現在是微處理器盛行的時代,許多東西皆簡化成以一顆MCU取代所有電路,但要編寫MCU需要的不僅僅是程式語言編寫能力,還要有很多基本程式觀念及門檻,以及要有一台電腦才能作業。想像一下70年代的矽谷,電腦一台要價4,700,000美金,這可不是人人負擔得起的,那麼那時的電子鐘要怎麼製作出來呢?
本系列專題就要帶大家不用Arduino做出電子鐘。電子鐘分成三個部分:
- 頻率為1Hz的時脈
- 計算時脈的計數器
- 顯示數字的七段顯示器
本篇重點在於介紹1Hz時脈的產生。
作者/攝影 |
CAVEDU實習生 陳俊霖 |
文章分類 | 教學技術文 |
時間 |
30mins |
成本 |
約20元 |
難度 | * |
材料表 |
(若想購買相關材料,請洽機器人王國商城) |
對於沒有學過電子電路的讀者想必對555這組數字很陌生,有人說555的名字是來自於使用三顆5KΩ的電阻,所以就直接取名為555,也有人說555只是當時老闆喜好的一組數字而已。
當時工程師Hans R. Camenzind花費好幾周的時間想出方法,運用簡單的電晶體與電阻,做出可任意調整周期與空占比的電路,使用時只需外加電阻與電容,便可完成相似於能夠程式化編寫的時脈產生器。雖然現今電腦普及,但我們仍可用不到10元的價格從網路取得555計時晶片,現在就讓我們看看怎麼使用這顆「經典IC」吧!
555的功能主要分成三種:單穩態模式、雙穩態模式及無穩態模式。我們這次使用的是無穩態模式,這種模式用在產生方波,如同它的名稱,無穩態表示不會穩定下來,會一直震盪。至於其他的使用模式在先前文章有提過,不妨參考看看:[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 自己來設計一個腳踏車方向燈吧!
Step1:首先,我們拿出麵包板,並將555 IC、電阻、電容如圖連接。
小提醒:
麵包板模擬圖上的電阻值與我們要使用的不同,圖2只是給位置參考而已,實際電路元件數值如圖3所示。
在這裡跟大家補充介紹555的腳位及對應功能,以及IC腳位識別:
第一次看到IC時,請仔細觀察它的表面會有一個小圓點在IC的邊角(有的IC其中一邊有一個缺口)。那個圓點的位置,就是IC的第一隻腳(若是只有一邊有缺口的,就把缺口朝向自己的左手邊,左下的腳就是第一隻腳)。若腳位接錯會使電路無法作動,嚴重一點會使整顆IC燒壞。
第1腳(接地GND):接至電源負極
第2腳(觸發TRI):當此腳位電壓低於1/3Vcc時,會使第三隻腳(OUT)輸出高電位,且讓第7腳(DIS)對地開路。
第3腳(輸出OUT):555IC的輸出腳,受到2、4、6腳控制產生對應的輸出。
第4腳(重製RST):若此腳電壓低於0.4v時,會使第三腳(OUT)輸出為低態。
第5腳(控制 CTRL):控制晶片的閾值電壓,一般使用都接一顆0.1uF電容後接地。
第6腳(臨界 THR):當此腳位電高於2/3Vcc時,會使第三腳(OUT)輸出為低態,且讓第7腳(DIS)對地短路。
第7腳(放電 DIS):與第3腳(OUT)同步動作,第3腳輸出高態則第7腳對地開路;第3腳輸出低態第7腳對地短路。
第8腳(電源Vcc):接至電源正極
以TI生產的 NC555為例,最高可接至18V電源,輸出腳可輸出200mA,使用時也要注意負載有沒有超出額定功率。而這次元件和工作模式都和上面提到的文章:[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 自己來設計一個腳踏車方向燈吧!一樣。
頻率公式 f =
我們將頻率設定成1Hz,並使用常見的電子元件得到元件數值:R1=51kΩ、R2=47kΩ、C=10μF。(由於電阻與電容的製造誤差,出來的時間無法太精準。)連接完成後接上電源,LED燈就會一秒一秒閃爍了!
成果影片:
為什麼我們在今日仍需要555 IC呢?因為,555的發明讓只想產生簡易時脈功能的Maker,不必仰賴MCU去編寫一個相似於Arduino裡的「Blink」程式,更能降低生產成本且電路也很簡單。而555的應用還不只這些,許多有關脈波的應用,例如伺服馬達(Servo motor)控制電路;以及頻率應用,例如音調產生器(Tone Generator)⋯⋯等等,讀者們還可以發揮創造力與想像力來運用555 IC。
延伸挑戰:
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既然頻率可由公式計算出來,我們是否可把R1、R2以可變電阻取代呢?會產生甚麼變化呢?
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若把可變電阻改成光敏電阻、熱敏電阻,又有什麼應用呢?
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若把第3腳(OUT)連接至小型揚聲器上,會有甚麼事情發生呢?
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您好,我想請問您於本篇文章中,繪製麵包板電路圖和純電路圖的軟體為何嗎?因我沒有學過電子,但最近因Arduino而開始對電子產生興趣。
您好,是 Fritzing 這套軟體喔,https://fritzing.org/home/