Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

La plus grosse petite puce: introduction au polyvalent 555

En 1970, quand à peine une demi-douzaine de jeunes entreprises avaient pris racine dans les terres fertiles de la Silicon Valley, la société Signetics avait acheté une idée à un ingénieur nommé Hans Camenzind. Ce n’était pas un concept révolutionnaire, seulement 23 transistors et un groupe de résistances fonctionnant comme un minuteur programmable. La minuterie serait polyvalente, stable et simple, mais ces vertus étaient bien moindres par rapport à son principal argument de vente. En utilisant la technologie émergente des circuits intégrés, Signetics pourrait reproduire le tout sur une puce de silicium.

Cela impliquait du travail manuel. Camenzind a passé des semaines à utiliser une table à dessin et un couteau X-Acto spécialement monté pour graver son circuit dans une grande feuille de plastique. Signetics a ensuite réduit cette image de façon photographique, gravée à l'eau-forte dans de minuscules plaquettes et incorporé chaque plaquette dans un rectangle de plastique noir d'un demi-pouce avec le numéro de produit imprimé sur le dessus. Ainsi, le minuteur 555 était né.

Il s’est avéré être la puce la plus performante de l’histoire, à la fois par le nombre d’unités vendues (plusieurs dizaines de milliards et plus) et par la longévité de son design (inchangé depuis près de 40 ans). Le 555 a été utilisé partout, des jouets aux engins spatiaux. Il peut faire clignoter les lumières, activer les systèmes d'alarme, mettre des espaces entre les bips et créer les bips eux-mêmes. Aujourd'hui, vous pouvez acheter une seule puce en ligne pour environ 25 cents.

Pour le projet d'introduction décrit ci-dessous, vous pouvez utiliser les modèles 555CN, Fairchild LM555CN ou KA555, Texas Instruments NE555P ou STMicroelectronics NE555N. La marque ne fait aucune différence. Chaque fabricant propose une version CMOS (Complement-Oxide Metal Semiconductor), une version double et une version à montage en surface en plus de la puce de style ancien reposant sur huit pieds en métal espacés de 1/10 ″. Pour diverses raisons, vous devriez utiliser la version ancienne.

Je vais d’abord montrer comment le 555 peut faire clignoter une LED. Ensuite, je l’adapterai pour générer une tonalité musicale et enfin, je chaînerai trois 555 pour créer un gadget que vous pourrez utiliser pour imposer une limite de temps dans des jeux non vidéo tels que les dames ou le Scrabble. À la fin d’un intervalle prédéfini, le chronomètre émettra un son gémissant pour indiquer à un concurrent en retard que son temps est écoulé et que son tour est terminé.

La règle à l'arrière-plan est calibrée en seizièmes de pouce.

Transforme une puce 555 en générateur de bruit

La figure 1 montre une puce 555 vue de dessus, avec ses broches identifiées. La marque circulaire gravée dans le corps est adjacente à la broche 1. La figure 2 illustre un circuit de base clignotant utilisant le mode astable du 555, ce qui signifie que la sortie de la broche 3 bascule entre positif et négatif aussi longtemps que le le pouvoir est allumé. Le temps de cycle est déterminé par un condensateur et deux résistances. Un condensateur a une capacité de stockage électrique (d'où son nom), tandis que les résistances réduisent le flux d'électricité. Si vous mettez une résistance en séquence avec un condensateur, celle-ci ralentit les temps de charge et de décharge du condensateur, offrant ainsi un moyen simple d'utiliser l'électricité pour mesurer le temps.

Lorsque vous fermez le commutateur S1 dans le circuit, le courant circule dans R1 et R2 et commence progressivement à charger le condensateur C1. IC1 (le minuteur 555) surveille ce processus. Lorsque C1 acquiert les 2/3 de la tension positive qui alimente le circuit, le 555 inverse sa sortie sur la broche 3 de positive à négative et force C1 à se décharger par R2. Lorsque la charge sur C1 diminue de 2/3 à 1/3, la puce revient à son état initial, réinitialise sa sortie de négative à positive et répète le cycle.

À l'aide d'un condensateur de 0,1 microfarad (µF) pour C1, d'une résistance de 120 kilohms (kΩ) pour R1 et d'une résistance de 1 mégohm (MΩ) pour R2, la DEL clignote environ 5 fois par seconde. (Les autres composants du circuit n'ont aucun effet sur la synchronisation: R3 protège la DEL contre un courant excessif, tandis que C2 protège le temporisateur 555 contre le bruit électronique aléatoire.)

Voici à quoi devrait ressembler le circuit de clignotants à DEL de la figure 2, à l’aide de composants branchés sur une planche à pain.

