T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ DA-AD DÖNÜŞTÜRÜCÜLER

Transkript

1

2 T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ DA-AD DÖNÜŞTÜRÜCÜLER ANKARA 2007

3 Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

4 İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...ii GİRİŞ...1 ÖĞRENME FAALİYETİ DİJİTAL ANOLOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (DAC, DİGİTAL - ANOLOG CONVERTER) DAC Kavramlar LSB MSB Tam Skala (Full scala) Çözünürlük (Resolution) Giriş-Çıkış İlişkisi Çalışma Prensibi R-2R Merdiven Tip DAC Ağırlık Dirençli Tip DAC DAC Entegreleri DAC MC ZN425E Mikroişlemci Uyumlu DAC ler...11 UYGULAMA FAALİYETİ...13 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...16 ÖĞRENME FAALİYETİ ANOLOG - DİJİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (ADC, ANOLOG - DİGİTAL CONVERTER) ADC Çalışma prensibi Paralel Tip ADC Sayma Metotlu ADC ADC Entegreleri ZN425E ADC ADC Mikroişlemci Uyumlu ADC ler...23 UYGULAMA FAALİYETİ...25 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...27 MODÜL DEĞERLENDİRME...28 CEVAP ANAHTARLARI...29 ÖNERİLEN KAYNAKLAR...30 KAYNAKÇA...31 i

5 KOD ALAN DAL/MESLEK MODÜLÜN ADI MODÜLÜN TANIMI SÜRE 40/24 ÖN KOŞUL YETERLİK AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR 523EO0189 Bilişim Teknolojileri Bilgisayar Teknik Servisi DA-AD Dönüştürücüler D-A ve A-C çeviricilerin anlatıldığı bir öğrenme materyalidir. Dönüştürme uygulamaları yapmak MODÜLÜN AMACI Genel Amaç Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, bilgisayar ile kontrol edilebilecek devrelerin yapımında kullanılan elektronik malzemelerin çalışma mantığını bilerek, gerekli olduğunda bu tip devreler gerçekleştirebileceksiniz. Bu elemanların montaj ve demontaj işlemlerini gerçekleştirebileceksiniz. Amaçlar Dijital Anolog dönüştürme uygulamalarını gerçekleştirebileceksiniz Anolog - Dijital dönüştürme uygulamalarını gerçekleştirebileceksiniz. EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Opamp(741), çeşitli dirençler, kodlayıcı,dac 0800, MC1408L, ZN425E, ADC0800, DC0804 entegreleri ile Sinyal jenarötörü, lojik analizör, avometre, ayarlı güç kaynağı Modülün içinde yer alan her öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçlarıyla kazandığınız bilgileri ölçerek kendinizi değerlendireceksiniz. Öğretmen, modül sonunda size ölçme aracı ( test, çoktan seçmeli, doğru yanlış vb.) uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgileri ölçerek değerlendirecektir. ii

6 GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Endüstriyel ortamda kullanılan devreler genel olarak analog ve dijital olmak üzere iki farklı gurupta sınıflandırılabilir. Anolog ve dijital devrelerin bir arada çalışması gerekli olduğunda gerilim dağılımı ve çalışma özellikleri çok farklı olan bu iki grup devre arasında sinyalleşmede dönüştürme yapmak gerekir. Bu modül içinde, dijital bilgileri analog bilgilere ve analog bilgileri dijital bilgilere çevirme işlemi yapan DAC ve ADC ler hakkında bilgiler edineceksiniz. 1

7 2

8 ÖĞRENME FAALİYETİ 1 ÖĞRENME FAALİYETİ 1 AMAÇ Dijital anolog dönüştürme uygulamalarını gerçekleştirebileceksiniz. ARAŞTIRMA Bu faaliyet öncesinde yapmanız gereken öncelikli araştırmalar şunlardır: Elektronikte niçin D-A çeviricilere ihtiyaç duymaktayız? D-A çeviricilerin kullanım alanlarını, ne amaçla ve ne şekilde kullanıldığını araştırınız. 1. DİJİTAL ANOLOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (DAC, DİGİTAL - ANOLOG CONVERTER) Bilgisayar ve dijital sistemler lojik değerler olan 1 ve 0 değerleri ile çalışır. İkilik sistemin basamakları olan bu değerler analog sistemler için anlamlı değildir. Ayrıca dijital değerlerin insanlar için daha anlamlı olan analog değerlere çevrilmesi gerekir.örnek vermek gerekirse bilgisayarımızda sakladığımız MP3 formatındaki ses dosyaları dijital verilerden oluşur.bu dosyaları dinlemek istediğimizde bilgisayar sistemimize bağlı olan bir ses kartına ve ona bağlı olan bir hoparlör sistemine gereksinim duyarız.bu örnekte ses kartının yaptığı işlem sabit sürücülerimizde saklı olan MP3 dosyasındaki dijital verileri (çok sayıda lojik 1 ve 0 değerleri) hoparlör üzerinde sese çevrilecek olan analog değerlere çevirmesidir. MP3 dosyasından faklı dizilimlerde gelen lojik değerler ses kartında farklı değerlerdeki gerilimlere çevrilecek ve bu gerilim değerleri ise hoparlör üzerinde farklı seslere dönüştürülerek kulağımıza ulaşacaktır. Şekil 1.1: Dijital verinin ses kartı ile analog veriye çevrimi 3

9 1.1. DAC 1 ve 0 gibi dijital bilgileri giriş olarak alan ve çıkışında giriş değerlerindeki değişime göre farklı değerlerde akım veya gerilim üreten devrelere veya entegrelere dijital analog çevriciler ve bu dönüştürme işlemine de dijitalden analoga çevirme işlemi adı verilir. dijital analog çeviriciler kısaca DAC olarak da adlandırılır. Dijital analog çevriciler giriş olarak birden fazla dijital değeri alabilir. Dijital giriş değeri sayısı dijital analog çevricinin bağlı olduğu dijital devrenin çıkış sayısına eşittir.bu konuyu daha iyi anlamak için giriş bölümünde verilen ses kartı örneğini tekrar inceleyelim.ses kartı ana kart üzerinden bilgisayarın data yoluna bağlıdır.dolayısı ile ses kartı analog sinyale dönüştürmek üzere kullanacağı dijital değerleri sistem data yolundan alır. Bilgisayarımızın data yolu 32 veya 64 bit olabilir. Dolayısı ile ses kartı MP3 dosyasından her seferde 32 veya 64 bitlik dijital veriyi alarak analog veriye çevirecektir. Sonuç olarak bu bit lerin her birinin bağımsız olarak 1 veya 0 olması dönüşüm sonucunda elde edilecek analog sinyalin akım veya geriliminde değişime yol açar. Böylece biz de hoparlörden farklı tonlarda sesler duyarız. Sonuç olarak girişe uygulanan dijital değerin bit dizilimindeki değişimim çıkıştaki analog sinyalin değerini belirler Kavramlar Dijital verilerin analog veriye çevrilmesinde analog çıkışın değerinin belirlenmesinde etkili olan bazı esaslar ve kavramlar vardır. Çevrim işleminin daha iyi anlaşılması için bu öncelikle bu kavramlar aşağıda açıklanmıştır LSB Dijital değerlerin daha fazla anlam ifade etmesi için çok sayıda bitin bir arada kullanılması gereklidir. Örneğin bir bit ile sadece iki farklı (1 ve 0) durum ifade edilirken iki bit ile dört farklı durum ifade edilebilir (00, 01, 10 ve 11). Dijital devrelerinde daha fazla çıkış durumu ifade etmek için çok sayıda çıkış biti vermesi olası bir durumdur.ancak bitlerin sayısı çoğalınca dijitalden analoga dönüşüm sırasında bir problem ortaya çıkmaktadır. Çok sayıda giriş biti alan bir DAC bunları çıkışa analog değer olarak aktarırken bitlerin ağırlıklarını (çıkış akım veya gerilimine etki oranını) neye göre belirleyecektir. Bu sorunun çözümü sayı sistemlerinin doğal yapısında çözümlenmiştir. Giriş bitleri peş peşe dizilerek bir ikilik sistemde rakam elde edilirse sağdan sola doğru basamakların değerleri de artmaktadır ve artış oranı sayı sisteminin taban değerine göre üstel şekilde belirlenmektedir. Dolayısı ile girişlerin sıralaması çıkışa etki oranını belirler. Şekil 1.2: İkilik sayı sisteminde basamak değerleri Binary(ikili) sayılar yazılırken en sağdaki basamağa en düşük değerlikli bit LSB (Least Significant Bit-) olarak adlandırılır. Dönüşüm sırasında analog çıkış üzerindeki değer değişimine en az etkili olan dijital değerdir. 4

10 MSB Benzer şekilde en soldaki basamağa en yüksek değerlikli bit MSB (Most Significant Bit) adı verilir. Dönüşüm sırasında analog çıkış üzerindeki değer değişimine en fazla etkili olan dijital değerdir Tam Skala (Full scala) Şekil 1.3 LSB ve MSB Dijital analog çeviricilerde giriş olarak kullanılan bit lerin hepsinin 1 olması durumuna tam skala (Full sclala ya da FS) denir. Giriş olarak verilen tüm bit ler anlamlandırıldığı için çıkış voltajı veya akımı maksimum değerde olacaktır Çözünürlük (Resolution) Dijital analog çeviricilerin giriş değerlerindeki değişime gösterdiği minimum değişime çözünürlük (Resolution) ya da hassasiyet (sensitivity) denir. Çözünürlük değeri LSB olarak kabul edilen bit in 1, diğer giriş bit lerinin 0 olduğu durumdaki çıkış gerilimine eşittir. Giriş bit lerinin değeri kademe kademe arttıkça çıkış voltajındaki artış çözünürlük kadar olacaktır. Çözünürlük değeri ne kadar küçükse giriş bitlerindeki değişime karşılık gelen analog çıkış değerindeki artışlar o kadar az olacak ve hassasiyet artacaktır. Çözünürlük değeri iki değişkene bağlıdır. Tam skalaya karşılık gelen analog çıkış değeri ne kadar büyükse çözünürlük de o kadar büyük olur. Ayrıca giriş bitlerinin sayısı ne kadar fazla ise çözünürlük de artar. Burada dikkat edilecek nokta çözünürlüğün artması demek sayısal değerinin azalması anlamına gelmektedir. Çözünürlük değerinin matematiksel formülü şöyledir. Çözünürlük = 1 / 2 Giriş bit sayısı Çözünürlük Voltajı = Maksimum Çıkış voltajı * 1 / 2 Giriş bit sayısı Örnek: Maksimum çıkış voltajı 10V olabilen bir bir DAC devresinde 4 adet dijital giriş varsa çözünürlük nedir? Çözünürlük = 1 / 2 Giriş bit sayısı = 1 / 2 4 = 1/16 = 0,0625 başka bir değişle % 6,25 dir. Çözünürlük Voltajı = Maksimum Çıkış voltajı * 1 / 2 Giriş bit sayısı = 10*0,0625=0,625 V Örnek deki DAC devresinin çıkışı 0,046 V katları şeklinde değişecektir. 5

11 Giriş-Çıkış İlişkisi Giriş bit lerindeki değişim çıkış voltajındaki değişim olarak gözlenmektedir. LSB den MSB ye doğru bit lerdeki ağırlık değeri artacağından çıkış voltajı üzerindeki etkisi de artacaktır. Birim artış çözünürlük değerine eşittir.aşağıdaki şekilde yukarda örnekde verilen DAC devresinin giriş-çıkış ilişkisi gösterilmiştir Çalışma Prensibi Şekil 1.4: Giriş-çıkış ilişkisi Dijital değerlerin analog değerlere dönüştürülmesinde kullanılan temel eleman işlemsel yükselteçlerdir. Dijital analog çeviricilerin çalışma prensiplerini anlayabilmek için işlemsel yükselteçlerin çalışması hakkında bilgi sahibi olmak gereklidir. İşlemsel yükselteçler, girişine uygulanan gerilim değerini yine giriş ve çıkışına bağlanan dirençlerle belirlenen bir oranla çıkışa aktaran devre elemanıdır. Giriş değerinin çıkışa etki oranının belirlenebilmesi sayesinde girişi oluşturan dijital değerlerin çıkışa aktarılma oranı belirlenebilmektedir. İşlemsel yükselteçler elektronik alanında çok farklı amaçlarla kullanılabilmektedir. DAC devrelerinde toplayıcı olarak kullanılabilme özelliğinden faydalanır. Giriş bitlerinin çıkışa etki oranı dirençler ile belirlenerek yükseltilmiş bir analog çıkış elde edilebilir. 6

12 Şekil 1.5: İşlemsel yükselteç Şekil 1.5 te verilen toplayıcı devresinde Vg1,Vg2 ve Vg3 gerilimleri önlerine konulan dirençlerin büyüklüğü ile ters orantılı olarak çıkışa aktarılırlar. Ayrıca giriş gerilimi çıkışa aktarılırken R1,R2 ve R3 dirençlerinin eş değeri ile Rf direncinin oranına göre yükseltilerek aktarılır R-2R Merdiven Tip DAC Bu devrede dirençlerin değerlerinin R-2R olarak sıralanması ve çıkış dalga şeklinin merdiven basamağı şeklinde artması sebebiyle bu tip çeviriciler R-2R merdiven tipi D/A çevirici adını alır. Şekil 1,6 da verilen R-2R merdiven tip DAC devresinde X ile gösterilmiş düğüme A,B,C ve D ile gösterilmiş dijital girişlerin etkileri farklıdır. Önünde çok direnç değeri olan dijital giriş X noktasına daha az akım ulaştıracaktır ve bunun sonucu olarak da çıkıştaki etkisi daha az olacaktır. D en değerliksiz bit (LSB) olup devrenin çözünürlüğünü belirler. Referans geriliminin 16 da 1 i kadar çıkışı etkiler. Her bir basamak değeri D nin etkilediği değer kadar artar. A ise en değerlikli bit (MSB) olup çıkışa tam skala değerinin yarısı olarak etki eder. Şekil 1.6: R-2R merdiven tip DAC 7

13 Ağırlık Dirençli Tip DAC Şekil 1.7: Ağırlık dirençli tip DAC Bu devrede dirençlerin değerlerinin ağırlık dirençli olarak sıralanması dijital girişlerin önüne koyulan dirençlerin, dijital girişin çıkışa yansıtılma oranını ile ters orantılı bir şekilde belirlenmesinden kaynaklanır. Dirençler arasındaki oran belirlenirken 2 nin katları şeklinde gidilmesi gereklidir. Şekil 1.7 de verilen ağırlık dirençli tip DAC X ile gösterilmiş düğüme A,B,C ve D ile gösterilmiş dijital girişlerin etkileri farklıdır. Önünde yüksek direnç değeri olan dijital giriş X noktasına daha az akım ulaştıracaktır ve bunun sonucu olarak da çıkıştaki etkisi daha az olacaktır. D en değerliksiz bit (LSB) olup devrenin çözünürlüğünü belirler. Referans geriliminin 16 da 1 i kadar çıkışı etkiler. Her bir basamak değeri D nin etkilediği değer kadar artar. A ise en değerlikli bit (MSB) olup çıkışa tam skala değerinin yarısı olarak etki eder DAC Entegreleri DAC 0800 DAC0800 entegresi yüksek hızda çalışan 8 bit dijital veriyi analog veriye çevren bir entegre devredir. Simetrik bir güç kaynağı ile beslenmelidir. Referans geriliminin 40 da 1 i kadar çıkışı etkiler. 8

14 MC1408 Şekil 1.8 :DAC 0800 entegresini yapısı ve devresi Çok popüler ve ucuz bir entegre devre D-A çevirici MC1408 veya eş değeri olan DAC0808 dir. MC1408 standart 16 bacaklı DIP paket olarak gelir ve +5V luk Vcc ile minimum -5V, maximum -15V luk VEE gerilimi gerektirir. MC1408 de, bir R/2R merdiven tipi D/A çevirici, akım yükseltecinden gelen referans akımını, 8 ikilik ağırlıklı akıma böler. Bipolar transistör anahtarlar (A1-A8), girişlerindeki ikilik bilgiye göre ikilik ağırlıklı akımları çıkış hattına bağlar. En yüksek değerlikli biti taşıyan girişin A1, en düşük değerlikli taşıyan girişin A8 ile gösterilmiştir. MSB ve LSB etiketlendirilmeleri normal etiketlendirilmenin tersinedir. Bu nedenle kullanılacak bir entegrenin veri sayfası dikkatle incelenmelidir. Şekil 1.9 MC1408 in blok diyagramını, bacak bağlantısını ve tipik uygulamasını göstermektedir. MC1408 in bir işlemsel yükselteç (op-amp) ve bir dirençle gerilime çevrilebilen akım çıkış vardır. Bu gerilim yine Şekil 1.9 da verilen formülden hesaplanabilir; 9

15 Şekil 1.9: MC1408 entegresini yapısı ve devresi ZN425E ZN 425E entegresi hem analog dijital hem de dijital analog çevrim için kullanılabilen bir entegredir. Entegre 8 nu lı ayağından uygulanan 5V gerilimle çalışır.8 bit dijital girişe sahiptir.kendi ürettiği 2.5V referans gerilimine sahiptir.dijital analog çevrimi sırasında clock palsine gerek duymaz.analog dijital çevirici olarak çalıştığında 4 nu lu ayağından clock palsi verilir ve içindeki 8 bit lik sayıcı devreye girer.sayıcı 3 nu lu bacaktan resetlenebilir.2 nu lı bacak ise entegrenin çalışma modunu ayarlamak için kullanılır. 10

16 Şekil 1.10: ZN425E entegresini yapısı ve devresi 1.5. Mikroişlemci Uyumlu DAC ler Mikroişlemciler dijital veri ile çalışan elemanlardır. Mikroişlemcilerin çalışması sırasında data yolu adı verilen bir gurup iletken hat üzerinde sürekli dijital veri akışı olmaktadır.bu veriyi mikroişlemci dışında bir analog devrede değerlendirmek istersek bir dijital analog dönüştürücü kullanmalıdır.ancak yukarda anlatılan devreler ve entegrelerin mikroişlemciler ile uyumlu çalışması mümkün değildir.mikroişlemciler ürettiği kontrol sinyalleri sayesinde çevre birimlerinin çalışmalarını idare edebilirler.bu nedenle mikroişlemciler ile uyumlu olan dijital analog dönüştürücülerin mikroişlemciden gelen data hatlarının yanında kontrol hatalarından da giriş kabul etmesi gerekmektedir.bu amaçla üretilmiş dijital analog dönüştürücülere mikroişlemci uyumlu DAC adı verilir. Mikroişlemcilerin data ve kontrol hatlarının sayısı değişkendir. Bu nedenle mikroişlemci uyumlu DAC entegreleri belirli bir mikroişlemci ile uyumlu olacak şekilde üretilir.bu uyumun anlamı çalışma hızı,data hattı sayısı denkliği ve kontrol sinyalleri ile DAC entegresinin kontrol edilebilmesi olarak özetlenebilir.şekil 1.11 de 68808, 6502 ve 8086 mikroişlemcileri uyumlu DAC leri ve bağlantıları gösterilmiştir. 11

17 Şekil 1.11: Mikroişlemci uyumlu DAC ler 12

18 UYGULAMA UYGULAMAFAALİYETİ İşlem Basamakları R-2R DAC Yapımı 1. Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını temin ediniz. Öneriler 1. Yan keski vb. aletleri kullanırken iş kazalarına dikkat edin. 2. Elemanların delikli pertinaks üzerinde lehimlerken yüksek ısıdan koruyunuz. 2. Devreyi delikli pertinaks üzerine kurunuz ve lehimleme işlemini yapınız. 3. Devrenin 8 bit dijital girişlerini değiştirerek çıkışında elde edilen gerilimi ölçünüz ve elde ettiğiniz tabloyu öğretmenizle tartışınız. 13

19 Paralel Tip DAC 1. Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını temin ediniz. 1. Yan keski vb. aletleri kullanırken iş kazalarına dikkat edin. 2. R birim direnç yerine 1 KΩ ve Rf dirençi yerine de 1 KΩ değerlerini koyarak devreyi kurunuz. Giriş gerilimi olan V yerine 5 volt vererek devreyi çalıştırınız. 3. A,B,C ve D ile gösterilen anahtarlar açıksa lojik 0 kapalı ise lojik 1 girişini temsil eder. Aşağıda verilen tabloyu anahtarların konumlarını değiştirerek doldurunuz. V out değişimini gözlemleyiniz. A B C D V OUT 0 (kapalı) 0 (kapalı) 0 (kapalı) 0 (kapalı)

20 DAC 0800 Entegre Devresi 1. Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını temin ediniz. 2. B harfi ile başlayan ve giriş bitinin numarası ile devam eden dijital girişlere her birine 0 veya +5V uygulayarak V out gerilimindeki değişimi defterinize not ediniz. Elde edilen sonuçları arkadaşlarınız ile tartışınız. MC1408 Entegre Devresi 1. Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını temin ediniz. 2. Devrede verilen tüm dirençler yerine 470 Ω ve V ref gerilimine de +5V vererek devreyi breadboard üzerine kurun. Sayısal girişleri değiştirerek Vout daki değişimi defterinize yazın. Elde edilen sonuçları arkadaşlarınızla tartışın. 15

