MİKROİŞLEMCİLER. Analog ve Sayısal İşaretlerin Zamana Bağlı Değişimleri. 1. Mikroişlemci Temelli Sistem Uygulamaları

Transkript

1 MİKOİŞEMCİE. Mikroişlemci Temelli Sistem Uygulamaları nalog ve Sayısal İşaretlerin Zamana ağlı Değişimleri POGM (t) (t) (t) EEK x 3 NHT C < >! TUŞ TKIMI GİİŞE MEKEZİ ÇIKIŞ İŞEM İİMİ (CPU) ED DİYOT SES t x t a) nalog İşaret 2 t t 2 t 3 b) Sayısal İşaret t t t 2 t 3 c) İkili Sayısal İşaret t SICKIK GIYICI (sensör) ST KİST ÖE Günlük Yaşamda Kullanılan Mikroişlemcili Sistem Uygulamaları uzdolabı, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi vb. beyaz eşyalarda değişik parametrelerin ölçülmesi ve süreç denetiminde, Otomobillerde ve diğer araçlarda algılama, denetim ve göstergelerde, Elektrik motoru içeren sistemlerde, motor hız ve konum kontrol uygulamalarında, Fare, klavye, kamera, oyun denetçileri vb. bilgisayar çevre birimlerinde, monitörlerde, Elektronik ajanda, cep bilgisayarı (PD) Endüstriyel ağlarda düşük maliyetli denetleyici bölgesi ağı (CN) Genel amaçlı seri yol (US) algılayıcı-güncelleyici arabirimi, Güvenlik çevre birimleri: Kızılötesi uzaktan (I) algılama ve iletişimi, Elektronik amba alastı nahtarsız Uzaktan Kapı çılması: KE Televizyonlarda uzaktan kumanda, ekran üzerinde ayar ve gösterge birimlerinde, Elektronik saatlerde, Cep telefonları içinde ses, görüntü giriş birimlerinde

2 MİKOİŞEMCİ MİMİSİ ir bilgisayarın işlevi, özel kurallara göre depolanmış yönergeleri (komutları) sırasıyla çalıştırmaktır. u yönergeler bilgisayar programı olarak bilinir ve genellikle bir veri grubu üzerinde sırasıyla aritmetik ve mantık işlemleri ile çalışır. ilgisayar sistemleri, donanım (hardware) ve yazılım (software) olarak adlandırılan iki kısımdan oluşur. Donanım birimi, elektronik devreler ve mekanik aygıtların tamamını içerir. Yazılım birimi ise donanım tarafından işletilen programlardan oluşur. Sayısal bilgisayarlarla ilişkili teknoloji ister anabilgisayar, minibilgisayar veya mikrobilgisayar olsun sürekli gelişmesine rağmen, son 3 yılda genel düzenleme, temelde değişmeden kalmıştır. Mikrobilgisayarların mimari özellikleri birebir aynı olmasa da çok benzerdir. ir bilgisayar sistemi, mikrobilgisayar olarak adlandırılan mikroişlemciye dayanır ve sistem, mikroişlemcinin yanı sıra verilen herhangi bir durumda sistemin işlevini yapmayı gerektiren ilave elemanlardan oluşur. Farklı uygulamalarda dış görünüş değişken olabilir. Örneğin, bir kişisel bilgisayar (PC) biçiminde kontrol tabanlı mikroişlemci, programlanabilir mantık kontrolleri (PC) veya tek-yonga mikrobilgisayar veya mikro denetleyici (SCM). SİSTEM YPISI Mikrobilgisayar sisteminin ana bileşenleri, mikroişlemci, bellek ve giriş/çıkış ara yüzüdür (Interface). Donanımın bu üç elemanı, tümleşik devre biçimi hariç, üç veri yolu ile birleştirilmiştir. u veri yolları, birimler arası sayısal bilgiyi ikili formatta taşır. İşlevleri iletişimdir: Mikroişlemcinin süreç işleviyle ilgili veri (eri Yolu) Depolanmış veriye erişmek için özel bellek yerleşiminin adresi (dres eri Yolu) Mikroişlemci ve bellek aygıtları ile ilgili kontrol eylemi (Kontrol eri Yolu) SİSTEM YPISI ellek ygıtları eri Yolu dres eri Yolu Mikroişlemci eri Yolu Giriş/Çıkış rayüzü eri Yolu, mikroişlemci ile bellek veya giriş/çıkış ara yüzü arasında bilgisayar kelimesini taşımak için kullanılır. PC lerde tipik kelime uzunluğu günümüzde 6 veya 32 bit iken, mikrobilgisayarlarda sadece 4 veya 8 bit kelimeler olabilir. eri yolundaki her bir tel ikili işareti ( veya ) taşır ve 8 bitlik veri yolu şöyle numaralandırılır; D ilk veri yolu teli veya en az önemli bit (east( Significant it- S) D ikinci veri yolu teli... D 7 sekizinci veri yolu teli veya en önemli bit (Most( Significant it-ms) Kontrol eri Yolu Daha büyük veri Yolu, hız ve hesaplama kapasitesi hakkında bilgisayarı daha güçlü kılar.

