Khi phát triển các thiết bị điện tử, thông thường cần tạo ra các xung có độ dài nhất định hoặc tạo ra tín hiệu hình chữ nhật với một tần số nhất định và một tỷ lệ độ dài nhất định để tạm dừng. Sẽ không khó để một nhà thiết kế có kinh nghiệm thiết kế một thiết bị như vậy trên các phần tử kỹ thuật số riêng biệt, nhưng sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng một vi mạch chuyên dụng cho mục đích này.
Nội dung
Chip NE555 là gì và nó có thể được sử dụng ở đâu
Chip NE555 được phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước và đến nay vẫn được giới chuyên nghiệp và nghiệp dư rất ưa chuộng. Nó là một bộ đếm thời gian được bao bọc trong một vỏ có 8 chân.Có sẵn trong DIP hoặc các phiên bản gắn kết bề mặt (SMD) khác nhau.
Vi mạch chứa hai bộ so sánh - trên và dưới. Tại các đầu vào của chúng, một điện áp tham chiếu được hình thành, bằng 2/3 và 1/3 điện áp cung cấp. Bộ chia được tạo thành bởi các điện trở điện trở 5 kOhm. Bộ so sánh điều khiển lật ngược RS. Một bộ khuếch đại đệm và một công tắc bóng bán dẫn được kết nối với đầu ra của nó. Mỗi bộ so sánh có một đầu vào miễn phí, nó dùng để cung cấp các tín hiệu điều khiển bên ngoài. Bộ so sánh trên được kích hoạt khi mức cao xuất hiện và chuyển đầu ra của vi mạch xuống mức thấp. "Bộ phận bảo vệ" thấp hơn làm giảm điện áp xuống dưới 1/3 VCC và đặt đầu ra bộ định thời thành một đơn vị logic.
Các đặc điểm chính của chip NE555
Đặc điểm của bộ đếm thời gian từ các nhà sản xuất khác nhau có thể khác nhau trong những giới hạn nhỏ, nhưng không ai có sai lệch cơ bản (ngoại trừ các vi mạch không rõ nguồn gốc, bạn có thể mong đợi bất cứ điều gì từ chúng):
- Điện áp cung cấp được chỉ định tiêu chuẩn từ +5 đến +15 V, mặc dù các bảng dữ liệu có giới hạn 4,5 ... 18 V.
- Dòng điện đầu ra là 200 mA.
- Điện áp đầu ra tối đa là VCC trừ đi 1,6 V, nhưng không nhỏ hơn 2 V với điện áp nguồn là 5 V.
- Dòng tiêu thụ ở 5 V không quá 5 mA, ở 15 V - lên đến 13 mA.
- Sai số trong việc hình thành thời lượng xung không quá 2,25%.
- Tần số hoạt động tối đa là 500 kHz.
Tất cả các thông số được chỉ định cho nhiệt độ môi trường là +25 ° C.
Vị trí và mục đích của ghim
Các đầu ra bộ đếm thời gian được sắp xếp theo tiêu chuẩn, bất kể thiết kế vỏ máy - theo thứ tự tăng dần từ phím ngược chiều kim đồng hồ (khi nhìn từ trên xuống), từ 1 đến 8. Mỗi đầu ra có mục đích riêng:
- GND - dây cấp nguồn chung của thiết bị.
- TRIG - khi mức thấp được áp dụng, nó khởi động bộ so sánh thứ hai (thấp hơn theo sơ đồ), một đơn vị logic xuất hiện ở đầu ra của nó, thiết lập flip-flop RS bên trong thành 0. Một mạch RC định thời bên ngoài được kết nối với nó. Được ưu tiên hơn THR.
- NGOÀI - lối ra. Mức cao của tín hiệu thấp hơn một chút so với điện áp cung cấp, mức thấp là 0,25 V.
- CÀI LẠI - cài lại. Bất kể tín hiệu trên các đầu vào khác, nếu có mức thấp, nó sẽ đặt lại đầu ra về 0 và tắt bộ đếm thời gian.
- ĐIỀU KHIỂN - ban quản lý. Nó luôn có mức 2/3 điện áp đường ray điện. Ở đây bạn có thể áp dụng một tín hiệu bên ngoài và điều chỉnh đầu ra với nó.
- THR - khi mức cao xuất hiện (hơn 2/3 nguồn điện), trình kích hoạt đầu tiên (trên cùng theo sơ đồ) được đặt thành 1 và kích hoạt bên trong RS flip-flop đi vào trạng thái của một đơn vị logic.
