Az 555-ös időzítő használata a mikrokontrolleres tervezésben

Átírás

1 Az 555-ös időzítő használata a mikrokontrolleres tervezésben Nagy Gergely BME EET 01. április 4. ebook ready

2 Bevezetés Az 555-ös IC-t Hans Camenzind tervezte 1971-ben a Signetics (ma Philips) munkatársaként. Az eredeti cél egy olyan oszcillátor volt, amire teljesül, hogy: a frekvenciáját külső elemekkel (R, C) lehet beálĺıtani, tápfeszültség- és hőmérsékletfüggetlen. Végül egy általános időzítő áramkör készült el, ami a mai napig a legnagyobb példányszámban eladott IC: 003 táján évi 1 milliárd darabot gyártottak belőle (Fairchild, Maxim, Motorola, ST, TI, NXP).

3 1 Bevezetés Az 555 felépítése Az eredeti 555-ös A bipoláris kapcsolás és magyarázata A blokk-diagram A CMOS változat Az 556-os IC 3 Alkalmazások 4 Felhasznált irodalom

4 Az eredeti 555-ös Eredeti neve: NE555 (8 lábú DIP tokban). Bipoláris IC, nagyjából 0 BJT-ből (gyártófüggő), kb. ugyanennyi ellenállásból áll. Tápfeszültség: 4,5 15 V Tápáram (5 V-os tápfesz-nél): 3 6 ma Maximális kimeneti áram: 00 ma Működési hőmérséklettartomány: 0 70 C

5 A teljes kapcsolás

6 A kapcsolás felépítése

7 A blokk-diagram és a lábkiosztás VCC RESET 8 4 CONT 5 6 R1 THRES R S 3 OUT TRIG 1 7 DISCH 1 TRIG OUT 3 RESET DIS 6 THR 5 CTRL

8 A CMOS változat Gyártják CMOS változatban is (pl. LMC555)

9 = 556 Két 555-ös egy tokban. VCC DISCH TH CTRL nrst OUT TR 14 CMP Flipflop CMP CMP Flipflop CMP LM556 1 DISCH TH CTRL nrst OUT TR

10 1 Bevezetés Az 555 felépítése 3 Alkalmazások Hiszterézises komparátor Schmitt-trigger Monostabil multivibrátor Hiányzó impulzus detektor ASK demoduláció Astabil multivibrátor VCO és FM Sötétség-detektor Tápfeszültség megszünését jelző riasztó Pulzus-szélesség moduláció Háromszögjel-generátor Vízszint-mérő

11 Hiszterézises komparátor A THRES és a TRIG lábakat összekötve egy hiszterézises komparátort kapunk. Ez közvetlenül felhasználható állásos szabályozó megvalósítására. In 4 8 RESET 7 6 DIS THR OUT 3 Out TRIG CTRL nF

12 Schmitt-trigger A hiszterézises komparátor tulajdonképpen egy Schmitt-trigger, ami zajos digitális jelek javítására használható. A bemenet munkaponti értéke /; ha a jel eléri a /3-at, akkor a kimenet logikai 1-be kerül, ha a /3-ot, akkor logikai 0-ba. Noisy input 100k 4 RESET 7 DIS 6 THR TRIG 8 OUT 3 Out 100k 1 CTRL 5 10nF

13 Monostabil multivibrátor Időzítésre használható kapcsolás egy adott hosszúságú impulzus álĺıtható elő a trigger jel segítségével (negatív logika). Amikor bekapcsoljuk a tápfeszültséget, R-en keresztül C elkezd feltöltődni. Mikor eléri /3-at, kimenet 0 lesz és bekapcsol a kisütő tranzisztor (DIS). Ez a stabil állapot, amíg trigger jel nem érkezik, aminek hatására a kimenet 1 lesz és C újból töltődni kezd, míg újból el nem éri /3-at. trigger C R 4 8 RESET 7 DIS 6 3 THR OUT Out TRIG Trigger CTRL nF capacitor output t

14 A monostabil kapcsolás méretezése Föld és között, feszültséggenerátorosan töltött kondenzátor feszültsége: ) U C = (1 e t RC Az 555 csak /3-ig hagyja feltöltődni, így a kezdő- és végérték: ( ) 0 = 1 e t 1 RC ( ) 3 = 1 e t RC A két egyenlet hányadosából az exponenciálist kifejezve: 3 = e t t 1 RC = e t RC Amiből: t = ln(3) RC 1,1 RC

