Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Největší malý čip: Úvod do univerzálního časovače 555

V roce 1970, kdy sotva půl tuctu firemních sazenic zakořenila v úrodné půdě Silicon Valley, koupila společnost Signetics nápad od inženýra jménem Hans Camenzind. Nebyl to průlomový koncept, jen 23 tranzistorů a hromada odporů, které by fungovaly jako programovatelný časovač. Časovač by byl všestranný, stabilní a jednoduchý, ale tyto ctnosti zbledly ve srovnání s jeho primárním prodejním místem. Pomocí nové technologie integrovaných obvodů by Signetics mohl reprodukovat celou věc na silikonovém čipu.

To znamenalo nějaké ruční práce. Camenzind strávil týdny pomocí kreslicího stolu a speciálně namontovaného nože X-Acto, aby jeho obvod zapisoval do velké plastové fólie. Signetika pak tento obraz fotograficky zmenšila, vyleptala do drobných oplatek a vložila každý oplatek do půlpalcového obdélníku z černého plastu s číslem výrobku vytištěným nahoře. Tak se zrodil časovač 555.

Ukázalo se, že je to nejúspěšnější čip v historii, a to jak v počtu prodaných kusů (desítky miliard, počítání), tak v dlouhověkosti jeho designu (téměř 40 let). 555 byl použit všude od hraček k kosmické lodi. To může dělat světla blikat, aktivovat poplašné systémy, dát mezery mezi pípnutí, a vytvořit pípnutí sami. Dnes si můžete koupit jeden čip online za cca 25 centů.

Pro úvodní projekt popsaný níže můžete použít 555CN, Fairchild LM555CN nebo KA555, Texas Instruments NE555P nebo STMicroelectronics NE555N. Značka nedělá žádný rozdíl. Každý výrobce nabízí bezplatnou verzi Metal-Oxide Semiconductor (CMOS), dvojitou verzi a verzi s povrchovou montáží vedle starobylého čipu, který stojí na osmi kovových nohách od sebe vzdálených 1/10 ″. Z různých důvodů byste měli použít starou verzi.

Nejprve vám ukážu, jak může 555 zapnout a vypnout LED diodu. Pak ho přizpůsobím tak, aby vytvořil hudební tón, a konečně budu spojovat tři 555s dohromady, abych vytvořil gadget, který můžete použít k uložení časového limitu v neherních hrách, jako je dáma nebo Scrabble. Na konci přednastaveného intervalu časovač vydá stonavý zvuk, aby oznámil zpožděnému soutěžícímu, že jeho čas vypršel a jeho tah skončil.

Pravítko v pozadí je kalibrováno v šestnáctinách palce.

Přeměňte čip 555 na Noisemaker

Obrázek 1 ukazuje čip 555 při pohledu shora s identifikovanými kolíky. Kruhová značka vyražená v jejím těle je přilehlá ke kolíku 1. Obrázek 2 ukazuje základní světelný obvod používající astabilní režim 555, což znamená, že výstup na Pin 3 se překlopí do polohy mezi kladným a záporným po celou dobu, dokud napájení. Doba cyklu je určena kondenzátorem a dvěma odpory. Kondenzátor má elektrickou skladovací kapacitu (odtud jeho jméno), zatímco odpory snižují tok elektřiny. Pokud umístíte odpor v pořadí s kondenzátorem, rezistor zpomaluje dobu nabíjení a vybíjení kondenzátoru, čímž nabízí jednoduchý způsob použití elektřiny pro měření času.

Když zavřete spínač S1 v obvodu, proud protéká R1 a R2 a postupně začne nabíjet kondenzátor C1. IC1 (časovač 555) monitoruje tento proces. Když C1 získá 2/3 kladného napětí napájejícího obvod, 555 obrátí svůj výstup na pinu 3 z kladného na záporný a síly C1 se vypustí přes R2. Když se náboj na C1 sníží z 2/3 na 1/3, čip se převrátí zpět do původního stavu, resetuje svůj výstup z negativního na pozitivní a opakuje cyklus.

Použitím kondenzátoru 0,1 mikrofaradu (μF) pro C1, rezistoru 120 kHz (kΩ) pro R1 a 1 megohm (MΩ) rezistoru pro R2, LED blikne přibližně 5 krát za sekundu. (Ostatní komponenty v obvodu nemají žádný vliv na časování: R3 chrání LED před nadměrným proudem, zatímco C2 chrání časovač 555 před náhodným elektronickým šumem.)

To je, jak by měl LED-blikací obvod na obrázku 2 vypadat, s použitím komponent zapojených do prkénka.

