초코볼의 inside Tech

1. 당근마켓

당근마켓 설치 기념으로 이것 저것 중고품을 검색하던 중, 심플하면서 색감이 노스탈직한 타이머를 발견하게 됩니다.

직접 구매하려면 6만원 정도인데, 고장난 것이라 3천원! 그것도 회사 근처!

정신 차려보니 벌써 구매 예약을 하고 있는 자신을 발견.

회사 끝나고 사무실 근처에서 엎어 옵니다.

2. 외관

예전 학교 체육시간에 모두가 잘 보이도록 만들어진 큰 시계처럼 단순한 모양과 색을 가지고 있습니다.

검정, 흰색, 그리고 빨강. 

책상에 올려 놓으면 딱 좋은 크기. 인테리어 소품같은 느낌도 납니다.

아쉬운 점은, 딱 1시간만 타이머를 걸 수 있습니다. 아날로그 감성을 강조한 듯한 느낌이죠?

충격 흡수를 위해, 외피는 고무로 되어 있습니다. 모양의 디자인과 색, 그리고 기능성까지 완성도가 높네요.

3. 분해

판매하신 원래 주인 분 말씀 대로, 타이머가 작동하지 않네요.

뒷면의 나사를 모두 분리하면, 구동의 중심 부품이 나옵니다. 검은 색인데, 흰색 커버가 모두 가려주는 구성이군요.

QUARTZ 라는 문자와 MADE IN CHINA 가 보입니다.

코어 부분인 이 부품은 HD-1688 이라는 부품번호를 가지나 봅니다.

양쪽 걸쇠를 살짝씩 올려주면, 상판이 분리됩니다.

양쪽을 풀어 줬는데도 잘 안 움직이네요.

윗쪽에 위차한 스위치 뒷 쪽에도 힌지가 있으니, 드라이버 같은 것으로 걸려있는 부분을 해방시켜 줍니다.

짠~ 상판 분리 되었습니다.

4. 수리?

태엽이 감기지 않는 것은, 필시 저 톱니바퀴 문제라 생각하고 모두 분해해 줍니다.

본격적으로 수리해 보려 했습니다만, 톱니바퀴 이빨이나 맞물리는 부분에 문제가 없어 보이는군요.

전자 부품이나 회로 패턴에도 문제 없어 보입니다.

원래 주인 분꼐서 제대로 동작하지 않으면 손으로 살짝씩 돌렸다고 하시네요.

뭔가가 갈려 있을 줄 알았는데, 깨끗해서 할 것이 없습니다.

조립은 분해의 역순.

건전지를 넣고 동작 시켜보니..... 엇? 잘 동작 합니다.

분해 / 조립 과정에서 뒤틀린 부분이 제대로 되돌아 왔던지, 단순히 건전지의 문제?

득템 했으니, 이제 잘 사용하면 됩니다.

끝.

1. History

원래는 4x4 DIP socket 이 필요해서 찾아보던 중, 555 chip 에 소켓도 같이 딸려오는 패키지가 있어, 555 를 접하게 되었습니다.

이 555 chip 은 아날로그를 디지털화 시켜주는 chip 으로써, 개발하신 분도 이렇게까지 널리 사용될 줄은 몰랐다고 합니다.

1972년에 소개된 것이, 지금도 여전히 많이 사용되고 있고, 그 갯수가 한해 10억개에 이른다 합니다.

기본적인 사용처로는, timer, pulse generation, 그리고 oscillator 등에 사용된다고 합니다.

사용법은 간단하여, 입력단의 저항과 캐패시터, 또는 스위치를 이용하여 output 을 조절한다고 합니다.

* 555 timer IC

- https://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC

2. 구매

원래 DIP socket 구매의 주 목적은, ATtiny85 flashing 시, 잘못된 fuse bit 를 flashing 하게 되면 ATtiny85 가 벽돌이 됩니다.

이를 환생시켜 주기 위해서는 9~12V 를 이용하여 chip 을 reset 해줘야 하는 데, 그 회로를 만들기 위해 4x4 DIP 소켓이 필요했습니다.

아래 글에서 나와 있듯이 ATtiny85 를 Digispark 로 만들어 보면서 필요하게 된 내용 입니다.

