Guinguette Marais Poitevin

555 Timer Tutorial

By Philip Kane

555 Timer Tutorial Bundle Includes:

555 Sygnały i rozmieszczenie pinów (8 pin DIP)

Rysunek 1 przedstawia sygnały wejściowe i wyjściowe timera 555 rozmieszczone w standardowej 8-stykowej obudowie typu dual inline (DIP).

Pin 4 – Reset (RES)
Niskie napięcie (mniej niż 0.7V) przyłożone do styku reset spowoduje, że wyjście (styk 3) przejdzie w stan niski. Wejście to powinno pozostać podłączone do Vcc, gdy nie jest używane.
Pin 5 – Napięcie sterujące (CON)
Możesz kontrolować napięcie progowe (pin 6) poprzez wejście sterujące (które jest wewnętrznie ustawione na 2/3 napięcia zasilania). Można je zmieniać w zakresie od 45% do 90% napięcia zasilania. Umożliwia to zmianę długości impulsu wyjściowego w trybie monostabilnym lub częstotliwości wyjściowej w trybie astabilnym. Gdy wejście to nie jest używane, zaleca się połączenie go z masą układu za pomocą kondensatora 0,01uF.

Pin 6 – Próg (TRE)
W trybie astabilnym i monostabilnym napięcie na kondensatorze czasowym jest monitorowane przez wejście Threshold. Gdy napięcie na tym wejściu wzrasta powyżej wartości progowej, wyjście przejdzie z wysokiego do niskiego.
Pin 7 – Rozładowanie (DIS)
gdy napięcie na kondensatorze czasowym przekracza wartość progową. Kondensator czasowy jest rozładowywany przez to wejście
Pin 8 – Napięcie zasilania (VCC)
Jest to zacisk dodatniego napięcia zasilania. Zakres napięcia zasilania wynosi zazwyczaj od +5V do +15V. Interwał czasowy RC nie będzie się znacznie różnił w zakresie napięcia zasilania (około 0,1%) w trybie astabilnym lub monostabilnym.

Obieg monostabilny

Rysunek 2 przedstawia podstawowy układ monostabilny timera 555.

Rysunek 2: Podstawowy układ multiwibratora monostabilnego 555.
Patrząc na schemat czasowy na rysunku 3, impuls niskiego napięcia przyłożony do wejścia wyzwalającego (pin 2) powoduje przejście napięcia wyjściowego na pinie 3 od niskiego do wysokiego. Wartości R1 i C1 określają, jak długo wyjście pozostanie w stanie wysokim.

Rysunek 3: Schemat czasowy dla układu 555 w trybie monostabilnym.
Podczas przedziału czasowego stan wejścia wyzwalającego nie ma wpływu na wyjście. Jednakże, jak pokazano na rysunku 3, jeśli wejście wyzwalające jest nadal niskie na końcu przedziału czasowego, wyjście pozostanie wysokie. Upewnij się, że impuls wyzwalający jest krótszy niż pożądany interwał czasowy. Układ na rysunku 4 pokazuje jeden ze sposobów na osiągnięcie tego elektronicznie. Wytwarza on krótkotrwały impuls o niskim poziomie, gdy S1 jest zamknięty. R1 i C1 są tak dobrane, aby wytworzyć impuls wyzwalający, który jest znacznie krótszy niż interwał czasowy.

Rysunek 4: Obwód wyzwalania krawędziowego.
Jak pokazano na rysunku 5, ustawienie pinu 4 (Reset) w stan niski przed końcem interwału czasowego spowoduje zatrzymanie timera.

Figura 5: Resetowanie timera przed końcem interwału czasowego.
Reset musi powrócić do stanu wysokiego, zanim będzie można uruchomić kolejny interwał czasowy.
Obliczanie interwału czasowego
W celu obliczenia interwału czasowego dla układu monostabilnego użyj następującego wzoru:
T = 1.1 * R1 * C1
Gdzie R1 jest rezystancją w omach, C1 jest pojemnością w faradach, a T jest interwałem czasowym. Na przykład, jeśli użyjesz rezystora 1M ohm z kondensatorem 1 mikro Farad (.000001 F), interwał czasowy będzie wynosił 1 sekundę:
T = 1.1 * 1000000 * 0.000001 = 1.1
Dobór elementów RC do pracy monostabilnej
1.Po pierwsze, wybierz wartość dla C1.
(Dostępny zakres wartości kondensatorów jest mały w porównaniu z wartościami rezystorów. Łatwiej jest znaleźć pasującą wartość rezystora dla danego kondensatora).

2.Następnie oblicz wartość dla R1, która w połączeniu z C1 da pożądany odstęp czasowy.

