PROGRAMLANABİLİR SİNYAL JENERATÖRÜ...kullanılmasıyla devrenin çalışma gücü ve bununla...

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 ………………………………

II

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

III

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

IV

ÖZET

Teknolojideki gelişmelerle paralel olarak entegre devre çeşitliliği de artmıştır.

Aynı zamanda maliyetleri de ciddi oranda azalmıştır. Entegre devreler

programlanabilme özelliklerinde dolayı kullanıldıkları 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.

V

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

1

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.

Çizelge 1. Çalışma takvimi

İş

Ek

im

Kası

m

Ara

lık

Oca

k

Şu

bat

Mart

Nis

an

Mayıs

Gerekli malzemelerin tespiti ve temini

Baskı devre şemasının çizimi

Baskı devre üretimi

Montaj ve test

Sistem yazılımının hazırlanması

Sistemin test edilmesi

Bitirme tezinin yazımı

2

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

3

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 ⁄ ifadesiyle frekansı

bulabiliriz.

4

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 işleri

gerçekleştirebilirler.

Harcadıkları enerji diğer aygıtlara kıyasla daha azdır.

Mikrodenetleyiciler maliyet olarak uygundur ve düşük maliyetlidirler.

5

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.

6

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

Program Hafızası 1 kB 2 kB 4 kB

GPR Hafızası 13 16 22

I/O port 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 -

7

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.

8

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.

9

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.

10

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.

Tuş Takımı Mikrodenetyiciler

Alfanümerik

LCD Ekran

Sinyal Jeneratörü

Arayüzü

Şekil 2. Programlanabilir sinyal jeneratörünün blok diyagramı

11

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.

12

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.

13

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.

14

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

15

Şekil 6. Ana kartın Eagle editörüyle hazırlanan baskı devre çizimi

Şekil 7. Ana kartın genel görünüşü

16

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

17

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

18

Şekil 12. Jeneratörün arkadan görünümü

Şekil 13. Jeneratörün üstten görünümü

Şekil 14. 100 Hz kare dalga için ekran görüntüsü

19

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.

20

Şekil 19. 10 Hz kare dalga işareti için osiloskop görüntüsü



21



Şekil 24. 10 Hz sinüzoidal dalga işareti için osiloskop görüntüsü

22




23


Şekil 29. 10 Hz testere dalga işareti için osiloskop görüntüsü


24




25

Şekil 34. 10 Hz üçgen dalga işareti için osiloskop görüntüsü



26



Şekil 39. 10 Hz Gauss dalga işareti için osiloskop görüntüsü

27




28


29

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.

30

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.

31

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

EK‐1. IEEE ETIK KURALLARI

Bu kısımda IEEE Etik Kuralları Türkçe ve İngilizce olarak sırasıyla sunulmuştur.

33

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.

34

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 Code of Ethics

ieee-ies.org/resources/media/about/history/ieee_codeofethics.pdf

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

Arka Kapak(Programlanabilir

Sinyal Üreteci)

0

1

EK-2. Şekil 2. Programlanabilir sinyal jeneratörünün arka panel çizimi

36

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

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.

PROGRAMLANABİLİR SİNYAL JENERATÖRÜ...kullanılmasıyla devrenin çalışma gücü ve bununla...

Documents

Transcript of PROGRAMLANABİLİR SİNYAL JENERATÖRÜ...kullanılmasıyla devrenin çalışma gücü ve bununla...