Jedním z hlavních účelů mikrokontrolérů je ovládání relativně jednoduchých zařízení a systémů, což samozřejmě vyžaduje senzory dotazování a vydávání řídicích signálů akčním členům. Dostupné porty mikrokontroléru pro takové účely často nemusí stačit. Jednou z možností, jak zvýšit počet připojených externích zařízení, je posuvný registr SN74HC595N. Tento čip byl zakoupen na Ru.aliexpress.com za 0,6 $ za dávku 10 kusů.
Umožňuje pomocí tří portů mikrokontroléru ovládat 8 výstupů, což je důležité, tento registr umožňuje kaskádování, čímž se získá 16 a více digitálních výstupů řízených stejnými třemi porty mikrokontroléru. Konstrukčně se jedná o čip v pouzdře DIP-16
Mikroobvod má 16 kontaktů, které mají následující účel: napájení Vcc a GND +5V a společnou sběrnici. DS - datový vstup, SHcp - synchronizační vstup pro zápis stavu DS do paměti registru, STcp - řídící signál, na jehož nízké úrovni vstupují data z paměti registru do informačních výstupů Q0-Q7, Q7' - výstup pro data přenos do dalšího registru (vyžadováno při spolupráci více registrů), - ovládání zapínání / vypínání výstupů Q0-Q7, - nulování registru.
Můžete například převzít kód od výrobců hardwarové platformy Arduino, který ilustruje fungování tohoto registru. Tento program postupně vydává binární číslo od 00000000 do 11111111 na výstupy Q0-Q7. V příkladu je zapojeno pouze pět LED, ale obecně je jasné, že tento program je pouze čítačem od 0 do 255.
Video
Výsledkem je, že máme jednoduchý a levný způsob, jak zvýšit počet , ale musíme za to zaplatit jejich nižší rychlostí. U zařízení pro výstup informací, jako jsou sedmisegmentové indikátory a lineární LED stupnice, to však není příliš kritické, protože rychlost výstupu informací bude stále vyšší než rychlost vnímání lidskými smysly...
Dobrý den, milí radioamatéři!
Vítám vás na stránkách ""
Mikroobvody
Čip (IC - Integrovaný obvod, IC - Integrovaný obvod, čip nebo mikročip od English Chip, Microchip) je celé zařízení obsahující tranzistory, diody, rezistory a další aktivní a pasivní prvky, jejichž celkový počet může dosahovat několika desítek, stovek, tisíců, desetitisíců i více. Existuje mnoho typů mikroobvodů. Mezi nejpoužívanější patří hlavolam, operační zesilovače, specializované.
Většina mikroobvodů je umístěna v pravoúhlém plastovém obalu s ohebnými deskovými vývody (viz obr. 1) umístěnými po obou stranách obalu. Na horní straně pouzdra je podmíněný klíč - kulatý nebo jiný typ štítku, ze kterého jsou očíslovány kolíky. Pokud se podíváte na mikroobvod shora, musíte počítat závěry proti směru hodinových ručiček, a pokud zespodu, pak ve směru hodinových ručiček. Čipy mohou mít libovolný počet kolíků.
V domácí elektronice (avšak i v zahraničí) jsou mikroobvody obzvláště oblíbené hlavolam, postavené na bázi bipolárních tranzistorů a rezistorů. Jsou také tzv TTL čipy (TTL - Tranzistor-Transistor Logic). Název tranzistor-tranzistor vznikl podle skutečnosti, že tranzistory se používají jak k provádění logických funkcí, tak k zesílení výstupního signálu. Celý princip jejich činnosti je postaven na dvou podmíněných úrovních: nízká nebo vysoká, nebo ekvivalentně stav logické 0 nebo logické 1. Takže pro mikroobvody řady K155 jsou napětí od 0 do 0,4 brána jako nízká úroveň odpovídající logické 0. V, to znamená ne více než 0,4 V, a pro vysoké, odpovídající logické 1, - ne méně než 2,4 V a ne větší než napájecí napětí - 5 V, a pro mikroobvody řady K176 určené k napájení ze zdroje napětí 9 B, respektive 0,02. ..0.05 a 8.6. ..8,8 V.
Označení cizích TTL mikroobvodů začíná čísly 74, například 7400. Konvenční grafická označení hlavních prvků logických mikroobvodů jsou na Obr. 2. Existují také pravdivostní tabulky, které dávají představu o logice těchto prvků.