Předpokládejme, že místo kondenzátoru 0,1μF jako C1 použijete kondenzátor 1μF. Každý cyklus trvá 10krát déle. Naopak, pokud použijete 0,01μF kondenzátor pro C1, cykly jsou 1/10 tak dlouhé. Můžete také změnit časování nastavením hodnot odporu. Hodnota R1 + R2 ovlivňuje cyklus „on“, zatímco R2 sám určuje cyklus „off“.

S vysokým odporem a malým kondenzátorem se přístroj 555 bude velmi rychle otáčet velmi rychle - snadno tak rychle, aby jeho pulsy vytvářely hudební zvuky přes reproduktor. Obrázek 3 ukazuje modifikovanou verzi obvodu. LED a jeho sériový odpor byly nahrazeny jiným odporem, kondenzátorem C3 a L1, miniaturním reproduktorem RadioShack. (Poznámka: Nemůžete řídit reproduktor s plnou velikostí s časovačem 555, pokud nepřidáte zesilovač.) Ujistěte se, že jste aktualizovali hodnoty R1, R2 a C1, které byly změněny tak, aby 555 běžel rychleji. Nyní, když připojíte napájení, měli byste slyšet nízko položený dron.

Přidejte druhý 555 pro spuštění Noisemaker pro pevný interval

Máme šejkaře; nyní je musíme spustit na pevný interval. To lze provést s druhým 555 kabelem v monostabilním režimu, což znamená, že vydává pouze jeden puls. Obrázek 4 ukazuje, že byl přidán do obvodu. S2 je tlačítko, i když můžete improvizovat pouhým dotykem dvou vodičů dohromady. Když se to stane, IC2 vydá jeden puls trvající asi 1 sekundu. Tím se rozsvítí dioda LED D2, která poskytuje vizuální potvrzení. Pulz také prochází D1, signální diodou, a aktivuje IC1, který vydává zvuk jako dříve, kromě toho, že C4 prodlužuje a způsobuje, že se snižuje frekvence, což vytváří sténající efekt.

Před pokračováním se ujistěte, že tato verze obvodu funguje.

Přidat třetí 555 do doby čekací doby

Máme noisemaker, který může být spuštěn na pevný interval; teď musíme změřit časový interval, než se zvuk objeví. Třetí časovač 555 může uložit tuto dobu čekání, pokud ji nastavíme s rezistory s vyšší hodnotou a větším kondenzátorem.

Na obr. 5 je C7 nabitý přes P1, potenciometr (variabilní odpor). Můžete „naladit“ P1 pro nastavení intervalu čekání a zvýšit hodnotu C7, aby byl interval ještě delší. Na konci intervalu je výstup na pinu 3 záporný. To se připojí ke spouštěcímu kolíku IC2 a řekne, že vydá svůj krátký puls, který řekne IC1, aby vydala zvuk.

Reálná verze obvodu na obrázku 5. Horní čip měří časový interval (pomocí pevného odporu, který byl nahrazen potenciometrem P1). Červená LED dioda bliká současně s tím, že zvuk je generován přes reproduktor 1 ″ (vlevo od čipu).

Všimněte si, že S2 byl přesunut tak, že řídí IC3. Když použijete okruh k uložení časového limitu během hry, stiskněte S2 na začátku každého kola.

Okruh tak neudělá svůj hrubý hluk, pokud se hráč pohybuje v rámci povoleného času, bylo přidáno tlačítko reset-reset S3. Toto tlačítko stisknete, když hráč udělá krok. „NC“ vedle ní vám oznamuje, že se jedná o normálně zavřené tlačítko. Chcete-li odpojit napájecí zdroj, když se modul gadget nepoužívá, stále potřebujete vypínač S1.

Co bude dál?

Namísto časovacích odporů můžete nahradit jiné komponenty, aby se 555 chovalo zajímavým způsobem. Na obrázku 3, pokud používáte termistor nebo fotorezistor místo R2, můžete ovládat frekvenci zvuku teplem nebo světlem. Fotorezistor a 555 v monostabilním režimu mohou fungovat jako detektor pohybu. Hledání makezine.com pro "555" nebo podívejte se na Doctronics pro ještě více nápadů projektu.

Hans Camenzind si nikdy nepředstavoval, že by se jeho časovač stal tak univerzálním nástrojem. Domnívá se, že vnitřní design 555 není nijak zvlášť elegantní a měl být před několika desítkami let udělán. Elegance v designu může být velký problém pro inženýry, ale pro koncové uživatele, utility je obvykle důležitější. 555 je jednoduchý, přesný a robustní, toleruje široký rozsah napájecích zdrojů a je schopen řídit nejen LED diody a reproduktory, ale také relé a dokonce i malé motory.

Za 25 centů je to víc než dost.

Podíl

Zanechat Komentář