Тахометр на микросхеме 555
Главное отличие этого тахометра от многих описания, которых встречаются в литературе в том, что по способу измерения частоты вращения коленчатого вала автомобиля - это аналоговый прибор, но результат измерения отображается на трехразрядном цифровом табло. В журналах есть публикация, и которой описывается аналоговый тахометр на преобразователе частота - напряжение на таймере 555 и выход - светодиодный индикатор уровня на А277. В этой схеме входная часть на таймере оставлена как есть, а индикатор сделан на основе цифрового измерителя напряжения с трехразрядном индикацией на микросхеме ICL7107 (аналог КР572ПВ2) и трехразрядном светодиодном индикаторе.
Схема показана на рисунке.
Как уже сказано, на таймере 555 (D2) сделан преобразователь частота-напряжение. Вернее, формирователь импульсов фиксированной длительности, а сам преобразователь сделан на VT3. На вход от обмотки катушки зажигания поступают импульсы, каждый отрицательный перепад которых делает запуск таймера. После каждого входного импульса таймер D2 формирует один импульс, длительность которого установлена целью R11 С7 около 2 mS. Эти импульсы одинаковой длительности, но разной частоты, поступают на базу транзистора VT3. В результате на эмиттере VТ3 получается импульсная последовательность, скважность которой зависит от частоты. Эта последовательность интегрируется в постоянное напряжение с помощью цепи R14-C10. Далее, полученное постоянное напряжение, величина которого пропорциональна частоте входного сигнала (частоте вращения коленчатого вала) поступает на цифровой вольтметр постоянного тока на микросхеме D1. Микросхема D1 в схеме вольтметра включена необычно, питание осуществляется от источника имеющего общий минус с измеряемым напряжением. Такая схема точна менее обычной, особенно при измерении напряжении менее 1V, но для данного случая её точности достаточно. На транзисторах VT1 и VT2 сделан стабилизатор опорного напряжения. Величину опорного напряжения точно устанавливать не обязательно, но необходимо, чтобы установленное значение было стабильным. Индикация трехразрядная, на индикаторе из трех семисегментных светодиодных индикаторов. Частота вращения индицируется в тысячах и сотых долях, то есть например 1000 об/мин отображается как «1,00»
Схемы преобразователя частота - напряжение и вольтметра питаются от разных стабилизаторов А1 и А2. Таймер 555 можно заменить отечественным аналогом - КР1006ВИ1, микросхему ICL7170 - отечественной КР572ПВ2 с любым буквенным индексом. Светодиодные индикаторы можно заменить любыми аналогичными (с общим анодом), как одиночными, так и модульными, но обязательно с выводами от каждой цифры (индикаторные панели, например от часов предназначенные для динамической индикации здесь не подойдут). Монтаж выполнен на макетной печатной плате («сито» с круглыми площадками), а индикаторы сделаны в виде выносного блока соединенного с основной платой 22-х проводным ленточным кабелем. Индикаторы расположены на лицевой части приборного щитка автомобиля, а плата - за приборным щитком.
Налаживание.
Сначала нужно откалибровать вольтметр на D1. Для этого отпаяйте верхний по схеме вывод R16 и подпаяйте его к выходу A2. Подбором сопротивления R16 добейтесь, чтобы прибор показывал «5,00». Восстановите соединение R16. Теперь нужно установить коэффициент преобразования частота – напряжение. Для автомобиля с трехцилиндровым мотором при входной частоте 50 Гц прибор должен показать "200". Этих показании добиваются, подстраивая R13. Данный тахометр пригоден для любого бензинового четырехтактного двигателя с любым числом цилиндров. Перед его налаживанием нужно определить сколько раз поступает импульс тока на обмотку катушки зажигания за один полный оборот коленчатого вала автомобиля. Сделать это можно контролируя искру визуально (или измеряя напряжение на первичной обмотке катушки зажигания) поворачивая при этом вал двигателя ключом.
Чтобы узнать, сколько прибор должен показать при входной частоте 50 Гц (какой частоте вращения коленчатого вала соответствует входная частота 50 Гц) нужно рассчитать по такой формуле N = (50 / М) • 60. где N - показания прибора при входной частоте 50 Гц, М сколько раз формируется импульс зажигания за один оборот вала двигателя. Таким образом (50 /1.5) • 60 = 2000, то есть на индикаторе «2,00» На основе этой схемы можно сделать приставку - тахометр для мультиметра. В этом случае используется только часть схемы на таймере D2, а напряжение с его выхода подают на вход мультиметра. Сопротивлений R13 можно сделать несколько и переключать их в зависимости от числа цилиндров двигателя. При правильной настройке преобразования частота-напряжение показания мультиметра в вольтах будут соответствовать тысячам оборотов в минуту (1000 об/мин = 1,00V).