* Hardware | ATtiny85 개발 보드를 이용하여 Digispark 를 DIY 하기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Digispark-DIY-using-ATtiny85

*  MCIGICM 20pcs , (10 each) NE555 IC 555 & 8 Pin DIP Sockets

- https://www.aliexpress.com/item/32701785561.html

도착은 아래와 같습니다.

도착샷을 올리는 것은, 포스트 내용을 길게 빼기 위해서 항상 빠질 수 없는 짓 입니다.

원하는 4x4 DIP 소켓을 얻게 되었구요.

NE555 chip 이 부차적으로(?) 딸려 왔습니다. :-D

사양 문서는 아래 올려 놨습니다.

- lm555.pdf

3. 기본 원리

555 에 대해서 동영상과 설명이 가장 잘 되어 있는 사이트는 아래와 같습니다.

* 555 Timer IC – Working Principle, Block Diagram, Circuit Schematics

- https://howtomechatronics.com/how-it-works/electronics/555-timer-ic-working-principle-block-diagram-circuit-schematics/

언뜻 보기엔 어려워 보이지만, 전자공학과 관련된 기초적인 지식만 가지고 있으면 이해할 수 있다고 봅니다.

아래 설명들은 위의 내용을 간략해서 올려 봅니다.

555 의 물리적인 diagram 과 논리적인 diagram 은 다음과 같습니다.

논리적인 구성은 다음과 같고, 전체적으로 보면,

입력 voltage 를 나누고 > 비교하고 > Flip-Flop > 방전 시키면서 출력에 변화를 가하는 회로로 이해 할 수 있습니다.

실제 구현을 살펴 보기 전에, 전체적인 흐름을 설명하면 다음과 같습니다.

우선 Vcc 를 통해서 받은 voltage 가 모든 것의 시작이 됩니다.

아래 예에서는 12V 를 입력하여, comparators 에 들어가는 input 을 저항을 통해 6V/3V 로 바꿔서 넣어 줍니다.

Threshold / Trigger 입력단을 통해, Vcc 의 1/3, 2/3 voltage 인 6V/3V 와 비교시켜, flip-flop 의 입력으로 사용합니다.

참고로 flip-flop 은 다음 그림과 같이, NAND gate 를 가지고 논리적인 output 값을 가집니다.

저도 처음 해보는 지라, 설명을 해 놓고도 이게 뭔말인가 싶습니다.

실제로 관련된 회로를 꾸며봐야 이해하기 쉬울 듯 합니다.

우리 주위에서 가장 흔히 볼 수 있는 활용 예는, 경찰차 표시등이나, 규칙적인 전구의 점등 등이 있겠습니다.

4. Mode : Bistable

위의 동작방식을 가지고 꾸며 볼 수 있는 방법이 3가지가 있습니다.

그 중, 먼저 Bistable 모드에 대해 알아봅니다.

아래처럼 Vcc 와 Trigger / Reset 사이에 저항과 스위치를 각각 가지고 있는 회로를 보겠습니다.

우선 스위치를 누르지 않았을 때의 초기 상태는 0 이 output 으로 출력됩니다.

Trigger 스위치를 누르게 되면, comparator 가 1 로 바뀌고, 결과적으로 output state 가 1 로 바뀌게 됩니다.

그 후, Reset 스위치를 누르면, 다시 초기 상태로 되돌아 옵니다.

이는 555 chip 을 flip-flop 처럼 사용하고 싶을 때 구성하는 방식이 되겠습니다.

아래 그림처럼, Trigger 와 Reset 은,

연속적으로 입력받는다 할 지라도, 최종 output 에는 영향 주지 않으며, 상태를 계속 유지하게 됩니다.

활용도 면에서는 memory cell 이 있겠습니다. Reset 되기 전 까지는 Trigger 가 한번이라도 되면 그 값을 계속 유지하게 되니까요.

5. Mode : Monostable

Trigger 단자에는 스위치 하나와 저항 하나, 그리고 ,Threshold 에는 캐페시터가 연결되어 있고,

Discharge 단자에 이 캐페시터가 연결되어 있는 구조 입니다.

