programlanabilir sinyal jeneratörü - KTÜ Elektrik
advertisement
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü PROGRAMLANABİLİR SİNYAL JENERATÖRÜ 243485 Koray BALTACI 243489 Yusuf DEMİR 243407 Eray KESİMAL Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR Haziran 2014 TRABZON LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Koray BALTACI, Yusuf DEMİR ve Eray KESİMAL tarafından Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR ve Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM yönetiminde hazırlanan “Programlanabilir Sinyal Jeneratörü” başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR ……………………………… Jüri Üyesi 1 : Yrd. Doç. Dr. Salim KAHVECİ ……………………………… Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM ……………………………… Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ ……………………………… ÖNSÖZ Teknolojideki gelişime paralel olarak programlanabilir entegre devreler ve cihazlar yaygınlaşmıştır. Aynı zamanda bu tip akıllı cihazların maliyetlerinde ciddi düşüşler olmuştur. Bu çalışmada, kullanıcı tarafından programlanarak, istenilen işaretleri oluşturabilecek bir sinyal üretici tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir. Sistemin genel kontrolü, PIC16F887 entegresi ile gerçekleştirilmiş olup, şematik çizimleri Eagle editöründe hazırlanmış ve uygulama yazılımı MPLAB derleyicisi ile geliştirilmiştir. Çalışmalarımız boyunca bize değerli zamanını ayıran ve verdiği fikirler ile bizi yönlendiren hocamız Sayın Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’a ve Sayın Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM’e teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimi sunarım. Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ailelerimize şükranlarımızı sunarız. Koray BALTACI Yusuf DEMİR Eray KESİMAL Haziran 2014 II İÇİNDEKİLER LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU …………………………... II ÖNSÖZ …………………………... III İÇİNDEKİLER …………………………... IV ÖZET …………………………... V SEMBOLLER VE KISALTMALAR …………………………... VI 1. GİRİŞ …………………………... 1 2. TEORİK ALTYAPI …………………………... 2 2.1. Frekans …………………………... 2 2.2. Frekans Ölçme Yöntemleri …………………………... 3 2.3. Osiloskop ile Frekans Ölçme …………………………... 3 2.4. Çevresel Arayüz Denetleyici …………………………... 4 2.5. PIC Denetleyicileri Üstün Özellikleri …………………………... 4 2.6. Güç Kaynakları …………………………... 7 2.7. LM7805 Doğrusal Gerilim Regülatörü …………………………... 8 2.8. LM317 Ayarlı Gerilim Regülatörü …………………………... 9 3. TASARIM …………………………... 10 3.1. Yöntem …………………………... 10 3.2. Çalışmalar …………………………... 11 3.4. Araştırma Olanakları …………………………... 12 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR …………………………... 13 5. SONUÇLAR …………………………... 29 6. YORUMLAR ve DEĞERLENDİRME …………………………... 30 KAYNAKLAR …………………………... 31 EK-1. IEEE ETIK KURALLARI …………………………... 32 EK‐2. DİSİPLİNLERARASI ÇALIŞMA …………………………... 35 EK-3. STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU …………………………... 37 ÖZGEÇMİŞ …………………………... 38 III ÖZET Teknolojideki gelişmelerle paralel olarak entegre devre çeşitliliği de artmıştır. Aynı zamanda programlanabilme maliyetleri de özelliklerinde ciddi dolayı oranda azalmıştır. kullanıldıkları Entegre devreler cihazlarda esneklik sağlamaktadır. Bu projede programlanabilir, esnek ve kullanım kolaylığı olan bir sinyal jeneratörünün tasarımı, ilk örnek üretimi ve testi yapılmıştır. Hedeflenen sinyal jeneratörünün kontrolü PIC 16 ailesinden PIC16F887 denetleyicisi kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca uygulama yazılımları MPLAB Editöründe HiTech C derleyici ile geliştirilmiştir. Son olarak donanım için gereken şematik ve baskı devre çizimleri Eagle programı kullanılarak yapılmıştır. IV SEMBOLLER VE KISALTMALAR A : Amper AC : Alternatif akım cm : santimetre DC : Doğru akım f : Frekans I/O : Giriş çıkış LCD : Sıvı kristal ekran LED : Işık yayan diyot mA : mili Amper OSC : Osilatör PIC : Çevresel arayüz denetleyici T : Periyot V : Volt : Ohm Hz : Hertz V 1. GİRİŞ Bu çalışmada kullanım kolaylığına sahip, esnek bir sinyal