15 Hiányzó impulzus detektor A monostabil kapcsolás van kiegészítve egy kisütő tranzisztorral (Missing-pulse Detector). Amikor megjön egy újabb impulzus a Trigger bemenetre, a kimenet 1-be kerül, és megkezdődne C feltöltése, azonban a PNP tranzisztor ezt megakadályozza. Ha az impulzusok elég sűrűn érkeznek, a tranzisztor nem hagyja feltöltődni C-t, és így a kimenet 1-ben marad. Ha kimarad(nak) impulzus(ok), akkor C feltöltődik, 0-ba kerül a kimenet és bekapcsol a belső kisütő tranzisztor. A bekeretezett ábra egy betörés-érzékelő alkalmazást mutat ezen az elven. R 4 8 RESET 7 DIS Trigger C 6 THR TRIG 3 OUT Out MPD CTRL nF

16 ASK demoduláció Egy csúcsegyenirányítóval is megoldható a feladat, de akkor egy 1-es bit elején teljesen fel kell tölteni a kondenzátort, a végén pedig teljesen ki kell sütni ez sok impulzusnyi idő, hiszen ha túl kicsi kondenzátort választanánk, akkor olyan mértékű lenne a kimenet hullámzása, hogy az már a logikai jel érétkét befolyásolhatná. Az alábbi megoldással lényegében egy periodusidőnél kevesebb idő alatt változik a logikai jel. Így sokkal nagyobb sávszélesség érhető el. MPD

17 Astabil multivibrátor Felhasználható négyszögjel-generátornak, de mérésre is: a kimeneti frekvencia mérésével megmérhető R vagy C értéke. 1 f = ln() C (R 1 + R ) R1 R C 4 8 RESET 7 DIS 6 3 THR OUT Out TRIG CTRL nF

18 VCO és FM Astabil kapcsolásban a Control bemenet segítségével a komparálási szinteket álĺıtva változik a frekvencia, így egy feszültségvezérelt oszcillátort (VCO) kapunk. Ha egy váltakozó jelet kapcsolunk a Control-ra, akkor annak függvényében változó frekvenciájú kimeneti jelet kapunk: ez frekvenciamoduláció (ezért hívják a Control bemenetet sokszor FM-nek). FM R1 R C 4 8 RESET 7 DIS 6 3 THR OUT Out TRIG CTRL 1 5

19 Sötétség-detektor Ez egy egyszerű oszcillátor, aminek a RESET bemenetét irányítja egy szenzor. AZ LDR (Light Dependent Resistor) egy opto-ellenállás, aminek kis megvilágításnál nagy az értéke, fény hatására erősen lecsökken az ellenállása (félvezető alapú). Az LDR-t egy termo-ellenállásra cserélve k LDR 4 1M RESET 7 DIS 6 THR 8 3 OUT TRIG CTRL p 10n 100

20 Tápfeszültség megszünését jelző riasztó > 9 V 100k k 1M RESET 7 DIS 6 THR TRIG OUT V 1 CTRL p 10n

21 Pulzus-szélesség moduláció A vezérlő bemenetet (CTRL) használva a moduláló jel bemeneteként, a monostabil kapcsolás PWM-ként használható. A trigger bemenetre kell a vivőt (négyszögjel) kötni. 4 8 clock CLK R Modulation input R C RESET 7 DIS 6 3 THR OUT Out TRIG CTRL 1 5 modulation output t

22 Háromszögjel-generátor Kihasználjuk, hogy a tranzisztorok kimeneti karakterisztikája áramgenerátor-jellegű. Egy pontosabb áramgenerátor-kapcsolással igényesebb jelet lehetne előálĺıtani. A periódusidő: T = 3 RC V 1 CC 1 U BE 4 8 RESET 7 DIS 6 THR TRIG OUT 3 Out R + _ 1 CTRL 5 R C C

23 Vízszint-mérő Kihasználja a víz vezetőképességét (R 100 kω). A kimenetről egy szivattyút vezérelve, a minimum és maximum szint között lehet tartani a víz szintjét. 1 1M 1M RESET DIS THR TRIG OUT 3 Out max 1 CTRL 5 min 10n

24 Felhasznált irodalom Hans Camenzind: Designing analog chips ( Philips AN170: NE555 and NE556 applications LM556 Datasheet, National Semiconductor Corporation