3 dres eri Yolu, veri yolu bağlantısı için her bir yer seçiminde belleğe bir adres sağlamada kullanılır. ir bellek haritalamasında adres yolunun G/Ç ayarı, dış aygıtlara bağlanabilen ikili işaretlerin yer aldığı bireysel b giriş veya çıkış uçlarının seçiminde de kullanılır. Normalde adres yolu mikroişlemciden çıkar ve mikroişlemciden belleğe adres verisini götürür. 8-bitlik tipik bir mikrobilgisayar, telleri,, 2, 3, 5 olarak numaralandırılmış 6-bitlik geniş bir adres yoluna sahiptir. eri yolunun bu boyutu, 2 6 =65536 = 64K bit 8-bit 8 veri yerleşimidir. Genellikle 6-bitlik makineler, M bit adreslenebilir yerleşim veren 2 telli bir adres yoluna sahiptir. Özel bir bellek yerleşimi seçildiğinde veya veri yolu üzerinde adresinin yeri yetkilendirildiğinde diğer bütün yerleşimlerin seçimi kaldırılır veya yetkileri alınır. öylece mikroişlemci bir zamanda bir yerleşimle eşimle iletişimdedir. Kontrol eri Yolu, kontrol veri yolu mikrobilgisayarın ayrı elemanlarının operasyonlarını eşzamanlılığı için gerekli işaretlerin ayarını kapsar. k Örneğin, ister giriş aygıtlarından veri okumak gerektiğinde ister r çıkış aygıtlarına veri yazdırma gerektiğinde sistemin destek aygıtlarına bilgi vermek mikroişlemci için zorunludur. u işaret ED/WITE (OKU/YZ) veya /W hattı olarak bilinir. Sistemdeki bazı G/Ç elemanları kontrol k veri yoluyla mikroişlemciye işaret gönderebilir ve bunun örnekleri bazı özel başlama şartları veya bazı dış olaylara uygun cevap için sistemi yeniden ayarlamayla görevli ESET ve interrupt (Kesme) sinyalleridir. Kontrol veri yolu üzerindeki en önemli işaretler tüm sistem operasyonlarının yapılması esnasındaki zaman aralığını üreten sistem stem saati işaretleridir. Saat kristal denetimli olup sürekli tekrarlanan aç/kapa a işareti sağlar. Tipik frekanslar, -3MHz yani -,333 µs s periyottur. eri yolu standardının fiziksel biçimi mekanik ve elektrik karakteristikleri ile temsil edilir. Kart boyutları, giriş-çıkış bağlantı ucu sayısı, işaret seviyesi ve yükleme kapasitesi gibi bilgiler belirlenmiştir. Mikrobilgisayarlar lar için veri yolu standartları Euro-bus bus, Microchannel, Multibus,, S- S bus,, STD bus,, ve PC bus gibi isimlerle anılır. MİKOİŞEMCİ dres Çözücü, bilginin doğru adrese gönderilmesi ve gerektiğinde bulunduğu adresten alınmasını sağlayan birimdir. urada adres veri yolunun sinyallerinin çözüldüğü bir mantık işlemci devre, haberleşme için donanımın parçaları ile uyumlu şekilde çalışır. dres eri Yolu Mikroişlemci sistemin beynidir. Günümüzde artık çok sayıda elektronik aygıtta mikroişlemci bulunmaktadır. Mikroişlemciler uygulamada mühendise e hemen hemen sınırsız esneklik sağlarlar. Temel olarak görevleri; özel bir problemin çözümünde, ilişkili komutları k belirlenmiş sıraya göre hızla uygulayıp çalıştırabilmektir. Genellikle merkezi işlem birimi veya Mİ (CPU) olarak adlandırılırlar ve iki temel işleve sahiptirler: ellek ygıtları eri Yolu Mikroişlemci eri Yolu Giriş/Çıkış rayüzü. ritmetik ve mevcut sürecin ikili verilerini içeren mantıksal operasyonları çalıştırmak. 2. Mikrobilgisayar sisteminin zamanlamasını ve operasyonların sıralamak. Kontrol eri Yolu ritmetik ve mantık birimi (U) ve kontrol birimine ek olarak Mİ M hangi veri işletiminin yer alacağı birkaç kütük (register( register) ) içerir. Kütük terimi gereken süreye kadar depolanabilen bitler olan elektronik anahtar grubunu temsil l etmek için kullanılır. unlar bir bakıma mikroişlemci içindekiler harici bellek yerleşimlerine benzerler. Tipik bir mikroişlemci iç düzenlemesi şekildeki gibidir:

4 ellek ygıtları Saat Kütük irimi Kontrol irimi İç eri Yolu Sistem Kontrol eri Yolu Mikrobilgisayar sistemi ikili veriyi depolamak için bellek aygıtları içermek zorundadır. u veri, program komut kodları, sayılar veya hesaplamada kullanılan operatörler ve hesaplamanın sonuçlarıdır. ellek bir veya daha fazla entegre devre biçimini alır. ilginin doğru kısmını yerleştirmek amacıyla her biri tek bir adrese sahip olmalıdır. Sistemle uyumlu bir belleğin boyutunu, mikroişlemci tarafından kontrol edilen adres veri yolundaki elektriksel bağlantı hattının sayısı belirler. u genellikle 8-bit sistemler için 64K ve 6-bitler için M ve daha yukarıdır. U Sistem eri Yolu eri bellek aygıtına yazılacak, ondan okumanın yanında program kontrolü altındaysa, o halde aygıt rastgele erişimli bellek veya kısaca M dir. Tipik bir mikroişlemci iç düzenlemesi ilgisayar Genel Yapısı ellek Hücresi: tek bitlik ( veya ) bilgiyi saklamak için kullanılan aygıt veya elektriksel devre. ir Flip-Flop, manyetik çekirdek, manyetik teyp veya disk üzerinde bir bölge bellek hücreleri içeren örneklerdir. ellek Kelimesi: ilgiyi veya bazı tipteki veriyi gösteren bellek içindeki bit grubudur. Örneğin bir yazmaç (kütük) 8 tane FF içeriyorsa, bu yazmaçta 8-bit veri kelime olarak depolanabilir. ayt: 8-bit kelime için kullanılan özel bir terimdir. ir bayt daima 8-bit içerir. Kapasite: ellek aygıtının bir parçasında veya bellek sisteminin tümünde ne kadar bitin depolanabileceğini belirtmek için kullanılır. 892 tane 8-bit kelime depolayacak şekilde düzenlenmiş bir bellek birimi bit veri depolar ve bellek kapasitesi 892x8-bit veya 892-ayt olarak gösterilir. yrıca çok kullanılan bellek kapasitesi üst birimleri, 2 ayt=k (Kilo ayt)=24 ayt 2 2 ayt=24 K (Kilo ayt)= M (Mega ayt)=48576 ayt 2 3 ayt=24 M= G (Giga ayt) olarak tanımlanmıştır. 2 4 ayt=24 G= T (Terra ayt) olarak tanımlanmıştır.