Symbol logického prvku AND je znak „&“(spojka „a“ v angličtině) stojící uvnitř obdélníku (viz obr. 2). Vlevo - dva (nebo více) vstupních pinů, vpravo - jeden výstupní pin. Logika tohoto prvku je následující: vysokoúrovňové napětí se na výstupu objeví pouze tehdy, když jsou na všech jeho vstupech signály stejné úrovně. Stejný závěr lze učinit při pohledu na pravdivostní tabulku charakterizující elektrický stav prvku AND a logické spojení mezi jeho výstupními a vstupními signály. Takže např. aby výstup (Out.) prvku měl vysoké napětí, které odpovídá jedinému (1) stavu prvku, musí oba vstupy (In. 1 a In. 2) mají napětí na stejné úrovni. Ve všech ostatních případech bude prvek v nulovém (0) stavu, to znamená, že na jeho výstupu bude pracovat nízké napětí.
Podmíněný logický symbol NEBO- číslo 1
v obdélníku. Stejně jako prvek AND může mít dva nebo více vstupů. Výstupní signál odpovídající vysoké úrovni (logická 1) se objeví, když je signál stejné úrovně přiveden na vstup 1 nebo vstup 2 nebo současně na všechny vstupy. Zkontrolujte tyto logické vztahy výstupních a vstupních signálů tohoto prvku podle jeho pravdivostní tabulky.
Symbol podmíněného prvku NE- také číslo 1
uvnitř obdélníku. Má ale jeden vchod a jeden východ. Malý kroužek, který začíná linku výstupního signálu, symbolizuje logickou negaci „NOT“ na výstupu prvku. V jazyce digitální technologie „NOT“ znamená, že prvek NENÍ invertor, tedy elektronická „cihla“, jejíž výstupní signál je na opačné úrovni než vstupní. Jinými slovy: pokud je na jeho vstupu signál nízké úrovně, na výstupu bude signál vysoké úrovně a naopak. Nasvědčují tomu i logické úrovně v pravdivostní tabulce fungování tohoto prvku.
Logický prvek A-NE je kombinací prvků A A NE, proto je na jeho podmíněném grafickém označení znak „ &
” a malý kroužek na vedení výstupního signálu, symbolizující logickou negaci. Existuje pouze jeden východ, ale dva nebo více vchodů. Logika prvku je následující: signál vysoké úrovně se na výstupu objeví pouze tehdy, když jsou na všech vstupech signály nízké úrovně. Pokud má alespoň jeden ze vstupů signál nízké úrovně, výstup prvku AND-NOT bude mít signál vysoké úrovně, to znamená, že bude v jednom stavu, a pokud existuje signál vysoké úrovně na všech vstupech bude v nulovém stavu. Prvek AND-NOT může plnit funkci prvku NOT, tedy stát se invertorem. K tomu stačí propojit všechny jeho vstupy. Když je pak na takový kombinovaný vstup přiveden nízkoúrovňový signál, výstupem prvku bude signál vysoké úrovně a naopak. Tato vlastnost prvku AND-NOT je velmi široce využívána v digitální technice.
Označení symbolů logických prvků (znaky „&“ nebo „1“) se používá pouze v domácích obvodech.
Mikroobvody TTL poskytují konstrukci široké škály digitálních zařízení pracujících na frekvencích až 80 MHz, ale jejich významnou nevýhodou je vysoká spotřeba energie.
V některých případech, kdy není potřeba vysoký výkon, ale minimální spotřeba, jsou použity CMOS čipy které používají tranzistory s efektem pole spíše než bipolární. Redukce CMOS (CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor) je zkratka pro Complementary Metal Oxide Semiconductor. Hlavním rysem mikroobvodů CMOS je zanedbatelná spotřeba proudu ve statickém režimu - 0,1 ... 100 μA. Při provozu na maximální pracovní frekvenci se spotřeba zvyšuje a blíží se spotřebě nejméně výkonných TTL čipů. Mikroobvody CMOS zahrnují takové známé řady jako K176, K561, KR1561 a 564.
Ve třídě analogové čipy izolované mikroobvody s lineární charakteristiky - lineární mikroobvody, který zahrnuje OU – Operační zesilovače. Název " operační zesilovač” je způsobeno skutečností, že v první řadě byly takové zesilovače použity k provádění operací sčítání signálů, jejich diferenciace, integrace, inverze atd. Analogové mikroobvody jsou vyráběny zpravidla funkčně nedokončené, což otevírá široké možnosti pro radioamatérskou kreativitu.
