Donnerstag, 30. Juli 2015

555 Timer | Monostabile Kippstufe

In diesem Artikel geht es um einen sehr beliebten IC, den 555 Timer . Ein 555 Timer hat 2 interessante Modi. Er kann entweder auf Befehl den Output Pin für eine definierbare Zeitspanne auf High stellen, oder in regelmäßig zwischen Low und High wechseln.


Die Monostabile Kippstufe eines 555 Timers

Unter der monostabilen Kippstufe eines 555 Timers versteht man, dass er nur einen stabilen Zustand an seinem Ausgang(Pin 3) hat, nämlich low. Sollte er an seinem "Eingang"(Pin 2) aktiviert werden, wird der Ausgang auf high gestellt, jedoch nur für eine bestimmte Zeitspanne, weshalb dieser Zustand nicht als stabil gilt. Um die Länge, die der Ausgang, nach Aktivierung des Eingangs, auf high bleibt, zu verändern, kann man einen Widerstand sowie einen Kondensator verwenden. Diese beiden zusammen legen die Zeitspanne fest. Dabei kommt ein großer Kondensator mit einem kleinen Widerstand auf das selbe Ergebnis, wie ein kleiner Kondensator mit einem großen Widerstand. Es ist, in der Praxis, jedoch nicht sinnvoll die beiden Größen zu unterschiedlich werden zu lassen, da der Timer dadurch ungenau wird. Beim Thema Ungenauigkeit ist auch noch hinzuzufügen, dass ein Widerstand immer einen Toleranzbereich hat(oft sogar über 5%). Deshalb sollte man für diese Projekt möglichst genaue Widerstände nehmen. Die Formel zur Berechnung der Zeit, welche der Ausgang nach Aktivierung des Eingangs, auf high bleibt lautet:
Widerstand(in Ohm) * Kondensatorstärke(in Mikrofarad) * 0,0000011 = Zeit

Hier seht ihr die Pinbelegung des 555 Timers:
Pin 1 wird mit dem Ground verbunden und Pin 8 mit der Spannungsversorgung(5V bis 15V). Pin 2(der Eingang) wird über einen Pullup Widerstand mit der Spannungsversorgung verbunden. 10kOhm sind ein guter Richtwert dafür(braun-schwarz-orange-golden/andere Genauigkeit). Zur Stärke von Widerständen und deren Berechnung, gibt es hier einen Artikel. Zusätzlich muss in die Breadbordspalte von Pin 2 ein Kabel, welches zum Auslösen mit dem Ground verbunden wird, beispielsweise über einen Button. Pin 3(der Ausgang) kann mit einem beliebigen Gerät verbunden werden.Der Reset Pin muss nicht weiter beachtet werden. An Pin 5 wird die Control Voltage(die Versorgungsspannung) angeschlossen, dazwischen muss jedoch ein 0.1 Mikrofarad Kondensator geschaltet werden. Diese werden oft mit der Zahl 104 beschriftet. Zwischen Pin 8 und Pin 7 wird der Widerstand geschaltet, welcher Einfluss auf die Zeit hat. In meinem Beispiel ist der Widerstand 100kOhm groß(braun-schwarz-schwarz-orange-braun/andere Genauigkeit). Pin 7 wird außerdem mit einem Kabel direkt mit Pin 6 verbunden. Pin 6 wird über einen Kondensator, das andere Element welches Einfluss auf die Zeit hat, mit dem Ground verbunden. Ich verwende hierbei einen 220 Mikrofarad Kondensator(Richtung beachten). Insgesamt sieht die Schaltung, mit einer LED am Output und einem Button am Input, so aus:
Vielleicht ist euch auf dem Bild ja der Kondensator zwischen Pin 1(Ground) und Pin 8(Vcc) augefallen. Dieser dient dazu die Spannung zu glätten. Das bedeutet, dass der Kondensator sich bei Spannungssspitzen "auflädt" und bei geringerer Spannung, als gewünscht, "entlädt". Ich verwende nur einen kleinen 0,1 Mikrofarad Kondensator, da meine Spannungsversorgung relativ gut sein sollte(ein Arduino Uno). Wenn wir nun die Werte meines Beispiels (100kOhm und 220Mikrofarad) in die Gleichung einsetzt (100000 * 220 * 0,0000011 = 24,2 Sek) erhält man 24,2 Sekunden als Ergebnis. Das bedeutet, dass sobald man den Button kurz drückt und damit den Eingang auf low zieht, der Output für 24,2 Sekunden auf high ist, und dementsprechend die LED leuchtet.
Wie ihr in dem Video seht ist der Wert doch relativ nah am ausgerechneten Wert. Da ich die Kamera halten musst war meine Reaktion eingeschränkt wobei ich ohne Kamera, in einem vorherigen Probelauf, auf 24,9 Sekunden kam. Um genau die 24,2 Sekunden zu erhalten wäre es sinnvoll den Kondensator kleiner und den Widerstand größer zu machen um sie anzugleichen, sowie genauere Widerstände zu wählen. Meiner hat immerhin noch 1% Toleranz.

Anstatt den Timer zu verwenden, um eine LED zu steuern, könnte man den 555 Timer auch mit dem Arduino verbinden. Beispielsweise könnte man dadurch den Arduino länger in den Standy by Modus schicken, wodurch er noch stromsparender wäre.

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