Размеры для разных типов корпусов
Структурная схема NE555
Электрические характеристики
(1) Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов RA и RB в цепи Рис. 12. Для примера, когда VCC = 5 V R = RA + RB ≉ 3.4 МОм, и для VCC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.
Эксплуатационные характеристики
(1) Соответствуют стандарту MIL-PRF-38535, эти параметры не проходили производственные испытания.
(2) Для условий указанных как Мин. и Макс. , используют соответствующее значение, указанное в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(3) Погрешность интервала времени определяется как разность между измеренным значением и средним значением случайной выборки из каждого процесса .
(4) Значения указаны для моностабильной схемы со следующими значениями компонентов RA = 2 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.
(5) Значения указаны для астабильной схемы со следующими значениями компонентов RA = 1 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.
Металлодетектор на одной микросхеме
Вместо динамика можно использовать наушники или пьезоизлучатель.
Схема простая и предназначена рекомендована начинающим радиолюбителям. Так как схема данного металлодектора простая, поэтому и расстояние обнаружения металла тоже будет небольшое.
Видео работы этого металлодетектора
Преобразователь напряжения с 12В на 24В
Анимация игрушек
Генератор, управляемый светом
Темно- детектор с LM555 . Эта схема будет генерировать звук когда свет падает на фотодатчик Cds .
Эта схема генерирует сигнал тревоги, когда на ЛДР датчик попадает свет солнца, огня или лампы . А на 555 собран мультивибратор частотой генерации около 1 кГц при обнаружении света . Датчика при воздействии света замыкает цепь и 555 генерирует колебания около 1 кГц через открытый транзистор BC158 .
Музыкальная клавиатура
Очень простой музыкальный инструмент (клавиатуру) для воспроизведения музыки можно сделать с помощью чипа 555. Можно собрать необычный музыкальный инструмент на фото выше. В качестве клавиатуры используется графит и лист бумаги с нотами представлены как дырки в бумаге.
Такая же схема, но с обычными резисторами и кнопками.
Таймер на 10 минут
Запускается таймер кнопкой S1 после 10 мин. попеременно мигают светодиоды LED1 и LED2. Время задаётся резистором 550 кОм и конденсатором 150 мкф.
Имитатор сигнализации автомобиля
Светодиод мигает, как будто в автомобиле установлена сигнализация. Светодиод установить на видном месте. Воришка увидит, что машина под сигнализацией и обойдёт её стороной 🙂
Простой имитатор полицейской сирены
Схема собрана на макетной плате.
На двух NE555 можно сделать простой генератор полицейской сирены. Рекомендуются Вам сделать следующее параметры таймера R1=68 кОм (timer №1) настроен в режим медленной генерации и таймер с R4=10 кОм (timer №2) настроен в режиме быстрой генерации. М ожете изменять характеристики время таймера. Выходная частота изменяется посредством цепи резисторов R1, R2 и C1 для компонент timer №1 и R4, R5 и С3 для timer №2.
Похожая схема ниже с транзистором на выходе :
Звуковой генератор уровня жидкости
Вы можете использовать эту схему контроля уровня воды для сигнализации в любом месте как индикатор уровня воды, например в резервуарах , баках, бассейнах или в любом другом месте .
Это далеко не все возможности микросхемы-таймера. Посмотрите также видео работы микросхемы.
Вопрос обращён в первую очередь к гуру схемотехники и повелителям электронов. Просто хочу разобраться и понять. Безотносительно машины, а конкретно вот.
Подопытный - тахометр 2108, но по своей схеме он чуть менее, чем полностью аналогичен тахометру 3110 нового образца.
Вот его описание, чтобы было проще:
Тахометр состоит из печатной платы с элементами и стрелочного индикатора (миллиамперметра). На плате собран ждущий мультивибратор (ЖМВ) на микросхеме КР1006ВИ1 (полный отечественный аналог зарубежной микросхемы NE555).
Принцип действия тахометра очень прост. ЖМВ запускается импульсом зажигания дважды за один оборот коленвала и вырабатывает свой импульс - стабильный по амплитуде и длительности, который через резистор подается на миллиамперметр. Чем больше обороты, тем чаще идут импульсы ЖМВ, тем больше средний ток в обмотке и тем сильнее отклоняется стрелка тахометра. Импульс зажигания снимается с первичной обмотки катушки зажигания (вывод "К") или - у инжекторных - с модуля зажигания. Длительность выходного импульса ЖМВ определяется RC-цепью и весьма стабильна. Для стабилизации амплитуды выходного импульса ЖМВ питается от встроенного стабилизатора напряжения.