- DIS - sự phóng điện của tụ điện cài đặt thời gian. Khi một bộ kích hoạt mức cao xuất hiện ở đầu ra, bóng bán dẫn bên trong sẽ mở ra, hiện tượng phóng điện nhanh xảy ra. Bộ đếm thời gian đã sẵn sàng cho chu kỳ hoạt động tiếp theo.
- VCC - sản lượng điện. Nó có thể được cung cấp với điện áp từ 5 đến 15 V.
Mô tả các chế độ hoạt động của chip NE555
Mặc dù kiến trúc của bộ đếm thời gian cho phép nó được sử dụng ở nhiều chế độ khác nhau, có ba chế độ hoạt động điển hình cho NE555.
Bộ rung đơn (bộ rung đa năng ở chế độ chờ)
Điểm xuất phát:
- đầu vào 2 mức logic cao;
- tại các đầu vào R và S của trình kích hoạt - các số không;
- đầu ra kích hoạt - 1;
- tranzito mạch phóng điện bị hở, tụ điện C bị đóng ngắt;
- đầu ra 3 là mức 0.
Khi mức 0 xuất hiện ở đầu vào 2, bộ so sánh thấp hơn sẽ chuyển sang 1, lật bộ kích hoạt về 0. Mức cao xuất hiện ở đầu ra của vi mạch.Đồng thời, bóng bán dẫn đóng lại, ngừng đóng ngắt tụ điện. Nó bắt đầu sạc qua điện trở R. Ngay sau khi điện áp trên nó đạt đến 2/3 VCC, bộ so sánh trên sẽ hoạt động, đặt bộ kích hoạt trở lại 1 và đầu ra bộ định thời thành 0. Bóng bán dẫn sẽ bật và xả điện dung . Do đó, một xung dương sẽ được hình thành ở đầu ra, đầu của xung này được xác định bởi tín hiệu bên ngoài ở đầu vào 2, và sự hoàn thành phụ thuộc vào thời gian tích điện của tụ điện, được tính bằng công thức t = 1.1⋅R⋅ C.
multivibrator
Khi nguồn được cấp, tụ điện được phóng điện, ở đầu vào 2 (và 6) mức logic 0, ở đầu ra của bộ định thời 1 (quá trình này được mô tả trong phần trước). Sau khi nạp điện dung qua R1 và R2 đến mức 2/3 VCC, mức cao ở đầu vào 6 sẽ chuyển đầu ra 3 về không, và bóng bán dẫn phóng điện sẽ bật. Nhưng tụ điện sẽ không được phóng điện trực tiếp, mà thông qua R2. Kết quả là, mạch sẽ trở lại vị trí ban đầu của nó, và chu kỳ sẽ lặp lại nhiều lần. Từ mô tả của quá trình, có thể thấy rằng thời gian tích điện được xác định bằng tổng các điện trở R1, R2 và điện dung của tụ điện, và thời gian phóng điện được xác định bởi R1 và C. Thay vì R1 và R2, bạn có thể đặt các điện trở thay đổi và nhanh chóng kiểm soát tần số và chu kỳ nhiệm vụ của các xung. Công thức tính:
- thời gian xung t1 = 0,693⋅ (R1 + R2) ⋅C;
- thời gian tạm dừng t2 = 0,693⋅R2⋅C;
- tốc độ lặp lại xung f = 1 / (0,693 (R1 + 2⋅R2) ⋅C.
Thời gian tạm dừng không được vượt quá thời gian xung. Để khắc phục hạn chế này, mạch phóng điện và điện tích được tách ra bằng cách bao gồm một diode trong mạch (cực âm đến chân 6, cực dương đến chân 7).
Kích hoạt Schmitt
Trên chip 555, bạn có thể tạo bộ kích hoạt Schmitt.Thiết bị này chuyển đổi tín hiệu thay đổi chậm (hình sin, răng cưa, v.v.) thành sóng vuông. Ở đây, các mạch định thời không được sử dụng, tín hiệu được đưa đến đầu vào 2 và 6, được kết nối với nhau. Khi đạt đến ngưỡng 2/3 VCC, điện áp đầu ra đột ngột chuyển sang 1, khi giảm xuống mức 1/3, nó cũng đột ngột giảm về không. Vùng mơ hồ là 1/3 điện áp cung cấp.
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm chính của chip NE555 là dễ sử dụng - để xây dựng một mạch, một ràng buộc nhỏ là đủ, điều này có lợi cho việc tính toán. Đồng thời, giá thành của thiết bị thấp.
