T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü RF TARAYICI

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü RF TARAYICI Emre ERGÜN Nadir TİRYAKİ İbrahim KESİM Cüneyt AYAN Danışman Doç. Dr. İsmail KAYA Haziran 2012 TRABZON

2 2

3 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü RF TARAYICI Emre ERGÜN Nadir TİRYAKİ İbrahim KESİM Cüneyt AYAN Danışman Doç. Dr. İsmail KAYA Haziran 2012 TRABZON

4 ii

5 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Emre ERGÜN, İbrahim KESİM, Nadir TİRYAKİ, Cüneyt AYAN tarafından, Doç. Dr. İsmail KAYA yönetiminde hazırlanan RF Tarayıcı başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI Doç. Dr. İsmail Kaya Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI Prof. Dr. İ. Hakkı ALTAŞ iii

6 iv

7 ÖNSÖZ Bir dönem projesi olarak RF işaret üreteci ve frekans tarayıcı projesi bu çalışmanın esasını oluşturmaktadır. Bu amaçla Analog Device firmasının ADF4350 frekans sentezleyici, ADL5523 low noise amplifier, ADL5380 RF demodülatörü ve MSP430 gömülü işlemci birimleri kullanıldığı bir tasarım gerçekleştirilmiştir. Sistem uçtan uca 400 MHz ile 4 GHz aralığını tarayıp bu aralıktaki işaretlerin genlik ve güçlerini bir USB arayüzünden bilgisayar üzerinde gösterebilmektedir. Kullanılan mikroişlemcinin örnekleme hızı 250 ksps olup bu durumda baseband bant genişliği ancak 125 khz olabilmektedir. Sentezleyici adımlarının büyüklüğü 100 khz e ayarlandığında sistem tüm frekans bandını kesintisiz tarayabilmekte ve bunu tahminen 5 s nin altında yapabilmektedir. Sistemdeki en önemli temel kısıtlama MSP430fxx esaslı işlemcideki örnekleyici ünitesi ile sistemin haberleşmesini sağlayan UART haberleşme birimidir. UART haberleşme birimi kbit/s lik bir hızı destekleyebilmektedir. Bu hali ile tasarlanan proje bir RF tarayıcı endüstriyel ürünlere kıyasla çok düşük bir maliyetle gerçekleştirilebilmekte, isteğe göre tasarım şekli ve içeriği degiştirilebilmekte ve en önemlisi temini zor olan RF ünitelerinin gerçekleştirilmesine önemli bir girişim mahiyeti taşımaktadır. Çalışmanın bu alanda yapılacak diğer çalışmalara yol gösterici olacağı ve muhtemel endüstriyel projelere esas teşkil edeceği düşünülmektedir. Hazırlamış olduğumuz bitirme çalışmasının ilerlemesinde ve son şeklini almasında yol gösterici olan saygı değer hocamız Sayın Doç. Dr. İsmail Kaya ya şükranlarımızı sunarız. Ayrıca KTÜ Rektörlüğü, Fakülte Dekanlığı ve Bölüm Başkanlığı na teşekkürlerimizi arz ederiz. Herşeyden öte eğitimimiz süresince bize her konuda destek veren ailelerimizi ve bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza sevgi ve saygılarımızı sunarız. Haziran 2012 Emre ERGÜN İbrahim KESİM Nadir TİRYAKİ Cüneyt AYAN v

8 vi

9 İÇİNDEKİLER Lisans Bitirme Projesi Onay Formu iii Önsöz v İçindekiler vii Özet ix Semboller ve Kısaltmalar xi 1. Giriş 1 2. LNA ve DEMODÜLATÖR Low Noise Amlifier Empedans Uyumu Down Converter Devre Şemasının Çizimi 3 3. FREKANS SENTEZLEYİCİ Faz Kilitlemeli Çevrimin Çalışması RF (Radyo Frekansı) Sentezleyici Kontrolü Yarı İletken Gerilim Kontrollü Osilatör ile 8 Geniş Bant Frekans Sentezleyici ADF ADF4350 İNCELEME Devre Tanımı Kaydediciler Sentezleyici Deneyi, 901 MHz RF Sentezleyici Çıkış Frekansı Elde Etme Frekans Sentezleyicinin Tüm sistem Tarafından Kullanımı TEMEL BANT ÖRNEKLEME BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ VE GÖRÜNTÜLEME MSP430 ile USB Üzerinden UART İletişimi MSP430 UART Kaydedicileri(Register ) 30 C# Programında Ara yüz Oluşturma ve Veri Grafiği Elde Etme 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 36 Kaynaklar 37 Ekler 38 Özgeçmiş 39 vii

10 viii

11 ÖZET Üzerinde çalıştığımız tasarım projesinin konusu 400MHz-4GHz arası 125kHz lik bant genişliğine sahip frekans bantlarını gözlemleyecek RF alıcı sistemi oluşturmaktır. Çalışmada, bir RF dar bant alıcı tasarlanmıştır. Tasarımdaki amacımız, tüm RF frekans aralığını belirli frekans adımlarında tarayıp, gözlemlediğimiz frekans aralığında herhangi bir verinin olup olmadığını belirlemek. Daha sonra bu tespit edilen verinin bir bilgisayar veya display(ekran) aracılığıyla görüntülenmesini sağlamaktır. Projemiz dört kısımdan oluşmaktadır; LNA ve Down Converter, RF Sentezleyici Kontrolü, Temel Bant Örnekleme, PC Arayüzü ve Görüntüleme. Sonuç olarak bu proje tamamlandığında belirlenen frekans bantlarındaki güç spektrumun gözlenebileceği tespit edilmiştir. ix

12 x

13 SEMBOLLER VE KISALTMALAR ADC Bps COM RF UART RS232 SİA USCI USB PLL VCO LE LD CE MSB RFOUT fpfd REFin MUXOUT LNA : Analog Digital Converter : Baud per Second : Communication : Radio Frequency : Universal Asynchronous Recieve Transmit : UART Haberleşmesini Sağlayan Tüm Devre : Seri İletişim Arayüzü : Universal Serial Communication Interface : Universal Serial Binding : Faz Kilitlemeli Çevrim : Voltaj Kontrollü Osilatör : Kalkış izinver (Launch Enable) : Kilit sezme (Lock Detect) : Chip izinver (Chip Enable) : En anlamlı bit (Most Significant Bit) : RF Çıkış Frekansı : Faz Frekans Sezicinin Frekansı : Referans Frekansı : Çoğulluçıkış : Low Noise Amplifier xi

14 xii

15 xiii

16 1.GİRİŞ Gerçekleştirdiğimiz projenin konusu belirli frekans aralığındaki güç dağılımını olabildiğince doğrulukla gözlemlemektir. Çalışılan frekans aralığı GHz olarak belirlenmiştir. Bu frekans aralığında 125 ksps hızında çalışma yapılmıştır. Projenin tasarlanması, modellenmesi ve diğer izlenen yollar Tablo 1. deki çalışma takviminde belirtilmiştir. Tablo1. Çalışma Takvimi. Şubat Mart Nisan Mayıs 3.h 4.h 1.h 2.h 3.h 4.h 1.h 2.h 3.h 4.h 1.h 2.h 3.h 4.h Konuya X X X Karar Verme Konu Hakkında X X X Araştırma Malzeme X X X Belirleme Malzeme Satın X X X Alma Mekanik Kısım X X X X X X X X X X Çalışmaları Doküman X X X X X Toplama Tez Yazma X X X X Uygulama Testi X X X X X X

