EMULARE IL 555 CON UN MICRO - 4

Funzionamento elettrico del circuito

Definita l’architettura del circuito passiamo alla analisi elettrica ricavando le formule che ne regolano il funzionamento.  Il circuito genera un segnale ad onda quadra la cui frequenza fout e duty cycle D dipendono dalla evoluzione temporale del nodo CAP durante le fasi di carica e scarica. Se indichiamo con ton e toff rispettivamente il tempo della fase di scarica e di carica del nodo CAP all’interno dell’intervallo di tensione compreso tra 2/3 VDD e 1/3 VDD il valore della frequenza in uscita è:

fout= 1 / (ton+toff)

mentre il duty cycle  D o ciclo di servizio è dato dalla formula:

D= ton/(ton+toff)

La fase di carica inizia quando la tensione del nodo CAP raggiunge il valore al di sotto della soglia di 1/3 VDD per effetto della azione del nodo DCHG che scarica il nodo CAP tramite la resistenza R2. In questo caso l’uscita diventa alta e il nodo discharge si apre permettendo la carica del nodo CAP tramite le resistenze R1 e R2 fino al valore di tensione pari a 2/3 VDD. Quindi il tempo ton di carica (a cui corrisponde lo stato alto dell'uscita)

ton = (R1+R2 )x C x ln (0,5)= 0.69 x (R1+R2) x C

La fase di scarica inizia quando la tensione del nodo CAP raggiunge il valore al di sopra della soglia di 2/3 VDD. In questo caso l’uscita diventa bassa e il nodo DCHG si chiude permettendo la scarica del nodo CAP tramite la resistenza R2 fino al valore di tensione pari a 1/3 VDD. Quindi il tempo toff di scarica (a cui corrisponde lo stato asso dell' uscita)

ton= R2 x C x ln (0,5)= 0.69 x R2 x C

per cui le formula della frequenza fout e’:

fout= 1 / (ton+toff) =1 / [0.69 x C (2xR2 + R1)] = 1,44 / [ C (2R2 + R1)]

per il duty cycle D:

D= ton/(ton+toff)= (0.69 x R2 x C) / [0.69 x R2 x C (2+ R1/R2)] = R2/ (2R2 +R1)

  Riassumendo le formule sono:

fout = 1,44 / [ C (2*R2 + R1)]

D =1- R2/ (2*R2 +R1)

Limitazioni

La frequenza massima dell'oscillatore e' limitata dai tempi necessari al microcontrollore per implementare i vari circuiti del NE555,. Essendo la frequenza di sistema utilizzata dal micro pari a 16 MHz i tempi minimi richiesti per la fase di carica e scarica sono dell'ordine dei 20 us per cui li periodo minimo non può essere inferiore a 20 us. Questo si traduce ad una frequenza massima di 20 kHz indipendentemente dal valore dei componenti esterni.