Nhược điểm chính của bộ định thời là sự phụ thuộc rõ rệt của thời lượng xung vào điện áp cung cấp. Điều này là do tụ điện trong mạch bộ rung đơn hoặc bộ đa bộ được sạc qua một điện trở (hoặc qua hai bộ) và cực trên của điện trở được kết nối với xe buýt cung cấp. Dòng điện qua điện trở được tạo thành bởi điện áp VCC - càng cao, dòng điện càng lớn, tụ điện sẽ tích điện càng nhanh, bộ so sánh hoạt động càng sớm, khoảng thời gian tạo ra sẽ càng ngắn. Vì một số lý do không xác định, khoảnh khắc này không có trong tài liệu kỹ thuật, nhưng nó được các nhà phát triển biết rõ.
Một nhược điểm khác của bộ đếm thời gian là điện áp ngưỡng của các bộ so sánh được hình thành bởi các bộ chia bên trong và không thể điều chỉnh được. Điều này hạn chế khả năng ứng dụng của NE555.
Và một tính năng khó chịu nữa. Liên quan đến sơ đồ push-pull để xây dựng giai đoạn đầu ra, tại thời điểm chuyển đổi (khi bóng bán dẫn phía trên đã mở và bóng bán dẫn phía dưới chưa đóng hoặc ngược lại) có một xung hiện tại. Thời lượng của nó ngắn, nhưng nó dẫn đến việc làm nóng thêm vi mạch và tạo ra nhiễu trong các mạch nguồn.
Các chất tương tự là gì
Trong thời gian tồn tại của bộ đếm thời gian, một số lượng lớn các bản sao đã được phát triển và phát hành. Chúng được sản xuất bởi nhiều công ty khác nhau, nhưng chúng đều có số 555 trong tên. Nếu cái trước cung cấp các tham số đã khai báo, thì không có đảm bảo nào từ cái sau. Sai lệch so với các đặc tính đã khai báo có thể lớn.
Ở Liên Xô, một bộ đếm thời gian tương tự KR1006VI1 đã được phát triển. Chức năng của nó giống hệt như bản gốc, chỉ có một ngoại lệ: đầu ra 2 được ưu tiên hơn đầu ra 6 (và không ngược lại, như NE555). Điều này phải được tính đến khi thiết kế các chương trình. Và một điều nữa: chỉ số КР có nghĩa là vi mạch chỉ được sản xuất trong gói DIP8.
Ví dụ về sử dụng thực tế
Phạm vi ứng dụng thực tế của bộ đếm thời gian rất rộng, trong khuôn khổ bài tổng quan này sẽ không thể đề cập hết được chủ đề. Nhưng những ví dụ phổ biến nhất rất đáng được xem xét.
Ở chế độ bộ rung đơn trên một số vi mạch, có thể tạo khóa mã với giới hạn thời gian quay mã. Một cách khác là sử dụng nó như một thiết bị báo hiệu để đạt đến mức ngưỡng (độ rọi, mức độ đầy bình, v.v.) kết hợp với các cảm biến khác nhau.
Trong chế độ multivibrator (chế độ ổn định), bộ đếm thời gian tìm ứng dụng rộng nhất. Trên một số bộ hẹn giờ, bạn có thể tạo một công tắc vòng hoa với quy định riêng về tần suất nhấp nháy, thời gian và thời gian tạm dừng.Có thể sử dụng NE555 làm cơ sở cho rơ le thời gian và tạo thành thời gian bật tắt cho người tiêu dùng từ 1 đến 25 giây. Bạn có thể xây dựng một máy đếm nhịp cho một nhạc sĩ. Đây là chế độ chip được sử dụng nhiều nhất và không thể mô tả hết các ứng dụng.
Là một bộ kích hoạt Schmitt, bộ hẹn giờ không thường xuyên được sử dụng. Nhưng ở chế độ bistable không có phần tử cài đặt tần số, NE555 được sử dụng như một bộ gỡ lỗi hoặc một công tắc hai nút ở chế độ bắt đầu dừng. Trên thực tế, chỉ có flip-flop RS tích hợp sẵn mới được sử dụng. Nó cũng được biết là xây dựng một bộ điều khiển PWM dựa trên bộ đếm thời gian.
Có bộ sưu tập các mạch mô tả các ứng dụng khác nhau của bộ định thời NE555. Họ mô tả hàng ngàn cách để sử dụng chip. Nhưng ngay cả điều này cũng có thể không đủ đối với trí óc tò mò của nhà thiết kế, và anh ta sẽ tìm thấy một cách sử dụng bổ sung của bộ đếm thời gian mà chưa được mô tả ở bất kỳ đâu. Khả năng do các nhà phát triển vi mạch đặt ra cho phép điều này.
Các bài tương tự:
