo...

O ritmo de postagem ficou bem mais lento agora... mas foram muitas informações para filtrar e condensar, porque esse assunto é bem complexo... vamos lá !!!
Esses componentes são muito importantes nos circuitos eletrônicos, porém eu ainda conheço pouco sobre como utilizá-los de forma correta e eficiente.
Vou passar para vocês os usos práticos que eu aprendi e como integrar isso com seu projeto.
Imaginem um transistor como se fossem dois diodos interligados, bom, não é tão simples assim, mas a teoria é essa... o diodo possui dois polos dopados e funcionam como semicondutores, o transistor possui três polos, podem ser PNP (Positivo-Negativo-Positivo) ou NPN (Negativo-Positivo-Negativo) que indicam a polaridade dessas três partes do componente, ele possui três pinos conectados a esses polos que são identificados como C (Coletor), B (Base) e E (Emissor).

A Base é a região central e menos dopada do transistor, o Coletor é um pouco mais dopado e o Emissor mais que todos eles... todo mundo dopado? que isso? e porque isso poderia me interessar? bem... quando zeramos a carga entre Coletor e Base a energia entre Emissor e Base é cortada, quando é aplicada uma carga entre Coletor e Base a dupla Emissor/Base passar a conduzir energia, mais do que isso, ele consegue conduzir mais energia do que a primeira dupla, com isso temos uma espécie de "torneira" que controla o fluxo de energia sem ser afetado por ele.

Dessa forma um transístor pode ser usado como se fosse um tipo de "fechadura eletrônica," você tem uma entrada (Coletor/Base) que indicará se a corrente deve ou não passar pelo outro lado (Emissor/Base) e também qual a intensidade de energia deve passar por lá. Acredito que o maior uso que eu identifiquei até o momento em meus projetos foi a possibilidade de acionar pequenos motores elétricos, isso ocorre porque eu não posso alimentar um motor diretamente da saída de um microcontrolador, isso poderia facilmente danificar esse circuito integrado. A solução é usar o sinal gerado pelo microcontrolador como entrada em um transistor que vai permitir ou não a passagem de energia para o motor, mas essa energia virá da fonte de  alimentação (ou bateria) para o motor passando apenas pelo transístor, não será usada a energia que passa por dentro do microcontrolador para que este não seja danificado. A alimentação direta é bem simples, aqui está um circuito de exemplo.

A possibilidade de girar o motor nos dois sentidos inclui a complexidade de ter que inverter a polaridade da energia que vai chegar ao motor, isso pode ser controlado por meio de uma H-Bridge, esse é um circuito bem conhecido e que se utiliza de vários transistores para controlar o motor podendo realizar a inversão de rotação, em lugar de se utilizar apenas uma saída do microcontrolador que controla se o motor será ligado ou não, utilizaremos duas saídas que nos dá quatro possibilidades sendo elas motor parado, girando no sentido horário, girando no sentido anti-horário e um último estado que, dependendo do circuito, pode deixar o motor travado (como se fosse um freio) ou em um estado que não se deve utilizar porque queimaria os transistores da H-Bridge. Voltaremos a esse assunto quando eu estiver escrevendo um artigo sobre motores DC, por enquanto saiba apenas que existe essa possibilidade e que existem circuitos integrados que implementam essa H-Bridge de forma a reduzir significantemente a complexidade dos projetos, a única preocupação adicional é com a dissipação do calor gerado por esses circuitos.
Até a próxima !!!

LEDs... Aquelas "lampadinhas" pequeninas que estão invadindo o mundo !!!

Já falei sobre os diodos, hoje volto ao assunto de forma bem direcionada para um tipo especial, os Diodos Emissores de Luz , mais conhecidos pela sigla LED, estes são diodos que possuem como característica mais importante a emissão de luz quando a energia flui por ele. Antigamente a maioria dos LEDs coloridos possuía seu corpo plástico da mesma cor que ele emitia, hoje em dia a maior parte dos LEDs que encontro possuem um corpo transparente, mas o funcionamento continua o mesmo, visto que ele é construído para emitir uma onde de luz na frequência daquela cor (sim, a Luz é uma onda e possui frequência, cada cor tem uma frequência diferente e a luz branca é a união de luzes com todas as frequências).
O simbolo do LED é parecido com o diodo com a inclusão de duas setas que simbolizam a luz saindo do LED, veja abaixo:

É importante entender que a geração de uma luz colorida não é o mesmo que emitir uma luz branca fazendo ela passar por uma lente ou filtro colorido, o que esses filtros fazer é bloquear as frequências das outras cores e deixar passar apenas as frequências de uma determinada cor. O mesmo acontece quando vemos uma superfície pintada com uma cor, por exemplo, o vermelho, ver um objeto vermelho significa que aquela tinta possui a capacidade de absorver (em outras palavras, não refletir) as outras cores, refletindo apenas a luz na frequência da cor vermelha, como só essa onde é refletida em nossos olhos. Portanto percebemos que existe uma diferença entre gerar uma luz com determinada cor e refletir apenas uma cor absorvendo todas as outras, esse conceito é importante para entender o que se segue.

Nos LEDs, as diferentes frequências, e por isso as diferentes cores, são conseguidas usando materiais e técnicas diferentes para cada um deles. Existe um tipo especial de LED que é chamado LED RGB, que na verdade são 3 LEDs dentro da "caixa" de um LED só, dessa forma temos 4 pólos (ou pinos) um deles é comum (que pode ser o positivo[ânodo] ou negativo[cátodo] de acordo com o tipo, veja na imagem) aos 3 LEDs e os outros 3 pólos são ligados a cada um desses LEDs internos, o interessante é que ao acionar mais de um LED temos a mistura das cores e a intensidade de energia em cada um deles modifica a quantidade de cor que cada um contribui na formação da cor resultante. O nome RGB vem das  iniciais de Red, Green e Blue (Vermelho, Verde e Azul) que são os componentes primários das cores. Você pode estar se perguntando "mas minha professora no primário disse que Verde não é cor primária, é o Amarelo", não se preocupe com isso, ela estava certa... quando se fala de mistura de tintas, mas isso não é verdade quando falamos de misturar frequências de onda do espectro luminoso, por isso eu falei que era importante entender como as cores se comportam de forma diferente como fonte de luz (no nosso caso os LEDs) ou como reflexão de luz (qualquer objeto colorido), por isso mesmo que apesar de usar o padrão RGB para geração de luz existe outro padrão de cores chamado CMYK para tinta ou toner de impressoras, esse padrão usa as cores Ciano (Cian=um azul claro), Magenta (Magenta=é um tom de rosa), Amarelo (Yellow=dispensa apresentações) e Preto (K=Key, não me pergunte o motivo, mas é preto mesmo) essas cores combinadas vão cancelando a reflexão de outras e gerando as imagens coloridas, se você achou o assunto interessante então pode fazer uma pesquisa rápida na internet que você vai achar um montão de informações sobre isso, eu achei muito interessante mas um pouco complexo para se entender todos os detalhes envolvidos.

Voltando aos LEDs, eles funcionam em uma faixa de energia entre 2,7V a 3,3V e você não deveria ligar em uma tensão maior que essa nem inverter a polaridade para que seus pequenos LEDs não se apaguem de vez. Quando estivermos usando microcontroladores (como no caso do Arduino) as saídas são geralmente de 5V e quando queremos usar essa saída para alimentar um LED devemos utilizar um resistor para que essa tensão seja reduzida, podemos usar a regra abaixo para fazer o cálculo da resistência ideal (na prática você pode variar um pouco para encontrar no mercado o resistor mais próximo do valor calculado). Apesar da tabela para cálculo das resistências, na prática eu tenho substituído LEDs de uma cor por outra nos circuitos sem alterar os resistores, eles funcionam mas talvez sua vida útil fique comprometida, acho que quando construímos algo apenas para efeito de testes isso não faz muita diferença, mas se a proposta é construir um aparelho profissional, então é hora de começar a fazer as contas.


R = (Vin – Vled) / A

R = resistência que deve ser ligada em série com o LED (ohms)
Vin = tensão contínua de entrada
Vled = queda de tensão no LED (veja tabela)
A = corrente no LED em Amperes

Cor	Vled
Infravermelho	1,6V
Vermelho	1,6V
Laranja	1,8V
Amarelo	1,8V
Verde	2,1V
Azul	2,7V
Branco	2,7V

Diodos... a base dos semicondutores !!!

