Описание и применение таймера 555 (ne555)

Таймер NE555

История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE — от названия фирмы Signetics? Почему 555 — потому что им полюбилась пятерка? Таймер? — да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.

Ганс Р. Камензинд (Hans R. Camenzind)

Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.

Аналоговые — операционные усилители — усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).

И все очень легко регулируется — практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.

Первая NE555

«Эволюция» микросхемы NE555

Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах — и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 — микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.

Генератор на базе таймера NE555

Микросхема интегрального таймера 555 была разработана 44 года назад, в 1971 году и до сих пор популярна. Пожалуй, ещё ни одна микросхема так долго не служила людям. Чего только на ней не собирали, даже поговаривают, что номер 555 — это число вариантов её применения

Качество монтажа нормальное, флюс не о class=»aligncenter» width=»632″ height=»488″|fcw3qayjh5a| src=»https://img.mysku-st.ru/uploads/images/02/80/11/2015/10/10/d632cd.jpg» class=»aligncenter» width=»632″ height=»488″ Схема генератора стандартная для получения скважности импульсов ≤2

Даташит NE555 Красный светодиод подключен на выход генератора и при малой выходной частоте — мигает. По китайской традиции, производитель забыл поставить ограничивающий резистор последовательно с верхним подстроечником. По спецификации, он должен быть не менее 1кОм, чтобы не перегружать внутренний ключ микросхемы, однако, реально схема работает и при меньшем сопротивлении — вплоть до 200 Ом, при котором происходит срыв генерации. Добавить ограничивающий резистор на плату затруднительно из-за особенности разводки печатной платы. Диапазон рабочих частот выбирается установленной перемычной в одной из четырёх позиций Частоты продавец указал неверно.

Реально измеренные частоты генератора при питающем напряжении 12В 1 — от 0,5Гц до 50Гц 2 — от 35Гц до 3,5kГц 3 — от 650Гц до 65кГц 4 — от 50кГц до 600кГц On-Line расчёт цепей генератора (примерный) Нижний резистор (по схеме) задаёт длительность паузы импульса, верхний резистор задаёт период следования импульсов. Напряжение питания 4,5-16В, максимальная нагрузка на выходе — 200мА

Стабильность выходных импульсов на 2 и 3 диапазонах невысока из-за применения конденсаторов из сегнетоэлектрической керамики типа Y5V — частота сильно уползает не только при изменении температуры, но даже при изменении питающего напряжения (причём в разы). Рисовать графики не стал, просто поверьте на слово. На остальных диапазонах стабильность импульсов приемлемая.

Вот что он выдаёт на 1 диапазоне На максимальном сопротивлении подстроечников

В режиме меандр (верхний 300 Ом, нижний на максимуме)

В режиме максимальной частоты (верхний 300 Ом, нижний на минимум)

В режиме минимальной скважности импульсов (верхний подстроечник на максимуме, нижний на минимуме)

Для китайских производителей: добавьте ограничивающий резистор 300-390 Ом, замените керамический конденсатор 6,8мкФ на электролитический 2,2мкФ/50В, и замените конденсатор 0,1мкФ Y5V на более качественный 47нФ X5R (X7R) Вот готовая доработанная схема

Себе генератор не переделывал, т.к. указанные недостатки для моего применения не критичны.

Вывод: полезность устройства выясняется, когда какая-либо Ваша самоделка потребует подать на неё импульсы

Режимы работы устройства

Основные режимы использования микросхемы 555 серии – одновибратор, мультивибратор и триггер Шмитта.

Первый применяется для создания единовременного сигнала заданной длительности при подаче входного напряжения на стартовый контакт чипа.

Второй – для генерации множества автоколебательных импульсов прямоугольной формы.

Третий, благодаря эффекту памяти предыдущего сигнала и трех вариантов исходящих согласно внутренней логики, в системах задержки и цифровых устройствах.

Одновибратор

В этой схеме, при подаче сигнала любой формы на второй вход 555 серии, будет генерироваться импульс на третьем ее выходе. Его длительность зависит от характеристик сопротивления R и емкости C. Вычислить необходимое время действия исходящего сигнала можно по формуле t=1,1*C*R.

Схема одновибратора

Мультивибратор

В отличие от предыдущей схемы, мультивибратору для начала постоянной генерации не нужна подача внешнего сигнала. Достаточно только произвести подключение питания. На выходе импульсы прямоугольной формы с изменением состояния в течение t2 и с периодом действия t1.

Их время рассчитываться от параметров R1 и R2 по формулам:

Период и частота:

Чтобы достичь времени импульса большего, чем время паузы, используют диод, соединяющий катодом 7 контакт микросхемы (разряд), с 6 (останов) через свой анод.

Мультивибратор

Прецизионный триггер Шмитта

Функциональность в рамках инвертирующего прецизионного переключателя в 555 серии обеспечивается наличием двух порогового компаратора и RS — триггера. Напряжение на входе разделяется на три части, при достижении пороговых значений которых и изменяется состояние выдачи сигнала устройством.

Разграничение делается по полярности, причем для переключения достаточно 1/3 общего вольтажа питания любого из полюсов. На выходе, при получении порогового сигнала на входе, возникает импульс, инвертированный полярно относительно изначального. Его уровень постоянен и длится он ровно то время, которое действует инициирующий импульс.

Используется подобная схема в системах, где требуется избавление от излишнего шума и приведение его последовательностей к необходимым пороговым значениям.

Схема триггера Шмитта с графиком выравниваемых уровней сигнала

Реле времени на 555 таймере своими руками

31.08.2012 Электронная техника

В видеоуроке канала «самоделки и Обзоры посылок от jakson» будем собирать схему реле времени на базе микросхемы таймера на NE555.  Весьма несложная — мало подробностей, что будет очень просто спаять все собственными руками. Наряду с этим многим она будет нужна.

Радиодетали для реле времени

Пригодится сама микросхема , два несложных резистора ( один переменный, один полярный), конденсатор на 3 микрофарада, неполярный конденсатор на 0,01 мкф, транзистор КТ315, диод практически любой, одно реле. Напряжение питания устройства будет от 9 до 14 вольт. Приобрести радиодетали либо готовое собранное реле времени возможно в этом китайском магазине.

Плагин на Google Хром для экономии в нём: 7 процентов с приобретений возвращается вам.

Схема весьма несложная.

Схема реле времени на 555 таймере

Любой ее сможет осилить, при наличии нужных подробностей. Сборка на печатной макетной плате, что окажется все компактно. В итоге часть платы нужно будет отломать. Пригодится несложная кнопка без фиксатора, она будет активировать реле. Кроме этого два переменных резистора, вместо одного, что требуется в схеме, потому, что у мастера нет нужного номинала.

2 мегаома. Последовательно два резистора по 1 мегаому. Кроме этого реле, напряжение питания 12 вольт постоянного тока, пропустить через себя может 250 вольт, 10 ампер переменного.

По окончании сборки в итоге так выглядит реле времени на базе 555 таймера.

Все оказалось компактно. Единственное, что визуально портит вид, диод, потому, что имеет такую форму, что его нереально впаять в противном случае, потому, что у него ножки намного шире, чем отверстия в плате. Все равно оказалось достаточно хорошо.

Проверка устройства на 555 таймере

Удостоверимся в надежности отечественное реле. Индикатором работы будет светодиодная лента. Так же подсоединим мультиметр. Удостоверимся в надежности — нажимаем на кнопку, загорелась светодиодная лента. Напряжение, которое подается на реле — 12,5 вольт. Напряжение на данный момент по нулям, но из-за чего то горят светодиоды — наверняка неисправность реле.

Оно старое, выпаяно из ненужной платы.

При трансформации положения подстроечных резисторов мы можем регулировать время работы реле. Измерим большое и минимальное время. Оно практически сразу же выключается. И большое время.

Прошло около 2-3 мин. — вы сами видите.

Но такие показатели лишь в представленном случае. У вас они смогут быть другие, потому, что зависит от переменного резистора, что вы станете применять и от емкости электроконденсатора. Чем больше емкость — тем продолжительнее будет трудиться ваше реле времени.

Заключение

Увлекательное устройство мы сейчас собрали на NE 555. Все трудится превосходно. Схема не весьма сложная, без неприятностей многие ее смогут осилить. В Китае продаются кое-какие аналоги аналогичных схем, но увлекательнее собрать самому, так будет дешевле.

Использование подобному устройству в быту сможет отыскать любой. К примеру, уличный свет. Вы вышли из дома, включили уличное освещение и через какое-то время оно само выключается, именно, в то время, когда вы уже уйдете.

Смотрите все на видео про сборку схемы на 555 таймере.

Цепь питания

На рис. 2 показана схема питания. Сеть переменного тока 230 В, 50 Гц отключается от трансформатора Х1, обеспечивая вторичный выход 9 В, 500 мА. Выход трансформатора выпрямляется двухполупериодным выпрямителем BR1, фильтруется конденсатором C7 и регулируется IC 7805 (IC8). Полученный таким образом регулируемый постоянный ток 5 В дополнительно фильтруется конденсаторами С8 и С9. LED3 действует как индикатор питания. Резистор R14 действует как ограничитель тока. Конденсатор выше 10 мкФ подключен к выходу ИС регулятора, а диод D1 защищает ИС регулятора в случае замыкания его входа на землю.

Рис.2: Цепь питания

Области применения

Сложно найти направления в развитии электроприборов, в которой бы не нашел применение таймер NE/SE 555. На нем успешно конструируют платы генераторов и реле времени, с возможностью управления интервалом от микросекунд до нескольких часов, используют при создании датчиков освещенности и контроля уровня жидкости, охранной сигнализации и кодовых замков.

Сигнализатор темноты

С устройствами, включающимися или выключающимися при изменении силы светового потока (освещенности), каждый вольно или невольно сталкивается каждый день:

• на улицах с помощью таких устройств включаются фонари освещения;
• в подъездах – дежурное освещение лестничных площадок;
• в квартирах — различные устройства имеющий суточный ритм работы.

Принцип действия устройства, реагирующего на изменение освещенности, основан на том, что при изменении сопротивления фоторезистора, на входе NE555 меняется потенциал. Это влечет изменение напряжения на выходе и включает реле.

РИСУНОК 2

Принципиальная схема датчика света

Модуль сигнализации

Сигнализация, собранная с использованием микросхемы 555, использует ее как одновибратор, который, получив сигнал от датчика, генерирует управляющий сигнал включающий сирену. Продолжительность, тональность и громкость звучания регулируется введенными в схему переменными резисторами.

РИСУНОК 3

Принципиальная схема сигнализации

Метроном

Аналог механического прибора, задающего ритм определенной частоты и используемый музыкантами в процесс обучения и репетиций, имеет электронный аналог, собираемый с использованием таймера 555.

В данном случае микросхема работает в режиме мультивибратора, генерирующего периодические импульсы, которые регулируются транзисторами Q1 и Q2, обеспечивающими регулировку частоты импульсов. Непосредственно частота имульсов регулируется потенциометром Р1 . Для получения щелчка, схожего с щелчком механического метронома, в схему добавлен транзистор Q3 .

РИСУНОК 4

Принципиальная схема метронома

Таймер

Пример использования микросхемы по «прямому» назначению – отсчету интервала времени. Работа устройства основана на способности переключать режимы, выдавая сигналы на включение/выключение.

При разряженном конденсаторе потенциал на входе 555 обнулен. В процесс зарядки, требующей определенного времени, «отсчитывается» заданный интервал. После достижения заданного значения зарядки происходит разряд конденсатора, изменение потенциала. Таймер срабатывает на включение или выключение.

РИСУНОК 5

Принципиальная схема таймера

Точный генератор

Используется для регулирования параметров выходных импульсов в различных электронных устройствах. В частности – в высокочастотных преобразователях, входящих в блоки питания LED-лент.

РИСУНОК 6

Принципиальная схема таймера

Расположение и назначение выводов

Микросхема NE555 имеет восемь выходов. В настоящее время встречаются микросхемы в прямоугольных DIP-корпусах, хотя, изредка, можно встретить микросхему в круглом металлическом корпусе. От этого назначение выводов не меняется.

Расположение и нумерация показана на рисунке:

РИСУНОК 7

Расположение и назначение выводов NE555

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле: t=1,1*R*C.

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

• подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
• пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке. В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Время импульса (t1), время паузы(t2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам:

Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 UПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

Радиолюбитель

Схема стабилизатора тока на таймере 555 для питания светодиодов и других устройств, где требуется поддержание заданного тока при изменении напряжения

На таймере 555 существует множество схем , хочу дополнить этот список ещё одной схемой. Данный стабилизатор был сделан для поддержания тока 0,7 А при изменении питающего напряжения в пределах 10-14,4 вольт. При использовании другого питающего напряжения потребуется дополнительная настройка.

Подбором R1 (t1, рис 2) и R3 (t2,рис 2) можно регулировать максимальный ток, при минимальном напряжении. Подбором R4 регулируется длительность промежутка t3 (рис.3) при максимальном напряжении. Резистором R6 устанавливается требуемый ток стабилизации.

C1 –времязадающий конденсатор, с его помощью задается частота на которой будет работать данная схема. Цепь заряда С1 –R1,VD1. Цепь разряда С1 –VD2, R4, R3 и открытый переход Э-К транзистора VT2. Как только ток нагрузки вырастет до установленного уровня откроется VT1, подав закрывающее напряжение на базу VT2 через R2. Исключая цепь разряда через VT2, остается только VD2, большое сопротивление R4 и выв. 7 таймера. Частота уменьшается до минимума, до тех пор, пока ток не уменьшится ниже установленного уровня. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце НМ2000 K20x4x6 и содержит 50 витков провода диаметром 0,2 мм намотанных параллельно в 5 проводов. Транзисторы VT1, VT2 (кт3107) любые маломощные. Транзистор VT3 выпаян из старой компьютерной материнской платы. Диоды VD1, VD2 высокочастотные кремниевые маломощные, VD3 (диод шоттки) снят с радиатора от сгоревшего компьютерного БП. Если эту схему предполагается использовать при токах более 1 А транзистор VT3 следует установить на теплоотвод. Данную схему можно применить не только для светодиодов, а так же для ламп, электродвигателей, там где необходим стабилизированный ток при изменении питающих напряжений.

Печатная плата устройства в формате .lay:

Печатная плата таймера на 555 в формате .lay (50.3 KiB, 1,708 hits)

Программа для расчета частоты таймера 555:

Скачать программу:

Программа для расчета частоты таймера 555 (343.7 KiB, 2,232 hits)

Справочные данные по таймеру 555: Таймер 555 – аналоговая интегральная схема, устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Применяется для построения различных генераторов, модуляторов, реле времени. Российскими аналогами таймеров типа 555 являются КР1006ВИ1 и КР1087ВИ2. КР1087ВИ3 — сдвоенный таймер (аналог 556); КР1087ВИ1 — счетверённый таймер (аналог 558). Следует заметить, что таймер КР1006ВИ1 по своей логике работы имеет одно отличие от прототипа NE555, а именно вход останова R отечественной микросхемы имеет приоритет над входом запуска S, а у других микросхем — наоборот. Данное обстоятельство не отражено в официальной документации к микросхеме КР1006ВИ1 и потому нередко становилось причиной проблем у неискушённых радиолюбителей. К счастью, в большинстве конструкций, где используется таймер, приоритеты входов R и S не играют роли. Выпускаются различные экономичные аналоги таймера, выполненные по КМОП-технологии, например это микросхемы ICM7555IPA, GLC555 и их отечественный аналог КР1441ВИ1.

Основные параметры таймера 555:

Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя опорными напряжениями для сравнения, двух прецизионных компараторов (низкого и высокого уровней), RS-триггера с дополнительным входом сброса, транзисторного ключа с открытым коллектором и выходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способности.

Номинальное напряжение питания базовой версии микросхемы может находиться в пределах от 5 В ± 10 % до 15 В ± 10 % (т. е. 4,5…16,5 В), однако некоторые производители подняли верхний предел напряжения питания до 18 В. КМОП-версии отличаются возможностью работы при пониженном напряжении питания (от 2 В).

Потребляемый микросхемой ток может достигать величины 6…15 мА в зависимости от напряжения питания (6 мА при VCC = 5 В и 15 мА при VCC = 15 В). Типовое потребление бывает меньше и обычно составляет 3…10 мА в состоянии низкого уровня и 2…9 мА — в состоянии высокого. Ток потребления КМОП-версий таймера не превышает сотен микроампер.

Максимальный выходной ток для отечественной КР1006ВИ1 и КМОП-версий таймера составляет 100 мА. Большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по биполярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА и более.

