555 som bi-stabil vippa

555 som bi-stabil vippa

Med en smula grunder i digtalteknik går vi vidare.

För att få en uppfattning om hur en 555 fungerar som bistabil vippa ska vi först titta på den sk pin-out. Den visar kretsen uppifrån med benens nummer, beteckning och övergripande funktion. Lägg märke till den halvmåneformade markeringen som är referensmärket som talar om var ben 1 och 8 sitter. Det ska sägas att jag förenklat ganska mycket i texten nedan för begriplighetens skull. Jag ska återkomma med ett inlägg där 555’an beskrivs mera ingående.

 

 

 

 

Pin 1 ansluts till jord

Pin 2, trigger. Den har funktionen av ”startsignal” för timern. Den är kopplad som en sk active low trigger. Kopplas mot Vcc via ett 10k motstånd och har då Vcc eller etta. När spänningen på ben 2 faller under 1/3 av Vcc triggas pin 3 output till hög. Man kan exempelvis åstadkomma det via en tryckknapp mot jord.

Pin 3, output. Det är en digital utgång och tar alltså bara två värden: hög eller låg. Hög är något lägre är Vcc och värdet låg ligger strax över 0 V. Det är mot denna pin som all last, LED eller annat ska kopplas. Max last är 200 mA.

Pin 4, reset. Den kopplas mot matningsspänningen (via en 10k resistor). Om den kopplas till jord kommer hela timerfunktionen att avbrytas.

Pin 5, control. Kopplas oftast mot jord via en liten kondensator (ca 0,01 uF). Det har funktionen att stabilisera Vcc för en stabilare timerfunktion.

Pin 6, treshold. Syftet med pin 6 är att detektera spänningen över den kondensator som i många kopplingar ansluts mot pin 7. När den spänningen är 2/3 av Vcc går pin 3 låg.

Pin 7, discharge. Den är kopplad på collectorn i en intern npn-transistor vars bas kopplats mot pin 3, output. När pin 3 output går hög börjar transistorn att leda och sänker spänningen till jord på den elektronik som kopplats mot ben 7.

Pin 8, Vcc och kopplas till matningsspänningen som bör ligga mellan 4,5 – 15 VDC. (man kan köra på t. ex. 2*1,5 VDC men funktionen kan bli osäker i vissa kopplingar)

Med pin-out i huvudet kan vi titta på kopplingen.

Bistabil betyder att den är stabil i två lägen; av och på, eller nolla – etta hellre i detta sammanhang. Pin 3, output är en digital utgång. Det betyder att den tar bara ett av två värden. Inom digitaltekniken kallas det för A/D-omvandlare, den tar analoga värden och gör det till digitala. Etta eller nolla.

I denna koppling använder vi följande ingångar:

Pin1 – jord

Pin2 – trigger, den ställer pin3 hög.

Pin3 – output, där kopplar vi på den last som ska drivas. I exemplet har jag kopplat på en 10 mm vit led som behöver ett förkopplingsmotstånd på 220 Ohm för att inte utsättas för hög spänning.

Pin4 – reset, den ställer pin3 tillbaka på låg.

Pin8 – Vcc, matningsspänning, 9 VDC i exemplet.

Upplever man att kretsen uppför sig instabilt kan man lägga till en kondensator på 0,01 uF mellan pin5 och pin1 för att ta upp och eliminera spänningsvariationer.

 

Funktionen är enkel att beskriva:

Utgångsläget är att pin2 och pin4 har 9 VDC via sina 10k motstånd, pin3 output har nolla.

När man trycker på knappen som kopplar pin2 mot jord dräneras spänningen där och blir noll. Det ställer om output3 från nolla till etta. LED lyser.

När man trycker på knappen som kopplar pin4 reset mot jord återställs output till nolla. LED slutar lysa.

Trycker man på bägge tryckknapparna samtidigt ändras inget enligt den sanningstabell som beskriver funktionen.

Klicka här för att simulera kretsen i TinkerCad circuits.

Klicka här om du vill se hur man sätter samman kretsen på ett stripboard.

 

 

Enkel digitalteknik del 1

Enkel digitalteknik del 1

555 samt en smula digitalteknikens grunder

Vill du komma in på  en smula elektronik, kanske lödning och överlappa mot fysikens ellära kanske du ska titta närmare på en enkel och billig IC som kallas 555. Etablerades på marknaden 1971 och är still going strong med ca 1 miljard tillverkade kretsar om året.

Billig i inköp ( ca 5 kr st ink moms) och med många applikationer beroende på vilken kringutrustning man kopplar på. Den har tre grundläggande funktioner

Astabil vippa dvs den lämnar en utsignal (alltid på ben 3, output) som en löpande fyrkantvåg vars frekvens styrs av en RC (resistor-kondensator) kombination.