jeneratörünün tasarımı, prototip üretimi ve testi yapılmıştır. Bu projede gerçekleştirilen aşamalar şunlardır: Jeneratörün mekanik tasarımının yapılması Jeneratörün mekanik üretiminin hazırlanması Sistemin elektronik tasarımının yapılması Sistemin elektronik kısmının üretilmesi Uygulama yazılımının geliştirilmesi Sistemin test edilmesi ve görülen aksaklıkların giderilmesi Projenin sonucunda sınırlı düzeyde akademik katkı yapılmıştır. Gerçekleştirilen sistemle alınan eğitimin pratik bir uygulaması yapıldığı için mühendislik eğitimine katkı sağlanmıştır. Ayrıca proje sonunda geliştirilebilir ve ticari değeri olan bir prototip elde edilmiştir. Çalışma takvimi tüm döneme yayılmıştır. Proje hedeflendiği gibi Mayıs ayı içerisinde sonuçlandırılmış ve yapılan çalışmalar Çizelge 1’de sunulmuştur. Gerekli malzemelerin tespiti ve temini Baskı devre şemasının çizimi Baskı devre üretimi Montaj ve test Sistem yazılımının hazırlanması Sistemin test edilmesi Bitirme tezinin yazımı 1 Mayıs Nisan Mart Şubat Ocak Aralık Ekim İş Kasım Çizelge 1. Çalışma takvimi 2. TEORİK ALTYAPI Bu kısımda hedeflenen sistemin gerçekleştirilmesinde kullanılacak tekniklerden kısaca bahsedilecektir. Frekans kavramı, Mikrodenetleyiciler, güç kaynakları ve gerilim düzenleyicileri hakkında özet bilgiler sunulacaktır. 2.1. Frekans Bir iletken tarafından üretilen gerilim dalgasının pozitif ve negatif alternanslarının bütünü için saykıl tanımlaması yapılır. Şekil 1’de görüldüğü gibi bir saniyede geçen saykıl sayısına frekans denir. Bir saykılın oluşum süresi ise peryod olarak tanımlanır. Frekans Alman fizikçi ve bilim adamı Heinrich Rudolf Hertz tarafından yapılan çalışmalar sonucu öne sürüldüğünden günümüzde frekans birimi olarak Hertz (Hz) kullanılmaktadır Günlük hayatta baktığımız zaman hemen hemen yer yerde frekansın varlığının olduğunu görürüz. En basit örnek vermek gerekirse sesimizin yaymış olduğu dalgaların frekans oluşumuna etki ettiği açıktır. Frekansları algılamamız dolaylı yolla gerçekleşir. Bir radyo istasyonundan çıkan sinyaller ve dalgalar elektromanyetik spektrum oluşturarak bizim bunları algılamamızı sağlar. Radyoları belirli bir frekansa ayarladığımızda o noktadaki frekansa ait sinyal bize ulaşır. Şekil 1. Kare dalga işaretinin periyodik gösterimi 2 2.2. Frekans Ölçme Yöntemleri Elektrik devrelerinde frekansın ölçülmesinde frekans metreler kullanılır. Frekans metrelerin bağlantısı devreye paralel olacak şekildedir ve frekans metreden alınan değer bir saniyedeki saykıl sayısıdır. Frekans metreler: Analog Digital Dilli frekans metreler olarak gruplandırılabilir. Analog ve digital frekans metrelerin mantık olarak baktığımızda diğer ölçüm aletleri mantığında olduğunu görürüz. Dilli frekans metrelerde ise skala ve değer ekranının bulunduğu kısımda metal çubuklar mevcuttur. Bu çubuklar belirli değerlerde frekans değerlerini temsil eder ve bu çubuklarını titreşiminin sonucu olarak frekans ölçülebilir. İçerlerinde elektromıknatıslar mevcuttur. Dilli frekans metreyi oluşturan levhaların kalınlıkları birbirinden farklıdır. Böylece bunların titreşim frekansları birbirinden farklı olur. Levhaların titreşim frekansı bir önceki kademeye göre 0.5 cm aralıklarla olur. Her levhanın ucunda beyaz plaka bulunur ve frekans değerinin okunması en büyük titreşim yapan dile göre yapılır. 2.3. Osiloskop ile Frekans Ölçme Osiloskopta bulunan yatay kareler sinyalimizin zaman boyutundaki değerlerini vermektedir. Time/div düğmesi 1cm’lik karelerden her birinin zaman cinsinden karşılığını görmemizi sağlar. Bir sinyalin frekansı osiloskoptan direk olarak gözlenemez. Frekansı bulabilmemiz için sinyalin periyodunu bulmamız ve gözlemlememiz gerekir. Bununu içinde seçtiğimiz bir referans noktasına göre sinyalin kendini tekrarlamış olduğu iki nokta arası gözlemlenen zaman dilimi bize periyodu verir. Daha sonra frekans formülünde de görüldüğü gibi bulabiliriz. 3 ⁄ ifadesiyle frekansı 2.4. Çevresel Arayüz Denetleyici Günümüzde teknolojinin gelişmesiyle beraber ihtiyaçlara karşı kullanılan çözüm yöntemlerinin çeşitliliği de artmıştır. Her amaca uygun kendine has entegreler üretilerek boyut olarak büyük devreler bu yapıların içine yerleştirilmiş ve belirli işlevleri yerine getirmek için üretilmişlerdir. Üretici firma entegre ile beraber bir veri formu yayınlar. Yayınlanan bu kılavuzlarda üretilen entegreler hakkında genel bilgilere yer verilip entegrenin özellikleri anlatılır. Entegre özelliği diye bahsettiğimiz özellikler; ihtiyaç duyulan besleme gerilimleri ve mevcut entegre bacakların sahip olduğu özelliklerdir. Entegre bacakları sıralanırken belli kurallara uymak gerekir. Üretim esnasında 1 numaralı bacağa yani ilk bacağın bulunduğu yere bir işaretleme yapılarak 1 numaralı uç esas alınarak U harfinde bir yörünge izlenerek entegre numaralandırılır. Entegreler programlanma özelliğine sahiptir. Bu özellikten yararlnılarak mikrodenetleyiciler tasarlanabilir. Mikrodenetleyiciler boyut olarak küçüktürler. Karmaşık ve boyut olarak büyük devreler analiz aşamalarında problemler yaratabilir. İşte burada devreye mikrodenetleyiciler girer ve bu yapılar boyut olarak büyük bu devrelerin görevlerini yapabilecek özelliklerle donatılırlar. PIC entegreleri üzerine yüklenen programın emrettiği gibi çalışır. Tabi bu çalışmanın sağlanabilmesi için uygun bir besleme ve osilatörgerekir. Temel mantık bir bilgi girişi ve çıkış ucumuzdan bir bilgi çıkışı almak olarak aklımızda bulunmalıdır. 2.5. PIC Denetleyicileri Üstün Özellikleri Başlıca üstünlükleri şunlardır: Mikrodenetleyici bir bilgisayarla kıyaslanırsa boyut olarak daha küçüktür ve daha az yer kaplar. Buna rağmen bilgisayarların yaptığı gerçekleştirebilirler. Harcadıkları enerji diğer aygıtlara kıyasla daha azdır. Mikrodenetleyiciler maliyet olarak uygundur ve düşük maliyetlidirler. 4 işleri Devre üzerinde oynama yapmadan devremiz mikrodenetleyici ile üst üste programlanarak birden fazla işleme olanak sağlar. Küçük boyutlu olmasına rağmen yaptığı iş çok büyüktür. Tabiri caizse boyundan büyük işler yaparlar. Bu devreler yapım aşamasında hem zamandan hem de maliyetten kâr etmemizi sağlar. Yaygın olarak kullanılan PİC 16F628A entegresini yakından tanıyalım ve bu entegrenin özelliklerine bakalım. PIC16F628A görüldüğü üzere 18 bacağa sahip bir entegredir. 18 bacaktan 2 tanesi besleme bacağı olarak kullanılır. Çizelge 2’de görüldüğü gibi giriş ve çıkış uçlarımızdır. Ortada VSS(-) ve VDD(+) besleme gerilimlerimiz mevcuttur. Diğer bacakları inceleyecek olursak; RA0’dan RA7 aralığına kadar olan bacaklar 8 bittir Ve bu bacaklar A portunu temsil eder. RB0’dan RB7 aralığına kadar olan bacaklarda 8 bittir. Bunlarda B portunu temsil eder. VSS ve VDD uçları besleme uçlarıdır. Bu uçların altındaki uçlar B portu uçlarıdır.Bu uçların üstündeki uçlar A portunun mevcut uçlarıdır. Sistemler çalışabilmek için bazı şartları yerine getirebilmelidirler. PIC16F628A için de bazı koşulların sağlanması gerekir; PIC16F628A çalışabilmesi için bir besleme vermek gerekir. Bu besleme gerilimi 5 Volttur. Entegremizi bu gerilimde beslemeye özen göstermeliyiz. Bu gerilim değeri aşılmamalı ve de bu gerilim değerinin aşağısına inilmemelidir.5 Volt değerimizin üzerindeki değerler entegre açısından çok büyük sorunlar doğurur. Bir an bile olsa bu değerin üzerine çıkılmamalıdır. Entegremize bir osilatör devresi bağlanmalıdır. Bu osilatör PIC üzerinde uygulanan programda mevcut komutların işleme hızını belirler. Bunuda titreşimler göndererek yapar. PIC denetleyicili devrelerde genelde kristal osilatörler kullanılarak bu titreşimler gönderilir. Kristal osilatörün yapısından bahsetmek gerekirse iki tane kutupsuz kondansatör ve kristal olarak kullanılan bir elemandan oluşur. 5 Osilatörün iki bacağı var. Bu bacaklar OSC1 ve OSC 2 ile belirtilen entegremizin 15 ve 16 numaralı bacakları üzerine bağlanırlar. Osilatör frekansımız devrede bulunan kristal elemanımızın frekansıdır. Kristal elemanın frekansı üzerinde açık olarak belirtilir. Reset (MCLR) Ucunun Bağlanması konusuda dikkat edilmesi gereken konulardandır. İlk vaziyete dönmek için reset tuşu kullanılır. PIC16F628A denetleyicinde 4 numaralı bacak reset ucu olarak kullanılan bacaktır. Reset ucunun çalışabilmesi için 5 Voltluk gerilim uygulanır. Bu gerilim değeri 0 Volt olunca daha doğrusu 0 Volt yapılırsa reset işlemi gerçekleşir. Programın normal işleyişini sürdürmesi kararlılığını koruması için 5 Voltluk gerilim uygulanmalıdır. Diğer bir aşamada programımızın yazılması ve denetleyiciye yüklenmesi aşamasıdır. Firmaların ürettiği mikrodenetleyiciler için farklı türden komutlar mevcuttur. Komutlar sayesinde mikrodenetleyici ile bilgi alışverişi sağlanır. İstediğimiz, yapmayı arzuladığımız şeyi denetleyiciye komutlar vasıtasıyla iletebiliriz. Normalde programlama ASM ile yapılır. Ancak ASM de mevcut olan komut sayısı çok fazla olduğundan daha az komut içeren ve daha kolay yazılabilen C programlama dili kullanılabilir. Çizelge 2. PIC ailesi denetleyicilerin karşılaştırılması Özellik PIC16F84A PIC16F628 PIC16F873 1 kB 2 kB 4 kB 13 16 22 RB: 8 RA: 5 RC: 8 Sayıcı 1 3 3 CCP - 1 2 Karıştırıcı - 2 - ADC - - 1 USART - 1 1 SSP - - 1 OSC - 4 MHz - Program Hafızası GPR Hafızası I/O port 6 2.6. Güç Kaynakları Her devre yapısına göre farklı güç gereksinimlerine ihtiyaç duyar. Kimi devreler AC işarete ihtiyaç duyarken kimi devreler DC işaretlerle çalışırlar. Barajlarda üretilen ve şehir hatlarına gelen enerji AC gerilimdir. Bizim “Programlanabilir Sinyal Üreteci” projemizde kullanacağımız Güç Kaynağı bu 220V AC gerilimi 5V’luk DC gerilime çevirecek Güç Kaynağıdır. Cep telefonlarını, bilgisayarları şarj ettiğimiz cihazlar güç kaynağına örnek olarak verilebilir. Bu cihazlar prize takıldığında 220 Volt AC gerilimi yükün ihtiyaç duyduğu gerilim seviyesine çevirirler. Güç Kaynakları genellikle dört bölümde incelenebilir; AC gerilimi daha düşük seviyelere indirme AC gerilim doğrultucu devre sayesinde doğrultma DC gerilimi (dalgalı) filtreleme İhtiyaç duyulan gerilim seviyesi için regüle etme AC gerilimi daha düşük seviyeye indirme yötemlerinden en yaygın olanı transformatör kullanılarak yapılanıdır. Bilindiği gibi seconder ve primer sarım sayıları ayarlanarak istenilen AC gerilimi elde edilebilir. Aksi taktirde düşük dirençli sekonder sargılar yüksek akım çeker ve trafo yanabilir. İnce kesitli taraf primer kalın kesitli taraf sekonder kısımdır. Güç kaynağının kullanılmasıyla devrenin çalışma gücü ve bununla beraber çekeceği akım düşürülür. Böylece transformatörün gücü ve çıkış gerilimi belirlenir. Bilindiği gibi seconder ve primer sarım sayıları ayarlanarak istenilen AC gerilimi elde edilebilir. Düşürülen bu AC gerilim bir doğrultucu devre ile doğrultulur. Doğrultucu olarak çeşitli yapılar ve düzenekler kullanılabilir. Bu yapıları özetleyecek olursak Bir tek diyot kullanarak yarım dalga doğrultucu devresi yapılabilir. Pozitif alternanslarda bir çıkış üretilip negatif alternanslarda çıkış üretilmez. Bir başka doğrultucu türü iki diyot kullanılmasıyla oluşan tam dalga doğrultucudur. Bu doğrultucularda sekonderi orta uçlu transformatör kullanılır. Orta uç üzerinde ters polariteli iki gerilim mevcuttur ve devre kendini orta uç üzerinden tamamlar. Böylece negatif ve pozitif alternansların her ikisinde de doğrultulan bir çıkış gerilimi oluşur. 7 Doğrultma işlemlerinde kullanılan bir diğer yapı köprü tipi tam dalga doğrultuculardır. Dört adet doğrultucu diyot kullanılır Güç kaynaklarında genelde kullanılan tam dalga tipi doğrultma işlemidir ve de bu amaçla köprü tipi tam dalga doğrultucular sıkça kullanılır. Tam doğrultucudan geçen ama Dalgalı olan DC gerilim için filtreleme işlemi kondansatör kullanılarak yapılır. Son aşama olarak elde edilen gerilimin regüle edilmesi var. Gerilimin regüle edilmesindeki amaç çıkış gerilimini sabitlemektir. Yük akımı sabitlenir. Böylelikle çıkışa bağlı yükte veya giriş geriliminde bir değişme olduğu anda çıkış geriliminin sabit kalması sağlanır. Çıkış geriliminin sabit tutulması işlemine regülasyon denir. Regülasyon esnasında yararlanmış olduğumuz elemana regülatördür. Regülasyon işleminde yaygın olarak kullanılan elemanlar zener diyotlar ve entegreli gerilim regülatörleridir. Regülatör devresi olarak projemizde LM 7805 pozitif gerilim regülatörünü kullandık. Bu entegre sabit 5 Voltluk bir çıkış gerilimi üretir. Bu entegremiz 3 bacaklıdır. Birinci bacak yüksek giriş gerilimi uygulanan bacaktır.2.bacak toprak ucudur.3.bacak ise sabit 5 Voltluk çıkış geriliminin bulunduğu bacaktır. Bu entegrede yüksek gerilimlerde aşırı ısınmalar olduğundan soğutucu kullanılmalıdır. 1 Amperlik çıkış akımı verirler. 2.7. LM7805 Doğrusal Gerilim Regülatörü Trafonun sekonderinden alınan gerilim tam dalga doğrultucu vasıtasıyla doğrultulduktan sonra doğrultucu çıkışında dalgalı bir DC gerilim görülür. Entegremizin giriş ucu köprü çıkışına bağlıdır Aynı zamanda doğrultucumuzun çıkışına bağlanan paralel kondansatör tepe değerine şarj olup DC gerilimin etkin değer göstermesini sağlar. İşte burda devreye regülatörümüz girer ve bu DC gerilim değerini +5 Volta düşürür. Yani kısaca özetlemek gerekirse entegre girişimize gelen dalgalı gerilim entegremizin çıkışında sabit ve regüleli bir gerilime döner. 8 2.8. LM317 Ayarlı Gerilim Regülatörü Çıkış gerilimini 1,25 Volt ile 37 Volt arasında ayarlayan entegrelerdir. Çıkış akımları 1,5 Amperden büyüktür. Beslenen devrede kısa devre olduğu durumda aşırı akım çekilir ve devre elemanları bu durumda zarar görebilir. Bu regülatör devresi kısa devre akımını sınırlar. Çıkıştaki gerilim ayarlı güç kaynağınca sıfırlanabilir. Bu entegreler sıcaklığa karşı yük koruması yaparlar. Yani aşırı sıcaklıklarda yükü korurlar. Kullanımları oldukça basittir. Hat regülasyonu açısından bu entegreler diğer entegrelere oranla daha iyidir. 9 3. TASARIM 3.1. Yöntem Gerçekleştirilen sistemin blok diyagramı Şekil 2’de de görüldüğü üzere dört temel bileşenden oluşmaktadır. Bu birimler şunlardır: 1. Tuş takımı 2. Mikrodenetleyici 3. Alfa nümerik LCD ekran 4. Sinyal jeneratörü arayüzü Bu birimlerin görevlerini kısaca açıklayalım: Tuş takımı: Kullanıcının sistemi denetlemesini sağlayan basmalı butonlar ve çevre elemanlarından oluşmaktadır. Mikrodenetleyici: Sistemin genel kontrolünü gerçekleştirmektedir. sistemi oluşturan birimlerin tamamı ile bağlantı halindedir. Alfa nümerik LCD ekran: Kullanıcıya sistem hakkındaki bilgilerin sunulduğu ekrandır. 2x16 karakter alfanümerik LCD ekran ve çevre elemanlarından oluşmaktadır. Sinyal jeneratörü arayüzü: Sistemin bağlanacağı cihazların arayüzüdür. Üretilen sinyallerin harici cihazlara aktarımını sağlamaktadır. Alfanümerik LCD Ekran Tuş Takımı Mikrodenetyiciler Sinyal Jeneratörü Arayüzü Şekil 2. Programlanabilir sinyal jeneratörünün blok diyagramı 10 3.2. Çalışmalar Gerçekleştirilen sistemin üretiminde çalışan proje ekibi ve sorumlu oldukları kısımlar Çizelge 3’de verilmiştir. Çizelge 3. Görev kişi çizelgesi Konu Koray BALTACI Yusuf DEMİR Eray KESİMAL Teorik altyapının oluşturulması Sistemin blok diyagramının hazırlanması Gerekli yazılımların tespiti Gerekli donanımların tespiti Baskı devre şemalarının hazırlanması Donanımın üretimi ve testi Yazılım geliştirme Proje raporlarının hazırlanması Projenin sunumu ve savunulması 3.3. Başarı Kıstasları Gerçekleştirilen sistem için başarı kıstasları şunlardır: Sistemin devre şemaları hatasız olarak hazırlanmalıdır. Sistemin baskı devre şamaları bitirilmiş olmalıdır. Sistem için gereken baskı devre kartları üretilmiş ve test edilmiş olmalıdır. Hazırlanan baskı devre kartlarına malzeme montajı yapılmalı ve test edilmelidir. Donanım için gereken uygulama yazılımları geliştirilmeli ve donanıma yüklenerek test edilmelidir. Sistem test edilmeli ve tespit edilen aksaklıklar giderilmelidir. 11 3.4. Araştırma Olanakları Projenin donanımsal olarak gerçekleştirilmesinde KTÜ Sayısal İşaret İşleme Laboratuvarının araç-gereç altyapısı kullanılacaktır. Baskı devre üretimi ve montajı için gereken cihaz ve donanım bu laboratuvardan karşılanacaktır. Aynı zamandan sistemin testi de burada yapılacaktır. 12 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Gerçekleştirilen programlanabilir sinyal üreteci şu birimlerden oluşmaktadır: Güç birimi LCD ekran Ana kart BNC arayüzü Tuş takımı ICSP programlama arayüzü Şimdi bu üniteleri kısaca açıklayalım. Güç birimi: Donanım için gereken enerjiyi sağlamakta olup, DC 5 V 20 W bir kaynaktır. Güç kaynağı Şekil 3’de görüldüğü gibi metal koruma içerisindedir. Şekil 3. Güç ünitesi LCD ekran: 2 satır tek renk alfa nümerik LCD ve çevresel donanımlardan oluşmaktadır. Sinyal şekli ve frekans hakkında kullanıcıya bilgi vermekte olup, Şekil 4’de görülmektedir. 13 Şekil 4. LCD ekran birimi Ana kart: Sistemin genel kontrolünü ve sinyal şekillerinin üretilmesini sağlamaktadır. Ana kartın Eagle programıyla [1], [2] hazırlanan şematik çizimi Şekil 5’da, baskı devre şeması Şekil 6’da ve genel görünümü Şekil 7’de verilmiştir. Şekil 5. Ana kartın Eagle editörüyle hazırlanan şematik çizimi 14 Şekil 6. Ana kartın Eagle editörüyle hazırlanan baskı devre çizimi Şekil 7. Ana kartın genel görünüşü 15 BNC arayüzü: Sinyal üretecinin harici cihazlara bağlanmasını sağlamaktadır. Şekil 8’de BNC bağlantı noktası görülmektedir. Şekil 8. BNC bağlantı noktası Tuş takımı: Kullanıcının sinyal şeklini ve frekansının belirlemesini sağlamaktadır. Dört adet basmalı buton ve çevre elemanlarından oluşan tuş takımı Şekil 9’de görülmektedir. Şekil 9. Tuş takımı 16 ICSP programlama arayüzü: Sinyal üretecindeki mikrodenetleyicinin sökülmesine gerek olmadan seri olarak programlanmasını sağlamakta olup [3]. Şekil 10’da görülmektedir. Şekil 10. ICSP programlama arayüzü Sinyal üretecinin önden, arkadan ve üstten görünüşleri sırasıyla Şekil 11, Şekil 12 ve Şekil 13’de verilmiştir. Ayrıca farklı sinyal şekilleri için ekran görüntüleri Şekil 14, Şekil 15, Şekil 16, Şekil 17 ve Şekil 18’de görülmektedir. Sinyal üretecinin kontrolünü sağlayan uygulama yazılımı MPLAB programında [4] HiTech C dili [5], [6] hazırlanmıştır. Şekil 11. Jeneratörün önden görünümü 17 Şekil 12. Jeneratörün arkadan görünümü Şekil 13. Jeneratörün üstten görünümü Şekil 14. 100 Hz kare dalga için ekran görüntüsü 18 Şekil 15. 100 Hz sinüzoidal dalga şekli için ekran görüntüsü Şekil 16. 100 Hz testere dalga için ekran görüntüsü Şekil 17. 100 Hz üçgen dalga için ekran görüntüsü Şekil 18. 100 Hz Gaussian dalga için ekran görüntüsü Şekil 19 – Şekil 43’de farklı sinyal şekilleri ve frekansları için osiloskopta gözlenen işaretler verilmiştir. 19 Şekil 19. 10 Hz kare dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 20. 20 Hz kare dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 21. 50 Hz kare dalga işareti için osiloskop görüntüsü 20 Şekil 22. 100 Hz kare dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 23. 200 Hz kare dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 24. 10 Hz sinüzoidal dalga işareti için osiloskop görüntüsü 21 Şekil 25. 20 Hz sinüzoidal dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 26. 50 Hz sinüzoidal dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 27. 100 Hz sinüzoidal dalga işareti için osiloskop görüntüsü 22 Şekil 28. 200 Hz sinüzoidal dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 29. 10 Hz testere dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 30. 20 Hz testere dalga işareti için osiloskop görüntüsü 23 Şekil 31. 50 Hz testere dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 32. 100 Hz testere dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 33. 200 Hz testere dalga işareti için osiloskop görüntüsü 24 Şekil 34. 10 Hz üçgen dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 35. 20 Hz üçgen dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 36. 50 Hz üçgen dalga işareti için osiloskop görüntüsü 25 Şekil 37. 100 Hz üçgen dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 38. 200 Hz üçgen dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 39. 10 Hz Gauss dalga işareti için osiloskop görüntüsü 26 Şekil 40. 20 Hz Gauss dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 41. 50 Hz Gauss dalga işareti için osiloskop görüntüsü Şekil 42. 100 Hz Gauss dalga işareti için osiloskop görüntüsü 27 Şekil 43. 200 Hz Gauss dalga işareti için osiloskop görüntüsü 28 5. SONUÇLAR Bu çalışmada, programlanabilir bir sinyal üretecinin tasarımı, prototip üretimi ve testi gerçekleştirilmiştir. Çalışma süresince elde edilen başlıca sonuçlar şu şekilde sıralanabilir: TTL standardında çalışan bir sinyal üreteci gerçekleştirilmiştir. Sinyal üretecinin şematik ve baskı devre çizimleri Eagle editörü ile yapılmıştır. Donanımın baskı devre kartı PNP transfer kâğıdı tekniği ile üretilmiştir. Elektronik ve mekanik devre elemanlarının montajı ve testi yapılmıştır. Donanım testinde karşılaşılan aksaklıklar giderilmiştir. Uygulama yazılımı donanımla birlikte geliştirilmiş ve test edilmiştir. İstenilen sinyal şekilleri için gereken sayısal değerler MATLAB programı ile hesaplanmış ve PIC16F887 mikrodenetleyicisinin içerisinde çevrim çizelgesi olarak kaydedilmiştir. 29 6. YORUMLAR ve DEĞERLENDİRME Bu çalışmada geliştirilmeye açık bir sayısal sinyal jeneratörünün prototip üretimi yapılmıştır. Gerçekleştirilen projenin devamı ve geliştirilmesi yönelik aşağıdaki yorum ve önerileri sunabiliriz. Kullanım kolaylığı ve görsellik açısından 2x16 alfa nümerik LCD yerine renkli veya tek ren grafik LCD kullanılabilir. Daha hızlı bir işlemci kullanılarak sinyal frekansı arttırılabilir. Sekiz bitli sayısal analog dönüştürücü yerine 10, 12, 14, 16 veya 24 bitlik sayısal analog dönüştürücü kullanılarak sinyal şekillerinin daha pürüzsüz olması sağlanabilir. TTL çıkışına ilave olarak genel amaçlı bir AC çıkış eklenebilir. Jeneratörün frekans aralığı arttırılabilir ve kullanıcının istediği frekansı girmesine olanak sağlanabilir. 30 KAYNAKLAR [1] MPLAB IDE User’s Guide, Microchip Technology Inc., USA, 2006 [2] PICkit 2 Programmer/Debugger User’s Guide, Microchip Technology Inc., USA, 2008 [3] Getting Started with HI-TECH C for PIC10/12/16, Microchip Technology Inc., Australia, 2011 [4] HI-TECH C® for PIC10/12/16 User’s Guide, Microchip Technology Inc., USA, 2010 [5] EAGLE Easily Applicable Graphical Layout Editor Tutorial, Version 5, 7th Edition, CadSoft Computer, USA, 2010 [6] EAGLE Easily Applicable Graphical Layout Editor Manual, Version 5, 8th Edition, CadSoft Computer, USA, 2010 31 EK‐1. IEEE ETIK KURALLARI Bu kısımda IEEE Etik Kuralları Türkçe ve İngilizce olarak sırasıyla sunulmuştur. IEEE Etik Kuralları IEEE Code of Ethics IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek, hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz. 1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak; 2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen taraflara durumu bildirmek; 3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak; 4. Her türlü rüşveti reddetmek; 5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını geliştirmek; 6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik sorumlulukları üstlenmek; 7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini ifade etmek; 8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek; 9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından kaçınmak; 10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları desteklemek. 33 IEEE Code of Ethics We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree: 1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment; 2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist; 3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data; 4. to reject bribery in all its forms; 5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences; 6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of pertinent limitations; 7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others; 8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin; 9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious action; 10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics. Approved by the IEEE Board of Directors August 1990 ieee-ies.org/resources/media/about/history/ieee_codeofethics.pdf 34 EK‐2. DİSİPLİNLERARASI ÇALIŞMA Gerçekleştirilen sistemin kutulanmasında, ön ve arka panellerin kesimleri için lazer kesme makinası bulunan firmalarla görüşmeler yapılmıştır. Bu alanda çalışan şirketler lazer kesimin yapılacağı malzemeler için gerekli olan şemaların CorelDRAW ya da AutoCAD programları ile hazırlanması talep etmişlerdir. Panel çizimleri, CorelDRAW programı ile hazırlandıktan sonra kesimleri gerçekleştirilmiştir. Ön ve arka panel çizimleri EK-2. Şekil 1 ve EK-2. Şekil 2’de görülmektedir. Ön Kapak (Programlanabilir Sinyal Üreteci) EK-2. Şekil 1. Programlanabilir sinyal jeneratörünün ön panel çizimi 0 1 Arka Kapak (Programlanabilir Sinyal Üreteci) EK-2. Şekil 2. Programlanabilir sinyal jeneratörünün arka panel çizimi Proje için gerekli olan elektronik malzemeler bu alanda faaliyet gösteren Int-El Internetional San. ve Tic. Ltd. Şti. firmasından satın alınmıştır. Malzeme listesi EK-2 Tablo 1’de verilmiştir. EK-2. Çizelge 1. Proje için satın alınan malzemelerin listesi Sıra Malzeme Tutar (TL) 1 PIC16F887 mikrodenetleyici 10 2 5 V 20 W DC güç kaynağı 40 3 2x16 alfa numerik LCD ekran 15 4 USB portları 5 5 Topraklı enerji kablosu 5 6 Sigortalı enerji kablosu yuvası 5 7 9 pin dişi DSUB konnektör 2 8 7805 gerilim regülatörü 3 9 470 direnç 1 10 1 k direnç 1 11 10 k direnç 1 12 4 MHz kristal 2 13 100 nF kapasite 1 14 10 µF kapasite 2 15 SMD kırmızı LED 2 16 Kart montajlı çeşitli tipte konnektörler 20 17 Bağlantı kabloları 20 Toplam 135 36 Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Programlanabilir bir sayısal sinyal üretecinin tasarımı ve üretimi yapılmıştır. Sistem tamamen proje ekibince gerçekleştirilmiştir. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Evet. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Elektronik devre çözümleme, devre tasarımı, mikrodenetleyiciler ve programlama. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Üretilen sinyaller TTL standardına (0 – 5 V) göre hazırlanmıştır. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi Malzeme seçiminde uygulama için gereken şartları taşıyan, düşük maliyetli elektronik elemanlar seçilmiştir. Sistemin üretim maliyetinin en az olması hedeflenmiştir. b) Çevre sorunları: Projede çevreye zararlı olan kurşun alaşımlı lehim kullanılmamıştır. c) Sürdürülebilirlik: Gerçekleştirilen sistem yeniden programlanmaya ve TTL standardına olan herhangi bir donanımla uyumlu çalışmaya açıktır. d) Üretilebilirlik: Gerçekleştirilen sistem ülkemiz şartlarında kolaylıkla üretilebilir niteliktedir. e) Etik: Sistemin tasarımı, üretimi ve testi tamamen proje ekibince yapılmış olup, etik kuralları göz önünde tutulmuştur. f) Sağlık: Geliştirilen sistem DC 0 – 5 V aralığında çalışmaktadır. Bu gerilim seviyesi sağlık açısından herhangi bir risk taşımamaktadır. g) Güvenlik: Sistem güvenlik riski içermemektedir. h) Sosyal ve politik sorunlar: Üretilen donanım sosyal ve politik soruna yol açmayacak niteliktedir. Not: Gerek görülmesi halinde bu sayfa istenilen maddeler için genişletilebilir. Projenin Adı PROGRAMLANABİLİR SİNYAL JENERATÖRÜ Projedeki Öğrencilerin Adları Koray BALTACI, Yusuf DEMİR ve Eray KESİMAL Tarih ve İmzalar 21.05.2014 ÖZGEÇMİŞ Koray BALTACI 1991’de Kayseri Merkez'de doğdu. İlköğrenimini Hacı Mustafa GAZİOĞLU İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Nevşehir Altınyıldız Fen Lisesi’nde yaptı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde Lisans Programı’na başladı. Yabancı dil olarak İngilizce bilmektedir. Yusuf DEMİR 1986’da Gaziantep Nizip'de doğdu. İlköğrenimini Nizip İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Yahya ALTINBAŞ Lisesi’nde yaptı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde Lisans Programı’na başladı. Yabancı dil olarak İngilizce bilmektedir. Eray KESİMAL 1990’da Rize Çayeli'nde doğdu. İlköğrenimini Mehmet Nazif GÜNAL İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Hüseyin GÜRKAN Lisesi’nde yaptı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde Lisans Programı’na başladı. Yabancı dil olarak İngilizce bilmektedir.