R1 = T
1.1 * C1

Unikaj stosowania kondensatorów elektrolitycznych. Ich rzeczywista wartość pojemności może się znacznie różnić od wartości znamionowej. Ponadto wycieka z nich ładunek, co może powodować niedokładne wartości taktowania. Zamiast tego użyj kondensatora o niższej wartości i rezystora o wyższej wartości.
Dla standardowych timerów 555 użyj rezystorów od 1K ohm do 1M ohm.
Przykład układu monostabilnego
Rysunek 6 pokazuje kompletny układ multiwibratora monostabilnego 555 z prostym wyzwalaniem krawędziowym. Zamknięcie przełącznika S1 rozpoczyna 5 sekundowy interwał czasowy i włącza diodę LED1. Po zakończeniu interwału czasowego dioda LED1 zgaśnie. Podczas normalnej pracy przełącznik S2 podłącza pin 4 do napięcia zasilającego. Aby zatrzymać zegar przed upływem czasu, należy ustawić przełącznik S2 w pozycji „Reset”, co spowoduje połączenie styku 4 z masą. Przed rozpoczęciem kolejnego interwału czasowego należy ustawić S2 w pozycji „Timer”.

Rysunek 6: Kompletny przełącznik resetujący obwód 555 timera.
Obwód astabilny
Na rysunku 7 przedstawiono podstawowy obwód 555 astabilny.

Figura 7: Podstawowy obwód 555 astabilnego multiwibratora.
W trybie astabilnym, kondensator C1 ładuje się poprzez rezystory R1 i R2. Gdy kondensator się ładuje, na wyjściu jest wysoki poziom. Gdy napięcie na C1 osiągnie 2/3 napięcia zasilania, C1 rozładowuje się przez rezystor R2 i na wyjściu jest niski poziom. Gdy napięcie na C1 spadnie poniżej 1/3 napięcia zasilania, C1 wznawia ładowanie, na wyjściu ponownie pojawia się stan wysoki i cykl się powtarza.
Schematy czasowe na rysunku 8 pokazują wyjście timera 555 w trybie astabilnym.

Rysunek 8: 555 timer w trybie astabilnym.
Jak pokazano na rysunku 8, uziemienie pinu Reset (4) powoduje zatrzymanie oscylatora i ustawienie wyjścia w stan niski. Przywrócenie stanu wysokiego na styku Reset powoduje ponowne uruchomienie oscylatora.
Obliczanie okresu, częstotliwości i cyklu pracyRysunek 9 przedstawia 1 pełny cykl fali kwadratowej generowanej przez astabilny układ 555.

Rysunek 9: Astabilna fala kwadratowa jeden pełny cykl.
Okres (czas do zakończenia jednego cyklu) fali kwadratowej jest sumą czasów wysokiego (Th) i niskiego (Tl) sygnału wyjściowego. Oznacza to, że:
T = Th + Tl
gdzie T jest okresem, w sekundach.
Możesz obliczyć wyjściowe czasy wysokie i niskie (w sekundach) za pomocą następujących wzorów:
Th = 0,7 * (R1 + R2) * C1
Tl = 0,7 * R2 * C1
albo, używając poniższego wzoru, możesz obliczyć okres bezpośrednio.

T = 0,7 * (R1 + 2*R2) * C1
Aby znaleźć częstotliwość, wystarczy wziąć odwrotność okresu lub skorzystać z następującego wzoru:

f = 1
T = 1.44
(R1 + 2*R2) * C1

Gdzie f jest w cyklach na sekundę lub hercach (Hz).
Na przykład, w obwodzie astabilnym na rysunku 7, jeśli R1 ma 68K omów, R2 ma 680K omów, a C1 ma 1 mikro Farad, częstotliwość wynosi około 1 Hz:

= 1.44
(68000 + 2 * 680000) * 0.000001 = 1.00 Hz

Cykl pracy to procent czasu, w którym wyjście jest wysokie podczas jednego pełnego cyklu. Na przykład, jeśli wyjście jest wysokie przez Th sekund i niskie przez Tl sekund, to cykl pracy (D) wynosi:

D = Th
Th + Tl * 100

Jednakże tak naprawdę wystarczy znać wartości R1 i R2, aby obliczyć cykl pracy.