Bistabil vippa, en kopplingen går 1 (hög) vid givna villkor på de andra benen, går låg om villkoren ändras. Håller sig i sitt läge vid ingen förändring, stabil i bägge lägen = bi-stabil.

Monostabil vippa, den ställer sig hög (1) på ben 3 och stannar där tills antingen matningsspänningen slås från eller ben 4 (reset) kopplas mot jord (0) Kan användas som tex timer.

För dig som vill lyfta på locket till 555’an och få grepp om dess funktion kommer här några begrepp du i så fall måste känna till. Det kan även vara värt veta till att jag gjort förenklingar i resonemangen för begriplighetens skull. I nästa inlägg kommer jag in på hur man ska koppla 555 som bi-stabilt.

Då börjar vi.

När vi pratar om etta eller nolla (hög-låg), vad står det för ?

Inom elektroniken pratar man om analog teknik och digital. Inom den analoga tekniken kan ett värde anta vilket värde som helst och hanteras utifrån det. Vi lämnar det därhän så länge. Inom den digitala tekniken kan ett värde bara anta värdet ett eller noll (rent teoretiskt). I praktiken fungerar det så att man alltid jobbar med fasta spänningar i digitala konstruktioner. Vanliga nivåer är 5 VDC eller 3,3VDC. 5 volt räknas som etta/hög, 0 volt ses som nolla/låg.

I verkligheten är det svårt att få till den typen av exakta värden så ofta definierar man spänningsnivåer som att 0-2,2 volt räknas som låg och 3,7 – 5 volt räknas som hög. Området mellan 2,2 volt till 3,7 volt kallas för förbjudet område. Man kan säga att den digitala tekniken tolkar analoga värden till digitala ettor eller nollor.

Digitala kretselement.

För att åskådliggöra funktioner inom digitaltekniken använder man byggstenar eller digitala kretselement. Du kan betrakta det som en låda med två ingångar och en utgång i sin enklaste form. Värdena på ingångar och utgångar betraktar vi som antingen ettor eller nollor. Värdet på utgången (som ofta betecknas Q) är beroende på vilken typ av digitalt kretselement det är. Egentligen kallas det för Grind (engelska Gate). Jag kommer att använda ordet grind i fortsättningen. Det finns en mängd olika typer av grindar men de grundläggande är tre st. OCH-grinden, ELLER-grinden och ICKE-grinden.

Sanningstabeller och grindar.

För att beskriva hur en grind fungerar använder man ofta en sk sanningstabell.  Vi betraktar OCH-grinden. Den har egenskapen att båda ingångarna måste vara etta för att utgången ska bli etta. A OCH B måste vara etta för att Q ska bli etta. Eftersom det allmänna språket inom elektroniken är engelska är det vanligare att säga AND-grind än det svenska OCH.

Schemasymbolen for en AND-grind ser ut såhär till vänster Europeisk standard, till höger US-standard, båda förekommer.

 

Vill man läsa mer om digitala byggelement har Wiki en bra sida (https://en.wikipedia.org/wiki/Logic_gate)

555’ans byggstenar. 

Med detta i huvudet ska vi titta på de grindar som 555 är uppbyggd av.

Komparator

Den första komponenten är en sk komparator.  Den har egenskapen att den lämnar etta på utgången om spänningen på plus-ingången är högre än spänningen på minus-ingången, och nolla om värdena är det omvända. Symbolen ser ut enligt nedan. Man kan säga att den tolkar över analoga värden till en digital utgång, etta eller nolla. Värdet i volt som den digitala ettan får är samma som matningsspänningen i kretsen. 555 kan anslutas och fungera mellan 3 – 18 VDC och utgångs-ettan från komparatorn blir samma som man kopplat in på ben 8.

RS-vippan

Den heter  RS-vippa pga av sina ingångar, R(reset) och S (set). I 555 har den två utgångar, Q och Ǭ.  Ǭ (Qinv) kommer alltid att ta motsatt värde som Q, dvs om Q är etta har vi nolla på Ǭ och tvärtom.  555’ans RS-vippa har även en reset-ingång  som ligger kopplad direkt på ben 4, den markeras av den lilla ringen. När den får nolla, inverteras den till etta och återställer vippan.

RS-vippans sanningstabell ser ut såhär, NA betyder NotAllowed, värden som ska undvikas eftersom vippan kan ställa sig lite hursomhelst. Oändlighetstecknet betyder att vippan står kvar i sitt föregående värde vid 0 och 0 på båda ingångarna.

 Symbolen för RS-vippan ser ut på detta viset:

 

 

Slutligen kan det vara värt att nämnas att den lilla ringen på 4 som betecknar inverterad signal dvs en etta bli nolla och tvärtom är generell inom digitaltekniken.