Apostila completa do CI 555

Índice

Utilizando o CI

Utilizando o integrado

Operação monoestável (Temporizador)

Operação astável (Oscilador)

O circuito integrado

Aplicações úteis

Gerador de bips

VCO (Oscilador Controlado por Tensão)

Monitor de freqüência

Bibliografia

Lembre-se!

Comparador simples:

Se: V1 V2 ⇒ Vo = Vcc; V1 < V2 ⇒ Vo = Gnd; V1= V2 ⇒ Vo = 0V.

Flip-flop RS:

Entradas Saídas

S (Set) R (Reset) Q /Q (Complementar)

Nível baixo Nível alto Nível baixo Nível alto

Nível alto Nível baixo Nível alto Nível baixo

Nível baixo Nível baixo Não mudam de estado

Nível alto Nível alto Condição não aceita pelo circuito

O disparador (trigger) está conectado à entrada inversora do comparador 2 (pino 2). A entrada não-inversora tem

uma tensão fixa de 1/3Vcc (Vñ-inv = R*Vcc/R+R+R = RVcc/3R = Vcc/3).Toda vez que a tensão do disparador for menor que 1/3Vcc, a saída do comparador vai a nível alto, resetando o flip-flop ,cortando o transistor de descarga e deixando a saída /Q (pino 3) em nível alto.

O reset (pino 4) habilita o 555 com nível alto e o desabilita com nível baixo. Geralmente na maioria das aplicações, este pino é ligado à Vcc.

Operação monoestável (Temporizador)

As figuras abaixo mostram as configurações do 555 em operação monoestável.

Operação astável (Oscilador)

As figuras abaixo mostram as configurações do 555 em operação astável.

Neste tipo de operação, são colocados os resistores Rt1 e Rt2 em série no lugar do Rt na operação monoestável.

Como ponto de partida, vamos supor que inicialmente o flip-flop está resetado (Q em nível baixo e /Q em nível alto). Assim sendo, o transistor está cortado e Ct está se carregando através da resistência (Rt1 + Rt2). Ct se carrega até que excede a tensão de controle (2/3Vcc), fazendo com que a tensão na entrada não-inversora (pino 6) do comparador 1 seja maior que a tensão na sua entrada inversora, isso faz com que sua saída vá a nível alto, setando o flip-flop.

Com nível alto em Q, o transistor de descarga entra em saturação fazendo com que Ct se descarregue por Rt2. A tensão em Ct diminui até que fique menor que a tensão da entrada não inversora do comparador 2 (1/3Vcc). A saída do comparador 2 vai a nível alto, resetando o flip-flop e voltando ao ponto de partida. Esta operação astável se repete indefinidamente.

A tensão em Ct varia entre 1/3Vcc e 2/3Vcc, embora possa ser alterada, externamente, atuando-se sobre a tensão de controle (pino 5).

A duração do período alto ou tempo de carga é dada por:

T1= 0,7 * (Rt1+Rt2) * Ct

E a duração do período baixo ou tempo de descarga é dada por:

T2= 0,7 * Rt2 * Ct

O período total (T) é:

T= T1 + T2 = 0,7 * (Rt1 + 2 Rt2) * Ct

O pino 7 (descarga) não é conectado e é colocado um resistor Rt no lugar dos dois resistores Rt1 e Rt2, com o pino 3 (saída) conectado à este resistor Rt.

Supondo que inicialmente o flip-flop esteja setado, não existe diferença de potencial em Rt e Ct. Com Ct descarregado, a tensão no disparador (pino 2) é de 0V. Assim, a saída do comparador 2 vai à nível alto, resetando o flip-flop e deixando a saída /Q em nível alto. Neste momento Ct se carrega por Rt, fazendo a tensão de limiar (pino 6) elevar-se, até que atinge a tensão de controle (+2/3Vcc). Quando isso ocorre, a saída do comparador 1 vai a nível alto, setando o flip-flop e fazendo com que a saída /Q vá a nível baixo. Então, Ct se descarrega por Rt, voltando para o estado inicial. Os períodos de nível alto e baixo são iguais porque Ct se carrega por Rt e se descarrega pelo mesmo Rt.

