Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Az 555-¨os id˝oz´ıt˝o haszn´alata a mikrokontrolleres tervez´esben Nagy Gergely BME EET
2012. ´aprilis 4. ebook
ready
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Bevezet´es Az 555-¨os IC-t Hans Camenzind tervezte 1971-ben a Signetics (ma Philips) munkat´arsak´ent. Az eredeti c´el egy olyan oszcill´ ator volt, amire teljes¨ ul, hogy: a frekvenci´ aj´ at k¨ uls˝ o elemekkel (R, C) lehet be´all´ıtani, t´ apfesz¨ ults´ eg- ´ es h˝ om´ ers´ ekletf¨ uggetlen.
V´eg¨ ul egy ´ altal´ anos id˝ oz´ıt˝ o´ aramk¨ or k´esz¨ ult el, ami a mai napig a legnagyobb p´ eld´ anysz´ amban eladott IC: 2003 t´aj´an ´evi 1 milli´ard darabot gy´artottak bel˝ ole (Fairchild, Maxim, Motorola, ST, TI, NXP).
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
1
Bevezet´es
2
Az 555 fel´ep´ıt´ese Az eredeti 555-¨os A bipol´aris kapcsol´as ´es magyar´azata A blokk-diagram A CMOS v´altozat Az 556-os IC
3
Alkalmaz´asok
4
Felhaszn´alt irodalom
Felhaszn´ alt irodalom
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Az eredeti 555-¨os Eredeti neve: NE555 (8 l´ab´ u DIP tokban). Bipol´ aris IC, nagyj´ab´ ol 20 BJT-b˝ ol (gy´art´ of¨ ugg˝o), kb. ugyanennyi ellen´all´asb´ ol ´all. T´apfesz¨ ults´eg: 4,5–15 V T´ap´aram (5 V-os t´apfesz-n´el): 3–6 mA Maxim´alis kimeneti ´aram: 200 mA M˝ uk¨od´esi h˝om´ers´eklettartom´any: 0–70◦ C
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
A teljes kapcsol´as
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
A kapcsol´as fel´ep´ıt´ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
A blokk-diagram ´es a l´abkioszt´as
THRES
TRIG
6
VCC 8 CONT 5
RESET 4 R1 R S
3
OUT
2
7 1 GND
8 VCC
GND 1
DISCH
TRIG 2 OUT 3 RESET 4
555
7 DIS 6 THR 5 CTRL
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
A CMOS v´altozat Gy´artj´ak CMOS v´altozatban is (pl. LMC555)
Felhaszn´ alt irodalom
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
555 + 555 = 556 K´et 555-¨os egy tokban. VCC
DISCH
TH
CTRL
nRST
TR
OUT
14
CMP
CMP
CMP
Flipflop
Flipflop
CMP
LM556
1
DISCH
TH
CTRL
nRST
OUT
TR
GND
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
1
Bevezet´es
2
Az 555 fel´ep´ıt´ese
3
Alkalmaz´asok Hiszter´ezises kompar´ator Schmitt-trigger Monostabil multivibr´ator Hi´anyz´o impulzus detektor ASK demodul´aci´ o Astabil multivibr´ator VCO ´es FM S¨ot´ets´eg-detektor T´apfesz¨ ults´eg megsz¨ un´es´et jelz˝ o riaszt´ o Pulzus-sz´eless´eg modul´aci´ o H´aromsz¨ogjel-gener´ator V´ızszint-m´er˝o
Felhaszn´ alt irodalom
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Hiszter´ezises kompar´ator
A THRES ´es a TRIG l´abakat ¨ osszek¨ otve egy hiszter´ ezises kompar´ atort kapunk. Ez k¨ozvetlen¨ ul felhaszn´alhat´ o´ all´ asos szab´ alyoz´ o megval´os´ıt´as´ara. VCC
4
RESET 7
In
6 2
8
VCC
DIS THR
OUT
3
Out
TRIG GND CTRL 1
5 10nF
GND
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Schmitt-trigger A hiszter´ ezises kompar´ ator tulajdonk´ eppen egy Schmitt-trigger, ami zajos digit´alis jelek jav´ıt´as´ara haszn´alhat´o. A bemenet munkaponti ´ert´eke VCC /2; ha a jel el´eri a 2 · VCC /3-at, akkor a kimenet logikai 1-be ker¨ ul, ha a VCC /3-ot, akkor logikai 0-ba. VCC
4
100k
RESET 7
Noisy input
6 2
100k
8
VCC
DIS THR
OUT
3
TRIG GND CTRL 1
5 10nF
GND
Out
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Monostabil multivibr´ator Id˝ oz´ıt´ esre haszn´ alhat´ o kapcsol´as – egy adott hossz´ us´ ag´ u impulzus ´ all´ıthat´ o el˝ o a trigger jel seg´ıts´eg´evel (negat´ıv logika). Amikor bekapcsoljuk a t´apfesz¨ ults´eget, R-en kereszt¨ ul C elkezd felt¨olt˝odni. Mikor el´eri 2 · VCC /3-at, kimenet 0 lesz ´es bekapcsol a kis¨ ut˝o tranzisztor (DIS). Ez a stabil ´allapot, am´ıg trigger jel nem ´erkezik, aminek hat´as´ara a kimenet 1 lesz ´es C u ´jb´ ol t¨ olt˝ odni kezd, m´ıg u ´jb´ol el nem ´eri 2 · VCC /3-at. VCC
trigger R
4
RESET 7 6
C
2
Trigger
8
VCC
DIS THR
OUT
3
Out
GND CTRL 1
5 10nF
GND
capacitor
TRIG
output t
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
A monostabil kapcsol´as m´eretez´ese F¨old ´es VCC k¨oz¨ott, fesz¨ ults´eggener´atorosan t¨olt¨ott kondenz´ator fesz¨ ults´ege: −t UC = VCC · 1 − e RC Az 555 csak 2 · VCC /3-ig hagyja felt¨ olt˝ odni, ´ıgy a kezd˝o- ´es v´eg´ert´ek: −t1 0 = VCC · 1 − e RC −t2 2 · VCC = VCC · 1 − e RC 3 A k´et egyenlet h´anyados´ab´ ol az exponenci´alist kifejezve: 3=e
t2 −t1 RC
∆t
= e RC
Amib˝ol: ∆t = ln(3) · RC ' 1,1 RC
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Hi´anyz´o impulzus detektor A monostabil kapcsol´ as van kieg´ esz´ıtve egy kis¨ ut˝ o tranzisztorral (Missing-pulse Detector). Amikor megj¨on egy u ´jabb impulzus a Trigger bemenetre, a kimenet 1-be ker¨ ul, ´es megkezd˝ odne C felt¨ olt´ese, azonban a PNP tranzisztor ezt megakad´alyozza. Ha az impulzusok el´eg s˝ ur˝ un ´erkeznek, a tranzisztor nem hagyja felt¨olt˝odni C-t, ´es ´ıgy a kimenet 1-ben marad. Ha kimarad(nak) impulzus(ok), akkor C felt¨ olt˝odik, 0-ba ker¨ ul a kimenet ´es bekapcsol a bels˝ o kis¨ ut˝ o tranzisztor. A bekeretezett ´abra egy bet¨ or´ es-´ erz´ ekel˝ o alkalmaz´ ast mutat ezen az elven. VCC R
4
RESET 7
C
6 2
Trigger
8
VCC
DIS THR
OUT
3
Out
TRIG GND CTRL 1
5 10nF
GND
MPD
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
ASK demodul´aci´o Egy cs´ ucsegyenir´ any´ıt´ oval is megoldhat´ o a feladat, de akkor egy 1-es bit elej´en teljesen fel kell t¨ olteni a kondenz´atort, a v´eg´en pedig teljesen ki kell s¨ utni – ez sok impulzusnyi id˝o, hiszen ha t´ ul kicsi kondenz´atort v´alasztan´ank, akkor olyan m´ert´ek˝ u lenne a kimenet hull´amz´asa, hogy az m´ar a logikai jel ´er´etk´et befoly´asolhatn´a. Az al´abbi megold´assal l´enyeg´eben egy periodusid˝on´el kevesebb id˝o alatt v´altozik a logikai jel. ´Igy sokkal nagyobb s´avsz´eless´eg ´erhet˝ o el.