Operační zesilovače mají dva vstupy - invertující a neinvertující. V diagramu jsou označeny mínus a plus (viz obr. 3). Přivedením kladného signálu na vstup je výstup konstantní, ale zesílený signál. Přivedením na minusový vstup je výstupem invertovaný, ale také zesílený signál.
Při výrobě radioelektronických produktů použití multifunkčních specializovaných mikroobvodů, které vyžadují minimální počet externích součástek, může výrazně zkrátit dobu vývoje finálního zařízení a výrobní náklady. Do této kategorie čipů patří čipy, které jsou určeny pro něco konkrétního. Například existují mikroobvody pro výkonové zesilovače, stereo přijímače a různé dekodéry. Všechny mohou mít úplně jiný vzhled. Pokud má jeden z těchto mikroobvodů kovovou část s otvorem, znamená to, že musí být přišroubován
chladič.
Práce se specializovanými mikroobvody je mnohem příjemnější než s množstvím tranzistorů a rezistorů. Pokud bylo dříve nutné sestavit rádiový přijímač se spoustou dílů, nyní si vystačíte s jedním mikroobvodem.
Velmi dlouho jsem přemýšlel, jak jednoduchými lidskými slovy vysvětlit, co je to tranzistor. I když mluvím o tranzistoru velmi, velmi povrchně, budu muset napsat alespoň pět listů pomocí nesrozumitelných termínů.
Pak mi to došlo: vždyť hlavním cílem mé recenze nebylo podat akademické znalosti (zajděte si pro ně prosím na univerzitu nebo alespoň na Wikipedii), ale naučit začínajícího radioamatéra alespoň rozeznat tranzistor od kondenzátor a rezistor, aby úspěšně sestavili své první návrhy (například sady Master Kit).
Proto je nejlepší říci toto: tranzistory jsou třísvorkové rádiové součástky určené k zesílení a převodu signálů. Takto vypadají v reálném životě:
Takže tranzistor je naznačen ve schématu:
Tranzistor, jak jsme již pochopili, má tři vývody: báze (B), kolektor (C), emitor (E).
Vstupní signál je obvykle přiveden na bázi, zesílený signál je odstraněn z kolektoru a emitor je společný vodič obvodu. Samozřejmě se jedná o velmi primitivní popis principů tranzistoru a obecně je zde spousta nuancí, ale už jsme se shodli, že vás nebudu mučit čtením mnohastránkového díla.
Na samotné radiokomponentě nejsou závěry nijak označeny. Neexistuje ani žádná norma pro umístění čepů. Jak tedy určíte, který výstup je který?
Budete muset použít referenční informace: pro každý tranzistor existuje takzvaný datový list, nebo jinými slovy pas rádiové součástky. Datový list obsahuje všechny informace o tranzistoru: maximální přípustný proud a napětí, zesílení, pinout a mnoho, mnohem více. Datasheety se nejsnáze hledají na internetu a hlavní parametry tranzistorů najdete v radioamatérské literatuře.
Zaměnitelnost tranzistorů
Protože tranzistor má mnohem složitější strukturu a významnější parametry než rezistor, kondenzátor nebo dioda, není snadné najít platnou náhradu za chybějící součástku. Vyměňovaný tranzistor musí mít minimálně stejný typ pouzdra a pinout (pinout). Nový tranzistor musí mít stejnou strukturu: NPN nebo PNP. Kromě toho je nutné vzít v úvahu elektrické parametry: přípustné proudy, napětí, v některých případech mezní frekvence atd.
Někdy za vás udělá práci návrhář obvodů a navrhne možné analogy tranzistoru. Na internetu a v radioamatérské literatuře jsou také referenční tabulky s informacemi o možných analogech tranzistorů.
Někdy se také investuje do Master Kitů místo původních (dočasně vyprodaných) tranzistorů, jejich analogů a taková výměna nijak nesnižuje kvalitu hotového provedení.
Instalace tranzistoru na desku s plošnými spoji
Obecně pro úspěšnou montáž Master Kitu není nutné vědět, kde je výstup tranzistoru. Stačí zkombinovat "klíče" na tranzistoru a na plošném spoji - a tranzistorové výstupy se "automaticky" nastaví podle očekávání.