D = R1 + R2
R1 + 2*R2 * 100

C1 ładuje się przez R1 i R2, ale rozładowuje się przez samo R2, więc cykl pracy będzie większy niż 50 procent. Można jednak uzyskać cykl pracy bardzo zbliżony do 50%, wybierając kombinację rezystorów dla żądanej częstotliwości, tak aby R1 był znacznie mniejszy niż R2.
Na przykład, jeśli R1 jest 68,0000 omów, a R2 jest 680,000 omów, cykl pracy będzie około 52 procent:

D = 68000 + 680000
68000 + 2 * 680000 * 100 = 52.38%

Im mniejszy jest R1 w porównaniu do R2, tym bliżej cykl pracy będzie do 50%.
Aby uzyskać cykl pracy, który jest mniejszy niż 50%, podłącz diodę równolegle z R2.
Dobór elementów RC do pracy astabilnej
1.Wybierz najpierw C1.
2.Oblicz całkowitą wartość kombinacji rezystorów (R1 + 2*R2), która wytworzy pożądaną częstotliwość.

(R1 + 2*R2) = 1.44
f*C1

3.Wybierz wartość dla R1 lub R2 i oblicz drugą wartość.Na przykład, powiedzmy (R1 + 2*R2) = 50K i wybierz rezystor 10K dla R1. Następnie R2 musi być 20K ohm rezystor.
Dla cyklu pracy blisko 50%, wybierz wartość dla R2, który jest znacznie wyższy niż R1. Jeśli R2 jest duża w stosunku do R1, możesz początkowo zignorować R1 w swoich obliczeniach. Na przykład, załóż, że wartość R2 będzie 10 razy większa od R1. Użyj zmodyfikowanej wersji powyższego wzoru, aby obliczyć wartość R2:

R2 = 0.7
f*C1

Potem podziel wynik przez 10 lub więcej, aby znaleźć wartość dla R1.
Dla standardowych timerów 555 użyj wartości rezystorów czasowych pomiędzy 1K a 1M omów.

Przykład obwodu niestabilnego

Rysunek 10 przedstawia oscylator 555 z falą kwadratową o częstotliwości około 2 Hz i cyklu pracy około 50 procent. Gdy przełącznik SPDT S1 jest w pozycji „Start”, na wyjściu pojawiają się na przemian diody LED 1 i LED 2. Kiedy S1 jest w pozycji „Stop”, dioda LED 1 pozostaje włączona, a dioda LED 2 pozostaje wyłączona.

Figura 10: Kompletny obwód oscylatora 555 fali kwadratowej z przełącznikiem start/stop.

Wersje o niskim poborze mocy

Standardowy układ 555 ma kilka cech, które są niepożądane w obwodach zasilanych z baterii. Wymaga minimalnego napięcia pracy 5V i stosunkowo dużego prądu zasilania quiescent. Podczas zmian na wyjściu wytwarza skoki prądowe do 100 mA. Dodatkowo, jego wymagania dotyczące prądu wejściowego i progowego nakładają ograniczenie na maksymalną wartość rezystora taktującego, co ogranicza maksymalny interwał czasowy i częstotliwość astabilną.
Niskonapięciowe wersje CMOS timera 555, takie jak 7555, TLC555 i programowalny CSS555, zostały opracowane w celu zapewnienia lepszej wydajności, zwłaszcza w zastosowaniach zasilanych z baterii. Są one kompatybilne pinowo z urządzeniem standardowym, mają szerszy zakres napięcia zasilania (na przykład 2V do 16V dla TLC555) i wymagają znacznie niższego prądu roboczego. Są one również zdolne do wytwarzania wyższych częstotliwości wyjściowych w trybie astabilnym (1-2 MHz w zależności od urządzenia) i znacznie dłuższych odstępów czasowych w trybie monostabilnym.
Urządzenia te mają niską wydajność prądową w porównaniu ze standardowym 555. W przypadku obciążeń większych niż 10-50 mA (w zależności od urządzenia) konieczne będzie dodanie obwodu zwiększającego prąd między wyjściem 555 a obciążeniem.

Po więcej informacji

Uważaj to za krótkie wprowadzenie do timera 555. Aby uzyskać więcej informacji, należy zapoznać się z danymi producenta danej części, której używasz. Ponadto, jak sprawdzi szybkie wyszukiwanie w Google, w sieci nie brakuje informacji i projektów poświęconych temu układowi scalonemu. Na przykład, poniższa strona internetowa zawiera więcej szczegółów na temat zarówno standardowych, jak i CMOS-owych wersji timera 555.Przez prawie dwie dekady Phil Kane był autorem tekstów technicznych w branży oprogramowania i okazjonalnie pisał artykuły do magazynów dla entuzjastów elektroniki. Posiada tytuł licencjata w dziedzinie Technologii Inżynierii Elektronicznej z niewielką specjalizacją w Informatyce. Phil przez całe życie interesował się nauką, elektroniką i eksploracją kosmosu. Lubi projektować i budować elektroniczne gadżety i bardzo chciałby zobaczyć przynajmniej jeden z tych gadżetów w drodze na Księżyc lub Marsa pewnego dnia.