ЖМВ построен по типовой схеме на КР1006ВИ1. Времязадающая цепь из прецизионных R (59 кОм) и C (47 нФ) обеспечивает длительность выходного импульса 3,05 мс (рассчитывается по формуле 1,1RC). Для регулировки тахометра предусмотрен подстроечный резистор 500 Ом - он меняет амплитуду тока в обмотке стрелочного прибора.
У карбюраторных машин входной импульс с вывода "К" катушки зажигания подается на контакт 3 разъема "А" (красного). Амплитуда этих импульсов может достигать 400 В, поэтому на печатной плате КП установлен дополнительный резистор 91 кОм.
У инжекторных машин сигнал снимается с модуля зажигания через контакт 5 того же разъема и подается сразу на вход тахометра - уровень этого сигнала несколько вольт. Вообще, микросхема КР1006ВИ1 запускается отрицательным перепадом на выводе 2 (уровень должен стать ниже 1/3 от напряжения питания). Стабилитрон 5,6 В ограничивает уровень запускающего сигнала на входе микросхемы.
Питание осуществляется от параметрического стабилизатора с дополнительным транзистором (выходное напряжение около 7 В). Диод в коллекторной цепи транзистора защищает схему при подаче напряжения питания неправильной полярности.
Казалось бы - ничего сложного, простой, как валенок. Но есть один нюанс. Изначальное состояние: на ХХ и слегка повышенных оборотах стрелка беспорядочно бьётся в конвульсиях примерно между 0 и 2000, при повышении оборотов успокаивается где-то в районе нуля. Путём мощного и длительного мозгового штурма пришло понимание, что все активные компоненты исправны, а при выпиливании конденсатора 0.27 нФ на второй ноге таймера всё приходит в норму и стрелка чётко стоит на оборотах.
Пробовал в порядке эксперимента заменять на кондёр меньшей ёмкости - стрелка вроде показывает, но если удерживать обороты, стоит не твёрдо, а периодически клюёт вниз. И вроде как таки сливается на высоких оборотах, т.е. грубо говоря - увеличилась амплитуда.
Для сравнения - схема тахометра 3110. Почти то же самое, но чуть упрощено и этого кондёра там нет.
Какова всё-таки его роль там? Потому как он там стоит штатно и раньше, стало быть, всё работало.
По своим техническим характеристикам микросхему NE555 относят к универсальным таймерам с широким диапазоном устанавливаемых временных интервалов. Почти во всех схемах ne555 используют и включают – как генератор прямоугольных импульсов напряжения различной частоты и длительности. С минимальным дополнительным набором радиоэлементов (резисторов и конденсатор), на её основе реализуют множество вариаций электронных приборов: реле времени, генераторов, модуляторов, ШИМ-регуляторов, разнообразных мигалок, звуковых имитаторов низких/высоких частот и ещё много чего другого.
Цоколевка
Распиновка NE555 остается неизменной на протяжении долгих лет её использования в различных приложениях. Классическая версия выпускается приимущественно в пластиковом корпусе DIP-8. Оформление для поверхностного монтажа (SOP-8, SOIC-8) появились значительно позже. Однако расположение выводов осталось прежним: 1 (земля, минус); 2 (запуск); 3 (выход); 4 (сброс); 5 (контроль); 6 (останов); 7 (разряд); 8 (плюс источника питания). Первый из них всегда маркируется небольшим круглым углублением или выпуклой точкой.
Раньше существовала версия в круглом металлическом корпусе (LM555CH), но её уже давно никто не изготавливает. Структурно представляет собой управляющий RS-триггер, два компаратора, разрядный транзистор для времязадающего конденсатора и инвертирующий усилитель.
Типовые характеристики
NE555 не относится к биполярным ИС, КМОП или ТТЛ-схемам, однако совместима с ними. Рекомендуемое питание для неё находится в диапазоне от +4.5В до +16В. Если его значение составляет +5В, то выход таймера согласуется с ТТЛ-входами других ИС. Иначе надо применять дополнительные согласующие устройства для задания импульсам необходимого уровня.
Предельные допустимые
Рассмотрим типовые предельные эксплуатационные параметры NE555, характерные большинству её модификаций. Они могут незначительно отличаться между собой в зависимости от компании-изготовителя, но в основном повторяются во всех технических описаниях:
- напряжение источника питания от +4.5 до +18В;
- мощность рассеивания до 600 мВт;
- выходной ток до 200 мА;
- максимальная рабочая частота 500 кГц;
- температура: рабочая от 0 до 70 О С; хранения от -65 до +150 О С.
Превышение предельно допустимых параметров может привести к неисправности изделия.
Аналоги
Понятно, что данные на КР1006ВИ1 указаны на русском языке и почти полностью повторяют информацию представленную в англоязычном datasheet на 555. Поэтому многие радиолюбители предпочитают ознакамливаться именно с русскоязычной версией этого универсального таймера.
