jeudi 15 décembre 2016

Étude de CI: Exploration du timer 555


Mis sur le marché en 1971, le 555 est un grand classique de l'électronique même si, à l'ère des microcontrôleurs à prix modique, ses possibilités vous sembleront peut-être quelque peu limitées.

Le 555 est une minuterie:  on peut l'utiliser pour générer une impulsion de durée prédéterminée (mode monostable) ou une oscillation de fréquence prédéterminée (mode astable).

Je vous propose ici trois petites expériences simple à réaliser sur breadboard, qui vous permettront d'explorer les trois modes d'utilisation du 555:  monostable, bistable et astable.

Mais avant tout, commençons par une brève description du circuit intégré, qui comporte 8 broches:
  • Il est alimenté au moyen des pins 1 (GND) et 8 (VCC).  La tension d'alimentation peut prendre n'importe quelle valeur située entre 4,5 V et 16 V.

  • La pin 2 "TRIGGER" est la gachette:  une entrée qui déclenche le début du chronométrage lorsqu'elle est soumise à une tension basse (1/3 de Vcc ou moins).
  • La pin 3 "OUTPUT" est la sortie.  Elle peut être basse (quelques millivolts) ou haute (environ 1,7 V de moins que VCC).
  • La pin 4 "RESET" est une entrée qui permet la réinitialisation de la minuterie (lorsqu'elle est soumise à une tension nulle)
  • La pin 5 "CONTROL", rarement utilisée, est une entrée qui permet de modifier la tension de référence pour qu'elle soit autre chose que la valeur par défaut (2/3 de VCC).
  • La pin 6 "TRESHOLD" est le seuil:  une entrée qui déclenche la fin de la minuterie lorsqu'elle est soumise à une tension supérieure à la tension de la pin "CONTROL" (par défaut: 2/3 de VCC).
  • La pin 7 "DISCHARGE":  sortie qui permet la décharge d'un condensateur.  C'est la durée de la charge de ce condensateur qui influencera le temps pendant lequel la sortie (pin 3) sera haute.
En bref:  la sortie (pin 3) est généralement basse.  Mais si la gachette (pin 2) est mise à 0 V, la sortie devient haute jusqu'à ce que le seuil (pin 6) soit soumis à une tension supérieure à (2/3)*VCC.  À ce moment, la sortie redevient basse.

Fonctionnement en mode bistable

Voici le schéma d'un circuit dans lequel le 555 est en mode bistable.  Une LED est utilisée pour visualiser l'état de la sortie.  Le schéma indique une tension d'alimentation de 5 V mais, comme je le mentionnais plus haut, ça peut être beaucoup plus si vous le préférez (au besoin, augmentez la résistance de protection de la LED).


Dans ce mode, le 555 se comporte comme une bascule (flip-flop) et non comme une minuterie:   lorsque vous appuyez sur le bouton qui est lié à la gachette (pin 2), cette dernière est temporairement soumise à une tension nulle, ce qui a pour effet de mettre la sortie (pin 3) dans son état haut:  la LED s'allume, et elle demeure allumée même après avoir relâché le bouton (le 555 agit donc comme une mémoire: il se "souvient" que le bouton a été enfoncé, même s'il ne l'est plus).

Pour éteindre la LED, il s'agit d'appuyer sur le bouton qui est relié à la pin 4 (reset).  Là encore, la LED demeure éteinte après que vous ayez relâché le bouton.

Comme je le disais plus haut, lorsque la gachette est mise à 0 V, la sortie devient haute jusqu'à ce que la pin 6 soit soumise à une tension supérieure aux 2/3 de VCC:  en mode bistable, cette situation n'arrive jamais, puisque la pin 6, étant reliée à la masse (GND), demeure toujours à 0 V.




Fonctionnement en mode monostable

Modifions maintenant notre circuit pour que le 555 fonctionne plutôt en mode monostable.  Par rapport au circuit précédent, rien ne change en ce qui concerne les pins 1, 2, 3, 5 et 8. Par contre, la pin 4 est directement reliée à 5 V.  Observez également les pins 6 et 7:  elles sont reliées ensemble par un fil conducteur, ainsi qu'à un condensateur (relié à la masse) et une résistance (reliée à 5 V).



Cette fois, lorsque vous appuyez sur le bouton, la LED s'allume pendant quelques secondes, et finit par s'éteindre d'elle même.



Le temps pendant lequel la LED demeure allumée après qu'on ait relâché le bouton dépend de la valeur de la résistance et du condensateur branchés aux pins 6 et 7.  Le temps nécessaire pour que notre petit circuit RC atteigne une charge équivalent aux 2/3 de VCC est donné par l'équation suivante:

     t = ln(3) * RC

Ici, j'ai utilisé une résistance de 220 kΩ (R = 220 000 Ω) et un condensateur de 10 μF (C = 0,000010 F):

    t = ln(3) * 220 000 * 0,000010 = 2,2 s

La LED reste donc allumée pendant environ 2,2 s.

Il est également possible d'utiliser un calculateur en ligne.

Il va sans dire que vous pouvez modifier la valeur de la résistance et/ou de la capacité afin que le comportement du circuit corresponde à vos besoins.

Si le coeur vous en dit, vous pouvez utiliser un multimètre pour mesurer la tension de la pin 6:  suite à l'appui sur le bouton, cette tension augmente progressivement jusqu'à atteindre 3,3 V (ce qui correspond aux 2/3 de 5 V):  c'est à ce moment que la LED s'éteint.

J'ai récemment utilisé un 555 en mode monostable pour transformer un véhicule radiocommandé en robot autonome.

Fonctionnement en mode astable

Il ne nous reste plus qu'à expérimenter le mode astable, dans lequel la LED clignotera sans arrêt.  Si on le compare au circuit monostable ci-dessus, les pins 1, 3, 4, 5 et 8 ne subissent aucune modification.

Le fil conducteur qui reliait les pins 6 et 7, toutefois, est remplacé par une résistance, et la pin 2 est reliée à la pin 6.


Cette fois, la LED clignote (plutôt lentement) de façon autonome.  Avec les valeurs de résistances et de capacité indiquées sur le schéma, elle devrait être allumée longtemps, et éteinte brièvement.





Cette fois, les valeurs de résistance et de capacité permettent de contrôler deux paramètres:  le temps pendant lequel la LED est allumée, et le temps pendant lequel la LED est éteinte:

        temps LED allumée = ln(2) * C * (R1 + R2)

        temps LED éteinte = ln(2) * C * R2

(R2 étant la résistance qui fait le lien entre la pin 6 et la pin 7)

Avec les valeurs indiquées dans le schéma ci-dessus, on obtient les valeurs suivantes:

     temps LED allumée = ln (2) * 0,00001 * (220000 + 220000) = 3,0 s

     temps LED éteinte = ln(2) * 0,00001 * 220000 = 1,5 s

La LED s'allume pendant 3 secondes, puis s'éteint pendant 1,5 s.

Si vous préférez, vous pouvez utiliser une page web qui fera le calcul pour vous.

Dans le passé, j'ai publié quelques projets impliquant le 555 en mode astable: fabrication d'un métronome, de l'Atari Punk Console, et d'un oscillateur pour pratiquer le code morse.

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)


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