17 2. LNA ve DEMODÜLATÖR 2.1. Low Noise Amlifier Bu kısımda antenden alınan işaretin Low Noise Amplifier da yükseltildikten sonra Down Converterda demodülasyona tabi tutulması sonucu işaretin basebanda düşürülmesi işlemi ele alınacaktır. Projede LNA; anten tarafindan yakalanan zayıf işaretin gücünü yükseltmek için kullanılan elektronik yükselteçtir. LNA ; genellikle besleme hattı kayıplarını azaltmak için antene yakın yerleştirilir. Alıcının çıkış ucundaki bütün gürültü faktörü (Noise Factor) basit yükselticilerle bastırılır. Daha sonra LNA kullanarak, alıcı kısmındaki bütün elemanlardan kaynaklanan gürültü etkisi azaltılır. Düşük gürültü için, yükseltecin ilk katında, kuvvetli yükselteç gereklidir.bunun için JFET elemanları kullanılır. Ayrıca yüksek oranda yükseltme sağlanabilmesi için devrelerde giriş çıkış empedans eşleşmesi iyi yapılmalıdır ve gürültüye sebebiyet verdiği için direnç kullanılmamalıdır. Low Noise Amplifier olarak projede Analog Device üreticisine ait ADL5523 deneme kartı kullanılacaktır [2].Bu amplifikator bize 400MHz -4GHz spektrumunda sinyalleri kuvvetlendirerek gözlemlememizi sağlar. Projede kullanılacak olan Analog Device ADL5523 deneme kartının tasarımı çizim programı kullanılarak yapıldı. Tasarlanacak olan bu kart, mikrodalga devre niteliğinde olduğu için giriş ve çıkış iletim hattının 50 ohm luk karakteristik empedansını uydurabilmek ve hat üzerine yerleştirilecek olan elemanların konumunu iyi ayarlayabilmek istenilen kazancın elde edilmesinde oldukça belirleyicidir. 2

18 2.2. Empedans Uyumu Karakteristik empedans; bir iletim hattının her noktasındaki gerilimin akıma oranı olarak düşünülebilir.dalga, bir hat üzerinde ilerlerken eğer farklı karakteristik empedansa sahip bir hatla karşılaştığında dalganın bir kısmı iletilirken bir kısmı geri yansıyabilir. Yansıyan dalganın en az miktarda olması yani iletim esnasında oluşan kaybın en az olması için empedans uyumu önem taşımaktadır. High Frequency Electronics editörü Gary Breed e göre mikrodalga sistemlerde 50 ohm karakteristik empedansa sahip iletim hatlarının kullanılması, uzun zamandan beri bu şekilde kullanılageldiği için standartlaşmıştır. Öte yandan bir iletim hattının hem en az kayıplı hem de maksimum güç kapasitesine sahip olması istenir (Şekil 2.1). 30 ohm (maksimum güç kapasitesi) ile 77 ohm un (en az kayıp) aritmetik ortalaması 53,5 ohm,geometrik ortalaması ise 48 ohm dur. İşte 50 ohm ; maksimum güç kapasitesi ile minimum kayıp arasında orta yolu sağlayan bir değer olduğundan mikrodalga sistemleri için yukarıda da belirtildiği gibi standart haline gelmiştir [1] Down Converter Down converter kısmında, LNA dan alınan gücü yükseltilmiş işaretin, Down Converter yardımıyla basebanda düşürülmesi (demodulasyon) işlemi gerçeklenmektedir.bu işlem için ADL5380 kullanılmıştır [3]. ADL5380 deneme kartı single-ended ya da differential-ended baseband analizi için kullanılabilir Devre Şemasının Çizimi Eagle programı kullanılarak ADL5523 deneme kartı Şekil 2.2 de görüldüğü gibi tasarlandı.tasarım yapılırken orijinal kartın ölçülerine bağlı kalındı. Böylece istenilen seviyede gürültü ve kazanç elde edilmesi kolaylaşmış olur. 3

19 Şekil ohm iletim hattı örnek devresi. KARTIN BASILMASI Şekil 2.2. ADL5523 baskı devre şeması. 4

20 Tasarım bittikten sonra kartın basılması işlemine geçildi.burada özel kağıda lazer yazıcıdan çıktı alınarak basılan devre, daha sonra gerekli ebatlarda kesilmiş olan çift yüzeyli bakır plaketin bir yüzeyine ütü yardımıyla basıldı.daha sonra tuz ruhu ve perhidrol karışımının bulunduğu kaba dikkatlice konulan plakanın lazer mürekkepli katman haricindeki kısımların aşınması işlemi gerçeklendi.son olarak ise kutudan alınan plakanın üzerindeki mürekkep katman tiner yardımıyla ayrıştırıldıktan sonra Şekil 2.3 teki kart elde edilmiş oldu.kart yapımı aşamasında tuz ruhu-perhidrol karışımının bulunduğu kaba kartı koyarken ve çözünme esnasında dikkatli olunması gerekmektedir.cilde herhangi bir temasın olmamasına özellikle dikkat edilmesi gerekir. DOWN CONVERTER Şekil 2.3. ADL5523 kartının baskı devre yapılmış hali. 5

21 3. FREKANS SENTEZLEYİCİ Sayısal kablosuz haberleşme sistemlerinde (GSM,CDMA gibi), PLL ler iletim sırasında yukarı dönüştürme,alınma sırasında aşağı dönüştürme yapan yerel osilatör olarak kullanılır.çok hücreli telefonlarda bu fonksiyon için,telefonun boyutunu ve fiyatını azaltmak için büyük entegreler yerine küçük tek bir entegre kullanılıyor. Baz istasyonu uçlarındaki yüksek performans gereksiniminden dolayı, verici ve alıcı devreleri gerekli performans düzeylerine ulaşabilmek için ayrı ayrı öğrelerle inşa ediliyor.gsm yerel osilatör modülü genellikle ayrık VCO larla ve frekans sentezleyici entegre devreleriyle inşa edilir. Frekans sentezleryici üreticileri arasında Analog Devices, National Semiconductor ve Texas Instruments vardır. VCO üreticileri arasında Sirenza, Z-Communications, Inc. (Z- COMM) vardır Faz Kilitlemeli Çevrimin Çalışması Şekil 3.1. Faz kilitlemeli çevrimin blok diyagramı. Bir faz sezici iki giriş sinyalini karşılaştırır ve onların fazlarının farkına ilişkin bir hata işareti üretir.hata işareti alçak geçiren filtreden geçer ve bir çıkış fazı üretecek olan VCO yu sürmek için kullanılır.çıkış,bir ayarlanabilir bölücüden geçerek sistemin girişine verilir,bir negative geri besleme çevrimi oluşturur.eğer çıkış fazı kayarsa,hata işareti 6

22 yükselecek,hatayı azaltacak şekilde VCO fazına ters yönde VCO yu sürer.böylece çıkış fazı,diğer girişteki faza kilitlenir.bu giriş referanstır. Analog faz kilitlemeli çevrimler, genellikle bir analog faz sezici, alçak geçiren filter ve bir negatif geri besleme düzeni içinde yerleştirilmiş VCO ile inşa edilir. Bir sayısal faz kilitlemeli çevrim bir sayısal faz sezici olarak kullanılır: Referans frekansının katlarıyla orantılı PLL çıkış işaret frekansı sağlamak için geri besleme kolunda yada referans kolunda yada her ikisinde bir bölücüye sahip olabilir.referans frekansının tam sayı olmayan bir katı, programlanabilir darbe yutan sayıcıyla geri besleme kolu üzerine basit N ye bölen sayıcı yerleştirilerek üretilebilir.bu teknik için genelde bir kesirli N sentezleyici veya kesirli N PLL kullanılır. Osilatör pediyodik çıkış işareti üretir.ilk başlangıçta osilatör referans sinyaline yakın bir frekans ürettiğini varsayalım.eğer osilatörden faz referans fazının altına düşerse,faz sezici osilatörün control voltajını onu hızlandıracak şekilde değiştirir.aksi durumda,eğer faz referansın üzerindeyse,faz sezici osilatörün control gerilimini onu yavaşlatacak şekilde değiştirir.eğer başlangıçta faz çok uzaktaysa,o zaman pratik faz sezici frekans farkına cevap verebilir,böylece izinverilen giriş kilitleme mesafesi yükselir RF (Radyo Frekansı) Sentezleyici Kontrolü Burada amaç mikroişlemci ile frekans sentezleyici kontrol edilerek, frekans sentezleyicide belirlenen aralıkta (400Mhz 4 GHz) istenen frekansı üretmek. Özet olarak, RF sentezleyicinin çıkış frekansı, karesel demodülatörün osilatör frekansı olarak kullanılır. Giriş bilgisi olarak ya frekansı arttır yada belirtilen aralıkta 10 tane frekans üretip yeni girişi bekle işlemini mikro işlemci yapar. 7

