CSS555 EEPROM編程器開源分享

描述

今年世界著名的555定時(shí)器IC迎來50周年！從那時(shí)起，IC 發(fā)生了很多事情，但 555 定時(shí)器 IC 仍然有其追隨者。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都知道，如果您需要一個(gè)計(jì)時(shí)器用于必須節(jié)省電力的項(xiàng)目，現(xiàn)在您可以購(gòu)買經(jīng)典 555 計(jì)時(shí)器的 CMOS 版本。然而，似乎沒有多少人知道CSS555計(jì)時(shí)器。這款 IC 在很多方面都非常特別。首先，它僅使用其他低功率CMOS 555 IC（例如TLC555）使用的功率的1/10。其次，CSS555 有一個(gè)內(nèi)置的 EEPROM，允許您對(duì)其進(jìn)行編程，以將延遲時(shí)間乘以 1（標(biāo)準(zhǔn) 555）到 100 萬倍。這太棒了，因?yàn)?555 定時(shí)器的長(zhǎng)時(shí)間延遲總是需要使用非常大的電解電容器。因此，使用 CSS555，您可以跳過它并堅(jiān)持使用數(shù)量級(jí)更小的陶瓷電容器。這樣可以節(jié)省空間并使電路總體上更可靠。看看下圖中的兩個(gè)電容器。左邊是10uF陶瓷電容，右邊是1000uF電解電容。使用普通的 555 定時(shí)器（例如 NE555 或 TLC555）并使用相同的延時(shí)電阻，較大的電解電容器會(huì)產(chǎn)生比小得多的陶瓷電容器產(chǎn)生的延遲長(zhǎng) 100 倍的時(shí)間延遲。但是，使用 CSS555 計(jì)時(shí)器，您可以將其編程為具有 1、000、000 的乘法因子。如果這樣做，則意味著您可以從較小的陶瓷電容器中獲得時(shí)間延遲，該時(shí)間延遲比較大的電容器使用常規(guī) 555 計(jì)時(shí)器所提供的時(shí)間長(zhǎng) 10, 000 (！)....

除了 CSS555 定時(shí)器外，還有一個(gè) CSS555C 定時(shí)器，它還具有一個(gè)內(nèi)置電容器，您可以將其值編程為 (85-115 pF)。這將使您可以輕松地微調(diào)電路！簡(jiǎn)而言之，如果您要設(shè)計(jì)需要定時(shí)器并依靠電池供電長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的電路，那么 CSS555/CSS555C 定時(shí)器值得一看。

基于 Arduino 的 EEPROM 編程器

雖然很高興能夠在 CSS555/CSS555C 中對(duì)內(nèi)部 EEPROM 進(jìn)行編程，但您還需要一些東西來對(duì)其進(jìn)行編程。您過去可以為這些 IC 購(gòu)買一個(gè)編程器（EZ-programmer ），但在本文中，我將向您展示一種使用 Arduino 對(duì)這些 IC 進(jìn)行編程的簡(jiǎn)單方法。我應(yīng)該提到我的程序的一部分是基于我在網(wǎng)上找到的由 Ron Spooner 編寫的代碼。謝謝羅恩??！但是，我的代碼有一些關(guān)鍵的時(shí)間差異，它擴(kuò)展了功能，還包括驗(yàn)證功能。這樣，您就知道在將已編程的 CSS555/CSS555C 插入電路之前編程進(jìn)行得很順利。

對(duì)于這個(gè) EEPROM 項(xiàng)目，我選擇了基于 I2C OLED 顯示器和 4x4 鍵盤的用戶界面。我還包括一個(gè)控制 CSS555/CSS555C 電源的功能，這樣您就可以在不關(guān)閉 Arduino 電源的情況下熱插拔 CSS55/CSS555C。因此，我必須在這個(gè)項(xiàng)目中使用 Arduino Mega，因?yàn)?Uno 和 Nano 都缺少我們需要的數(shù)字引腳數(shù)量（需要 1 個(gè)額外的引腳）。

除了 Arduino Mega、OLED 顯示屏和鍵盤外，該項(xiàng)目還使用了兩個(gè)晶體管（2N2222 和 2N2907）、兩個(gè) 510 歐姆電阻、一個(gè) 5.1K 電阻和一個(gè)綠色 LED。LED 指示 555 的電源何時(shí)打開，這在讀/寫操作期間是短暫的。當(dāng) LED 熄滅時(shí)，可以安全地移除 CSS555/CSS555C。

用于 CSS555/CSS555C 的基于 Arduino MEGA 的 EEPROM 編程器

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如何使用 EEPROM 編程器

程序員正在使用一組菜單，允許您設(shè)置 CSS555 和 CSS555C IC 中的所有參數(shù)。此外，它還允許您設(shè)置外部參數(shù)（Ra、Rb、Cx），它會(huì)根據(jù)設(shè)置自動(dòng)計(jì)算延遲時(shí)間。此外，每次寫入 EEPROM 時(shí)，設(shè)置都會(huì)存儲(chǔ)在 Arduino 內(nèi)部，并在下次啟動(dòng) Arduino 時(shí)調(diào)用。這將使您不必重新輸入您通常使用的所有值。

當(dāng)您使用編程器時(shí)，以下按鍵具有特殊功能：

A) 進(jìn)入主菜單

B) 跳到下一個(gè)子類別

C) 增加顯示的值

D) 減少顯示的值

7) 大幅減少顯示的值

9) 大幅增加顯示的值

#) 寫入 EEPROM

EEPROM 編程器的特寫，顯示啟動(dòng)時(shí)的主菜單。

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用于輸入信息的 4x4 鍵盤。

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外部參數(shù)（Ra、Rb 和 Cx）選自 E6 系列。電阻器以 Kohm 為單位，其值可以在 100K-10M 范圍內(nèi)。電容以 pF 為單位，值在 10pF-10nF 范圍內(nèi)。如果不使用外部電容，它也可以設(shè)置為零。但請(qǐng)注意，軟件會(huì)自動(dòng)將內(nèi)部寄生電容 (26 pF) 考慮在內(nèi)，以進(jìn)行所有計(jì)算。這個(gè)寄生值是通過一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。

內(nèi)部電容（僅限 CSS555C）可以在 85pF 和 115pF 之間設(shè)置，增量約為 0.1pF（8 位，256 級(jí)，30pF 范圍）。

設(shè)置內(nèi)部電容值時(shí)的 EEPROM 編程器特寫。延遲時(shí)間 (T) 以 HH:MM:SS 格式顯示。在這種情況下，延遲時(shí)間計(jì)算為 1 小時(shí) 12 分 38 秒。

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仔細(xì)查看 EEPROM 信號(hào)和時(shí)序

完全配置 CSS555/CSS555C 只需要兩個(gè)字節(jié)（配置字節(jié)和電容字節(jié)）。雖然這聽起來很容易，但我很快發(fā)現(xiàn)這很困難。這主要是由于該 IC 的文檔（舊版本）中存在與時(shí)序相關(guān)的錯(cuò)字。但在制造商的幫助下，通過使用示波器查看信號(hào)，我終于弄清楚了如何讓這一切正常工作。因此，我想我可以在這里分享我的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗赡軙?huì)為那些對(duì)這些計(jì)時(shí)器感興趣的人提供一些關(guān)于協(xié)議的信息。

對(duì)于您將設(shè)置或讀取的每個(gè)字節(jié)（配置字節(jié)和電容字節(jié)），與 CSS555/CSS555C 的通信是一個(gè)兩步過程。首先，您發(fā)送一個(gè)命令字節(jié)，指示您想要做什么（設(shè)置或讀取以及您引用的字節(jié)），然后您發(fā)送字節(jié)或從 CSS555/CSS555C 讀回一個(gè)字節(jié)。

在 CSS555/CSS555C 上設(shè)置一個(gè)字節(jié)

在下面的圖 1a 中，我展示了當(dāng)我們發(fā)送命令字節(jié) 0001-0010 然后發(fā)送配置字節(jié) 0000-1011 時(shí)信號(hào)的樣子。這里要注意的重要一點(diǎn)是，觸發(fā)發(fā)生在命令字節(jié)的時(shí)鐘脈沖的上升沿（低到高）和配置字節(jié)的下降沿（高到低）！我在圖中用垂直線標(biāo)記了觸發(fā)點(diǎn)。還應(yīng)該指出的是，在與 EEPROM 通信時(shí)，所有位都以相反的順序發(fā)送（LSB 在前）。

圖 1a：設(shè)置命令/數(shù)據(jù)字節(jié)階段的信號(hào)。黃色：?jiǎn)⒂茫凵簳r(shí)鐘，藍(lán)色：CSS555 上的數(shù)據(jù)輸入引腳，綠色：CSS555 上的數(shù)據(jù)輸出引腳。設(shè)置（數(shù)據(jù)字節(jié)中的最后四位）：1011，單穩(wěn)態(tài) 1000X。示波器：Sigilent SDS1104X-E。

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從 CSS555/CSS555C 讀取一個(gè)字節(jié)

當(dāng)我們想從 CSS555/CSS555C 讀取一個(gè)字節(jié)時(shí)，我們首先必須發(fā)送一個(gè)指示我們想要做什么的命令，然后監(jiān)聽來自 CSS555/CSS555C 的字節(jié)。在下面的圖 1b 中，我展示了當(dāng)我們發(fā)送命令字節(jié) 0001-0001 然后讀回字節(jié) 0000-1011 時(shí)，該相位在示波器上的樣子。和以前一樣，請(qǐng)注意，發(fā)送命令字節(jié)時(shí)觸發(fā)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的上升沿（低到高），而從 CSS555/CSS555C 讀取字節(jié)時(shí)，觸發(fā)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的下降沿（高到低）。