Podívej se na obrázek. Tranzistor má "klíč" - při pohledu shora je jasně vidět, že pouzdro je půlkruhové. Stejný "klíč" je k dispozici na desce plošných spojů. Pro správnou instalaci tranzistoru stačí zkombinovat „klíče“ na tranzistoru a na desce s plošnými spoji:
Mikroobvod je téměř hotové zařízení, nebo, obrazně řečeno, elektronický polotovar.
Mikroobvod obsahuje elektronický obvod, který plní specifickou funkci: může to být logické zařízení, převodník úrovně, stabilizátor, zesilovač. Mikročip velikosti nehtu může obsahovat desítky (a někdy stovky, miliony a miliardy) odporů, diod, tranzistorů a kondenzátorů.
Mikroobvody jsou dostupné v různých baleních a mají různý počet kolíků. Zde je několik příkladů čipů, se kterými může pracovat začínající radioamatér:
Pinout obvodu
Kolíky jsou číslovány proti směru hodinových ručiček, počínaje zleva nahoře. První závěr je určen pomocí "klíče" - zářezu na okraji pouzdra nebo bodu ve formě vybrání.
Zaměnitelnost čipů
Mikroobvod je vysoce specifický hotový elektronický obvod obsahující velké množství prvků a obecně je každý mikroobvod jedinečný.
Ale přesto v některých případech můžete najít náhradu. Různí výrobci mohou vyrábět stejné čipy. Jediným problémem je, že v názvu není žádné sjednocení (někdy, ale ne nutně, se čísla jmen mohou shodovat). Například MA709CH, MC1709G, LM 1709L SN72710L, K153UD1A / B jsou stejné čipy od různých výrobců.
V některých případech mohou Master Kit obsahovat také analogy mikroobvodů. To je normální a nesnižuje to výkon hotového obvodu.
Mikroobvody - Stabilizátory napětí
Čipy stabilizátoru napětí mají tři piny, takže je lze snadno zaměnit s tranzistorem. Ale balení této malé součástky může obsahovat desítky tranzistorů, rezistorů a diod. Například níže uvedený obrázek ukazuje čip 78L05. Na jeho vstup můžete přivést napětí 5 až 30V, přičemž na výstupu mikroobvodu bude konstantní napětí 5V, přičemž zatížitelnost mikroobvodu je 100 mA. Podobný stabilizátor je k dispozici i ve výkonnější verzi – zatížitelnost do 1A, jmenuje se 7805 a má větší pouzdro.
Instalace čipu na desku s plošnými spoji
Na mikroobvodu a na desce s plošnými spoji jsou „klíče“ a při instalaci mikroobvodu na desku je nutné je kombinovat, jak je znázorněno na obrázku níže:
Čipy 555 se v radioamatérské praxi používají poměrně často – jsou praktické, multifunkční a velmi snadno použitelné. Na takových mikroobvodech lze implementovat jakýkoli design - jak nejjednodušší spouště Schmitt s několika dalšími prvky, tak vícestupňové kombinační zámky.
NE555 byl vyvíjen poměrně dlouho, dokonce i v sovětských časopisech Radio, Modeler-Constructor bylo na analogách tohoto mikroobvodu nalezeno mnoho domácích produktů. Dnes se tento mikroobvod aktivně používá v návrzích s LED.
Popis mikroobvodu
Jedná se o vývoj americké společnosti Signetics. Právě její specialisté dokázali uvést do praxe práci Kamenzinda Hanse. Dalo by se říci, že jde o otce integrovaného obvodu - v těžkých podmínkách vysoké konkurence se inženýrům podařilo vyrobit produkt, který vstoupil na světový trh a získal širokou popularitu.
V těchto letech neměl mikroobvod řady 555 na světě žádné analogy - velmi vysokou hustotu montážních prvků v zařízení a extrémně nízké náklady. Právě díky těmto parametrům si mezi designéry vysloužila vysokou oblibu.
Domácí analogy
Poté začalo hromadné kopírování tohoto rádiového prvku - sovětský analog mikroobvodu se jmenoval KR1006VI1. Je to mimochodem v každém ohledu unikátní vývoj, i když má mnoho obdob. Pouze pro domácí mikroobvody má vstup stop přednost před vstupem start. Žádný ze zahraničních designů takovou vlastnost nemá. Tuto vlastnost je ale nutné vzít v úvahu při návrhu obvodů, ve kterých jsou oba vstupy aktivně využívány.
Kde se uplatňuje?
Je však třeba poznamenat, že priority vstupů příliš neovlivňují výkon mikroobvodu. Toto je pouze malá nuance, kterou je třeba vzít v úvahu ve vzácných případech. Pro snížení spotřeby energie byla v polovině 70. let zahájena výroba CMOS prvků. V SSSR se mikroobvody na terénních dělnících nazývaly KR1441VI1.
Generátory na čipu 555 se velmi často používají v designech radioamatérů. Na tento mikroobvod je snadné implementovat časové relé a zpoždění lze nastavit od několika milisekund až po hodiny. Existují složitější prvky založené na obvodu 555 – obsahují zařízení zabraňující chvění kontaktů, PWM regulátory a obnovu signálu digitálního typu.
Výhody a nevýhody mikroobvodu
Uvnitř časovače je vestavěný dělič napětí - je to on, kdo vám umožňuje nastavit přísně pevnou spodní a horní hranici, při které se komparátory spouštějí. Odtud můžeme usoudit, že hlavní nevýhodou je, že prahové hodnoty je nemožné kontrolovat a dělič nelze vyloučit ani z návrhu, oblast praktické aplikace Mikroobvod 555 je výrazně zúžený. Je možné postavit obvody multivibrátoru a jednoho vibrátoru, ale složitější konstrukce nebudou fungovat.
Jak se zbavit nedostatků?
Ale můžete se zbavit takového problému, stačí nainstalovat polární kondenzátor ne více než 0,1 uF mezi ovládací svorku a napájecí zdroj mínus.
A aby se výrazně zvýšila odolnost proti rušení, je v napájecím obvodu instalován nepolární kondenzátor s kapacitou 1 μF. Při praktické aplikaci mikroobvodů 555 je důležité zvážit, zda pasivní prvky - rezistory a kondenzátory - ovlivňují jejich činnost. Je však třeba poznamenat jednu vlastnost - při použití časovačů na prvcích CMOS všechny tyto nedostatky jednoduše zmizí, není třeba používat další kondenzátory.
Hlavní parametry mikroobvodů
Pokud se rozhodnete udělat časovač na čipu 555, musíte znát jeho hlavní vlastnosti. Celkem má zařízení pět uzlů, jsou vidět na schématu. Na vstupu je odporový dělič napětí. S jeho pomocí dochází ke vzniku dvou referenčních napětí nezbytných pro činnost komparátorů. Výstupy komparátorů jsou připojeny na RS klopný obvod a externí resetovací pin. A teprve poté do zesilovacího zařízení, kde se hodnota signálu zvyšuje.
Výkon čipu
Na konci je tranzistor, ve kterém je kolektor otevřený - plní řadu funkcí, vše záleží na tom, před jakým konkrétním úkolem stojí. Integrované obvody NE, SA, NA se doporučuje napájet napájecím napětím v rozsahu 4,5-16 V. Pouze pro použití 555 mikroobvodů se zkratkou SE je povoleno zvýšení na 18 V.
Maximální odběr proudu při napětí 4,5 V může dosáhnout 10-15 mA, minimální hodnota je 2-5 mA. Existují mikroobvody CMOS, ve kterých spotřeba proudu nepřesahuje 1 mA. U domácích IO typu KR1006VI1 nepřesahuje odběr proudu 100 mA. Podrobný popis čipu 555 a jeho tuzemských protějšků naleznete v datasheetech.
Operace s čipem
Provozní podmínky přímo závisí na tom, která společnost čip vyrábí. Jako příklad lze uvést dva analogy - NE555 a SE555. U prvního je teplotní rozsah, ve kterém bude normálně pracovat, v rozmezí 0-70 stupňů. Ve druhém je mnohem širší - od -55 do +125 stupňů. Proto by takové parametry měly být vždy brány v úvahu při navrhování zařízení. Je vhodné se seznámit se všemi typickými hodnotami napětí a proudů na pinech Reset, TRIG, THRES, CONT. K tomu můžete použít datasheet pro konkrétní model - v něm najdete komplexní informace.
Na tom závisí i praktická aplikace schématu. Čip 555 používají radioamatéři poměrně často - v řídicích systémech jsou na tomto prvku dokonce i master oscilátory pro rádiové vysílače. Jeho výhodou oproti jakékoli tranzistorové nebo elektronkové verzi je neuvěřitelně vysoká frekvenční stabilita. A není třeba vybírat prvky s vysokou stabilitou, instalovat další zařízení pro vyrovnávání napětí. Stačí nainstalovat jednoduchý mikroobvod a zesílit signál, který bude generován na výstupu.
