Um sistema utiliza quatro saídas de um microcontrolador, A_{0}(\mathrm{LSB}), A_{1}, A_{2} e A_{3}(\mathrm{MSB}), para mostrar uma informação numérica, em BCD, para o usuário. Baseado nesse sistema, pede-se:
(a) Faça as conexões necessárias para que esse valor seja mostrado em um display de 7 segmentos catodo comum usando o CI 4511.

Passo 1

O enunciado pede que, dado um sistema com quatro saídas do microcontrolador \,A_{0} (LSB), \,A_{1}, \,A_{2} e \,A_{3} (MSB), se faça as conexões necessárias para mostrar o valor BCD num display de 7 segmentos de cátodo comum usando o CI 4511.
Informações relevantes fornecidas:
  • Há quatro sinais digitais do microcontrolador: \,A_{0},A_{1},A_{2},A_{3} (representando um nibble BCD).
  • Deve-se usar o CI \,4511 (decodificador BCD para display de 7 segmentos).
  • O display é do tipo catodo (cátodo) comum.
  • A imagem anexa mostra as formas de onda temporais desses quatro sinais (ver seção de imagens no final).

Passo 2

O que é o CI \,4511 e quais são os sinais de controle importantes (visão didática e prática).
  • O CI \,4511 é um decodificador/latch BCD \to 7 segmentos que recebe 4 bits BCD e aciona os 7 segmentos \,a a \,g para exibir os dígitos \,0 a \,9.
  • Principais entradas/saídas e seu comportamento (explicação simples):
    • Entradas BCD: normalmente chamadas D, C, B, A ou D_3, D_2, D_1, D_0. Aqui vamos mapear \,A_{3} (MSB) em D_3, \,A_{2} em D_2, \,A_{1} em D_1, \,A_{0} em D_0.
    • Saídas de segmento: a,b,c,d,e,f,g. Essas saídas são ativas em nível alto para acender o segmento (portanto o \,4511 fornece nível alto quando quer acender um segmento). Isso é compatível com display de cátodo comum, pois nesse tipo de display o cátodo está aterrado e cada anodo de segmento precisa ser levado a nível alto para acender o LED do segmento.
    • Pinos de controle mais importantes:
      • \mathrm{LE} (latch enable): quando \mathrm{LE} está em nível lógico alto, o valor nas entradas é “travado” (latched); quando \mathrm{LE} está em nível lógico baixo, as saídas seguem diretamente as entradas (modo transparente). Para que o display mostre sempre o que o microcontrolador coloca sem latch, manter \mathrm{LE}=\text{LOW}.
      • \mathrm{LT} (lamp test) — normalmente ativo em nível baixo: puxando \mathrm{LT} para \text{LOW} força todos os segmentos acesos (teste). Para operação normal, colocar \mathrm{LT}=\text{HIGH}.
      • \mathrm{BI} (blanking input — às vezes rotulado \mathrm{BI/RBO}) — ativo em nível baixo: quando \mathrm{BI}=\text{LOW} os segmentos são apagados (blank). Para operação normal, colocar \mathrm{BI}=\text{HIGH}.
      • \mathrm{RBI} (ripple blanking input) — usado para supressão de zeros à esquerda em displays múltiplos; para um único dígito, manter \mathrm{RBI}=\text{HIGH} para não apagar o dígito.
    • Alimentação e referência: ligar \,V_{DD} do \,4511 ao mesmo \,V_{CC} do microcontrolador (ex.: \,+5\\ \text{V}) e o \,V_{SS} ao \text{GND}. O microcontrolador e o \,4511 devem compartilhar o mesmo terra.

Passo 3

Como fazer as conexões lógicas (mapeamento BCD → entradas do \,4511) e saídas do \,4511 → segmentos do display (passo a passo prático).
  • Conectar as saídas do microcontrolador às entradas BCD do \,4511 assim (nomeando as entradas do 4511 por D_0 a D_3, sendo D_0 o bit LSB):
    • \,A_{0} D_0 (entrada menos significativa).
    • \,A_{1} D_1.
    • \,A_{2} D_2.
    • \,A_{3} D_3 (entrada mais significativa).
      Explicação: o \,4511 espera os 4 bits na ordem LSB→MSB; assim cada bit do micro fornece a sua posição correta.
  • Conectar as saídas de segmento do \,4511 aos segmentos do display (nomes típicos do display: a,b,c,d,e,f,g):
    • Saída a do \,4511 → anodo do segmento a do display (via resistor).
    • Saída b do \,4511 → anodo do segmento b (via resistor).
    • … e assim por diante até g.
      Observação importante: sempre colocar um resistor limitador de corrente em cada segmento para proteger o LED do segmento e o CI.
  • Onde colocar os resistores:
    • Colocar um resistor em série entre cada saída do \,4511 e o correspondente anodo de segmento do display. Valores típicos: entre \,330\\ \Omega e \,1\\ \text{k}\Omega dependendo da corrente desejada.
    • Fórmula para calcular o resistor: R=\frac{V_{CC}-V_F}{I_{LED}}
      • \,V_{CC} é a tensão de alimentação (ex.: \,+5\\ \text{V}).
      • \,V_F é a queda de tensão do LED do segmento (típico \,\approx 1,8 a \,2{,}2\\ \text{V} para LEDs vermelhos).
      • \,I_{LED} é a corrente desejada por segmento (ex.: \,8\\ \text{mA} a \,15\\ \text{mA}).
    • Exemplo numérico: com \,V_{CC}=5\\ \text{V}, \,V_F=2\\ \text{V} e \,I_{LED}=10\\ \text{mA}, R=\frac{5-2}{0{,}01}=300\\ \Omega,
usar um resistor comercial próximo: \,330\\ \Omega.
  • Cuidado de corrente total: o \,4511 tem limites de corrente por saída e total de chip; não acenda todos os segmentos com correntes muito altas. Usar \,I_{LED} moderada ( \sim 5 \,10\\ \text{mA}) e conferir a folha de dados do fabricante para limites.

