Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

PROJE

0-15 arasındaki ikilik sayıları 7 parçalı göstergede (0-F) şeklinde

gösteren devrenin tasarımı (4 giriş-7 çıkış)

Hazırlayan:

Yunus Emre MAYİR

emremayir@gmail.com

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

PROJE ADI

0-15 arasındaki ikilik sayıları 7 parçalı göstergede (0-F) şeklinde gösteren

devrenin tasarımı (4 giriş-7 çıkış)

Özet:

Bu bölümde 7 segment ortak katot displayin hexadecimal sayıları ikilik kodlar halinde göstermesi

istenmiştir. Displayin yedi çıkışı, 4 bitlik sayı girişi ile kontrol edilmektedir. Bu kontrol için doğruluk

tablosu, karnough haritası, lojik kapılar, mux entegreleri kullanacağız. Bu rapor lojik kapılar ve mux

entegreleri ile yapılan devrenin raporudur. Öncelikle devremizde muxların doğruluk tablolarını

oluşturacağız. 4 bitlik girişimiz olduğu için yani 4 bitlik bir sayı girişi kontrol edeceğimiz için 8x1

mux entegresine göre doğruluk tablosu oluşturacağız. Bu doğruluk tablosunu mux etegremizin veri

girişine göre yani en büyük MSB bitine göre ifadeler elde etmeye çalışacağız. O karnough haritası

yapıp boolean ifadeleri elde edeceğiz. Bu ifadeleri boolean eşitlikleri ile en sade hale getirmeye çalışıp,

en sade halinin lojik kapılar ile tasarımını yapacağız. Bu ödev sadece lojik kapılarla yapılabildiği gibi

lojik kapı ve 8x1 4051 mux entegreleri ile yapılabilmektedir . Bu rapor ödevin ikinci raporu olduğu için

aresi ve isisi 4051 8x1 mux entegrelerini ve 7404 değil kapısı entegresini içermektedir.

1. GİRİŞ

Bu projenin amacı lojik kapılarla ve ya mux entegreleriyle 7 segment displayin kontrolünü

hexadecimal çıkış verecek şekilde kontrol etmektir. Bu proje kod dönüştürücü mantığının bir aynasıdır

gibi düşünebiliriz. Bu konu hakkında 4 bitlik girişe sahip kod dönüştürücü mantığıyla yapılan. 7

segment displayin 0-9 rakamları arası yakılması sağlanılmıştır. Bunu yaparken ortak katot display

kullanılmıştır. Biz display de hangi sayıyı ve ya hangi harfi (0-f) görmek istiyorsak, mux entegresinin

veri girişine yani MSB sine göre doğruluk tablosunda bize istediğimiz şekli verecek ledleri yakacak

şekilde tablomuzu yerleştirmeliyiz.

Bizim bu devremizde Ortak katot display kullandığımız için devremize +5V (lojik 1) verdiğimiz

zaman ilgili ledimizin yanacağını bilmeliyiz. 0V (lojik 0) verdiğimiz zaman ise ilgili ledin aktik

durumda olmadığını bilmeliyiz. Buna benzer çalışmalar numaratör mantığıyla çalışan devrelerde

kullanılmıştır. (kaynak: Hüseyin Ekiz- mantık devreleri, Mustafa Yağımlı- dijital elektronik kod

dönüştürücü konusu )

2. MATERYAL ve METOT

Problemin tanımı:

Burada çözülmesi gereken problem 4 bit ikilik sayının display ekranına yansıtılmasıdır. 4 bitlik sistem

olduğu için 4 giriş ve display 7 segmentli ledli yapıya sahip olduğu için yedi çıkışımız vardır. Giriiiş ve

çıkışlarımız arasındaki ilişki girişlerimizin ikilik yani binary karşılığına göre ekranda çıktı alacağız.

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

Çözüm yöntemi olarak kod dönüştürücü mantığı ile hareket edip devremiz için 4 giriş yani 3 seçme

ucu birde MSB olarak veri girişi olacaktır. Yedi çıkışımız olduğu için yedi tane mux doğruluk tablosu

oluşturulmuştur. Mux doğruluk tablolarımızı MSB bitimize göre yapacağımız. Bu doğruluk tablomuzu

MSB bitimizin değili ve kendisi olacak şekilde (D-D’) kuracağız. 3 secme ucumuz olduğu için 2^3

durum ve MSB mizinde iki durumu olduğu için 16 durum oluyor. Sekiz durum MSB’mizin Q olduğu

diğer sekiz durum ise MSB’mizin Q’ olduğu durum olduğu için deminde söylediğimiz gibi 16 durum

elde etmiş oluruz. Bu 7 led çıkışımızı (a,b,c,d,e,f,g) display ekranında görmek istediğimiz sayı ve harf

çıkışına göre ilgili ledi doğruluk tablosunda lojik 1 yaparak (+5V) yaparak aktif hale getrimiş oluruz.

Bu işlem doğruluk tablosunda şu şekilde gerçekleşmektedir: Mux doğruluk tablosunda 3secme

ucumuz olduğu için 2^3 den doalyı I0, I1, … I7 olmak üzere sekiz veri girişi olur. (a) çıkışı için 1 olan

değerleri kod çözücü doğruluk tablomuzdan bakarak a çıkışı için yapmış olduğumuz mux doğruluk

tablosunda yuvarlak içine alarak denklemlerimizi elde etmeye başlarız. Bu aşamada şöyle bir yol

izlenmektedir: Çıkış değerimiz sadece D veri girişi satırındaysa çıkış veren bu ucu (örneğin I2 olsun.)

D veri girişine gidiyor diye kabul ederiz. Eğer çıkışımız D’ satırında ise D veri girişinin değil kapısında

çıkan yani D’ ucuna gidiyor diye kabul ederiz. Şayet çıkış veren ucumuz hem D hem de D’ de ortak ise

çıkış veren ucumuz +5V (lojik 1) olarak kabul ederiz ve bu giriş ucumuza doğrudan kaynak bağlarız.

Eğer çıkış vermeyen giriş ucumuz varsa bunları doğrudan toprağa bağlayarak doğrudan 0V (lojik 0)

vermiş oluruz.

Bu işlemleri yedi çıkışımız olduğu için hepsine ayrı ayrı tekrarlayarak çıkan denklemleri birbirleriyle

bağdaştırarak yedi çıkışımızın her bir çıkışını 7 segmentteki ilgili ledlerimize bağlarız. Bu işlemi de

isisde gerçekleştirerek kurmuş olduğumuz devreyi simule edip yapmış olduğumuz devremizde yanlışlık

olup oladığını, devremizin doğru çalışıp çalışmadığını Böylece 7 segment displayimizi mux entegreleri

yardımıyla kontrol etmiş oluruz. İsisde çizip simule edip daha sonra arese atarak baskı olarak

yapacağımız devremizin son halini aldırmış oluyoruz.

Kullanılacak elemanların Tanıtımı:

8x1 4051 mux entegresi ve 7404 değil kapısı entegresi kullandık. Bizim displayimiz 7 segmentli

olduğu için yani 7 ledli bir yapıya sahip olduğu için her bir ledimiz bir mux entegresi ile kontrol

edeceğiz. Her bir çıkış için ilgili muz entegresine mux doğruluk tablosu oluşturarak boolean ifadeleri

elde edeceğiz. Doğruluk tablosundan elde edilen eşitlikler MSB bitimiz olan en büyük bitimize ait

olacaktır. Entegrelerimiz sıcaklığa karşı duyarlı olduğu için 16 ve 14 bacaklı entegre soketleri

kullanarak lehim sırasında entegrelerimiz bacaklarını değil, bu soketlerin bacaklarını lehimleyerek

entegrelerimizin sıcaklıkdan bozulmasını engellemiş oluruz. Devremize lojik 1 ve lojik 0 değerler

vereceğimiz için bunu kontrol edebilmemiz için ilk tasarımımızda 4’lü switch, ikinci durumdaki

tasarımımızda on-off konumunda com bağlantısı bulunan 3 konumlu anahtar kullanılmıştır. Ortak katot

display kullanarak devremizin çıktısı alabiliriz.

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

7404 değil kapısı entegresi

Doğruluk Tablosu:

Bu bölümde MSB bitimize göre ( mux devresinde dizilim DCBA şekilndedir.) her ledimiz için yani

her çıkışımız için MSB bitimize yani D bitimize göre yaptığımız mux doğruluk tablosunu göstereceğiz.

Bu tablomuzda çıkış verecek olan ledlerimiz ortak katot display kullandığımız için lojik 1 (+5V)

verdiğimiz zaman devreyi tamamlamış olacaktır.

GİRİŞLER ÇIKIŞLAR

D C B A a b c d e f g

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

1 0 1 0 1 1 1 0 1 1

1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1

1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1

1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1

1 1 1 1 1 0 0 1 1 1

Karnough Haritaları:

A çıkışı mux doğruuk tablosu, b çıkışı için mux doğruluk tablosu,

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’

0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

C çıkışı mux doğruluk tablosu, D çıkışı mux doğruluk tablosu,

E çıkışı için mux doğruluk tablosu, F çıkışı için mux doğruluk tablosu,

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’ 0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

1 0 1 D D D 1 D

G çıkışı için mux doğruluk tablosu,

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’ 0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

D D 1 1 D’ 1 1 D

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’ 0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

1 1 1 D’ D’ D 0 D’

1 D 1 D’ D D’ 1 1

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’ 0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

1 D D’ 1 D 1 1 0

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’ 0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

1 1 D 1 D’ 1 D’ D’

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

D’ 0 1 2 3 4 5 6 7

D 8 9 10 11 12 13 14 15

1 D D D 1 D’ 1 D

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

Doğruluk tablolarından elde ettiğimiz çıkışlarımızı yazarsak,

A çıkışı: 1 D 1 D’ D D’ 1 1

B çıkışı: 1 1 1 D’ D’ D 0 D’

C çıkışı: 1 1 D 1 D’ 1 D’ D’

D çıkışı: 1 D D’ 1 D 1 1 0

E çıkışı: 1 0 1 D D D 1 D

F çıkışı: 1 D D D 1 D’ 1 D

G çıkışı: D D 1 1 D’ 1 1 D

Devrenin Lojik Kapılar ile Gerçeklenmesi:

Bu rapor proje ödevinin ikinci sunum dosyası olduğu için bu rapor 4051 8x1 mux entegresi ve 7404

değil kapısı kullanılmıştır. Bu aşamada mux entegremizle ve yaptığımız devremizin iki farklı tasrımını

göstereceğiz. İki farklı tasarımımız olmasının sebibi ise isisde bazı elemanların aresde karşılığı

olmamasıdır. Bu yüzden aynı mantıkla gerçekleşen iki devremiz olacaktır. 4051 mux entegremizin

yanında birde doğruluk tablomuzdan ortaya çıkan 7404 değil kapısı entegresi kullanılıştır. Bu

devrelerimizi isisde kurup simüle ederek yapmış olduğumuz tasarımda eksik ya da yanlış bağlantı

yapıp yapmadığımız kontrol ediyoruz. Çıkan aksaklıkları da gidererek devremizi arese aktardık.. daha

sonra ares tasarımını gerçekleştirdik.

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

Bu devre, mux entegreli birinci tasarım devresidir.

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

Bu devre mux entegreli devre şemamızın 2. Tasarımıdır.

Şekil 3: Devre şeması

Bu iki devremiz arasında devremizin giriş kısmındaki tuşlama sisteminde değişiklik yapılmıştır. İkinci

devremizde ise iki konumlu on –off tuşundan dört tane kullanılmıştır. İkinci devremizde kaynak, ares

kütüphanesinde görünmediği için kaynak yerine iki bacaklı batarya girişi koyutoruz.

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

Baskı Devresi ve Fotoğrafı:

İsisde çizip tasarlamış olduğumuz devremizi ares aktararak baskıya hazır hale getiriyoruz. Kırmızı

yerler devremizde atlamanın olduğu yerlerdir. Yeşil çizgiler ise gösterilen entegre bacağının gösterilen

diğer devre elemanının hangi bacağına gideceğini göstermektedir. Burada yeşil olarak kalmasının

sebebi ise bu bacaklar arasında hem atlamanın olmaması hem de geçişin olmamasıdır.

Şekil 4: Devrenin PCB şeması

Devrede kullanılacak elemanlar ve toplam maliyet hesabı:

Lojik kapılar ile yapılırsa:

Malzeme Açıklama Adet Fiyat(YTL)

4051 8x1 mux 7 adet 7 tl

7404 değil kapısı 1 adet 0.5 tl

Display 7 segment ortak katot 1 adet. 1 tl

Direnç 220 ohm 11 adet 0.30 tl

Entegre soketi 8 ve 7 bacaklı 9 adet 2.50 tl

Buton 3 bacaklı on-off konumu 4 adet 2tl

Bakır plaket A4 boyutunda 1 adet 8tl

Matkap delik delmek için 1 adet 10tl

Matkap ucu helisel kanalı olan çelik uç 2 adet 1tl

Asetat kağıdına baskı 1 adet 5tl

Asetat kalemi 1 adet 3tl

Perhidrol 20cl 1 adet 4tl

Tuzruhu 1litre 1 adet 2tl

Sayısal Devreler, Uygulama Projesi 2016

Jumper atlama yapmak için 10 adet 3tl

Buton 4 adet 0.5 tl

Toplam: 49.3 tl

3. SONUÇLAR

Bu çalışma ile displayde istediğimiz harf ve sayının bir çoğunun gerekli doğruluk tabloları, karnough

haritaları, boolean ifadeleri ve denklemleri kullanılarak istenilen çıkışların lojik kapılar ile devre

tasarımı yapılarak elde edilebileceği görülmüştür. Bu elde edilen devre tasarımımızın isis simülasyonu

ile karşılaştırarak bir nevi devremizin sağlaması yapılmıştır. Bu mux devre raporu diğer lojik kapı

raporuyla karşılaştırmak için oluşturulmuştur. Burada iki arasındaki farklar gerek kullanılan devre

kompanentleri, gerek devre tasarımı, son olarak ve en önemlisi maliyet açısından ortaya konmştur.

Yapılan çalışmamızın bir sıkıntısı olmadığı ortadadır. Bu devrede tek display çıkış vardır. Biz bu

devremizde iki basamaklı, üç basamaklı… gibi sayılar görmek istiyorsak birden fazla display

kullanarak devremizi geliştiribilirz.

KAYNAKÇA

1. Dijital elektronik (Mustafa Yağımlı-Feyzi Akar)

2. Mantık devreleri (Hüseyin Ekiz)

3. http://www.direnc.net/

4. tr.wikipedia.org

5. www.youtube.com/channel/UCY5ZA9irqcABWlJCoMzeUTw ( elektronik

derslerim)