圖 1b：設(shè)置命令/回讀數(shù)據(jù)字節(jié)階段的信號(hào)。黃色：?jiǎn)⒂?，粉色：時(shí)鐘，藍(lán)色：CSS555 上的數(shù)據(jù)輸入引腳，綠色：CSS555 上的數(shù)據(jù)輸出引腳。設(shè)置（數(shù)據(jù)字節(jié)中的最后四位）：1011，單穩(wěn)態(tài) 1000X。示波器：Sigilent SDS1104X-E。

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最后的想法

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們展示了如何輕松地為 CSS555/CSS55C 定時(shí)器 IC 制作基于 Arduino 的 EEPROM 編程器。兩個(gè)定時(shí)器的區(qū)別在于 C 版本還包括一個(gè)可編程電容器，該電容器的值可以設(shè)置為 85 到 115 pF。

然而，在我對(duì)這兩個(gè)版本的實(shí)驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣的東西。在我的設(shè)置中，CSS555 版本的 IC 實(shí)際上具有大約 26 pF 的內(nèi)部寄生電容。但是您為 C 版本編寫的值包括此值！因此，實(shí)際上 C 版本中的可編程電容可以取 59 到 89 pF 的值，因?yàn)閮?nèi)部 26 pF（常數(shù)）被添加到該值。這并不重要，但值得指出的是，您為 C 版 IC 設(shè)置的電容是包括內(nèi)部寄生電容在內(nèi)的總電容。

最后，是什么讓這些計(jì)時(shí)器如此出色？就我而言，我在控制基于 Arduino Nano 的項(xiàng)目的電源的電路中使用 CSS555/CSS555C。這樣該項(xiàng)目可以在標(biāo)準(zhǔn) 9V 電池上運(yùn)行多年（?。。。?..在下面的圖 2 中是我的臺(tái)式萬用表的屏幕轉(zhuǎn)儲(chǔ)，顯示了 9V 電池在睡眠周期期間的總電流消耗為我基于 Arduino Nano 的項(xiàng)目提供動(dòng)力：8.55uA！

圖 2 我的臺(tái)式萬用表的屏幕截圖顯示了睡眠周期期間為我的基于 Arduino Nano 的項(xiàng)目供電的 9V 電池的總電流消耗。數(shù)字萬用表：Siglent SDM3045X

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是的，您可以使用更適合的微控制器以及代碼中的各種或多或少的高級(jí)睡眠模式來實(shí)現(xiàn)類似甚至更好的結(jié)果。但我想要一種簡(jiǎn)單的方法來在使用 9V 電池長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的項(xiàng)目中使用我的標(biāo)準(zhǔn) Arduino Nano 或 Uno。在 CSS555/CSS555C 的幫助下，這很容易實(shí)現(xiàn)。所有這些都沒有帶有睡眠模式或拆焊不必要組件的單行代碼！

問題或意見？請(qǐng)隨時(shí)通過abaruk*@gmx.com與我聯(lián)系（將地址中的“b”替換為字母 m，將星號(hào)替換為數(shù)字 1）。

更新 1

我現(xiàn)在已經(jīng)使用這個(gè)基于 Arduino 的 EEPROM 編程器大約兩個(gè)月了。在這段時(shí)間里，我可能已經(jīng)對(duì)一百多個(gè) CSS555 和 CSS555C IC 進(jìn)行了編程，并且編程過程每次都有效！嗯，這并不完全正確......它實(shí)際上讓我失敗了一次，但那是因?yàn)槲野?CSS555 放在了錯(cuò)誤的方式（顛倒）......令我驚訝的是，這個(gè)愚蠢的操作錯(cuò)誤并沒有導(dǎo)致 CSS555 爆炸向上！不，在我以正確的方式放置相同的 CSS555 后，我可以成功地對(duì)其進(jìn)行編程！

我的一些編程 CSS555 IC 用于快速檢查基于 555 的電路。

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更新 2

經(jīng)過幾個(gè)月的使用，我決定根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)定制的 PCB。我將 PCB 設(shè)計(jì)為 Arduino MEGA 的屏蔽層。下面是一些顯示結(jié)果的圖片。

帶有 EEPROM 編程器的 Arduino MEGA 擴(kuò)展板。

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正在運(yùn)行的 Arduino MEGA 盾牌的特寫鏡頭。

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三個(gè)并排的 EEPROM 編程器。

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用于設(shè)計(jì) Arduino MEGA 擴(kuò)展板的定制 PCB。

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