A definição dos diodos diz que ele é feito por um cristal semicondutor, isso indica que o material conduz ou não energia de acordo com certas condições, e que cada uma das suas faces é "dopada" com um tipo de material diferente causando a polarização dessas faces, isso indica que haverá um lado positivo e outro negativo, que coisa mais chata, não disse muita coisa, não é mesmo?
Vamos tentar de novo mostrando suas características práticas e a mais marcante é que eles só permitem a passagem da energia em um único sentido, como se fossem uma dessas válvulas que permitem a passagem de água ou ar em um sentido mas bloqueiam no outro, ou como a catraca de uma bicicleta que gira livremente em um sentido mas trava no sentido oposto.
Observe no seu símbolo que parece uma seta que aponta para o fluxo permitido, do  positivo para o negativo.

Eles foram a base para a criação dos transístores que posteriormente foram a base para a criação de circuitos integrados e finalmente os processadores que fazem os computadores "pensarem", portanto vemos que sua criação foi muito importante.
Um dos usos mais interessantes que já vi para esses componentes é a ponte que converte a corrente alternada em corrente contínua, isso é feito com quatro diodos que criam dois caminhos alternativos para a energia passar, caso a energia esteja no ciclo positivo ela flui por um caminho, mas quando chega no ciclo negativo os diodos invertem o caminho fazendo com que o diferencial na saída continue sempre positivo de um lado e neutro do outro, coloquei uma imagem desse esquema quando falei sobre fonte de alimentação, vamos revisar isso aqui. Observe na figura como isso acontece na imagem abaixo.

Os diodos também podem ser usados na entrada da alimentação do circuito evitando que a energia passe por ele caso alguém ligue a alimentação invertendo os polos. Existem diversos tipos de diodo como o Diodo Zener que limita a passagem máxima de tensão a uma determinado valor, o Foto Diodo (similar ao fotoresistor) e o Diodo Emissor de Luz (LED). Não vou entrar em muitos detalhes por enquanto, deixando para falar mais quando for usar esse componente em algum circuito no futuro, só vou detalhar os LEDs porque eles são muito usados nos circuitos eletrônicos, mas isso fica para o próximo artigo, aguardem!!!

Capacitores, qual a sua capacidade? Não temos capacidade, temos capacitância !!!

Os capacitores são componentes que possuem a característica singular de armazenar energia temporariamente quando alimentados e descarregar essa energia gradativamente quando a alimentação é cortada. Essa energia é armazenada na forma de um campo eletrostático, é como se acumular energia para usar mais tarde. A quantidade de energia armazenada varia de acordo com a característica do componente, existem diversos tipos de capacitores que são classificados de acordo com a sua construção. A unidade de medida usada é o Farad (quando um coloumb causa a diferença de um volt, entendeu? não? nem eu, mas não se preocupe, isso não é fundamental para entender o básico), o Farad é uma unidade tão grande para ser usada em circuitos práticos que precisamos usar medidas como MicroFarad (uF), NanoFarad (nF) ou PicoFarad (pF).
Aqui estão os símbolos dos capacitores, mais abaixo você vai entender a diferença entre eles.

Como a energia será descarregada depois de armazenada, se ele acumular muita energia então terá a propriedade de atenuar frequências, ou seja, quando uma corrente oscila o capacitor tente a suprir a falta da energia nos momentos de queda, dessa forma ele torna a disponibilidade de energia mais uniforme.

Veja nessa foto de alguns tipos de capacitores, se você olhar em uma placa de computador reconhecerá rapidamente os capacitores eletrolíticos.