Passo 4

Conexões dos pinos de controle para operação normal (modo direto, sem latch, sem blanking, sem teste)
  • Para o display seguir imediatamente os bits do microcontrolador:
    • \mathrm{LE}=\text{LOW} (liga o modo transparente; saídas acompanham entradas).
    • \mathrm{LT}=\text{HIGH} (desativa o lamp test).
    • \mathrm{BI}=\text{HIGH} (desativa blanking).
    • \mathrm{RBI}=\text{HIGH} (se não for usar supressão de zeros à esquerda).
      Explicação: essas ligações fazem com que não haja teste, não haja apagamento e não haja latch — o que é o desejado quando se quer mostrar em tempo real o valor BCD do micro.
  • Alimentação e terra:
    • \,V_{DD} do \,4511 \,+V_{CC} do sistema (ex.: \,+5\\ \text{V}).
    • \,V_{SS} do \,4511 \text{GND} (mesmo terra do microcontrolador).
  • Conectar o cátodo comum do display ao terra ( \text{GND}) porque o display é de cátodo comum.

Passo 5

Comportamento esperado e observações didáticas para a prova
  • Valores válidos: o \,4511 decodifica corretamente BCD de \,0 a \,9. Se o microcontrolador colocar valores de \,10 a \,15 (hex \,A \,F), o padrão exibido é definido pela tabela do fabricante e normalmente não corresponde a dígitos decimais; em projeto prático deve-se garantir que apenas \,0 \,9 sejam enviados ou usar o pino \mathrm{BI} para apagar quando estiver fora do intervalo.
  • Se precisar de latch (manter um dígito mesmo quando o micro muda as linhas), usar \mathrm{LE} como controle: colocar \mathrm{LE}=\text{HIGH} para capturar/segmentar o valor atual; \mathrm{LE}=\text{LOW} para voltar ao modo transparente.
  • Se houver vários dígitos com drivers cascata, utilizar os pinos \mathrm{RBI} e \mathrm{BI/RBO} para supressão de zeros à esquerda (ripple blanking) — mas para um único dígito mantê‑los em \text{HIGH}.

Passo 6

Resumo de uma ligação prática (lista curta e pronta para montagem)
  • Ligar \,A_{0}\to D_0, \,A_{1}\to D_1, \,A_{2}\to D_2, \,A_{3}\to D_3 do \,4511.
  • Ligar saídas a,b,c,d,e,f,g do \,4511 aos respectivos anodos dos segmentos do display, cada uma passando por um resistor calculado (ex.: \,330\\ \Omega).
  • Ligar cátodo comum do display a \text{GND}.
  • Ligar \mathrm{LE}=\text{LOW}, \mathrm{LT}=\text{HIGH}, \mathrm{BI}=\text{HIGH}, \mathrm{RBI}=\text{HIGH}.
  • Ligar \,V_{DD} do \,4511 a \,+5\\ \text{V} (ou tensão usada no sistema) e \,V_{SS} a \text{GND}.
  • Certificar que o microcontrolador e o \,4511 compartilham o mesmo \text{GND}.

Resposta

A_{0}\rightarrow D_0 (LSB do 4511)
A_{1}\rightarrow D_1
A_{2}\rightarrow D_2
A_{3}\rightarrow D_3 (MSB do 4511)
a,b,c,d,e,f,g (saídas do 4511) \rightarrow anodos dos segmentos correspondentes do display (cada linha em série com resistor, ex.: 330\\ \Omega)
Cátodo comum do display \rightarrow GND
\mathrm{LE}=\text{LOW}, \mathrm{LT}=\text{HIGH}, \mathrm{BI}=\text{HIGH}, \mathrm{RBI}=\text{HIGH}
V_{DD} do 4511 \rightarrow +5\\ \text{V} (mesma alimentação do micro), V_{SS}\rightarrow GND

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