21 ÖLÇME ÖLÇMEVE VEDEĞERLENDİRME A. OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI) NOT: Öğretmeninizin vereceği ilave uyarıları öneriler kısmına not ediniz Bu faaliyet kapsamında kazandığınız bilgileri aşağıdaki sorulara Doğru-Yanlış şeklinde cevap vererek ölçünüz. 1. Bilgisayar sistemindeki dijital veriler hoparlör veya crt monitör gibi aygıtlarda kullanılmak istenirse analog veriye çevrilmelidir.(.) 2. Dijital analog çeviriciler dijital verileri giriş olarak kabul ederler(.) 3. Dijital değerlerin daha fazla anlam ifade etmesi için çok sayıda bitin bir arada kullanılması gereklidir.(.) 4. Binary(ikili) sayılar yazılırken en sağdaki basamağa en düşük değerlikli bit LSB (Least Significant Bit-) olarak adlandırılır.(.) 5. Dijital verinin ortasındaki basamağa en yüksek değerlikli bit MSB (Most Significant Bit) adı verilir.(.) 6. Bir DAC da giriş bitlerindeki değişim çıkış voltajındaki değişim olarak gözlenmektedir.(.) 7. Dijital analog çeviricilerin giriş değerlerindeki değişime gösterdiği minimum değişime çözünürlük (Resolution) ya da hassasiyet (sensitivity) denir.(..) 8. R-2R merdiven tipi D/A çeviriciler opamp elemanın gerilim karşılaştırma özelliğini kullanır.( ) 9. DAC0800 entegresi yüksek hızda çalışan 8 bit dijital veriyi analog veriye çeviren bir entegredir.(..) 10. ZN 425E entegresi sadece analog dijital çevrime için kullanılabilen bir entegredir.( ) DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrar tekrarlayınız Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz. 16

22 ÖĞRENME FAALİYETİ 2 ÖĞRENME FAALİYETİ 2 AMAÇ Anolog - dijital dönüştürme uygulamalarını gerçekleştirebilecektir ARAŞTIRMA Bu faaliyet öncesinde yapmanız gereken öncelikli araştırmalar şunlardır: Elektronikte niçin A-D çeviricilere ihtiyaç duymaktayız? A-D çeviricilerin kullanım alanlarını, ne amaçla ve ne şekilde kullanıldığını araştırınız. 2. ANOLOG - DİJİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (ADC, ANOLOG - DİGİTAL CONVERTER) Bilgisayar ve dijital sistemler lojik değerler olan 1 ve 0 ile çalışırlar. İkilik sistemin basamakları olan bu değerler analog sistemler için anlamlı değildir.analog devreler geniş bir gerilim bandında çıkış verebilirler.bu konuyu şu örnekle açıklayalım.elektronik terazi veya termometre gibi cihazlar ortamdaki fiziksel değişikliği sensörleri ile algılar.sensör bulunduran bir analog devre ortamdaki ölçülmekte değişime çıkış gerilimindeki veya akımındaki değer değişimi ile tepki verir.ancak bu değerler bir ölçü aleti kullanmıyorsak bizler için anlamlı değildir.ölçülen sıcaklığın veya ağırlığın insanlar için anlamlı olan sayı sistemleri ile ifade edilmesi gerekir.örneğin 60 kg veya 35 derece gibi.bu noktada da devreye giren A-D çevriciler sayesinde sensörlerden gelen analog sinyalleri önce ikilik sayı sisteminin rakamları ile ifade edilen dijital veriye çevrilir.bu aşamadan sonra dijital devreler kodlayıcı ve display devrelerden geçerek insanlar için daha anlamlı olan onluk sayı sistemine çevrilebilir.bu öğrenme faaliyeti ile bir analog devrenin çıkışını dijital bir devreye giriş olarak bağlayabilmek için kullanılan A-D çevricileri öğreneceksiniz ADC Basınç, sıcaklık veya ışık şiddeti gibi ortam değişikliklerini ölçen sensörler akım veya gerilim büyüklüklerini çıkışlarında genellikle analog olarak verirler. Bilgisayar sistemleri ve diğer dijital devreler ise bu değerleri kullanamazlar. Akım ve gerilim gibi analog sinyallerin dijital sinyallere dönüştürme işlemine yapan devrelere de analog-dijital çevirici kısaca ADC denir. 17

