Il venerabile Timer 555

Pochi circuiti integrati possono vantare una versatilità e una longevità come quelle dell'umile timer 555. Un piccolo chip ad otto pin che, insieme ad una manciata di componenti extra, può fare di tutto, dal far lampeggiare un LED un paio di volte al secondo alla creazione di musica ed effetti sonori. In questo articolo, andremo a fare una panoramica su questo chip sia dal punto di vista storico che tecnico.

Introduzione

Il timer 555 è ancora oggi uno dei circuiti integrati più versatili a più di 50 anni dalla messa in commercio. Può generare segnali PWM, toni, impulsi single-shot, e in modalità bistabile è in grado di emulare un flip-flop. Tutte le modalità di cui è capace sono attivabili cambiando solo alcuni componenti esterni al circuito integrato. Essendo anche molto economico, ha trovato spazio in tante tipologie diverse di applicazioni che i suoi inventori originali non avrebbero mai immaginato. C'è anche un luogo comune secondo il quale non si dovrebbe usare un microcontrollore quando un 555 lo può sostituire, e sebbene sia un commento un pò abusato, risulta spesso vero.

Anche se molte delle sue capacità sono oggi realizzabili da un microcontrollore, c'è sicuramente l'opportunità di delegare ad un 555 alcune operazioni, nonostante in un progetto si abbia ancora bisogno di un microcontrollore. Delegare attività come il debounce o l'input latching sull'hardware piuttosto che spendere cicli o pin del microcontrollore può rendere un progetto più robusto, sia dal punto di vista dell'affidabilità che del software.

Storia del 555

Quando l'ingegnere svizzero Hans Camenzind si mise in proprio, aveva già in mente l'idea di base per un chip timer. L'ispirazione gli venne dalla sua formazione tecnica sulla progettazione radiofonica. Hans desiderava costruire una radio su un chip. Sapeva che i progetti tradizionali che utilizzavano grandi bobine non avrebbero funzionato nel silicio, e cercò quindi delle alternative.

Quella più interessante erano gli anelli ad aggancio di fase, o PLL, perfetti per i circuiti di sintonizzazione necessari per costruire un ricevitore radio in un circuito integrato. Approdato a Signetics, convinse la sua nuova dirigenza che un chip PLL poteva essere vincente. Accettarono e Hans progettò il chip 565 PLL, un prodotto di successo a sé stante.

Una delle parti principali del PLL che Hans progettò era un oscillatore la cui frequenza poteva essere controllata da componenti esterni. Hans pensò che questo poteva essere facilmente modificato in un circuito per la temporizzazione, che poteva essere utilizzato in modalità free-running o one-shot, a seconda di come erano connessi i componenti esterni. Pensò che un timer del genere sarebbe stato un componente utile da solo e lo propose a Signetics come progetto. Nel 1971, Signetics lanciò il suo chip, soprannominato "555".

Il nuovo chip aveva un totale di 23 transistor, 16 resistori e due diodi a bordo ed era confezionato in un DIP a 8 pin. Quando uscì nel 1972, fu venduto per soli 0,75 dollari e fu un successo immediato. Gli ingegneri si innamorarono del chip per la sua semplicità e flessibilità. Poteva fare praticamente qualsiasi cosa e Hans era costantemente sorpreso dalle applicazioni che i progettisti avevano pensato per esso. L'aveva visto come un timer che poteva essere utilizzato come oscillatore, ma non riusciva a prevederne tutti gli usi.

Il 555, nei successivi anni, ha trovato posto in centinaia di prodotti, dagli elettrodomestici da cucina ai giocattoli, dalle console di gioco ai PC, ed è persino arrivato nello spazio sui satelliti. Oltre un miliardo di chip sono stati prodotti tra il 1972 e il 2003, e il design è rimasto lo stesso in tutto quel tempo. Il 555 ha resistito all'avanzamento tecnologico non perché fosse un design solido. Il motivo per cui è diventato un classico, è che è stato volutamente reso il più flessibile possibile.

Schema interno del 555

Il package più comune per il timer 555 è quello rettangolare che ha quattro pin su ogni lato. Il timer 555 ha tre modalità di funzionamento: bistabile, monostabile e astabile. Ora esamineremo il circuito interno del timer 555 e indicheremo il significato di ogni simbolo nello schema a blocchi di Figura 1.

Figura 1: Schema a blocchi del circuito interno del timer 555

Il partitore di tensione è costituito da tre resistori identici da 5 kΩ che creano due tensioni di riferimento pari a 1/3 e 2/3 della tensione VCC.

Poi ci sono i due comparatori. Un comparatore confronta due tensioni di ingresso analogiche, una al suo terminale positivo (non invertente) e l'altra a quello negativo (invertente). Se la tensione di ingresso al terminale positivo è superiore alla tensione di ingresso al terminale negativo, il comparatore emette un 1 logico. Viceversa, se la tensione al terminale di ingresso negativo è superiore alla tensione al terminale positivo, il comparatore emette uno 0 logico.

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