Но есть один нюанс, который стоит знать, особенно когда надо подобрать подходящую замену. Так, в нашей версии устройства имеется логический приоритет в работе выводов «останова» над «запуском», в то время как у оригинала все наоборот. И хотя в большинстве типовых схем данный функционал не используется, его все же необходимо учитывать в своих разработках.
Схемы включения ne555
Моностабильный режим
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.
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.
Не рекомендуется превышать частотный предел в 360 кГц, так как большие значения могут приводить к нестабильной работе устройства.
Проверка работоспособности
Для своих самоделок NE555 можно выпаять из старого, ненужного или уже неисправного оборудования. Она встречается в пультах управления, терморстатах, терморегуляторах, ёлочных гирляндах, светомузыкальных и различных устройствах с временной задержкой включения, автомобильных тахометрах и др. Если повезло и Вам удалось найти её, то перед использованием в своих электронных конструкциях, необходимо определить её на работоспособность.
Проверить мультиметром не получится. Поэтому для этих целей обычно используют простенький тестер – он же «мигалка на светодиодах». Если после подключения питания оба диода поочередно помигивают, то NE-шка рабочая. В противном случае – неисправна.
Применение
Невероятно низкая цена, доступность и простота реализации функционально сложных и в тоже время тривиальных электронных схем на ее основе, без глубоких познаний в области электроники, сделали её самой любимой игрушкой большинства начинающих радиолюбителей. Она является сердцем самых разнообразных и очень популярных конструкций, в том числе сделанных своими руками.
По инструкции в непродолжительном видео Вы можете собрать некоторые из схем на NE555: простого и более совершенного металлоискателя пират, ШИМ-регулятора, повышающего DC-преобразователя и измерителя индуктивности и емкости на триггере Шмитта.
Производители
Рассмотренный универсальный таймер, созданный американской компанией Signeticsв далеком 1971 г., до сих пор продолжают выпускать почти все известными мировые брэнды полупроводниковой промышленности. При этом маркировка её полных аналогов у различных компании может отличатся от оригинала, несмотря на полную функциональную и физическую идентичность. Например судя по datasheet NE555 P (она же LM555P) и NE555N являются одним и тем же устройством двух конкурентов: Texas Instruments и STMicroelectronics соответственно. NE555L является продуктом китайской Unisonic Technologies Co (UTC). Японская Motorolа когда то делала CMOS-версии с обозначением MC1455. В настоящее время продолжается процесс её совершенствования и модернизации под современные требования.
Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе. Внутри корпуса с восемью выводами скрываются транзисторы, диоды и резисторы. Не будем вдаваться в доскональное изучение 555, но про ножки этой микросхемы я расскажу более подробно. Всего ножек 8.
1. Земля. Вывод, который во всех схемах нужно подключать к минусу питания.
2. Триггер, он же запуск. Если напряжение на пуске падает ниже 1/3 Vпит, то таймер запускается. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.
3. Выход. Напряжение выхода примерно на 1,7 В ниже напряжения питания, когда он включен. Максимальная нагрузка, которую может выдержать выход — 200 мА.
4. Сброс. Если подать на него низкий уровень напряжения (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент. Если в схеме не нужен сброс, то рекомендуется подключить этот вывод к плюсу питания.
5. Контроль. Этот вывод позволит нам получить доступ к опорному напряжению компаратора №1. Используется этот вывод очень редко, а вися в воздухе может сбивать работу, поэтому в схеме его лучше всего присоединить к земле.
6. Порог, он же стоп. Если напряжение на этом выходе выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в состояние покоя. Стоит заметить, что работает выход только тогда, когда вход выключен.
7. Разряд. Этот выход соединяется с землей внутри самой микросхемы, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда на выходе высокий уровень. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход.
8. Питание. Данный выход нужно подключать к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжение в пределах 4,5-16 В. Может работать от обычной 9В-батарейки или от проводка USB.
Режимы
Ну что же пришло время поведать вам о режимах микросхемы 555. Их всего 3 и о каждом я расскажу более подробно.
Моностабильный
При подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Длину импульса можно рассчитать по формуле t=1.1*R*C. Пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной, так и по максимальной длительности. Есть некоторые практические ограничения, которые можно обойти, но стоит задуматься над тем, нужно ли это и не проще ли выбрать другое решение. Итак, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С — 95пФ. Можно и меньше, но при этом схема начнет поглощать много электричества.
Нестабильный мультивибратор
В этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам — сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний. Частота с которой будет колебаться зависит от параметров величин R1,R2 и C и определяется она по формуле F= 1,44/((R1+R2)C). В течение времени t1 = 0.693(R1+R2)C на выходе будет высокий уровень, а в течение времени 2 = 0.693R2C — низкий.
Бистабильный
В данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку — выход включился, нажал другую — выключился.
Читайте также: