El chip más grande: una introducción al versátil temporizador 555 - 💡 Fix My Ideas

El chip más grande: una introducción al versátil temporizador 555

El chip más grande: una introducción al versátil temporizador 555


Autor: Ethan Holmes, 2019

En 1970, cuando apenas media docena de plántulas corporativas habían echado raíces en el terreno fértil de Silicon Valley, una empresa llamada Signetics le compró una idea a un ingeniero llamado Hans Camenzind. No era un concepto innovador, solo 23 transistores y un grupo de resistencias que funcionaría como un temporizador programable. El temporizador sería versátil, estable y simple, pero estas virtudes palidecieron en comparación con su principal punto de venta. Utilizando la tecnología emergente de circuitos integrados, Signetics podría reproducir todo en un chip de silicio.

Esto implicaba algún trabajo manual. Camenzind pasó semanas usando una mesa de dibujo y un cuchillo X-Acto especialmente montado para marcar su circuito en una gran lámina de plástico. Signetics luego redujo esta imagen fotográficamente, la grabó en pequeñas obleas e incrustó cada oblea en un rectángulo de plástico negro de media pulgada con el número del producto impreso en la parte superior. Así nació el temporizador 555.

Resultó ser el chip más exitoso de la historia, tanto por el número de unidades vendidas (decenas de miles de millones y por contar) como por la longevidad de su diseño (sin cambios en casi 40 años). El 555 se ha utilizado en todas partes, desde juguetes hasta naves espaciales. Puede hacer que las luces parpadeen, activen los sistemas de alarma, coloquen espacios entre los pitidos y creen los mismos pitidos. Hoy, puedes comprar un solo chip en línea por aproximadamente 25 centavos.

Para el proyecto introductorio que se describe a continuación, puede usar el 555CN, Fairchild LM555CN o KA555, Texas Instruments NE555P o STMicroelectronics NE555N. La marca no hace ninguna diferencia. Cada fabricante ofrece una versión de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS), una versión dual y una versión de montaje en superficie, además del chip de estilo antiguo que se apoya en ocho patas de metal separadas por 1/10 ″. Por varias razones, debes usar la versión antigua.

Primero mostraré cómo el 555 puede hacer que un LED se encienda y apague. Luego lo adaptaré para generar un tono musical y, finalmente, encadenaré tres 555 para crear un dispositivo que pueda usar para imponer un límite de tiempo en juegos que no sean de video, como las damas o el Scrabble. Al final de un intervalo preestablecido, el temporizador emitirá un gemido para decirle a un competidor que llega tarde que su tiempo se ha acabado y que su turno ha terminado.

La regla en el fondo está calibrada en dieciseisavos de pulgada.

Convierte un Chip 555 en un Noisemaker

La Figura 1 muestra un chip 555 visto desde arriba, con sus pines identificados. La marca circular estampada en su cuerpo es adyacente al Pin 1. La Figura 2 muestra un circuito de destello de luz básico usando el modo astable del 555, lo que significa que la salida en el Pin 3 cambia de positivo a negativo durante el tiempo que sea la alimentación está encendida. El tiempo de ciclo está determinado por un condensador y dos resistencias. Un capacitor tiene capacidad de almacenamiento eléctrico (de ahí su nombre), mientras que las resistencias reducen el flujo de electricidad. Si pone una resistencia en secuencia con un condensador, la resistencia reduce la carga y los tiempos de descarga del condensador, ofreciendo así una forma sencilla de usar la electricidad para medir el tiempo.

Cuando cierra el interruptor S1 en el circuito, la corriente fluye a través de R1 y R2 y comienza a cargar gradualmente el condensador C1. IC1 (el temporizador 555) monitorea este proceso. Cuando C1 adquiere 2/3 de la tensión positiva que alimenta el circuito, el 555 invierte su salida en el Pin 3 de positivo a negativo y obliga a C1 a descargarse a través de R2. Cuando la carga en C1 disminuye de 2/3 a 1/3, el chip vuelve a su estado original, restablece su salida de negativa a positiva y repite el ciclo.

Usando un capacitor de 0.1 microfaradios (μF) para C1, una resistencia de 120 kilohm (kΩ) para R1, y una resistencia de 1 megohm (MΩ) para R2, el LED parpadea aproximadamente 5 veces por segundo. (Los otros componentes del circuito no tienen efecto en la temporización: R3 protege al LED de una corriente excesiva, mientras que C2 protege al temporizador 555 del ruido electrónico aleatorio.)

Así es como debe verse el circuito de luces intermitentes de LED en la Figura 2, utilizando componentes enchufados en una placa de pruebas.