MPD
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Astabil multivibr´ator
Felhaszn´alhat´o n´ egysz¨ ogjel-gener´ atornak, de m´er´esre is: a kimeneti frekvencia m´ er´ es´ evel megm´ erhet˝ o R vagy C ´ ert´ eke. 1 f= ln(2) · C · (R1 + 2R2 ) VCC R1
4
RESET 7 6
R2
2
8
VCC
DIS THR
OUT
3
Out
TRIG GND CTRL 1
C GND
5 10nF
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
VCO ´es FM Astabil kapcsol´asban a Control bemenet seg´ıts´eg´evel a kompar´al´asi szinteket ´all´ıtva v´altozik a frekvencia, ´ıgy egy fesz¨ ults´ egvez´ erelt oszcill´ atort (VCO) kapunk. Ha egy v´altakoz´o jelet kapcsolunk a Control-ra, akkor annak f¨ uggv´eny´eben v´altoz´ o frekvenci´aj´ u kimeneti jelet kapunk: ez frekvenciamodul´ aci´ o (ez´ert h´ıvj´ak a Control bemenetet sokszor FM-nek). VCC R1
4
RESET 7 6
R2 FM
2
8
VCC
DIS THR
OUT
TRIG GND CTRL 1
C GND
5
3
Out
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
S¨ot´ets´eg-detektor Ez egy egyszer˝ u oszcill´ ator, aminek a RESET bemenet´ et ir´ any´ıtja egy szenzor. AZ LDR (Light Dependent Resistor) egy opto-ellen´all´as, aminek kis megvil´ag´ıt´asn´al nagy az ´ert´eke, f´eny hat´as´ara er˝osen lecs¨okken az ellen´all´asa (f´elvezet˝ o alap´ u). Az LDR-t egy termo-ellen´all´asra cser´elve... VCC
100k
4 1M 7 6 2
RESET
8
VCC
DIS
OUT
3
THR 100
TRIG GND CTRL
LDR
GND
1000p
1
5 10n
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
T´apfesz¨ults´eg megsz¨un´es´et jelz˝o riaszt´o
VCC > 9 V
100k 4
RESET 7
100k
6 1M 2
8
VCC
DIS
OUT
3 9V
THR 100
TRIG GND CTRL 1
1000p
GND
5 10n
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Pulzus-sz´eless´eg modul´aci´o A vez´erl˝o bemenetet (CTRL) haszn´alva a modul´al´o jel bemenetek´ent, a monostabil kapcsol´ as PWM-k´ ent haszn´ alhat´ o. A trigger bemenetre kell a viv˝ ot (n´egysz¨ ogjel) k¨otni. VCC
4 R
R
RESET 7 6 2
CLK
clock
8
VCC
DIS THR
OUT
3
modulation Out
TRIG GND CTRL
Modulation input GND
C
1
5
output
t
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
H´aromsz¨ogjel-gener´ator Kihaszn´aljuk, hogy a tranzisztorok kimeneti karakterisztik´ aja ´ aramgener´ ator-jelleg˝ u. Egy pontosabb ´aramgener´ator-kapcsol´assal ig´enyesebb jelet lehetne el˝o´all´ıtani. A peri´odusid˝o: 2 1 T = · RC · VCC · 3 1 − UBE VCC
4
RESET 7 6 2
8
VCC
R
DIS THR
OUT
+ _
Out
TRIG GND CTRL 1
R
5 C
GND
3
C
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
V´ızszint-m´er˝o Kihaszn´ alja a v´ız vezet˝ ok´ epess´ eg´ et (R ' 100 kΩ). A kimenetr˝ol egy szivatty´ ut vez´erelve, a minimum ´es maximum szint k¨ oz¨ ott lehet tartani a v´ız szintj´et. VCC 1
1M
1M
4
RESET 7 6 1
2
8
VCC
DIS THR
OUT
3
TRIG GND CTRL
max min
GND
1
5 10n
Out
Bevezet´ es
Az 555 fel´ ep´ıt´ ese
Alkalmaz´ asok
Felhaszn´ alt irodalom
Felhaszn´alt irodalom
Hans Camenzind: Designing analog chips (www.designinganalogchips.com) Philips – AN170: NE555 and NE556 applications LM556 Datasheet, National Semiconductor Corporation www.sentex.ca/~mec1995/gadgets/555/555.html http://www.falstad.com/circuit/