Účel IC pinů
Na mikroobvodech řady 555 je pouze osm pinů, typ pouzdra je PDIP8, SOIC, TSSOP. Ale ve všech případech je účel závěrů stejný. Prvek UGO je obdélník označený "G1" v případě generátoru jednoho pulzu a "GN" pro multivibrátor. Přiřazení pinu:
- GND - společné, v pořadí je první (pokud počítáte od klíče-štítku). Tento kolík je záporný z napájecího zdroje.
- TRIG - spouštěcí vstup. Právě na tento kolík je aplikován nízkoúrovňový impuls a jde do druhého komparátoru. V důsledku toho se IC spustí a na výstupu se objeví signál vysoké úrovně. Navíc doba trvání signálu závisí na hodnotách C a R.
- OUT - výstup, na kterém se objevuje signál vysoké a nízké úrovně. Přepínání mezi nimi netrvá déle než 0,1 µs.
- RESET - reset. Tento vstup má nejvyšší prioritu, řídí časovač a nezávisí na tom, zda je napětí na zbývajících větvích mikroobvodu. Pro umožnění startu potřebujete napětí větší než 0,7V. V případě, že je puls menší než 0,7V, je provoz mikroobvodu 555 zakázán.
- CTRL je řídicí vstup, který je připojen k napěťovému děliči. A pokud neexistují žádné vnější faktory, které mohou ovlivnit provoz, je na tomto výstupu vyvedeno napětí 2/3 z napájecího napětí. Když je na tento vstup přiveden řídicí signál, je na výstupu generován modulovaný impuls. V případě jednoduchých obvodů je tento výstup připojen ke kondenzátoru.
- THR - stop. Jedná se o vstup 1. komparátoru, v případě, že se na něm objeví napětí 2/3 od napájecího napětí, spoušť se zastaví a časovač se nastaví na nižší úroveň. Předpokladem však je, že na větvi TRIG by neměl být spouštěcí signál (protože má prioritu).
- DIS - výboj. Připojuje se přímo k tranzistoru umístěnému uvnitř čipu 555. Má společný kolektor. V obvodu emitor-kolektor je instalován kondenzátor, který je nezbytný pro nastavení času.
- VCC - připojení k plusu napájecího zdroje.
Režim jednoho vibrátoru
Celkem existují tři provozní režimy čipu NE555, jedním z nich je jediný vibrátor. Pro vytvoření pulsů je nutné použít polární kondenzátor a odpor.
Schéma funguje takto:
- Na vstup časovače je přivedeno napětí - nízkoúrovňový impuls.
- Provozní režim mikroobvodu je přepnut.
- Na kolíku 3 se objeví signál vysoké úrovně.
Po uplynutí této doby bude výstup generovat nízkoúrovňový signál. V režimu multivibrátoru jsou piny "4" a "8" spojeny. Při vývoji obvodů založených na jediném vibrátoru je třeba vzít v úvahu následující nuance:
- Napájecí napětí nemůže ovlivnit dobu impulsu. S rostoucím napětím je rychlost nabíjení kondenzátoru, který nastavuje čas, větší. V důsledku toho se zvyšuje amplituda signálu na výstupu.
- Pokud je na vstup přiveden další impuls (již po hlavním), pak to neovlivní činnost časovače až do konce času t.
Chcete-li ovlivnit fungování generátoru, můžete použít jednu z následujících metod:
- Přiveďte nízkoúrovňový signál na kolík RESET. Tím se časovač vrátí do výchozího stavu.
- Pokud je vstup "2" nízkoúrovňový signál, pak výstup bude vždy vysoký pulz.
Pomocí jednotlivých impulsů aplikovaných na vstup a změnou parametrů časových složek je možné získat na výstupu obdélníkový signál požadované délky.
Multivibrační obvod
Každý začínající radioamatér může vyrobit detektor kovů na čipu 555, ale k tomu musíte prostudovat vlastnosti tohoto zařízení. Multivibrátor je speciální generátor, který v pravidelných intervalech generuje obdélníkové impulsy. Kromě toho jsou amplituda, trvání a frekvence přísně nastaveny - hodnoty závisí na tom, jakému úkolu zařízení čelí.