Supongamos que utiliza un condensador de 1μF en lugar del condensador de 0.1μF como C1. Ahora cada ciclo dura 10 veces más. A la inversa, si usa un condensador de 0.01μF para C1, los ciclos duran 1/10. También puede cambiar el tiempo ajustando los valores de la resistencia. El valor de R1 + R2 afecta el ciclo de "encendido", mientras que R2 solo determina el ciclo de "apagado".

Con una alta resistencia y un pequeño condensador, el 555 hará un ciclo muy rápido, lo suficientemente rápido para que sus pulsos hagan ruidos musicales a través de un altavoz. La figura 3 muestra una versión modificada del circuito. El LED y su resistencia en serie han sido reemplazados por una resistencia diferente, condensador C3 y L1, un altavoz en miniatura RadioShack de 1 ″. (Nota: no puede manejar un altavoz de tamaño completo con un temporizador 555 a menos que agregue un amplificador). Asegúrese de actualizar los valores de R1, R2 y C1, que se han cambiado para que el 555 funcione más rápido. Ahora, cuando conectas la alimentación, debes escuchar un zumbido de tono bajo.

Agregue un segundo 555 para activar el Noisemaker para un intervalo fijo

Tenemos un objeto que hace ruido; ahora necesitamos activarlo por un intervalo fijo. Esto se puede hacer con un segundo 555 cableado en modo monoestable, lo que significa que emite solo un pulso. La figura 4 lo muestra agregado al circuito. S2 es un botón pulsador, aunque puede improvisar simplemente tocando 2 cables juntos. Cuando esto sucede, IC2 emite un solo pulso que dura aproximadamente 1 segundo. Esto ilumina D2, un LED, para proporcionar confirmación visual. El pulso también pasa por D1, un diodo de señal, y activa IC1, que emite un sonido como antes, excepto que C4 lo prolonga y hace que disminuya su frecuencia, creando un efecto de gemido.

Asegúrese de que esta versión del circuito funcione antes de continuar.

Agregue un tercer 555 para cronometrar el período de espera

Tenemos un fabricante de ruido que puede activarse durante un intervalo fijo; ahora necesitamos medir un intervalo de tiempo antes de que se produzca el sonido. Un tercer temporizador 555 puede imponer este período de espera, si lo ajustamos con resistencias de mayor valor y un capacitor más grande.

En la Figura 5, C7 se carga a través de P1, un potenciómetro (resistencia variable). Puede "sintonizar" P1 para ajustar el intervalo de espera y aumentar el valor de C7 para que el intervalo sea aún más largo. Al final del intervalo, la salida en el Pin 3 se vuelve negativa. Esto se conecta con el pin de disparo de IC2 y le dice que emita su breve pulso, que le dice a IC1 que haga su sonido.

La versión de la vida real del circuito en la Figura 5. El chip superior mide un intervalo de tiempo (usando una resistencia fija que ha sido sustituida por el potenciómetro P1). El LED rojo parpadea al mismo tiempo que se genera un sonido a través de un altavoz de 1 ″ (a la izquierda del chip).

Tenga en cuenta que S2 se ha movido para que controle IC3. Cuando use el circuito para imponer un límite de tiempo durante un juego, presione S2 al comienzo del turno de cada persona.

Por lo tanto, el circuito no hará su ruido grosero si un jugador se mueve dentro del tiempo permitido, se ha agregado un botón de cancelación-reinicio, S3. Presionas este botón cuando un jugador hace un movimiento. El "NC" al lado le dice que es un botón normalmente cerrado. Aún necesita el interruptor de alimentación, S1, para desconectar la fuente de alimentación cuando el dispositivo no está en uso.

¿Que sigue?

Puede sustituir otros componentes en lugar de los resistores de temporización para hacer que el 555 se comporte de manera interesante. En la Figura 3, si usa un termistor o un fotoresistor en lugar de R2, puede controlar la frecuencia de audio con calor o luz. Un fotoresistor y el 555 en modo monoestable pueden funcionar como un detector de movimiento. Busque “555 ″ en makezine.com o visite Doctronics para obtener aún más ideas de proyectos.

Hans Camenzind nunca imaginó que su temporizador se convertiría en una utilidad tan universal. Ahora cree que el diseño interno de la 555 no es particularmente elegante y debería haber sido renovado hace décadas. La elegancia en el diseño puede ser muy importante para los ingenieros, pero para los usuarios finales, la utilidad suele ser más importante. El 555 es simple, preciso y robusto, tolera una amplia gama de fuentes de alimentación y es capaz de manejar no solo LED y altavoces, sino también relés e incluso motores pequeños.

Por 25 centavos, eso es más que suficiente.



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