처음에는 Trigger 단자로 Vcc 가 연결되어 있으니 활성화 되어 있고,

Q-bar 와 연결된 트랜지스터가 활성화 되어 Discharge 단자로 들어오는 Vcc 가 상쇄됩니다.

결과적으로 output 은 0 인 상태이고, 회로 전체적으로 아무 변화를 일으키지 않는 상태 입니다.

이 안정된 상태에서 Trigger 스위치가 눌리면, Q-bar 상태가 0 로 변경되면서 트랜지스터가 비활성화 됩니다.

연관하여 이 트랜지스터와 연결되어 있던 Discharge 단자가 차단되고, 캐페시터에 전압이 쌓이게 됩니다.

이 캐패시터의 전압이 2/3 Vcc 에 다다르면, Comparator 에 역전이 일어나면서 전체 회로가 초기 상태로 되돌아 갑니다.

Trigger 입력으로부터 초기 상태로 되돌아가기 까지는 캐패시터와 그와 연결된 저항값에 따라 조절될 수 있습니다.

한번 입력을 넣어 놓으면, 일정 시간이 지나고 자동으로 되돌아 오는 기능이 필요시 사용되는 모드 입니다.

6. Mode : Astable

Astable 모드는 주파수 발진기로 사용될 수 있습니다.

입력받는 저항 및 캐패시터에 의해 정해지는 시간을 주기로 반복적으로 output 값이 1/0 을 나타내게 됩니다.

초기 상태는 트랜지스터가 비활성화된 상태이므로, 캐패시터에 전자가 쌓이게 되고, 1/3 Vcc 지점까지 올라갑니다.

처음 1/3 Vcc 는 Trigger 쪽 Comparator 를 1에서 0 으로 변화시키지만, Q-bar 값을 변화시키지 않으므로, 기존 상태를 유지합니다.

이제 캐패시터가 2/3 Vcc 까지 다다르게 되면, Threshold 쪽 Comparator 상태변화에 따라 최종 output 값이 0으로 바뀌게 됩니다.

이 바뀐 상태가 트랜지스터의 Discharge 회로를 활성화 시키며, 캐패시터의 전자들이 방전되기 시작합니다.

그러면서 1/3 Vcc 까지 떨어지면, 전 회로 상태가 바뀌어, 다시 output 이 1로 변경됩니다.

이제, 캐패시터 voltage 는 1/3 Vcc 에서 2/3 Vcc 사이를 왔다갔다 하면서 충방전이 일어나며, 전체 output 을 0 / 1 변하게 됩니다.

결국 주파수 신호 발생기, pulse generator 역할을 하게 됩니다.

Output 이 1인 상태로 유지하는 시간과 0 을 유지하는 시간은, 저항 2개와 캐패시터 하나의 값에 따라 정해지게 됩니다.

휴.... 이론적인 부분은 여기까지 입니다.

7. Pulse Generator

단순한 구조와 넓은 입력 voltage 값, 잘 고장나지 않는 구조때문에 적용 범위가 엄청 많이 있습니다.

이대로 끝내면 아쉬우니 Astable 상태를 가지고 pulse generation 회로를 꾸며 봤습니다.

아래 사이트를 전적으로 참고하였습니다.

무난하게 잘 동작했습니다.

아쉬우니 동영상으로도 남겨 봅니다.

FIN

555 chip 을 알기 위해선 flip-flop 도 이해해야 하고, Op-amp 를 이용한 comparator 도 이해 해야 하고,

대학교 수업 때, 무식하게 외웠던 내용들을 이 나이 되어서야 logic 적으로 이해할 수 있는 계기가 되는 실험이었습니다.

이제 기초적인 내용을 정리해 봤으니,

앞으로는 실생활에 여전히 많이 쓰이는 555 에 대하여, 시간 날 때마다 하나씩 실험해 보겠습니다.

마지막으로, 555 에 대해 나름 유명한 cookbook 들이 있어 PDF 파일을 올려 놓습니다.

Forrest Mims - 555 Timer IC Circuits.pdf

ICTimerCookbook1stEd1977_WalterGJung.zip.001

ICTimerCookbook1stEd1977_WalterGJung.zip.002

50-555Circuits.pdf

555_basics.zip.001

555_basics.zip.002