23 GİRİŞ MİKROİŞLEMCİ RF SYNTHESIZER RF Şekil 3.2. Kısım 2 blok diyagramı Yarı İletken Gerilim Kontrollü Osilatör ile Geniş Bant Frekans Sentezleyici ADF ADF4350 İnceleme Genel Tanıtım ADF4350, harici çevrim filtresi ve harici referans frekansı ile kullanılırsa, kesirli-n veya tam sayı - N faz kilitlemeli çevrim (PLL) frekans sentezleyicilerinin gerçekleştirilmesine olanak sağlar. ADF4350 'ın, temel çıkış frekans aralığı 2200MHz' den 4400MHz 'e olan bir entegre voltaj kontrollü osilatörü (VCO) vardır. 1/2/4/8 veya 16 ya bölen devreler,kullanıcıya MHz kadar düşük RF çıkış frekansı üretmesine olanak sağlar.uygulamaların gerektirdiği yalıtım için RF çıkış katı susturulabilir. Susturma fonksiyonu, buton ve yazılım üzerinden kontrol edilebilir. Bir yardımcı RF çıkışı kullanılmadığında, gücünü kesmek mümkündür. Çip üzerindeki kaydedicilerin (registers) tümünün kontrolü basit bir 3 kablo ara yüzü üzerinden gerçekleşir. Aygıt 3V ile 3.6 V arasında değişen bir güç kaynağı ile çalışır ve kullanılmadığında düşük güç sarf etmektedir. Figure 1 de CLK, DATA ve LE uçlarını ve SPI haberleşmesinin yapılacağı uçlardır.bu uçlardan MSP430 ile ADF4350 içindeki kaydediciler setlenir.bu sayede ADF4350 MSP430 ile kontrol edilmiş olur [4]. 8

24 Zaman Karakteristiği AVDD = DVDD = VVCO = SDVDD = VP = 3.3 V ± 10%; AGND =DGND= 0 V; 1.8 V ve 3 V logic seviyesi kullanılır; TA = TMIN to TMAX, aksi durumlar söylenmediyse. Tablo 3.1. t sürelerinin belirlenmesi için kullanılan tablo [4]. Tablo 2.1 Limit Birimi Test Parametre (BVersion) İfadeleri / Yorumları t1 20 ns en az LE kurulma zamanı t2 10 ns en az Veri ve Saat kurulma zamanı t3 10 ns en az Veri ve saat tutma zamanı t4 25 ns en az Saat yüksek süresi t5 25 ns en az Saat alçak süresi t6 10 ns en az Saat ve LE kurulma zamanı t7 20 ns en az LE darbe genişliği SPI Üzerinden Kaydedicilere Bilgi Gönderme İlk olarak haberleşme yapmadığımızda logic 1 de olan LE yi logic 0 a çekeriz. t1=20ns süre sonra Saat i logic 1 yaparız ve t2 süre sonra Saat i logic 0 a çekeriz.bu işlemler sırasında DB31 (MSB) bitini gönderilmiş olur.saat in lojik 0 dan lojik 1 e çıktığında bit kayıt işlemi oluyor. SAAT un setleme zamanı ve tutma süresi en azından t2=t3=10ns olmalıdır.bu 20 ns lik süre tek bir bitin gönderilme süresidir.bu 28 bit için böyledir (DB30 9

25 dan DB3 e).20ns x 28=560ns bir süre içinde 28 bit gönderilmiş olur.kontrol bitlerini gönderirken SAAT yüksek ve SAAT alçak süreleri en az 25ns olmalıdır. Şekilde de görüldügü gibi t4+t5+t4+t5+t4=5x25=125ns dir ve 3 tane kontrol biti vardır.saat lojik 0 a çekilir ve t6=10ns sonra LE lojik 1 yapılır.bir sonraki haberleşmeye başlamak için LE t7=20ns logic 1 de durmalıdır.bundan sonra LE yi lojik 0 a çekersek haberleşme işlemi yeniden başlar. Bu koşullarda en hızlı şekilde tüm VERİ bitlerinin yollanması ve yeni haberleşmenin başlaması t1+t2+28x(t2+t3)+5x(t4)+t6+t7 = x(10+10)+5x(25)+10+20=740ns zaman alır Devre Tanımı RF N Bölücü RF N bölücü, PLL geribesleme kolundaki bir bölme oranını sağlar. Bölme oranı, bu bölücüyü oluşturan TAM SAYI, KESİRLİ ve MOD değerleri tarafından hesaplanır TAM SAYI, KESİRLİ, MOD ve R Sayıcı İlişkisi R sayıcısı ile bir arada olan TAM SAYI, KESİRLİ ve MOD değerleri, faz frekans detektörünün kesirli kısmı tarafından boşluklandırılmış çıkış frekansını üretmeye imkan sağlar. RF VCO frekansı (RFOUT) denklemi; RFOUT = fpfd (TAM SAYI + (KESİRLİ/MOD)) (1) RFout, harici voltaj kontrollü osilatörün çıkış frekansıdır. TAM SAYI, ikili tabanlı 16 bit sayıcının önset bölme oranıdır(4/5 ön ölçeği için , 8/9 ön ölçeği için ).MOD, önset kesir oran birimidir (2-4095).KESİRLİ kesir bölmenin numaralayıcısıdır ( 0 MOD -1 e ). fpfd = REFIN [(1 + D)/(R (1 + T))] (2) 10

26 REFin referans giriş frekansıdır. D, REFin in çift bitidir. T, REFin in 2bit(0 ya da 1) tarafından bölünmüşüdür. R, ikili tabanda 10 bit programlanabilir referans sayıcının önset bölme oranıdır(1-1023) Tam Sayı Mode Eğer KESİRLİ=0 ve register 2 deki DB8 (LDF) 1 e setlenir ise, sentezleyici tamsayı N moda çalışır. tamsayı N sayısal kilit bulmayı yapmak için register 2 deki DB8 1 e setlenmelidir R Sayıcı 10 bitlik R sayıcısı giriş referans frekansının (REFin) PDF eye referans saat darbesi üretmek için aşağıya doğru bölünmesini sağlar.bölünme oranları 1 den 1023 e kadar bölebilmeyi sağlar Giriş Kaydırıcı Saklayıcılar ADF4350 sayısal kısmı,bir 10 bitlik RF R sayıcı,bir 16 bitlik RF N sayıcı,bir 12 bitlik KESİRLİ sayıcı ve bir 12 bitlik modül sayıcı içerir.saat un kenarının her yükselmesinde 32 bit kaydırıcı saklayıcıda veri saat darbesi olur.veri,ilk olarak en anlamlı bit de darbelenir.veri,le in yüklenen kenarında kaydırıcı saklayıcılardan altı sürgüden bir tanesine iletilir.durak sürgüsü kaydırıcı kaydedicideki 3 tane kontrol bitinin (C3,C2 ve C1) durumlarına göre belirlenmiştir.bunlar şekilde 2 de gösterilen en anlamız 3 bit olan DB2,DB1 ve DB0 dır.bu bitlerin doğruluk tablosu tablo 5 te gösterilmiştir. 11

27 Tablo 3.2. C3,C2, ve C1 Doğruluk Tablosu [4]. Kontrol Bitleri C3 C2 C1 Kaydedici Kaydedici 0 (R0) Kaydedici 1 (R1) Kaydedici 2 (R2) Kaydedici 3 (R3) Kaydedici 4 (R4) Kaydedici 5 (R5) Kaydediciler Kaydedici Kontrol Bitleri Register 0 [C3:C1] bitlerini 0, 0, 0 a setleyerek programlanır. Kaydedicinin programlanması için veri giriş düzeni figure 24 de gösteriliyor Bit Tam Sayı Değeri Bu 16 bit, geri besleme bölücü faktörünün tam sayı kısmı olarak tanımlanan TAM SAYI değerini setler. Tüm tam sayı değerleri 4/5 ön ölçek için 23 den e izin verilir.8/9 ön ölçek için azami tam sayı değeri 75 tir. 12