Os capacitores de cerâmica e os de poliéster são os de valores menores e são usados para reduzir ruídos de alta frequência, esse dois não tem polaridade (seus dois polos podem ser usados tanto no negativo quanto no positivo). Já os capacitores eletrolíticos possuem polaridade definida que é indicada no seu corpo e características como a voltagem para o qual foi construído, eles são usados para manter estável correntes mais altas e estão presentes em todos os circuitos de fontes de alimentação. Capacitores que armazenam pouca energia também podem ser usados para gerar frequências um pouco mais altas, trabalhando como uma base de tempo para um circuito oscilador, se for necessária uma frequência ainda mais alta, então usamos cristais que são mais precisos que os capacitores. A forma de identificar o valor de um capacitor varia um pouco, nos capacitores cerâmicos eles estão escritos mas possuem um padrão, os dois primeiros números são a dezena e a unidade, o terceiro número é um multiplicador que indica a quantidade de zeros que precisam ser adicionados e opcionalmente existe uma letra que indica a tolerância conforme a tabela abaixo.

Os capacitores de poliéster possuem um código de cor que é parecido com aquele usado para os resistores, veja as tabelas que nos indicam como identificar as características desse tipo de capacitor.

Existem "super-capacitores" que estão sendo usados para fornecer energia como se fossem baterias, a maior vantagem é que eles se carregam rapidamente, mas ainda custam caro para o mercado.
Preste muita atenção quando for trabalhar com capacitores eletrolíticos, especialmente os maiores, eles podem estar carregados de energia mesmo após cortado o seu fornecimento e vão descarregar toda essa energia em você, caso entre em contato com os seus polos. Esse é o tipo de capacitor usado naqueles objetos que dão choque nas pessoas por brincadeira (canetas, livros, etc..) e os de maior capacidade são usados nas armas de auto defesa, os chamados Tasers, tanto aqueles que precisam ser encostados na pessoa quando aqueles que dispararam agulhas com fios e logo em seguida a energia é descarregada.
Outros tipos de capacitores existente são os capacitores variáveis, assim como os resistores variáveis eles existem no formato que o seu ajuste é feito pelo usuário do equipamento, como por exemplo no ajuste de estações de rádio dos equipamentos mais antigos que ainda não possuem sintonia digital, e outros que servem para fazer ajustes finos nos circuitos e depois de ajustados não se mexem mais, geralmente esse ajuste é feito por meio de uma chave de fenda.

Lâmpadas incandescentes... A resistência iluminada !!!

Esse tipo de lâmpada funciona como uma resistência, na verdade aquele filamento que fica incandescente dentro do tubo de vidro é uma resistência, exatamente como temos nos chuveiros elétricos e ferros de passar roupa. Ao oferecer resistência para a passagem da corrente elétrica o material precisa dissipar essa energia na forma de calor, como o filamento metálico é muito fino o calor faz com que ele fique em brasa, ele só não queima porque existe uma coisa que diminui esse aquecimento na lâmpada... ou melhor... não existe... porque nesse caso estamos falando de vácuo ou ausência de ar. O vácuo é um bom isolante térmico e é transparente, portanto é uma opção muito boa para uma lâmpada.

As lâmpadas incandescentes também possuem um símbolo nos esquemas eletrônicos.

Olhando uma lâmpada você consegue ver pelo vidro o filamento metálico que eu comentei, é aquela pequena mola esticada entre duas hastes, quando observamos que a mola se partiu é sinal que a lâmpada "queimou" e não funcionará mais.

 Alguém aqui se lembra do lampadinha? Aquele assistente do professor Pardal? a cabeça dele era uma lâmpada... eu sempre fiquei pensando como ele não se quebrava, ou como uma lâmpada pensava? e mais admirado em como os desenhistas davam tantas expressões para um objeto daquele!!! mas, voltando ao assunto, esse tipo de lâmpada tem sido substituída por não ser muito eficiente, justamente pela irradiação de calor, hoje em dia se recomenda o uso de lâmpadas fluorescentes ou de LEDs (que serão discutidos em outro artigo), as novas tecnologias estão substituindo esse tipo de lâmpada em todos os lugares onde antes eram comuns como lanternas e carros.

Já chega de resistências... no próximo artigo  começamos a falar sobre os capacitores.
Até a próxima, pessoal !!!

Resistores variáveis... As vezes resistem muito, as vezes pouco e outras vezes nada !!!

Esse tipo de resistor tem a propriedade de variar a resistência a medida que se desloca o seu manipulador que vai de nenhuma resistência até chegar ao valor máximo para o qual foi fabricado. Quando ele é usado para variar a potência, chamamos o componente de "potenciômetro", quando é usado para variar a corrente, não chamamos ele de "correntômetro" porque esse nome é muito feio, chamamos ele de reostato. Apesar de todos esses termos, na prática, acabamos chamando todos eles de potenciômetros independente do uso.