O período de carga e de descarga é dado por:

Tcarga = Tdescarga = 0,7 * Ct * Rt

Assim, o período total é de:

Ttotal = 2* Tcarga = 1,4 * Ct * Rt

O circuito integrado

O 556 consiste em dois temporizadores 555 inseridos em um único integrado de 14 pinos. A pinagem do 556 é dada pela figura abaixo:

O funcionamento do 556 é idêntico ao 555. Porém, o 556 só pode fornecer ou drenar 150mA, em comparação ao 200mA do 555.

Aplicações úteis

Além das funções de oscilador e temporizador vistas acima, aqui vão alguns circuitos que poderão ser de muita ajuda em montagens de projetos mais complexos.

Gerador de bips

Este circuito consiste em dois 555 em operação astável, sendo que a saída de um (que possui uma freqüência relativamente baixa) está conectada ao reset do outro (que possui uma freqüência relativamente alta). As figuras acima mostram os diagramas elétricos do circuito utilizando dois 555 e um 556. Abaixo temos o diagrama em bloco simplificado do circuito.

VCO é um circuito que produz um sinal de saída oscilante (geralmente uma onda quadrada ou triangular) cuja freqüência é ajustada dentro de uma faixa, controlada pelo nível de uma tensão de entrada. Este tipo de circuito é usado para, entre outras coisas, modulação de sinais.

O circuito acima é apenas um oscilador cuja tensão de controle não é mas constante (2Vcc/3), e sim uma tensão de entrada que é uma fração qualquer de Vcc. Variando o potenciômetro, a tensão de controle irá variar e consequentemente a freqüência do sinal de saída também.

Na prática, não é muito confiável usar o 555 ou 556 para esta aplicação. O 566 é um circuito integrado voltado essencialmente para esta função. Ele gera ondas quadradas e triangulares cuja freqüência varia linearmente com o nível da tensão de entrada (de acordo com o resistor e capacitor externos empregados). Mas isto não tira o valor didático deste circuito.

Monitorador de Freqüência

Este circuito dispara o oscilador na ausência de uma freqüência de entrada que se queira monitorar. Com sinal na entrada, o transistor satura e o capacitor de 1nF é constantemente descarregado. Isto garante uma tensão baixa no disparador (pino 2), que faz com que tenha nível alto na saída do comparador 2, resetando o flip-flop. O resultado disto é que o 555 fica impossibilitado de operar como oscilador, mantendo nível alto na saída /Q (pino 3).

Na ausência da freqüência monitorada, o transistor fica cortado. Isto habilita o capacitor a se carregar e descarregar normalmente na operação astável. Assim, haverá um sinal oscilante na saída.

Este circuito pode ser utilizado como watchdog para circuitos com microcontroladores que não possuam este

circuito internamente, como 8051. O watchdog é um circuito que tem a função de não deixar o μ C travar, resetando-o caso pare de responder ao watchdog.

Operando normalmente, o μ C geraria pulsos periódicos para a entrada do watchdog (por meio de instruções que ponha nível alto e baixo em um pino do μ C, como por exemplo, no 8051: SETB Px e CLR Px , onde Px é um port de I/O qualquer). Estas instruções devem estar presentes no programa principal e nas sub-rotinas,sendo

executadas repetidamente, gerando pulsos em um pino do μ C. Se o μ C estiver operando normalmente, ele enviará estes pulsos freqüentemente para a entrada do watchdog, fazendo com que o transistor seja continuamente cortado e

o capacitor, descarregado. O resultado disso é um nível alto no pino de /Reset ( no caso, ο 8051é resetado com nível baixo neste pino). A função do capacitor de 4,7nF é a de impedir que o transistor seja saturado apenas com nível alto no pino do port do μ C, e sim com pulsos neste pino.

Caso o μ C trave por algum motivo, ele não enviará mas os pulsos. Então o watchdog enviará uma série de pulsos ao pino de /Reset do μ C, resetando-o. Na maioria das vezes o μ C retorna à sua operação normal, a não ser por um problema maior, como erro no software ou operações em condições extremas. Maiores informações sobre este

recurso podem ser encontrados no texto sobre o μ C AVR 90S1200.

Para finalizar, diversas são as aplicações deste versátil circuito integrado, por isso no que se refere ao 555 podemos dizer que o limite para as suas aplicações é a sua imaginação.

Bibliografia:

O que é um timer 555?

O que é um timer 555?

Um timer 555 é um tipo de circuito integrado, também conhecido como chip, que é extremamente popular para diversos fins. Seu principal uso é como um temporizador, mas também pode ser usado como um multivibrador.

O timer 555 leva esse nome pelo fato de o modelo original ter três resistores, cada um avaliado em cinco mil ohms. O primeiro modelo foi formalmente conhecido como SE555 / NE555 e comercializado como IC Time Machine. Na época de seu lançamento em 1971, o temporizador 555 era o único circuito de temporizador disponível no mercado. Hoje existem muitos modelos diferentes de empresas diferentes, embora quase todos os fabricantes incluam 555 como parte do número do modelo porque é um nome reconhecível.

Existem dois tipos diferentes de timer 555, sendo ambos chips de oito pinos. O mais comum é o pacote retangular em "V", que tem quatro pinos de cada lado. A outra versão, que costumava ser a mais comum, mas agora perdeu um pouco de favor, é o pacote circular 'T'.

Os oito pinos executam as seguintes funções:

Terra, que atua como uma medida de segurança, como nos plugues elétricos Gatilho, que transmite tensão para iniciar as operações de temporização Saída, que transporta a tensão para o dispositivo usando o temporizador Reset, que é usado para finalizar a operação de temporização Tensão de controle, um pino opcional usado para controlar o temporizador de fora da instalação do circuito principal Threshold, que determina quanto tempo o temporizador deve gerar tensão em cada ciclo ligado / desligado - em outras palavras, quanto tempo deve ser o intervalo de tempo Descarga, conectada a um capacitor que também influencia o intervalo de tempo V +, que é a entrada de tensão

Existem três tipos diferentes de uso para um timer 555. A operação monoestável é quando o sinal de saída simplesmente alterna entre a posição padrão de desligada e a posição temporária de ligado em intervalos regulares, o que é mais comumente usado para temporizadores. A operação estável é quando a tensão de saída aumenta e diminui em um padrão definido, tornando-o um oscilador. Como o padrão pode variar, ele pode ser usado para qualquer finalidade que exija um padrão de tom específico. Operação biestável é quando o sinal pode ser mantido em uma das duas posições, o que significa que o timer 555 pode atuar como a menor unidade possível de memória do computador.

Existem vários produtos derivados do temporizador 555. O 556 combina dois cronômetros 555 em um único chip, enquanto o 558 combina quatro cronômetros 555 em um único chip, embora com algumas modificações. O 7555 é uma versão de baixa potência do timer 555.

DIG222802 2019 2 AULA06

Laboratório 2

O segundo experimento da turma de Digital 2 da Engenharia vai ser realizado no LabMIC (104) entre 13h30min e 15h20min (turma 1) e entre 15h40min e 17h30min (turma 2). Vamos testar um contador crescente utilizando um único circuito integrado (CI) funcionando como relógio (clock de 1Hz). O experimento está dividido em três etapas: A primeira trata-se de montar um circuito gerador de clock com o CI 555, a segunda parte, vamos montar um contador crescente de 0 a 9 com o integrado 7490, mostrando o resultado (unidade) em um display de 7 seguimentos através de um um circuito BCD 7447. E na última parte, montar mais um display (dezena) para contar de 0 a 59.

Pré-Laboratório

a) Desenhe e identifique os pinos do CI 7490; b) Descreva: - Suas formas de operação; - Os pinos de entrada e de saída; - Características principais. c) Verifique o clock máximo e tempos de propagação; d) Quando e porque se utiliza a interligação dos pinos QA com Input B; e) Para que serve e como são utilizados os pinos R 0(1) , R 0(2) , R 9(1) e R 9(2) ; f) Utilizando diagrama de blocos, desenhe o 7490 com as conexões e pinagem adequada para contar de 0 a 9 (contagem binária). Deve-se contemplar também um decodificador BCD e um display de 7 segmentos. Não esqueça de colocar todos os pinos dos componentes como: (Vcc, Gnd, RBI, RBO). g) Utilizando dois CI's 7490 em cascata, projete um contador que conte de 0 a 99, onde um CI será correspondente ao valor da unidade e o outro da dezena em binário. h) Projete e simule um circuito combinacional que faça o contador (0 a 99) contar até 59, ou seja, ao chegar no calor 60 a contagem deve ser reiniciada. Você poderá fazer uso de portas lógicas para isso.