28 Bit KESİRLİ Değeri 12 KESİRLİ bitleri, Σ-Δ modülatörünün girişi olan kesir numaralayıcısını setler.bu,tam SAYI ile birlikte sentezleyicinin kilitlediği yeni frekans kanalını belirler.kesirli değerleri 0 dan MOD -1 e PFD referans frekansına eşit bir frekans mesafesi üzerinden kanalları kapsar Kaydedici Kontrol Bitleri Register 1 [C3:C1] bitlerini 0, 0, 1 a setleyerek programlanır. Kaydedicinin programlanması için veri giriş düzeni figure 25 de gösteriliyor Ön Ölçek Değeri Çift yönlü genlik ön ölçeği (P/P+1), TAM SAYI,KESİRLİ ve MOD sayıcıları ile birlikte,vco çıkışından PFD girişine olan tüm oranların hepsini tanımlar. CML seviyelerinde çalışmak,önölçek VCO çıkışından saat darbesini alır ve sayıcılar için onu böler.senkron 4/5 oranı baz alınır. 4/5 olduğunda,maksimum RF frekansı 3GHz olur.böylece,adf4350 3GHz ın altında çalıştığında,bu oran 8/9 olmalıdır.p 4/5,Nmin 23 ve P 8/9,Nmin 75 iken önölçek TAM SAYI değerini sınırlar. ADF4350 içindeki registerdaki PR1, ön ölçek değerlerini setler. 13

29 Bit Faz Değeri Bu bitler,faz kelimesi olarak ne yüklendiğini kontrol eder.kelime,register 1 deki MOD değerinden daha az olmalıdır.kelime 360 /MOD ın çözünürlüğü ile 0 den 360 e RF çıkışını programlamak için kullanıldı.çoğu uygulamalarda,faz ile RF sinyali ve referans ilişkisi önemli değildir.bazı uygulamalarda,faz değeri, kesir ve altkesir dürtü seviyelerini optimize etmek için kullanılabilir. Eğer ne faz senkronu ne de dürtü optimizasyon fonksiyonu kullanılmıyorsa.faz kelimesinin 1 e setlenmesi tavsiye edilir Bit İç Kutuplayıcı Mod Değeri Bu programlanabilir kaydedici,kesir genliğini setler.bu PFD frekansının RF çıkışı üzerinde kanal adım çözünürlüğüne oranıdır Kaydedici Kontrol Bitleri Register 2 [C3:C1] bitlerini 0, 1, 0 a setleyerek programlanır. Kaydedicinin programlanması için veri giriş düzeni figure 26 de gösteriliyor. 14

30 RDIV2 DB42 üm 1 e setlenmesi R sayıcı ile PFD arasına,maksimum REFin giriş oranını genişleten 2 e bölmeli geçiş flip flop unu ekler.bu fonksiyon PFD girşinde çevrim kayma azalması için gerekli olan bir %50 görev çevrim işaretinin görünmesini sağlar Bitlik Sayıcı 10 bitlik R sayıcısı PFD ye referans saat darbesi üretmek için,giriş referans frekansın (REFin) bölünmesini sağlar.bölme oranları 1 den 1023 e kadardır Doubler Buffer DB13,Register 4 deki [DB22:DB20] bitlerinin double bufferlamasının etkili veya etkisiz kılar.bölücü seçme kısmı double bufferlamanın nasıl çalıştığını açıklar Güç Düşümü DB5 programlanabilir güç düşümü modu sağlar..biti 1 e setlemek güç düşümü uygular.0 a setlenmesi sentezleyiciyi normal çalışmasına döndürür.yazılımda güç düşümü modunda iken,kısım tüm bilgileri onun kaydedicisinde tutar.sadece güç kaynağı kaldırılırsa, registerın içeriği kaybolur. 15

31 Güç düşümü aktifken,aşağıdaki olaylar gerçekleşir: Sentezleyici sayıcısı,yük durumu koşullarına zorlanır. VCO ün gücü azaltılır. Sarj pompası 3 durumlu moda zorlanır. Sayısal kilit tarayıcısı devresi,resetlenir. RFout buffer,deaktif edilir. Giriş register,aktif kalır ve yükleme kapasitesi ve kilitlenen veriyi korur Kaydedici Kontrol Bitleri Register 3 [C3:C1] bitlerini 0, 1, 1 a setleyerek programlanır. Kaydedicinin programlanması için veri giriş düzeni figure 27 de gösteriliyor CSR Enable DB18 ın 1 e ayarlanması sağlar Saat Darbesi Bölme Modu Bitler [DB16:DB15], FAZ senkronu aktif etmek için 1,0 a yada hızlı kilitlemeyi aktif etmek için 0,1 e setlenmelidir.ayarlama Bitlerin [DB16:DB15] 0,0 a setlenmesi, saat darbesi bölücüsünü kullanım dışı yapar. 16

32 Bit Saat Darbesi Bölücü Değeri 12 bit saat darbesi bölücü değeri,faz senkron un aktif edilmesi için zaman aşımı sayıcısını setler. Ayrıca hızlı kilit için zaman aşımı sayıcısını setler Kaydedici Kontrol bitleri Register 4 [C3:C1] bitlerini 1, 0, 0 a setleyerek programlanır. Kaydedicinin programlanması için veri giriş düzeni figure 28 de gösteriliyor Geri Besleme Seçimi DB23 VCO çıkışından N sayıcısına geri besleme seçer.1 e setlendiğinde,işaret direk olarak VCO dan alınır.0 a setlendiğinde,çıkış bölücülerinin çıkışından alınır.bölücüler,geniş bant frekans kapsamayı (137.5MHz ile 4.4 GHz arası) sağlar.bölücü çalışıyor ve geribesleme işareti çıkıştan alınıyorken,iki tane ayrı ayrı yapılandırılmış PLL lerin RF çıkış sinyalleri fazın içindedir.bu, işaretlerin pozitif girişimlerinin gücün yükseltmek istendiği bazı uygulamalarda kullanışlıdır. 17

33 Bölücü Seçme [DB22:DB20] bitleri çıkış bölücüsünün değerini seçer Bant Seçme Saat darbesi Bölme Değeri Bitler [DB19:DB12], bant seçen lojik saat darbe girişi için bir bölücüyü setler. R sayıcısının çıkışın olan değeri olarak bant seçme lojik saat darbesini kullanır,fakat bu değer 125kHz den çok yüksekse,bir bölücü R sayıcısını bölerek daha küçük bir değere getirmek için anahtarlanabilir VCO Güç Düşümü DB11 in VCO un gücünün yukarı veya aşağı doğru değiştirmesi seçilen değere bağlı olarak gerçekleşir Kilitleme Sezilene Kadar Sessiz DB10 1 e setlenirse, kısım arşivleri sayısal kilit tespit devresi tarafından ölçülen değere gibi olana kadar,rf çıkış katına giden kaynak akımı kesilir. 18

34 Kaydedici Kontrol Bitleri Register 5 [C3:C1] bitlerini 1, 0, 1 e setleyerek programlanır. Kaydedicinin programlanması için veri giriş düzeni figure 29 de gösteriliyor Kilit Tespit Etme Pininin Çalışması [DB23:DB22] bitleri kilit tespit etme pininin çalışmasını setler Sentezleyici Deneyi, 901 MHz RF Sentezleyici Çıkış Frekansı Elde Etme Tablo 3.3. Mikroişlemci ile ADF4350 geliştirme bordu uçlarının bağlantı tablosu. 1 Saat P2.2 3 Veri P2.1 5 LE Kalkış izinver P2.0 7 CE chip izinver P2.3 9 LD kilit tarama P MUXOUT P PDRF P1.1 2 VDD 4 DVDD 6 SDVDD 8 VOUT 10 A GND GND 12 A GND GND 14 A GND GND 19

35 MUXOUT: Bu uçtan LD (Lock Detect) bilgisini alınacak şekilde ayarlanmıştır. PDRF: RF çıkışa güç verilir verilmeyeceğini dışardan konrol için pin. LE Kalkış izinver: Haberleşme başlatma ucudur. Şekil 3.3 de görüldüğü gibi RF sentezleyici besleme kaynağı 5V kullanılmıştır. Bağlantı şeması tablo 3.3 te belirtilmiştir.adf4350 ve mikro işlemci bağlantısından bir görüntü sırasıyla şekil 3.4 de şekil 3.5 görülmektir. Şekil 3.3. Besleme kaynağı 5 V kullanıldı. 20

36 Şekil 3.4. ADF Çıkış alınacağı uç tek ise, çift ayrımsal çıkış olduğundan diğer çıkış uygun yükle, 50 ohm, sonlandırırlır. Şekil10 da mikro işlemcinin pin bağlantıları görülmektedir. Şekil 3.5. MSP430G2452 ile ADF4350 bağlantısı. 21

37 901 MHz için kaydedicilerin değeri EK 1 de belirtilmiştir. EK 2 de belirli frekans aralığı ve frekans adımı için kaydedici 0 ve kaydedici 1 e setlenmesi gereken bit değerleri txt dosyası olarak kaydedip gösteren program vardır. EK3,EK2 deki programın çıktısıdır. MSP430G2452 mikroişlemci ile spi haberleşmesi yaparak ADF4350 nin kaydedicilerine belirlenen değerler yollandı. EK 3 deki program kullanılmıştır. Frekans değeri 901MHz de 0 dbm güç gözlemlenmiştir (Şekil 3.6). Şekil 3.6. Spektrum analiz cihazı ile çıkış frekansı gözlemlenmesi Frekans Sentezleyicinin Tüm Sistem Tarafından Kullanımı EK 4 de ki program P1.3 ucuna kesme emri gelince Rf sentezlezyici çıkış frekansını bir adım 100kHz arttır işlemini yapıyor.başlama frekansı 400MHz ten başlıyor ve P1.3 ucuna kesme emir gelince frekans değeri artıyor.bu artış işlemi frekans 4000MHz olana kadar devam eder.sonra mikro işlemci durur. Kesme emir gelmesini bekleyeceği zaman 22

38 yeşil ışık yanar ve P1.3 e kesme gelince yeşil ışık söner ve frekans arttırma işlemi yapılır. Tekrar hazır olunca yeşil ışık yanar bu böylece en son frekans değerine kadar devam eder. 23

39 4. TEMEL BANT ÖRNEKLEME Şekil 4.1. Temel bant örnekleme çalışma bölgesi. Bu kısımda temel olarak yapılan işlem Down Converter çıkışındaki I ve Q analog işaretlerinin örneklenmesidir. Bu amaçla MSP430 bordu 169 serisi kullanılmıştır. 400 Mhz ile 4Ghz aralığında MSP430, 250 ksps hızında örnekleme ile kullanılmıştır. Ancak örnekleme I ve Q girişleri olarak iki kısımdan oluştuğu için her bir girişe 125 ksps örnekleme hızı ayırabildik. 400Mhz den başlayarak analog işaret adım adım örneklenir. Adım aralıkları için frekans değeri 100 Khz e ayarlandığında sistem tüm frekans bandını kesintisiz tarayabilmiştir. Yapılan işlem basamakları olarak, örneğin, ilk adımda analog işaret örneklenir, örnekleme bittikten sonra bu ilk adımın bittiğine dair bilgi sentezleyicinin kontrolünü yapan işlemciye gönderilir. Bu işlemci, bilgiyi alıp sentezleyiciyi setlediği sırada bellekteki örneklenmiş veri UART haberleşme ile usb ile bilgisayar veya display e aktarılır ve bellek ikinci adımda örneklenecek analog işaret için tekrardan yazılabilir duruma gelir. 24

40 Sentezleyiciden kilitlendiğine dair bilgi örnekleme yapan işlemci tarafından alınınca örnekleme işlemi bir diğer frekans aralığı için tekrarlanır. 25

41 5. BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ VE GÖRÜNTÜLEME Veri haberleşmesi genel olarak seri ve paralel olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. Paralel iletimde aktarılacak n bitlik kod sözcüğündeki her bir kod ayrı bir iletim yolundan aktarılır. Paralel iletim birbirine çok yakın cihazlar arasında kullanılır. Uzun mesafelerde tercih edilmez. Seri iletim olarak adlandırılan diğer iletim şeklinde ise bilgi tek yol üzerinden sırayla aktarılır. Paralel ve seri ( UART ) iletim blok diyagramları şekil 5.2. ve 5.3 de gösterilmiştir. Seri iletimde işaretin verici ile alıcı arasındaki akış hızı baud birimi ile ölçülmektedir. Seri iletim kendi içinde asenkron ve senkron olmak üzere ikiye ayrılır. Senkron iletişimde verici ve alıcı aynı saati kullanır. Verici alıcıya veri ile birlikte saat işaretini de modüle ederek gönderir. Asenkron iletişimde ise alıcı ve verici farklı saatleri kullanır. Bilgisayarlarda çok sayıda asenkron seri iletişim birimi bağımsız bir şekilde çalışabilir. Örneğin; Port1 (COM1), Port2 (COM2) gibi UART ( Universal Asynchronous Receiver Transmitter ) haberleşmesi bilgisayarın işlemcisi ile seri portla bağlantısı kurulan cihazın arasındaki veri aktarımını sağlar. Bilgisayarda bulunan RS232 tüm devresi sistemden gelen veriye başla, dur ve eşlik bitleri ekleyerek bilgiyi bit düzeyinde seri iletimle bağlı cihaza gönderir. Seri iletimle bağlı cihazdan da başla, dur bitlerini çıkararak iletişimin doğru yapılıp yapılmadığını kontrol etmek için eşlik sınaması yapar MSP430 ile USB Üzerinden UART İletişimi Projede örneklenen verinin bilgisayar ortamına aktarılması için gereken UART iletişimi, Texas Instruments firmasının MSP430 mikroişlemcisinin bilgisayara USB üzerinden bağlanması ile sağlanmaktadır. Bilgisayar ve mikroişlemci arasındaki UART ara yüzü şekil 5.3 te gösterilmektedir. 26

42 Paralel veri iletimi D0 Gönderici DN RD WR TS Alıcı Şekil 5.1. Paralel veri gönderme işlemlerinin gösterimi. UART veri iletim Veri Tx Gönderici Veri Rx Alıcı Toprak Şekil 5.2. Seri ( UART ) veri gönderme işlemlerinin gösterimi. Tx: gönderici veri yolu Rx: alıcı veri yolu RD: okuma yolu WR: yazma yolu 27

43 D0, DN : Veri UART haberleşmesi yapılmadan önce çalışma şeklini belirleyecek biçimde mikroişlemci koşullandırıldı. İlk yapılması gereken veri aktarımındaki hız ayarıdır. Bu işlem mikroişlemcinin UCA0BR0 kaydedicisinin 0 03 sayısı ile koşullandırılması ile gerçekleştirildi. Bu sayı çalışma frekansı ile veri iletim hızının birbirine bölünmesi ile çıkan bölücü tam sayıdır. Burada sembol hızı 9600 bps olarak ayarlanmış oldu. İletişimde bulunan iki tarafta da aynı hızda aktarım gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar USB COM USB Kablo USB Ara yüzü UART MSP30 Şekil 5.3. Bilgisayar ve mikroişlemci arasındaki UART iletişim blok diyagramı. RF tarayıcı projesi iki yönlü iletişim içermektedir. Mikroişlemcide bulunan kaydedicilerden UCA0TXBUF kaydedicisi iletilecek verinin içerisine kaydedildiği bir tampon kaydedicisidir. Öte yandan mikroişlemcinin alıcı tarafında ise UCA0RXBUF tampon kaydedicisi bulunur. Bu kaydedicide mikroişlemciye gönderilen veri bulunur. Verinin iletilebilmesi için mikroişlemcide kesme işlemlerinin yetkilendirilmesi gerekmektedir. Kesme ana programa dışarıdan yapılan müdahalelerdir. Bilgisayardan gönderilecek bir komutla mikroişlemciye yüklenen ana programa bir kesme yapılmış olur ve iletişim başlar. Bu kesme işlemi için programda yetkilendirme işlemi yapılmaktadır. Kesme programının içerisinde sürekli verinin örneklenmesi için gereken ADC ( Analog Digital Converter ) programı yazıldı. Bu program veriyi iki kanalda örnekleyerek bilgisayar ortamına aktarmak için düzenlendi. Şekil 5.4 te mikroişlemcideki programın akış diyagramı gösterilmiştir. 28