Supposons que vous utilisiez un condensateur de 1 μF au lieu du condensateur de 0,1 μF en C1. Maintenant, chaque cycle dure 10 fois plus longtemps. Inversement, si vous utilisez un condensateur de 0,01μF pour C1, les cycles ont une durée égale à 1/10. Vous pouvez également changer le timing en ajustant les valeurs de la résistance. La valeur de R1 + R2 affecte le cycle "marche", alors que R2 seul détermine le cycle "arrêt".

Avec une résistance élevée et un petit condensateur, le 555 fonctionnera très vite - assez rapidement pour que ses impulsions produisent des bruits musicaux à travers un haut-parleur. La figure 3 montre une version modifiée du circuit. La LED et sa résistance en série ont été remplacées par une résistance différente, les condensateurs C3 et L1, une enceinte miniature RadioShack de 1 ″. (Remarque: vous ne pouvez pas piloter une enceinte de taille normale avec une minuterie 555 à moins d'ajouter un amplificateur.) Veillez à mettre à jour les valeurs de R1, R2 et C1, qui ont été modifiées pour accélérer le fonctionnement du 555. Maintenant, lorsque vous connectez le courant, vous devriez entendre un drone grave.

Ajouter un second 555 pour déclencher le générateur de bruit pour un intervalle fixe

Nous avons un bruiteur; maintenant, nous devons le déclencher pendant un intervalle fixe. Cela peut être fait avec un second 555 câblé en mode monostable, ce qui signifie qu’il n’émet qu’une seule impulsion. La figure 4 le montre ajouté au circuit. S2 est un bouton-poussoir, même si vous pouvez improviser simplement en touchant 2 fils ensemble. Lorsque cela se produit, IC2 émet une seule impulsion d’une durée d’environ 1 seconde. Cela allume D2, une LED, pour fournir une confirmation visuelle. L'impulsion passe également par D1, une diode de signal, et active IC1, qui produit un son comme auparavant, à l'exception du fait que C4 le prolonge et le fait diminuer en fréquence, ce qui crée un effet de gémissement.

Assurez-vous que cette version du circuit fonctionne avant de continuer.

Ajouter un troisième 555 à la période d'attente

Nous avons un générateur de bruit qui peut être déclenché pour un intervalle fixe; Nous devons maintenant mesurer un intervalle de temps avant que le son ne se produise. Une troisième minuterie 555 peut imposer cette période d’attente si nous l’ajustons avec des résistances de valeur supérieure et un condensateur plus grand.

Sur la figure 5, C7 est chargé via P1, un potentiomètre (résistance variable). Vous pouvez «régler» P1 pour régler l’intervalle d’attente et augmenter la valeur de C7 pour allonger encore l’intervalle. À la fin de l'intervalle, la sortie sur la broche 3 devient négative. Ceci se connecte avec la goupille de déclenchement de IC2 et lui dit d'émettre sa brève impulsion, qui indique à IC1 de produire son son.

La version réelle du circuit de la figure 5. La puce supérieure mesure un intervalle de temps (à l'aide d'une résistance fixe remplacée par le potentiomètre P1). La LED rouge clignote en même temps qu'un son est généré par une enceinte 1 ″ (à gauche de la puce).

Notez que S2 a été déplacé pour contrôler IC3. Lorsque vous utilisez le circuit pour imposer une limite de temps pendant une partie, appuyez sur S2 au début du tour de chaque personne.

Ainsi, le circuit ne fera pas son bruit grossier si un joueur bouge dans le délai imparti, un bouton d'annulation-réinitialisation, S3, a été ajouté. Vous appuyez sur ce bouton quand un joueur fait un coup. Le «NC» à côté indique qu'il s'agit d'un bouton-poussoir normalement fermé. Vous avez toujours besoin du commutateur d'alimentation, S1, pour débrancher votre alimentation lorsque le gadget n'est pas utilisé.

Et après?

Vous pouvez utiliser d'autres composants à la place des résistances de synchronisation pour que le 555 se comporte de manière intéressante. Sur la figure 3, si vous utilisez une thermistance ou une photorésistance au lieu de R2, vous pouvez contrôler la fréquence audio avec de la chaleur ou de la lumière. Une photorésistance et le 555 en mode monostable peuvent fonctionner en tant que détecteur de mouvement. Recherchez dans le site makezine.com «555» ou consultez Doctronics pour plus d’idées de projets.

Hans Camenzind n'a jamais imaginé que son minuteur deviendrait un tel utilitaire universel. Il pense maintenant que la conception interne du 555 n’est pas particulièrement élégante et aurait dû faire l’objet d’un relooking il ya plusieurs décennies. L'élégance dans la conception peut être un gros problème pour les ingénieurs, mais pour les utilisateurs finaux, l'utilité est généralement plus importante. Le 555 est simple, précis et robuste. Il tolère une large gamme d’alimentations et peut piloter non seulement des LED et des haut-parleurs, mais également des relais et même des moteurs de petite taille.

Pour 25 cents, c’est plus que suffisant.

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