Parte 1 - Oscilador 555

O Timer 555 é um circuito integrado mais populares e versáteis do mercado. Pode ser usado como: oscilador, temporizador ou geradores de pulso. O 555 pode ser configurado de três formas:

Modo Monoestável: nesta configuração, o CI 555 funciona como um disparador. Suas aplicações incluem temporizadores, detector de pulso, chaves imunes a ruído e interruptores de toque. Modo Astável: o CI 555 opera como um oscilador. Os usos incluem pisca-pisca de LED, geradores de pulso, relógios, geradores de tom e alarmes de segurança. Modo biestável: o CI 555 pode operar como um flip-flop, se o pino DIS não for conectado e se não for utilizado capacitor. As aplicações incluem interruptores imunes a ruído.

O circuito astável produz ondas quadradas, oscilando entre 0V e VCC. A configuração do astável está demonstrado abaixo:

Parte 2 - Contador com 7490

Objetivo Montar um contador crescente de 0 a 9 com CI 7490 apresentando o resultado da contagem em um display de 7 segmentos a partir do BCD 7447. O circuito correspondente é apresentado na figura abaixo.

Figura - Contador crescente com CI 7490, codificador 7447 e Display de 7 segmentos.

Procedimento

Formar até 10 equipes com preferencialmente 2 integrantes; Desenhar as ligações utilizando o esquemático dos CIs; Montar o circuito na banca digital, os CIs devem ficar com chanfro voltado para cima; Fazer a ligação de VCC e GND; Fazer a ligação de PL em VCC. Lembrando que esta porta é ativo baixo; Fazer a ligação entre as portas lógicas dos CIs; Fazer a ligação de BI/RBO, RBI e LT, pinos 3, 4 e 5 do 7447, em VCC; Fazer a ligação de clock a partir do oscilador (555) com frequência aproximada de 1Hz; Testar o funcionamento e fazer as correções necessários e ligações que por ventura estiverem faltando.

Atenção Poderá haver ligações extras de outros pinos para VCC/GND.

Parte 3 - Desafio dos segundos

Objetivo Montar um segundo módulo para contar de 0 a 5 apresentado o resultado também no display de 7 segmentos através de 7447.

Procedimento

Mesmas equipes; Repetir as ligações utilizando o esquemático dos CIs já realizado; Montar o circuito na banca digital, os CIs devem ficar com chanfro voltado para cima; Fazer a ligações como na Parte 1; Fazer a ligação do clock a partir da saída da AND (MR); Testar o funcionamento e fazer as correções necessárias e ligações que por ventura estiverem faltando.

Material Utilizado

CI 7490 (contador decádico) CI 7447 (conversor BCD 7 seg) CI 7408 (AND) Display de 7 segmento anodo comum Resistor de 220/330 ohms Capacitor de 56pF (se necessário) fios diversos bancada digital

Diagramas de Conexão

Figura - Diagrama de Conexões e Tabela de Funções do CI 7490.

Figura - Esquemático do CI 7447 - Conversor BCD 7 segmentos.

Figura - Esquemático do CI 7408 - Portas AND.

Figura - Display de 7 segmentos um dígito - catodo e anodo comum.

Relatório

O relatório deverá ser entregue até o dia 04/11/2019. O relatório deve ser enviado por meio digital no formato PDF para o endereço

Nota 1: Entende-se por ser entregue até o dia 04/11/2019 às 23h59min.

Nota 2: Arquivos não entregues no prazo, ou que não estejam em formato PDF, ou ainda que não forem enviados para o referido email não serão corrigidos e terão nota 0 (zero).

Normas para elaboração do relatório

Nota 3: Utilizem preferencialmente o LibreOffice Writer e exportem o arquivo PDF ao final (Arquivo >> Exportar como PDF).

Resultado da Correção REL2

(em até 30 dias)

Referências

[1] Datasheet 7490 - Contador Decádico

[2] Datasheet 7447 - Decodificar BCD para 7 Segmentos