23 2.2. Çalışma prensibi Bir analog sinyal dijital sinyale çevrilirken belirlenen zaman dilimlerinde örnekleme yapılmalıdır. Bir referans gerilimi baz alınarak örneklenen her giriş gerilimine karşılık gelen bir dijital değer belirlenir. Analog işaretlerin dijitale dönüştürülmesi, örnekleme, basamaklama ve kodlama olmak üzere üç aşamada yapılır. Şekil 2.1: ADC lerin çalışma prensibi Analog sinyaller zaman ve genlik olarak sürekli sinyallerdir. Bunları dijitalleştirmek için önce belli aralıklarda örnekler alınması gerekir. Örnekleme sıklığı uygun seçilmesi gerekir. Şekil 2.2: Analog sinyal örneklemesi ve basamaklanması Alınan örnekler genlikleri herhangi bir değerde olabilir. Buna karşılık işaretin dijitale çevrilebilmesi için kullanılacak seviye sayısının sınırlı olması gerekir. Bu sayı, her bir örnek için kullanılacak kod uzunluğu ya da bit sayısı tarafından belirlenir. Örnek olarak 8-bit lik bir kodlama yapılacaksa 2 8 = 256 seviye, 3-bit lik bir kodlama yapılacaksa sadece 2 3 = 8 seviye kullanılabilir. Seviye veya basamak sayısının artması dönüşüm kalitesini belirler. Daha iyi kalite için daha çok bit ve daha çok basamak kullanmak gerekir. Örnekleme yolu ile çevirmede karşılaşılan sorun belirli bir analog değer aralığına bir dijital değerin karşılık gelmesidir. Örnekle açıklamak gerekirse 1.5 volt için 111 dijital çıkışını veren bir çevirici 1.7 volt için de aynı çıkışı verebilir Paralel Tip ADC Analog büyüklüklerin sayısal işaretlere dönüştürülmesinde kullanılan en kolay ve hızlı çevirici paralel tip ADC çeviricidir. Paralel tip ADC lerde opamplı karşılaştırıcı kullanılmaktadır. Opamplı karşılaştırıcı devresinde opamp geri beslemesiz olarak kullanılır ve opamp girişlerinden biri referans olarak kullanılır. Diğer girişin referanstan büyük ya da küçük olmasına göre opamp çıkışı pozitif veya negatif bir değer alır. Opamplarda eviren(-) giriş referans olarak kullanıldığında diğer girişe uygulanan gerilim referans gerilimden büyük olursa çıkış gerilimi pozitif olacaktır. 18

24 Şekil 2.3: Ortamın ısı değişikliğini opamplı karşılaştırma yöntemi ile kontrol edilmesi Şekil 1.3 te verilen devre ile opamplı karşılaştırmanın nasıl yapıldığını daha iyi anlayalım. Devre öncelikle oda sıcaklığını referans alabilmek için 10k pot ile oynayarak Led1 in yanık Led2 nin sönük konumda olamasını sağlayalım. Led1 in yanması için opamp çıkışının negatif olması gerekir. Vg ile verilen giriş geriliminin Vref ile verilen referans geriliminden küçük olması ile bu olay mümkün olacaktır.ntc ısı etkisine tutulursa direnci düşecektir (odanın ısınması durumunda). NTC nin direncinin düşmesi sonucunda Vg nin değeri yükselecek ve Vref ile belirtilen referans gerilimi aştığı anda opamp çıkışı pozitif olacaktır Lad1 sönüp Led2 yanacaktır. Şekil 1.3 te verilen devrenin çalışma mantığını kullanan çok sayıda karşılaştırıcı, opamp paralel olarak ve her birinde basamaklı olarak artan referans gerilimi kullanıldığında Paralel tip ADC elde edilir. Paralel tip ADC de çevrilecek olan analog sinyal tüm karşılaştırıcı girişlerine aynı anda paralel olarak uygulanır. Karşılaştırıcıların diğer girişlerine ise referans gerilimi uygulanır. Şekil 2.4 te verilen paralel tip ADC de uygulanan referans gerilimini 4 V olduğunu düşünürsek V3 noktasında 3 V, V2 noktasında 2 V ve V1 noktasında 1 V bulunmaktadır. Uygulanan analog gerilime bağlı olarak karşılaştırıcıların çıkışları lojik 0 ya da 1( pozitif olması lojik 1 durumudur) durumunu alır. Bu çıkışlar bir kodlayıcı devre ile ikili sayı sistemine çevrilerek dijital çıkışlar elde edilir. 19

25 Şekil 2.4: Paralel tip ADC Şekil 1.4 te verilen devrede V in gerilimi 2.25 volt olursa 2 ve 3 numaralı opamplara uygulanan referans geriliminde büyük olacağında bu opampların çıkışı pozitif olacaktır.2.25 volt gerilim 3 numaralı opampın çıkışını pozitif yapmaya yetmeyecektir. Sırası ile A 3, A 2,, A 1 (011) lojik değerlerini alacaktır.bu değerde kodlandığında (10) çıkışı elde edilecektir Sayma Metotlu ADC A-D çevirimde kullanılan bir diğer yöntem lineer rampa kaynağı, karşılaştırıcı ve sayıcılardan oluşmuş Sayma metotlu ADC çeviricilerdir. Lineer rampa kaynağı, değişmeyen eğimli bir referans voltajının sağlanması için kullanılır. Çevirimin başlangıcında sayıcı reset, rampa kaynağı çıkışı 0V yapılır. Karşılaştırıcının + girişine uygulanan analog giriş gerilimi, girişinden büyük olduğundan çıkış yükseğe çekilecektir. Bu durumda rampa kaynağı tarafından rampa üretilmeye başlanacak sonra VE kapısının çıkışında tetikleme sinyali görüleceğinden sayıcı sayma işlemine başlayacaktır. Bu işlem rampa kaynağı tarafında üretilen rampa geriliminin, analog giriş geriliminden büyük olmasına kadar devam edecektir. Böylece karşılaştırıcı çıkış alçağa çekilecek, VE kapısının çıkışı lojik-0 olacak ve tetikleme sinyali gitmeyen sayıcı sayma işlemini bitirecektir. Kontrol devresi tarafından yetkilenen mandallar sayıcı verilerini saklayacaktır. 20