44 MSP430 mikroişlemcisindeki asenkron iletişim tipinde kesme işlemi için almada ve göndermede kullanılmak üzere birer adet kesme vektörü bulunmaktadır. UTXIFGx kesme bayrağı gönderici tarafından UxTXBUF tamponunun diğer karakterleri kabul etmeye hazır olduğunu anlamak için koşullanır. Eğer UTXIEX ve GIE koşullanmış ise bir kesme cevabı üretilir. Bir kesme cevabı üretildiğinde veya UxTXBUF kaydedicisine bir karakter yazıldığında UTXIFGx otomatik olarak pasif konumdadır. Mikroişlemcideki programın akış diyagramı İletişim tipi seçimi Saat ayarı Hız ayarı Kesme ayarı Örnekleme İstifleme Sayıcı N Hayır Evet Gönderme Şekil 5.4. Mikroişlemci tarafındaki program akış diyagramının gösterimi. 29

45 Şekil 5.4. te görüldüğü gibi kesme ayarları yapıldıktan sonra kesme alt programına giren yazılım örnekleme işlemine başladı. Örnekleme işleminden sonra örneklenen veri istiflenir ve sayıcıda sayıldı. Sayıcı çıkışı N değerinden büyükse veri iletilmek için iletim bloğuna gönderildi. Eğer büyük değilse program kesme altprogramından çıkarıldı ve örnekleme işlemine tekrar başlandı. 5.2 MSP430 UART Kaydedicileri ( Register ) UART modunda kontrol kaydedicileri kullanılarak program ayarları yapılabilmektedir. Kaydediciler ana hafızaya göre daha elverişlidir ve geçici saklamada kullanılır. MSP430 mikroişlemcisinin UART modülünde kullanılan kaydediciler aşağıdaki çizelgede belirtilmiştir. Tablo 5.1. MSP430 işlemcisine ait UART modülü kaydedicileri [5]. Kaydedici Tipleri SİA_A0 kontrol kaydedicisi 0 SİA_A0 kontrol kaydedicisi 1 Sembol hızı kontrol kaydedicisi 0 Sembol hızı kontrol kaydedicisi 1 Modülasyon kontrol kaydedicisi Durum kaydedicisi Alıcı tampon kaydedicisi Verici tampon kaydedicisi Oto sembol kontrol kaydedicisi Verici kontrol kaydedicisi Alıcı kontrol kaydedicisi Kesme yetkilendirme kaydedicisi Kesme bayrak kaydedicisi Kısa formu UCA0CTL0 UCA0CTL1 UCA0BR0 UCA0BR0 UCA0MCTL UCA0STAT UCA0RXBUF UCA0TXBUF UCA0ABCTL UCA0IRTCTL UCA0IRRCTL IE2 IFG2 30

46 UC: Genel Haberleşme ( Universal Communication ) RX: Alıcı modülü TX: Verici modülü BCTL: Sembol kontrol IRRCTL: Alıcı kontrol IRTCTL: Verici kontrol Tablo 5.1 te gösterilmiş olan kaydedicilerin her biri belirli görevler üstlenmiştir. Sıfır kontrol kaydedicisi eşlik yetkilendirme, eşlik seçme, karakter uzunluğu belirleme, durma biti seçme, iletişim tipi seçme ve eş zamansız iletişim tipi gibi görevleri olan sekiz bite sahiptir. Eşlik yetkilendirme biti mantıksal bakımdan bir olduğunda eşlik kullanılırken, sıfır olduğunda eşlik biti kullanılmamaktadır. Eşlik seçme biti sıfır olduğunda tek eşlik biti, bir olduğunda ise çift eşlik biti kullanılmaktadır. Anlamlı bit seçiminde ise bit mantık sıfır olduğunda en anlamsız bit iletişimde en önce gönderilirken, mantık bir olduğunda ise en anlamlı bit en önce gönderilmektedir. Dördüncü bit mantıksal bakımdan sıfır olduğunda sekiz bitlik bilgi gönderilirken, mantık bir olduğunda yedi bitlik bilgi gönderilmektedir. Üçüncü bit durdurma bitini seçen bittir. Bu bit mantık sıfır durumunda tek durdurma biti, bir durumunda ise çift durdurma biti iletişimde çerçevesine eklenmektedir. İkinci ve birinci bitler haberleşme bitinin seçimi ile ilgilidir. Bu bitler sırasıyla mantık sıfır olduğunda genel iletişim tipi seçilirken, sıfır biti sıfır olduğunda iletişimin eş zamansız yapılacağı belirtilmektedir. Birinci kontrol kaydedicisinde kullanılacak saati seçen, hatalı karakter algılayan, karakterleri durduran, iletişimi uyku sürecine alan, transfer edilen karakterin adres veya bilgi olduğuna karar veren, iletişimi durduran ve yazılımı eski konumuna getiren olmak üzere sekiz bitten oluşmaktadır. Altı ve yedinci bitler kullanılacak saati seçmek gayesi ile görevlendirilmiş olan bitlerdir. Beşinci bit hatalı karakterleri algılar ve mantık sıfır olduğunda hatalı biti reddederken, mantık bir olduğunda hatalı biti alır. Dördüncü bit karakter kesmesini durduran bittir. Bu bit mantık sıfır olduğunda alım karakter kesmesi alıcı kesim bayrağını koşullandırırken, mantık bir olduğunda ise alıcı kesim bayrağını koşullandırmaz. Üçüncü bit mantık bir olduğunda iletişim ara yüzünü uyku sürecine 31

47 sokarken, sıfır olduğunda bu işlemi gerçekleştirmez. İkinci bit mantıksal bakımdan sıfır olduğunda bilginin, mantıksal açıdan bir olduğunda ise adresin iletileceği anlaşılmış olur. Sıfır biti mantık bir olduğunda yazılımı başlangıçtaki konumuna getirirken, mantık sıfır olduğunda ise bu işlemi gerçekleştirmez. Tablo 5.1 teki kaydedicilerden modülasyon kontrol kaydedicisi da ilk modülasyon seçim bitleri, ikinci modülasyon seçim bitleri ve örnekleme tipi seçimi için kullanılmak üzere görevlendirilmiş sekiz bite sahiptir., Durum kaydedicisinde bulunan bitler, dinlemeyi yetkilendirme, hata bayrakları, eşlik hata bayrağı, alıcı hata bayrağı, hata bayrağı algılama, adres algılama, boşluk algılama ve ara yüzün durumunu gösteren bitlerden oluşur. Yedinci bit mantık bir olduğunda dinleme yetkilendirilirken, sıfır olduğunda ise bu işlem gerçekleştirilmez. Dört, beş ve altıncı bitler mantık bir olduğunda hata oluşur, mantık sıfır olduğunda hata oluşmamaktadır. Üçüncü bit mantık bir olduğunda bayrak algılama durdurulur, mantık sıfır olduğunda bayrak algılama işlemi gerçekleştirilir. İkinci bit mantık bir olarak koşullandığında hata bayrağı algılanır, tersi durumda ise bayarak algılanmaz. Birinci bir mantık bir olduğunda alınan karakterin bilgi olduğu anlaşılırken, sıfır olduğunda alınan karakterin adresi ifade ettiği durumu söz konusu olur. Sıfır biti mantık sıfır olduğunda ara yüz pasif konumda bulundurulur. Sıfır biti mantık bir olduğunda ise ara yüz aktif ve çalışır durumdadır. Alıcı tampon kaydedicisi da diğerleri gibi sekiz bitten oluşur. Alıcı kaydırmalı kaydedicisinden gelen son alınan karakteri içerir. Verici tampon kaydedicisi sekiz bitten oluşur ve verici kaydırmalı kaydedicisine gönderilmeyi bekleyen son karakteri tutar. Verici kontrol kaydedicisinin ikinci ve yedinci bitleri de dahil olmak üzere altı biti verici darbe uzunluğudur. Birinci biti darbe saat seçimi bitidir. Sekizinci ve son olan sıfır biti ise kodlayıcı ve çözücü yetkilendirme bitidir. Bu bit mantık bir olduğunda kodlayıcı ve çözücü yetkilendirilir. Sıfır olduğunda ise böyle bir durum söz konusu değildir. Alıcı kontrol kaydedicisinin yedinci ve ikinci bitleri dahil altı biti alıcı süzgeç uzunluğu olarak belirlenmiştir. Birinci bit alıcı polarite biti. Sıfır biti ise alıcı süzgeç yetkilendirme 32

48 biti olarak tanımlanmaktadır. Bu bit mantık bir olduğunda alıcı süzgeç yetkilendirilirken, mantıksal açıdan sıfır olduğunda ise yetkilendirilmez. Sembol hız kontrol kaydedicisi, kesme yetkilendirme kaydedicisi ve kesme bayrak kaydedicileri sekizer bitten oluşmaktadır. Kesme yetkilendirme kaydedicisinin altı biti diğer modüller tarafından kullanılabilmektedir. Birinci bit verici kesme yetkilendirme bitidir. Bu bit mantık bir olduğunda yetkilendirme gerçekleştirilir. Mantık sıfır olduğunda ise yetkilendirme gerçekleştirilmez. Sıfır biti ise alıcı kesme yetkilendirme biti olarak görevlendirilmiştir. Sıfır biti mantık bir olduğunda alıcı esme yetkilendirilirken, mantık sıfır olduğunda ise alıcı kesme yetkilendirilmez. Kesme bayrak kaydedicisinde da altı bit diğer kısımlar tarafından kullanılabilir. Birinci bit mantık bir olduğunda gönderici kesme geldiği anlaşılırken, sıfır biti mantık bir olduğunda ise alıcı kesme geldiği anlaşılmaktadır C# Programında Ara yüz Oluşturma ve Veri Grafiği Elde Etme C# programında kullanılan ara yüzün oluşturulması için bir form uygulaması açılmıştır. Bu form uygulamasında oluşturulan ara yüz şekil 16. de gösterilmiştir. 33

49 Şekil 5.5. C# programında oluşturulan ara yüz Şekil 5.5 te görülen form uygulaması C# ortamında hazırlanmıştır. Burada malzeme kutusundan seçilen buton, etiket ve metinler haberleşme için gerekli bağlantıları içermektedir. Port seçimi bağlantısından mikroişlemcinin bağlı olduğu port seçilmektedir. Bağlan tuşuna basıldığında haberleşme seri portu açılmakta ve gönder penceresine yazılan veri mikroişlemciye iletilmektedir. Mikroişlemciden gönderilen verinin grafiksel olarak ekranda gösterilmesi için gereken ara yüz programı ve formu C# ortamında hazırlanmıştır. C# programında örneklenen veri dizisinin grafiğinin çizdirilebilmesi için grafik kütüphanesinin programın referans kısmına eklenmesi gerekmektedir. Kütüphane eklendikten sonra programın tanım ana kısmında bir grafik nesnesi oluşturuldu. Gerekli grafik fonksiyonuyla grafik nesnesinin oluşturulmasından sonra grafik eksenlerinin özelleştirilmelerine geçildi. Grafik eksenlerinin renk ve punto ayarları yapılarak başlık ve eksen adları oluşturuldu. Şekil 5.6 da program içeriğindeki grafik çizimi için gerekli diyagram gösterilmiştir. 34

50 Grafik çizim aşamaları Kütüphane ekleme Grafik nesnesi oluşturma Grafik eksenlerini belirleme Eksen ayarları Grafik arka plan ayarları Örneklenen veriyi eğime çevirme Şekil 5.6. C# programındaki grafik çizim aşamaları blok diyagramı Grafik zemininin renk ve ızgara ayarları yapıldıktan sonra eksenlerin başlangıç ve bitiş noktaları belirlendi. En sonunda örnekleme dizisindeki veriyi eğime dönüştüren gerekli fonksiyon kullanılarak örneklenen sinyal grafik ekranında elde edildi. Veri yakalama ile ilgilenen National Instruments girmasının hazurlamış olduğu Labview for Data Acqusition kitabı bu konuda yararlı bir kaynak olarak kullanılmaktadır [6] yılında yayımlanan bu kitap veri yakalama ve görüntü elde etme konusunda çalışan yararlı örnekler ve kodlar barındırmaktadır. Bruce Mihura nın deneyimleri ile hazırlanmış bu kitapta özel programlama teknikleri, gerçek zamanlı teknikler, veri yakalama ile ilgili genel çözümler ve ayrıca adresleme simulasyonları bulunmaktadır. John Park ve Steve Mackey tarafından yayımlanan adlı kitap da veri yakalama konusunda yararlı bir kaynaktır [7]. Kitap veri yakalama ve arayüz oluşturma konusunda yeni başlayan ve tecrübe sahibi olan kişilere gerçek zamanlı uygulamalar ve bilgisayar ara yüzü uygulamaları geliştirme konusunda sıkı bir kavarama yeteneği kazandırır. Ayrıca kitap uygun ve doğtu bir yazılım seçmeyi veri yakalama sistemi kurmayı veri yakalama sistemleri tasarımıda yapılan yaygın hatalardan kaçınmanın yollarını gösterir. 35

51 SONUÇLAR VE ÖNERİLER RF sentezleyicinin kontrolü hakkında, hazırlanan programla mikro işlemci RF sentezleyici 400MHz ile 4000MHz arası 100kHz adımlarla kontrol işlemini yapabildi. İstenen bir frekans değeri girişi için gerekli kaydedici değerlerini bulan program mikro işlemcinin belleğine sığmadığı için bu program kullanılamadı. Bu programı kullanabilmek bilmek için programlanabilme kapasite daha fazla olan mikro işlemci kullanılabilir (örneğin: Arm işlemci). Yollanacak bilginin 32 bit ve kullanılan mikro işlemcinin kaydedicilerinin 16 bit olması programla kısmının yazımında biraz karmaşıklığa neden oldu. Eğer 32 veya 64 bit kaydedicilere sahip mikro işlemci ile bu kontrol işlemi yapılsaydı, programlama daha kolay olurdu. Senkronluğu sağlayan saat işaretindeki bozukluk veya mikro işlemcinin hızındaki yavaşlık spi üzerindeki haberleşmeyi etkiliyor.o halde daha iyi saat darbesi üreten ve daha hızlı çalışan bir işlemci kullanmak daha doğru olurdu. Düşük gürültülü yükselteç için,başarılı bir şekilde onun devre tasarımı, çizimi ve baskı devresi yapıldı.devrenin baskısını yaparken amatör yöntemleri kullanılması istenilen kazancın elde edilmesinde olumsuz rol oynadı.profesyonel baskı devre makinelerin kullanılması ile birlikte, giriş ve çıkış empedansının uyumluluğunun bu derece önemli olduğu bir tasarımda, başarılı bir sonucun elde edilmesinde oldukça belirleyicidir. Örnekleme yapan işlemcinin bellek yetersizliğinden dolayı örnek sayısı kısıtlanır, bundan dolayı belleği büyük işlemci kullanmak daha fazla örnek almamızı sağlar. Bu da elde edilen grafiğin doğruluğunu arttırır. Bilgisayar ekranında bir ara yüz oluşturuldu. Örneklenen dizinin frekans tepkesi bulunup frekans ve genlik grafiği oluşturuldu. Grafik incelendiğinde ortamdaki RF frekanslarının spectrumu çıkartılmış oldu görüldü. 36

52 KAYNAKLAR [1]. G. Breed, There s Nothing Magic About 50 Ohms, High Frequency Electronics, Vol. 6 No. 6, June [2]. ADL5523 data sheet, Analog Device, U.S.A. [3]. ADL5580 data sheet, Analog Device, U.S.A. [4]. ADF4350 data sheet, Analog Device,Wideband Synthesizer with Integrated VCO ADF4350 [5]. MSP430x2xx Family User's Guide (Rev. I), Texas Instruments, 2012 [6]. B. Mihura, Labview for Data Acqusition, USA, 2001 [7]. J.Park, S. MakKay, Data Acquisition for Instrumentation and Control System, Burlington,