Símbolos do resistor variável

Você poderá observar pelas fotos que ele é formado por uma parte fixa onde podem ser conectados os valores mínimos e máximos em cada extremidade e uma parte móvel onde temos o resultado dessa seleção. Se a gente colocar uma tensão de 5v no máximo e 0v no mínimo, então ele deveria nos dar uma saída de 1v quando estivermos a 20% de distância do mínimo, correto? Bem... mais ou menos... isso depender de como o componente foi construido.
De acordo com a sua construção a variação pode ocorrer de forma linear ou logarítima. No primeiro caso a resistência é diretamente proporcional ao movimento executado, se a gente fizer um gráfico relacionando a resistência com a posição do seletor o resultado será uma linha reta. No segundo caso a resistência varia mais devagar no início e mais rapidamente no final, gerar um gráfico disso revela uma curva logarítima.


Formatos
Existem vários formatos de resistores variáveis, os mais comuns são aqueles com botões que giramos para aumentar o som de aparelhos antigos (porque hoje em dia é tudo digital) ou no formato deslizante como naquelas mesas de som que os DJs usam para mixar o áudio de duas fontes distintas. Outro tipo parecido são os trimpots (trim=ajuste fino, pot=potenciômetro) eles costumam ser menores e presos diretamente nas placas de circuito impresso, geralmente o usuário não tem acesso direto a eles pois são usados apenas para ajustes internos do circuito no qual foi inserido. É comum ver em placas de circuito esses elementos com uma espécie de tinta sobre ele que serve para "selar" o ajuste que foi feito pelo fabricante evitando que ele se desloque acidentalmente e também para mostrar ao técnico que alguém já "fuçou" a regulagem, portanto... sejam discretos e se não resolveu quando você mexeu, tente colocar na mesma posição novamente.

 TrimPots em dois formatos diferentes.

Potenciômetros simples e duplo
 

 Potenciômetros deslizantes

Uso em aparelhos de som
No caso dos controles de volume, utilizamos potenciômetros logarítimos, eles permitem um ajuste fino dos volumes mais baixos onde que o ouvido humano é mais sensível e depois de certo ponto faz com que o volume seja aumentado mais rapidamente pois a gente já nem repara mais porque está alto pra caramba e não estamos mais pensando direito. Para os controles da graves, agudos e balanço o mais indicado são os potenciômetros lineares.

Uso em Joysticks
Os joysticks antigos possuiam quatro botões do tipo liga/desliga um para cada direção possível, isso fazia com que as movimentação ficassem muito "mecânicas", era quase como usar um teclado, já faz um bom tempo que os joysticks são analógicos, eles funcionam com um par de potenciômetros que atuam nos eixos vertical e horizontal, para um circuito digital como um microprocessador ou microcontrolador saber a posição atual se usam, geralmente, conversores analógico/digital que basicamente convertem a tensão que passa pelo potenciômetro em um valor numérico, o único ajuste necessário é saber a posição central, ou de "repouso" do joystick já que os valores lidos dependem das referências de mínimo e máximo para cada um dos movimentos (acima/abaixo e direita/esquerda).

Aprofundando um pouco
O que já vimos é suficiente, mas se quer entender um pouco mais, continue lendo.
Falei no início que o resistor variável pode ser usado para variar a corrente ou a tensão, vamos ver como isso funciona analisando um esquema simplificado de cada caso.

No esquema (a) vemos como podemos variar a corrente, isso é analisado naquele ponto com a letra A onde colocamos um "Amperímetro" que é um aparelho que mede quantos Amperes estão passando naquele ponto. O resistor variável é indicado por R1 e existe um resistor R2 que simboliza uma carga qualquer que está sendo consumida de forma a existir alguma resistência no sistema quando a gente chegar no mínimo.
No esquema (b) podemos ver como limitamos a tensão, isso é feito ligando os valores mínimo e máximo em cada uma das pontas do resistor variável R e a medida em Volts pode ser feita no ponto com a letra V.

Bom, até a próxima...