Rezistory a kondenzátory se používají k vytváření opakujících se signálů. Trvání signálu t1, pauza t2, frekvence f a perioda T lze zjistit pomocí následujících vzorců:
- ti=ln2*(R1+R2)*C=0,693*(R1+R2)*C;
- t2=0,693*C*(R1+2*R2);
- T=0,693*C*(R1+2*R2);
- f=l/(0,693*C*(Rl+2*R2)).
Na základě těchto výrazů lze vidět, že pauza v trvání by neměla být delší než doba signálu. Jinými slovy, pracovní cyklus nebude nikdy větší než 2. Na tom přímo závisí praktická aplikace mikroobvodu 555. Schémata různých zařízení a provedení jsou sestavena podle katalogových listů - pokynů. Dávají všechna možná doporučení pro montáž zařízení. Pracovní cyklus lze zjistit vzorcem S=T/t1. Chcete-li toto číslo zvýšit, musíte do obvodu přidat polovodičovou diodu. Jeho katoda je připojena k šestému rameni a anoda k sedmému.
Pokud se podíváte do datového listu, znamená to reciproční pracovní cyklus - lze jej vypočítat pomocí vzorce D \u003d 1 / S. Měří se v procentech. Činnost obvodu multivibrátoru lze popsat následovně:
- Po připojení napájení je kondenzátor zcela vybitý.
- Časovač je nastaven na vysokou úroveň.
- Kondenzátor akumuluje náboj a napětí na něm dosahuje maximálně - 2/3 napájecího napětí.
- Čip se přepne a na výstupu se objeví nízkoúrovňový signál.
- Kondenzátor se během t1 vybije na úroveň 1/3 napájecího napětí.
- 555 se znovu přepne a výstup je opět vysoký.
Tento provozní režim se nazývá samooscilační. Hodnota signálu se na výstupu neustále mění, čip časovače 555 je v pravidelných intervalech v různých režimech.
Přesný spouštěč Schmitt
NE555 a podobné časovače mají vestavěný komparátor se dvěma prahy – spodní a horní. Navíc má speciální RS-spoušť. To umožňuje realizovat konstrukci přesné Schmittovy spouště. Vstupní napětí je rozděleno komparátorem na tři stejné části. A jakmile dosáhne úroveň prahové hodnoty, přepne se provozní režim mikroobvodu. V tomto případě se hystereze zvyšuje, její hodnota dosahuje 1/3 napájecího napětí. Přesná spoušť se používá v návrzích systémů s automatickým ovládáním.
Časovač NE555 je možná nejpopulárnější integrovaný obvod své doby. Navzdory tomu, že byl vyvinut před více než 40 lety (v roce 1972), stále jej vyrábí mnoho výrobců. V tomto článku se pokusíme podrobně pokrýt popis a použití časovače NE555.
Chytré zapojení komparátoru, resetovatelného klopného obvodu a invertujícího zesilovače v jednom monolitickém integrovaném obvodu spolu s několika dalšími prvky dalo vzniknout téměř nesmrtelným obvodům zařízení, které dnes používá mnoho radioamatérů.
555 Časovač byl vyvinut americkou společností Signetics v roce 1972 a registrován na světovém trhu. O dva roky později stejná společnost vyvinula čip s označením 556, který kombinoval dva samostatné časovače NE555 pouze s běžnými napájecími vodiči. Ještě později byly čipy 557, 558 a 559 vyvinuty s použitím až čtyř časovačů NE555 v jednom balení. Později však byly zastaveny a téměř zapomenuty.
Integrovaný obvod NE555 byl navržen jako časovač a obsahuje kombinaci analogových a digitálních prvků v jednom čipu. K dispozici v různých provedeních, od klasického standardního pouzdra DIP a SOIC pro montáž SMD až po miniaturní verzi SSOP nebo SOT23-5. (Ceny za časovač NE555)
Časovač NE555 se kromě standardní verze vyrábí také v nízkopříkonové CMOS verzi. Napájení NE555 je 4,5 až 15 voltů (maximálně 18 voltů), zatímco verze CMOS používá 3 volty. Maximální zátěžový výstup pro NE555 je 200 mA, verze s časovačem s nízkou spotřebou je pouze 20 mA při 9 voltech.
Stabilita standardní verze 555 je velmi závislá na kvalitě napájecího zdroje. U jednoduchých obvodů využívajících časovač to tolik neovlivňuje, nicméně u složitějších konstrukcí je žádoucí osadit do silového obvodu vyrovnávací kondenzátor o kapacitě 100 mikrofaradů.