53 EKLER EK-1 RF SENTEZLEYİCİ 901 MHz ÇIKIŞ FREKANSI İÇİN KAYDEDİCİLERİN DEĞERLERİNİN BELİRLENMESİ Bu ekte belirtilen frekans için kaydedicilere hangi değerlerin atanması gerektiği işlem sırası ile anlatılmıştır ve kaydedici tablolarını içermektedir. EK-2 KAYDEDİCİ 0 VE KAYDEDİCİ 1 DEĞERLERİNİN İSTENEN FREKANS VE İSTENEN FREKANS ADIM BÜYÜKLÜĞÜ İÇİN BELİRLENMESİ Başlangıç ve bitiş frekanslarını ve frekans adım büyüklüğünü klavye ile elle giriş yapınca,program txt dosyasına her frekans uğradığı frekans için mod, TAM SAYI, KESİRLİ, bölücü değerlerini kaydeder ve notpad de açarak gösterir.programın çıktı örneği de Ek-2 içinde mevcuttur. EK MHz İÇİN KAYDECİLERİ SETLEYEN PROGRAM Program kaydedici değerlerini belirler ve spi haberleşmesi yoluyla adf4350 rf sentezleyicinin kaydecilerini setler. 38

54 EK-1 RF SENTEZLEYİCİ 901 MHz ÇIKIŞ FREKANSI İÇİN KAYDEDİCİLERİN DEĞERLERİNİN BELİRLENMESİ Denklem 2.2 de geçen REFin değeri 10 MHz dir. Yapılacak işlemler : Denklem 2.2 de geçen fpdf değerinin ne olacağına kadar verilmeli fpdf yi 10 MHz yapmak isteniyorsa, Denklem 2.2 e göre D=0,T=0 ve R=1 değerleri seçilebilir. Bu durumda fpdf 10 MHz olur. R sayıcısının çıkışın olan değeri olarak bant seçme lojik saat darbesini kullanır,fakat bu değer 125kHz den çok yüksekse,bir bölücü R sayıcısını bölerek daha küçük bir değere getirmek için anahtarlanabilir. Bilgine dayanarak 10Mhz/125kHz=80 değeri, Bant Seçme Saat darbesi Bölme Değeri olarak alınır. 900 MHz ADF4350 'ın, temel çıkış frekans aralığında olmadığından, Bölücü ile frekans bölünerek 2.2GHz-4.4GHz den bölme oranı 4 seçilerek 550MHz-1100MHz aralığına getirilir. Frekans adımı 100kHz için denklem 2.1 de geçen TAM SAYI=360,KESİRLİ =10,MOD=25 değerleri belirlenmiştir. Aşağıda Kaydediceler setlenmesi gereken değerlerin tabloları görsterilmektedir.

55 KAYDEDİCİ 0 DB31 DB30 DB29 DB28 DB27 DB26 DB25 DB24 DB23 DB22 DB21 DB20 DB19 DB18 DB17 DB16 DB15 DB14 DB13 DB12 DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 N16 N15 N14 N13 N12 N11 N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 F12 F11 F10 F9 F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 C3 C2 C KAYDEDİCİ 1 DB31 DB30 DB29 DB28 DB27 DB26 DB25 DB24 DB23 DB22 DB21 DB20 DB19 DB18 DB17 DB16 DB15 DB14 DB13 DB12 DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 PR1 P12 P11 P10 P9 P8 P7 P6 P5 P4 P3 P2 P1 M12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 c c c KAYDEDİCİ 2 DB31 DB30 DB29 DB28 DB27 DB26 DB25 DB24 DB23 DB22 DB21 DB20 DB19 DB18 DB17 DB16 DB15 DB14 DB13 DB12 DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 L2 L1 M3 M2 M1 RD2 RD1 R10 R9 R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 D1 CP4 CP3 CP2 CP1 U6 U5 U4 U3 U2 U1 c3 c2 c KAYDEDİCİ 3 DB31 DB30 DB29 DB28 DB27 DB26 DB25 DB24 DB23 DB22 DB21 DB20 DB19 DB18 DB17 DB16 DB15 DB14 DB13 DB12 DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 f1 c2 c1 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 c3 c2 c KAYDEDİCİ 4 DB31 DB30 DB29 DB28 DB27 DB26 DB25 DB24 DB23 DB22 DB21 DB20 DB19 DB18 DB17 DB16 DB15 DB14 DB13 DB12 DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 D13 D12 D11 D10 BS8 BS7 BS6 BS5 BS4 BS3 BS2 BS1 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 c3 c2 c

56 EK-2 KAYDEDİCİ 0 VE KAYDEDİCİ 1 DEĞERLERİNİN İSTENEN FREKANS VE İSTENEN FREKANS ADIM BÜYÜKLÜĞÜ İÇİN BELİRLENMESİ //DEV-C++ debugger #include <cstdlib> #include <iostream> #include <stdio.h> void tentohax(int c,int b[]); void tentoten(int c,int b[]); void tentotwo(int x[]); void goster(int x[]); //void gosterf(int x[]); int main(int argc, char *argv[]) { int intt=300; int n;int x[33]; int mod;int frac; float frekans=0; int divid=1; int adim=100; frekans=400000; float ref=10000; float vco=frekans;

57 //int frac mod Rf divid bulundu. // printf("%f\n",mod); // printf("%f",mod); FILE * pfile; n=188; // tentohax(n,x); //goster(x); pfile = fopen ("myfile.txt","w"); // for(int intt=220;intt<441;intt++) // for(int frac=0;frac<mod;frac=frac+2) //register o adim=100; printf("\n Baslama frekansi [khz]: "); scanf("%f",&frekans); float bitis=0; while(frekans>bitis){ scanf("%f",&bitis); printf("\n Bitis frekansi[khz]: "); if(frekans>=bitis) {printf("bitis frekans %f baslama frekansindan %f buyuk olamaz \n lutfen tekrar girin ",bitis,frekans);} }

58 printf("\n Frekans adimi [khz]: "); scanf("%8.0f",&adim); // frekans=900000; printf("hesaplaniyor"); while(frekans<bitis) { printf("%f\n",frekans); vco=frekans; divid=1; while(vco< ) { divid=divid*2; vco=frekans*divid; } // printf("%d\n",divid); getchar(); intt =0; float vco2=vco; while(vco>=0) { vco=vco-ref; intt++; } intt--; // printf("%d\n",intt);

59 float fracmod=vco2-ref*intt; //frac/ mod *ref/rf divid // printf("%f\n",fracmod); float modpt=ref/adim/divid; float modp=modpt; mod=0; int fracadim=0; while(mod!=modpt) { fracadim++; modpt=modpt*fracadim; modp=modpt; mod=0; while(modp>0) { mod++; } modp--; if(mod>2048){printf("frac ve mod tam sayı olarak,tam sekilde bulunamadi yaklasik hesap yapildi");break; } } //printf("%f %d\n",modpt,mod); getchar(); // printf("%d\n",fracadim); printf("hesaplaniyor2"); frac=fracmod*mod/ref; // printf("%6.1f %f\n",fracmod,frekans);

60 // printf("%d %d\n",frac,mod); n=intt*1024*32+frac*8; tentoten(n,x); tentotwo(x); // goster(x); fprintf(pfile,"frekans=%4.3fghz Rf bölücü=%2d\n ",frekans/1000,divid); fprintf(pfile,"register 0 \n "); for(int i=32;i>0;i--) fprintf(pfile,"d%2d ",i-1); fprintf(pfile,"\n"); for(int i=32;i>0;i--) { if(x[i]<10) fprintf(pfile,"%4d",x[i]); else if(x[i]==10) fprintf(pfile,"a"); else if(x[i]==11) fprintf(pfile,"b"); else if(x[i]==12) fprintf(pfile,"c"); else if(x[i]==13) fprintf(pfile,"d"); else if(x[i]==14) fprintf(pfile,"e"); else if(x[i]==15)

61 fprintf(pfile,"f") ; } fprintf(pfile,"\n") ; tentohax(n,x); for(int i=8;i>0;i--) { if(x[i]<10) fprintf(pfile,"%d",x[i]); else if(x[i]==10) fprintf(pfile,"a"); else if(x[i]==11) fprintf(pfile,"b"); else if(x[i]==12) fprintf(pfile,"c"); else if(x[i]==13) fprintf(pfile,"d"); else if(x[i]==14) fprintf(pfile,"e"); else if(x[i]==15) fprintf(pfile,"f") ; } fprintf(pfile," TAM SAYI=%5d=",intt) ;tentohax(intt,x); for(int i=3;i>0;i--) { if(x[i]<10) fprintf(pfile,"%d",x[i]); else if(x[i]==10) fprintf(pfile,"a");