Смотреть (скачать) даташит таймера 555:

Даташит таймера 555 (239.1 KiB, 3,440 hits)

Схемы включения ne555

Сама по себе данная микросхема это как бы «незавершенное» изделие с возможностью реализации на нем двух режимов эксплуатации — таймера запуска (моностабильный) и генератора одиночных импульсов (мультивибратора). Чтобы заставить её функционировать в одном из них, необходима небольшая доработка. Для этого межу контактами 1 и 8 добавляется RC-цепочка (она же времязадающая), для которой заранее подбираются резистор и конденсатор. Их значения будут задавать необходимую частоту и периодичность прямоугольных сигналов «включения/выключения» на выходе микросхемы после подачи на неё питания. Для повышения точности в работе и избегания влияния внешних помех 5 пин (контроль) рекомендовано шунтировать ёмкостью, величина которой должна быть не более 0,1 мкФ.

Моностабильный режим

Рассмотрим принцип работы в режиме таймера. Для его реализации необходимы дополнительные элементы — один резистор Rt и пара ёмкостей. После подачи питания, на третьей ножке относительно земли будет около 0В. Времязадающий конденсатор Сt полностью разряжен и в таком состоянии схема может находиться достаточно долго, пока на контакт 2 (запуск) не поступит положительный сигнал. Его величина должна быть в три раза меньшей питающего напряжения (Ucc/3).

После подачи сигнала на контакт 2 (запуск), на выходе микросхемы появляется напряжение аналогичное питающему (высокий уровень). Его длительность зависит от времени заряда Сt до уровня 2/3 от Ucc через резистор Rt. Как только это произойдет, выходное напряжение снизится практически до 0В и Сt разрядится.

Важным моментом в этой схеме является то, что после её включения, любые воздействия на контакт 2 (запуск) больше не будут вилять на высокий уровень на выходе. Но его все же можно сбросить, если подать сигнал на четвертую ножку (сброс). Временной интервал выходного импульса (Т) рассчитывается по формуле T=1.1*Rt*Ct.

Две схемы реле времени с задержкой выключения на 220в

Режим мультивибратора

В режиме мультивибратора микросхема ne555 выдает серию прямоугольных сигналов, периодичность которых также определяются значениями времязадающей RC-цепочки. Как видно из рисунка ниже, конструкция немного изменена и в неё добавлено еще одно сопротивление. Контакт 7 (разряд) физически соединен между резисторами Ra и Rb, но логически он отключен внутри универсального таймера.

После подачи питания на микросхему, на 3 пине (выходе) появится высокий уровень относительно земли, а конденсатор Сt начинает заряжается через Ra и Rb. Как только Сt достигнет заряда 2/3 от величины питающего напряжения, схема переключится и на её выходе будет около 0В. При этом включится контакт 7 (разряд) и через резистор Rb будет разряжаться Сt.

После того как конденсатор Ct разрядится на 1/3 схема снова переключится, и на её выходе появится высокий уровень. Разъединится контакт 7 (разряд) и Ct начнет опять заряжаться через Ra и Rb. Результатом такой работы станет серия прямоугольных импульсов, длительность которых будет определяться величинами элементов Ra, Rb и Сt. Промежуток между началом каждого из импульсов называют общим периодом ТП. Его можно увеличивать до 30 секунд путем повышения ёмкости Ct. Частоту колебаний определяют по формуле F = 1/ТП.

Принцип работы схемы

Рассматриваемая схема устройства регулирования силы свечения светодиода на микроконтроллере AVR ATmega32 приведена на следующем рисунке.

В микроконтроллере ATmega32 четыре ШИМ (PWM) канала используются на четырех контактах. Мы можем использовать только выход ШИМ на этих контактах. Поскольку мы решили использовать PWM0 (8-битный канал) мы должны использовать ШИМ сигнал с контакта OC0 (PORTB 3-й контакт). Как можно видеть из схемы, мы соединяем базу транзистора к контакту OC0 микроконтроллера чтобы управлять мощным светодиодом.

Параллельно кнопкам увеличения/уменьшения яркости свечения подсоединены конденсаторы для предотвращения биений (нежелательных колебаний, шумов). Всегда, когда нажата кнопка, на контакте, к которому она подсоединена, присутствует определенный шум. Этот шум стабилизируется в течение нескольких миллисекунд. Но для микроконтроллера пики этого шума (до того как он стабилизируется) действуют как триггеры. Этот эффект можно исключить как программным, так и аппаратным способом, программным – проще. Но мы в данной схеме используем аппаратный способ путем добавления конденсаторов, которые сводят к нулю эффект биения от кнопок.

В микроконтроллерах ATmega есть два способа генерации ШИМ:

1. Фазовая (правильная) ШИМ.
2. Быстрая ШИМ.

Мы будем использовать более простой способ – быстрый метод формирования ШИМ.

Сначала необходимо выбрать частоту ШИМ, которая будет зависеть от используемого приложения (применения). Для светодиода эта частота должна быть не менее 50 Гц. Мы выберем частоту счетчика времени 1 МГц. Теперь чтобы получить быструю ШИМ 50 Гц на микроконтроллере ATmega, мы должны задействовать соответствующие биты в регистре TCCR0 – это единственный регистр, который нам будет нужен для получения 8 битной быстрой ШИМ.

На представленном рисунке:

1. CS00, CS01, CS02 (выделены желтым цветом) – выбирают prescalar (предварительное масштабирование) для выбора частоты временного интервала. Таблица для соответствующих prescalar показана на рисунке ниже. Таким образом, для предварительного масштабирования, равного 1, oscillator clock=counter clock (шкала осциллятора равна шкале счетчика). То есть установим CS00=1, остальным двум битам установим нулевые значения.

2. Биты WGM01 и WGM00 изменяют чтобы выбрать нужный режим генерации формы сигнала. Исходя из необходимых нам параметров (быстрая ШИМ – Fast PWM) по таблице, представленной на следующем рисунке, выбираем WGM00=1 и WGM01=1.

3. Теперь мы знаем, что ШИМ – это сигнал с различными интервалами ON и OFF сигнала (различными продолжительностями включения). Для получения различных продолжительностей включения (отношение длительности импульса к периоду повторения) нам необходимо выбрать значение между 0 и 255 (от 0 до 2^8 поскольку мы используем 8 битную ШИМ). Допустим мы выбрали значение 180, это значит что счетчик начинает счет от 0 и когда он достигает значения 180, то отклик на выходе может быть приведен в действие (запустится триггер). Этот триггер может быть инвертирующим и неинвертирующим. То есть выход можно сконфигурировать так, чтобы по достижении счетчиком заданного значения он либо опускал фронт импульса, либо поднимал его. Этот выбор производится с помощью установки битов CM00 и CM01 (выделены зеленым цветом на рисунке выше).

Как показано в следующей таблице, с помощью установки этих битов можно выбрать режим как с инвертированием, так и без инвертирования. Мы выберем режим с инвертированием, таким образом установим эти биты в COM00=1 и COM01=1.

За установку того самого значения, которое задает различные продолжительности включения (отношение длительности импульса к периоду повторения), в микроконтроллере ATmega32 отвечает байт OCR0 (Output Compare Register 0) – в нем сохраняется нужное нам значение от 0 до 255. Пример выбранного нами режима инвертирования показан на рисунке ниже. Таким образом, если мы запишем в OCR0=180, то контроллер будет изменять уровень сигнала на выходе когда счетчик досчитает до 180 (начиная с 0).

Если необходимо будет изменить яркость свечения светодиода, то тогда в байт OCR0 следует записать другое число (вместо 180). В представленной схеме присутствуют 2 кнопки. Одна кнопка служит для увеличения числа в байте OCR0 (увеличение яркости свечения), а другая – для уменьшения числа в байте OCR0 (уменьшение яркости свечения).

Использование вывода 5 таймера NE555

Всем известен и широко применяет­ся в радиолюбительских конструк­циях таймер NE555 и его аналоги, на­пример, отечественный КР1006ВИ1. В подавляющем большинстве случаев вывод 5 таймера NE555 оставляют сво­бодным или соединяют с общим прово­дом через блокировочный конденсатор, что в условиях отсутствия помех по питанию не очень нужно. В зарубежных описаниях таймера этот вывод называ­ют по-разному — Cont. Control. Control Voltage, а в отечественных — «Контроль делителя», хотя уместнее было бы пере­вести слово control как «управление».

Внутри таймера NE555 вывод 5 соединен с точкой соединения «верхне­го» и «среднего» резисторов делителя напряжения питания, формирующего пороги срабатывания компараторов и задающего таким образом пределы из­менения напряжения на времязадающем конденсаторе Поэтому, когда вы­вод 5 оставлен свободным, напряжение на нем — 2/3 напряжения питания. Точка соединения «среднего» и «нижнего» резисторов, где напряжение равно 1/3 напряжения питания, внешнего вывода не имеет. Исходя именно из таких поро­гов, в справочниках приведены форму­лы расчёта длительности импульсов и частоты их следования на выходе гене­ратора, собранного на таймере. Однако длительностью и частотой можно управлять, не изменяя ёмкость и сопротивление времязадающих эле­ментов, а лишь подавая внешнее напря­жение на вывод 5 таймера, сдвигая тем самым пороги срабатывания компара­торов. О такой возможности написано в справочных данных таймера, но никаких зависимостей или рекомендаций на эту тому там не приведено. Чтобы воспол­нить этот пробел, были проведены экс­перименты, с результатами которых хочу ознакомить читателей.

На таймере NE555 был собран гене­ратор непрерывных колебаний по схеме, изображенной на рис. 1.

Рис. 1

Если вывод 5 таймера никуда не подключён, коэффи­циент заполнения генерируемых им­пульсов (отношение длительности им­пульсов Т+ к периоду их следования Т) равен 0.5, а частота их следования

При указанных на схеме номиналах элементов F0≈1 кГц.

Внешнее напряжение, поданное на вывод 5, влияет на оба порога Причём верхний порог становится равным это­му напряжению, а нижний — его поло­вине. Если подать на вывод 5 напряже­ние Uупр равное 8 В (2/3 от 12 В), часто­та и коэффициент заполнения останут­ся прежними. Но при других значениях Uупр они изменяются, как показано на рис. 2 (частота) и рис. 3 (коэффициент заполнения).

Рис. 2

Рис. 3

Причём частота, увеличи­ваясь в 3,7 раза при изменении Uупр от 11,5 до 1 В, с дальнейшим его уменьше­нием резко падает. Коэффициент заполнения растёт с 0,06 (Uупр = 1 В) до 0,77 (Uупр = 11,5 В) практически линей­но.

Рис. 4

Другой способ управления состоит в подключении к выводу 5 резистора второй вывод которого соединён с одним из других выводов таймера. Варианты его подключения показаны на рис. 4 а зависимости частоты и коэф­фициента заполнения от — соответ­ственно на рис. 5 и рис. 6. Буквы у кри­вых на этих рисунках совпадают с теми, которыми обозначены варианты под­ключения резистора на рис.4.

Рис. 5

Рис. 6

Как видим, при соединении резисто­ра Rупр с общим проводом и уменьше­нии его сопротивления от 100 кОм до 470 Ом частота растёт в 1,7 раза, а коэффициент заполнения падает в восемь раз. Если соединить резистор с плюсо­вой линией питания, при изменении его сопротивления в тех же пределах часто та уменьшается в 2,2 раза, а коэффици­ент заполнения растёт в 1,5 раза, Наи­большее изменение частоты — в четыре раза достигнуто при соединении рези­стора Rупр с выходом OUT (выводом 3) таймера, При этом коэффициент запол­нения импульсов практически не изме­няется, оставаясь приблизительно рав­ным 0,5. Если подключить резистор Rупр к выходу с открытым коллектором DISCH (выводу 7), кривые зависимос­тей изменения частоты и коэффициента заполнения от сопротивления резисто­ра занимают промежуточные положения между кривыми при его соедине­нии с плюсом питания и с выходом OUT.

Полученные результаты можно рас­пространить и на КМОП-версии тайме­ра — микросхемы LMC555, TS555, ICM7555, КР1441ВИ1. Но следует иметь в виду, что пороговые напряжения в них заданы с помощью делителей напряже­ния из резисторов сопротивлением 100 кОм, а не 5 кОм, как в таймерах NE555. Поэтому для них значения со­противления резистора указанные на рис. 5 и рис. 6, нужно увеличить в 20 раз.