26 Şekil 2.5: Sayma metotlu ADC 2.3. ADC Entegreleri Analogdan dijitale çevirme işlemini yapan devreler entegre şeklinde piyasaya sürülür. internet sayfasından da ihtiyacımıza uygun A-D çeviricileri bulabiliriz. Bu A-D çeviricilerden bazıları şunlardır; ZN425E, ADC0800, ADC ZN425E Şekil 2.6: ZN425E A/D çevirici Bu entegre analog dijital çevirici olarak çalıştığında 4 nu lı ayağından clock palsi verilir ve içindeki 8 bitlik sayıcı devreye girer. Sayıcı 3 nu lı bacaktan resetlenebilir. 2 nu lu 21

27 bacak ise entegrenin çalışma modunu ayarlamak için kullanılır. Sayıcıyı resetlemek için 3 numaralı ayaktaki RST girişi 0 yapılır. Entegreyi A-D çevirici olarak kullanmak için 14 numaralı analog çıkış bir karşılaştırıcının eviren girişine bağlanır. Karşılaştırıcının evirmeyen girişine ise ölçülecek analog gerilim uygulanır. Entegrenin daha detaylı incelenmesi konusunda yapılmıştır ADC bit dijital çıkış veren bir ADC entegresidir.(-5v,5v) ile 10V arasında analog giriş alır. Çıkışları 3 konumlu kilitli tampon üzerinden verilir.giriş değişimine çıkışta tepki süresi 50 μs dir.clock girişine khz aralığında pals uygulanabilir. İç yapısında 256 paralel direnç, analog anahtarlar, seçim ve kontrol devresi,karşılaştırıcı ve 8 bit üç konumlu tampon bulunur. Şekil 2.7 de bir analog girişin dijital karşılığını bulan devre şeması verilmiştir. Şekil 2.6: ADC0800 A/D çevirici Test Devresi ADC0804 Analog dijital dönüştürücü olarak yaygın olarak kullanılan entegredir. Özellikleri arasında 8-Bit çözünürlük, 100-ms dönüşüm süresi,135-ns erişim süresi, sıfırlama gereksinimi yoktur, entegre içi saat üreteci (On-chip clock generator), tek 5 Volt luk besleme gereksinimi, 0Volt - 5Volt arası giriş gerilimi, TTL ve CMOS uyumlu mikroişlemci kontrollü veya serbest çalışabilme, ardışıl yaklaşım tekniği ile dönüşüm sayılabilir. ADC0804; 8 bit lik, ardışıl yaklaşımlı, 256R merdiven tipi devre modelini kullanan bir CMOS entegredir. 3 durumlu çıkış içeren ADC0804 entegresi, genel mikroişlemci veri yollarını sürebilecek şekilde dizayn edilmiştir. Mikroişlemciler, ADC0804 ü hafızada bir yer veya giriş-çıkış portu olarak görebilir. ADC0804 ün referans gerilimi, REF/2 bacağının açık olması durumunda Vcc gerilimi ile analog toprak arasındaki gerilimdir. Ayrıca REF/2 22

28 bacağına bağlanacak analog aralık ayar devresi ile daha küçük gerilim değerleri de referans gerilimi olarak seçilebilir. ADC0804, harici bir saat sinyali ile çalışabilir veya sadece ek bir direnç ve kondansatör ile entegrenin iç saat üretecinin sağlayacağı saat sinyali ile çalışabilir. ADC0804C entegresi, 00C ile +700C arasında çalışabilecek şekilde, karakterize edilmiştir. ADC0804 entegresinde dijitale dönüştürülecek analog gerilim; 6 nu lu bacak Vin(+) ve 7 nu lu bacak Vin(-) diferansiyel girişlerinden uygulanmalıdır. Uygulanan gerilim 0 (sıfır) veya negatif bir değer ise çıkışta alınacak değer dır. Dijital ve analog topraklar birbirlerine bağlanabilir, fakat paraziti en aza indirmek için iki bacak da ayrı ayrı topraklanmalıdır. Şekil 2.7 de verilen devre ile bir sensörden elde edilen analog değerler dijital değere çevrilmesinde kullanılan devre şeması verilmiştir. Şekil 2.7: ADC0804 A/D çeviriciyle bir sensörden giriş alma devresi 2.4. Mikroişlemci Uyumlu ADC ler Mikroişlemciler dijital veri ile çalışan elemanlardır. Çalışma ortamından sensörler ile ölçülen değerlerin mikroişlemci tarafından değerlendirilmesi için dijital değerlere çevrilmesi gerekir. Ancak yukarıda anlatılan ADC devreleri ve bazı ADC entegrelerin mikroişlemciler ile uyumlu çalışması mümkün değildir. Mikroişlemciler ürettiği kontrol sinyalleri sayesinde çevre birimlerinin çalışmalarını idare edebilir. Bu nedenle mikroişlemciler ile uyumlu olan A-D ler mikroişlemcinin data hatlarına bağlandığı gibi kontrol hatalarından da giriş kabul etmesi gerekmektedir. Bu amaçla üretilmiş A-D çevricilere mikroişlemci uyumlu ADC adı verilir. Şekil 2.8 de bir sensör üzerinden ADC0804 entegresi ile mikroişlemciye veri aktarımı gösterilmiştir. Entegrenin 1,2,3 ve 5 numaralı bacakları mikroişlemci ile uyumlu çalışmayı sağlamak arası bacakları ise veri girişi için kullanılmıştır. 23

29 Şekil 2.8: ADC0804 A/D entegresinin mikroişlemci ile çalıştırılması 24

30 UYGULAMA UYGULAMAFAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamakları Paralel Port Üzerinden ADC ile Veri Alma 1. Aşağıda devre şeması üzerinde verilen elektronik elemanları temin ediniz. 2. Devreyi delikli pertinaks üzerine kurunuz.max186a entegresinin CH girişlerine çok sayıda sensör bağlayabilirsiniz.(devrede 1 adet bağlanmıştır.) 3. Endüstriyel Kontrol 3 modülünde verilen Visual Basic programı STATUS portundaki değer değişmesini takip eden program ile devrenin çıkışlarını inceleyin. 25 Öneriler 1. Yankeski vb.. aletleri kullanırken iş kazalarına dikkat edin. 2. Elemanların delikli pertinaks üzerinde lehimlerken yüksek ısıdan koruyunuz.