Klíčové vlastnosti integrovaného časovače NE555
- Maximální frekvence je více než 500 kHz.
- Délka jednoho pulzu je od 1 ms do hodiny.
- Může fungovat jako monostabilní multivibrátor.
- Vysoký výstupní proud (až 200 mA)
- Nastavitelný pracovní cyklus pulsu (poměr periody pulsu k jeho trvání).
- Kompatibilní s úrovněmi TTL.
- Teplotní stabilita 0,005 % na 1 stupeň Celsia.
Čip NE555 obsahuje něco málo přes 20 tranzistorů a 10 rezistorů. Na následujícím obrázku je blokové schéma časovače od Philips Semiconductors.
V následující tabulce jsou uvedeny hlavní funkce NE555
NE555 Přiřazení pinu časovače
#2 – Spuštění (spouštěč)
Spoušť sepne, pokud napětí na tomto pinu klesne pod 1/3 napájecího napětí. Tento výstup má vysokou vstupní impedanci, více než 2 mΩ. V nestabilním režimu slouží k ovládání napětí na časovacím kondenzátoru, v bistabilním režimu je k němu připojen spínací prvek, např. tlačítko.
#4 - Resetovat
Pokud je napětí na tomto kolíku nižší než 0,7 voltu, interní komparátor se resetuje. V případě nevyužití musí být tento výstup časovače NE555 napájen napájecím napětím. Výstupní odpor je asi 10 kΩ.
#5 - Ovládání
Lze použít k nastavení šířky výstupního impulsu přivedením 2/3 napájecího napětí. Pokud se tento výstup nepoužívá, je vhodné jej připojit k mínusu zdroje energie přes kondenzátor 0,01 mikrofarad.
č. 6 - Stop (komparátor)
Zastaví časovač, pokud je napětí na tomto kolíku vyšší než 2/3 napájecího napětí. Výstup má vysokou vstupní impedanci, více než 10 mΩ. Obvykle se používá k měření napětí na časovacím kondenzátoru.
č. 7 - Výboj
Výstup přes interní tranzistor je spojen se zemí, když je aktivní interní spoušť. Výstup (otevřený kolektor) slouží především k vybití časovacího kondenzátoru.
#3 - Konec
Čip NE555 má pouze jeden výstup s proudem do 200 mA. To je mnohem více než u běžných integrovaných obvodů. Výstup je schopen napájet např. LED (s odporem omezujícím proud), malé žárovky, piezoměnič, reproduktor (s kondenzátorem), elektromagnetické relé (s ochrannou diodou) nebo i nízkopříkonové DC motory. V případě požadavku na vyšší výstupní proud lze jako zesilovač připojit vhodný tranzistor.
Časovač NE555 - schéma zapojení
Schopnost výstupu 3 časovače NE555 vytvořit jak vysokou, tak i nízkou úroveň napětí (téměř 0 voltů) umožňuje ovládat zátěž připojenou jak k zápornému napájení, tak k plusu. Například připojení LED diod. To samozřejmě není povinný požadavek a zátěž (LED) lze připojit k zápornému nebo plusovému napájení.
Pokud časovač NE555 běží v nestabilním stavu (režim generátoru), pak lze k jeho výstupu připojit reproduktor. Připojuje se za oddělovací kondenzátor (například 100 mikrofaradů) a musí mít odpor minimálně 64 ohmů z důvodu omezeného maximálního zatěžovacího proudu výstupu časovače. Kondenzátor je určen k oddělení stejnosměrné složky signálu a vede pouze zvukový signál.
Reproduktor s odporem cívky nižším než 64 ohmů lze připojit buď přes kondenzátor s menší kapacitou (reaktance), což je přídavný odpor, nebo se zesilovačem. Zesilovač lze použít i pro připojení výkonnějšího reproduktoru.
Stejně jako všechny integrované obvody musí být výstup časovače NE555 ovládajícího indukční zátěž (relé) chráněn před přepěťovými rázy vzniklými v době vypnutí. Dioda (např. 1N4148) je vždy zapojena paralelně s cívkou relé v opačném směru.
NE555 však vyžaduje druhou diodu v sérii s cívkou relé. Omezuje nízké napětí, které je na výstupu 3 časovače, a zabraňuje tomu, aby bylo relé vybuzeno malým proudem.
Takovou diodou může být např. 1N4001 (nevhodná dioda 1N4148) nebo LED.
(staženo: 3 774)