31 ADC8000 Entegre Devresi 1. Aşağıda devre şeması üzerinde verilen elektronik elemanları temin ediniz. Devreyi breadboard üzerine kurunuz. 2. Devrede verilen iki pot ile oynayarak tam skala ve sıfır ayarlarını yapınız. 3. Analog girişe değişik gerilim değerleri vererek dijital çıkışları defterinize yazın. Elde edilen sonuçları arkadaşlarınızla değerlendiriniz. ADC0804 Entegre Devresi 1. Aşağıda devre şeması üzerinde verilen elektronik elemanları temin ediniz.devreyi breadboard üzerine kurunuz. 2. Devrede gösterilen sensör yerine NTC veya PTC bağlayınız. 3. Ortam ısındaki değişime karşılık Binary çıkışın değişimini defterinize not edin. Elde edilen sonuçları arkadaşlarınızla tartışın. NOT: Öğretmeninizin vereceği ilave uyarıları öneriler kısmına not ediniz 26

32 ÖLÇME ÖLÇMEVE VEDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME A. OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI) Bu faaliyet kapsamında kazandığınız bilgileri aşağıdaki sorulara Doğru-Yanlış şeklinde cevap vererek ölçünüz. 1. A-D çevriciler sayesinde sensörlerden gelen analog sinyaller dijital verilere çevrilebilir.(.) 2. Analog işaretlerin dijitale dönüştürülmesi örnekleme, basamaklama ve kodlama olmak üzere üç aşamada yapılır.( ) 3. Örnekleme işlemi rastgele zaman aralıklarında yapılır.(.) 4. Örnekleme yolu ile A-D çevirme işleminin üstün yanı belirli bir analog değer aralığına bir dijital değerin karşılık gelmesidir.( ) 5. Paralel tip ADC lerde opamplı toplama devresi kullanılmaktadır.(.) 6. Sayma metotlu ADC rampa adı verilen referans gerilim kullanır. 7. ADC bit dijital çıkış veren bir ADC entegresidir.(.) 8. ADC bit lik, ardışıl yaklaşımlı, 256R merdiven tipi devre modelini kullanan bir CMOS entegredir.(.) 9. ADC0804C entegresi yüksek sıcaklıklarda çalışmaya uygun değildir.(.) 10. Mikroişlemciler ile uyumlu olan A-D ler mikroişlemcinin kontrol hatalarından da giriş kabul etmesi gerekmektedir.(.) DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrar tekrarlayınız Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz. 27

33 MODÜL DEĞERLENDİRME MODÜL DEĞERLENDİRME MODÜL YETERLİK ÖLÇME (PERFORMANS TESTİ) Modül ile kazandığınız yeterliği aşağıdaki ölçütlere göre değerlendiriniz. KONTROL LİSTESİ Değerlendirme Ölçütleri LSB bitini bulabildiniz mi? MSB bitini bulabildiniz mi? Full scala (Tam Skala) değerini bulabildiniz mi? Resolution (Çözünürlük) değeri hesapladınız mı? Giriş-çıkış ilişkisi grafiği çizdiniz mi? R-2R Merdiven tip DAC yaptınız mı? Ağırlık dirençli tip DAC yaptınız mı? DAC 0800 entegresi devre yaptınız mı? MC1408L entegresi ile devre yaptınız mı? ZN425E entegresi ile devre yaptınız mı? Mikroişlemci uyumlu DAC lar ile çalıştınız mı? ADC kullanmanın gerekliliğini anlatabilme Paralel tip ADC devresi yaptınız mı? Sayma metotlu ADC devresi yaptınız mı? ZN425E entegresi ile devre yaptınız mı? ADC0800 entegresi ile devre yaptınız mı? ADC0804 entegresi ile devre yaptınız mı? Mikroişlemci uyumlu ADC ler ile çalıştınız mı? Evet Hayır DEĞERLENDİRME Yeterlik testi sonunda, tüm sorulara Evet cevabı verdiyseniz bir sonraki modüle geçiniz. Eğer bazı sorulara Hayır şeklinde cevap verdiyseniz eksiklerinizle ilgili bölümleri tekrar ederek yeterlik testini yeniden yapınız. 28

34 CEVAP ANAHTARLARI CEVAP ANAHTARLARI ÖĞRENME FAALİYETİ 1 CEVAP ANAHTARI D D D D Y D D Y D Y ÖĞRENME FAALİYETİ 2 CEVAP ANAHTARI D D Y Y Y D Y D Y D 29

35 ÖNERİLEN KAYNAKLAR ÖNERİLEN KAYNAKLAR ÇETİN Kadir, AR: Endüstriyel Elektronik ve Uygulama Devreleri 30

36 KAYNAKÇA KAYNAKÇA Ayda MUTLU, Öğretmen Ders Notları İHTİYAR İsmail, Endüstriyel Elektronik 31

37