5 dres: Kelimenin bellek içindeki yerini tanımlar. ellek içinde bulunan her bir kelimenin tek bir adresi vardır. Okuma İşlemi: ellek biriminin içindeki belirli bir adresteki veri kelimesinin okuma komutu alındıktan sonra bellek dışına transfer edilmesidir. ellek içindeki bilgi değişmez, korunur. Yama İşlemi: ellek biriminin dışında bulunan veri kelimesinin yazma komutu alındıktan sonra bellek içindeki belirli bir adresteki veri kelimesine transfer edilmesidir. ellek birimine veri depolamak anlamına gelir. u durumda, bellek adresinde önceden bulunan veri üzerine yazıldığı için kaybolur. Erişim Süresi: ellek hızını belirlemek için kullanılan özel bir terimdir. ellek biriminden okuma işlemi yapmak için gerek duyulan süredir. Mikroişlemci Programlama Mikro işlemci ile bir tasarım yapmak için önce işlemciyi tanımak gerekir. Üretici firma tarafından verilen komut setini bulup işlemcinin hangi komutlara sahip olduğunu ve bu komutların ne iş yaptığını öğrenmek gerekir. Programın akış diyagramı oluşturulup komutlar denenmelidir. unun için devrenin hazırlanıp monte edilmiş olması gerekir. İşlemcinin komut setindeki komutlarla makina dilinde program yazılabilir. Makine dili bilmeyenler için bu dile çeviren editör programlar da mevcuttur. Program yazıldıktan sonra hata taraması yapılır ve işlemci üzerine yine bir ara bilgisayar programı yardımıyla yazılır. Mikroişlemci Komut Seti Örneği Mikroişlemci Programlama asit Giriş/Çıkış İşlemi TITE "Simple Input Output" POCESSO 6F84 INCUDE "P6F84.INC" MIN: SF STTUS, P MOW H MOWF TIS CF TIS CF STTUS, P ; porta --<-- push buton ; portb -->-- led STT: CF POT TFSS POT, GOTO STT SF POT, GOTO STT END

6 TITE "Up Counter With ED Display" POCESSO 6F84 INCUDE "P6F84.INC" DE EQU CH SE EQU DH MIN: SF STTUS, P MOW H MOWF TIS CF TIS CF STTUS, P ; porta --<-- --push buton ; portb --> ls247 ; portb --> ls247 ; portb 2 --> ls247 C ; portb 3 --> ls247 D STT : CF POT TFSS POT, GOTO STT DONGU: INCF POT,F C DEY GOTO DONGU DEY: CF DE DE: CF SE DECFSZ DE,F GOTO DE2 ETUN DE2: DECFSZ SE,F GOTO DE2 GOTO DE END Sayma İşlemi PC (Programmable( ogic Controller) POGMNII OJIK KONTO SISTEMEI E Kapısı EY Kapısı GİİŞE ÇIKIŞ GİİŞE ÇIKIŞ

7 DEĞİ Kapısı E DEĞİ Kapısı GİİŞ ÇIKIŞ GİİŞE ÇIKIŞ EY DEĞİ Kapısı GİİŞE ÇIKIŞ

8 PC nedir? PC bir bilgisayara benzetilirse; girişlerinde Mouse ve klavye yerine basit giriş bağlantıları vardır. Yine çıkışlarında ekran yerine basit çıkış bağlantıları vardır. Girişlere bağlanan elemanlara sensör (duyarga=algılayıcı), çıkışlara bağlanan elemanlara da eyleyici (iş elemanı) denir. GENE KUNIM MCI PC, endüstri uygulamalarında kullanılan, sayısal prensiplere göre yazılan fonksiyonu gerçekleyen, bir sistemi yada sistem gruplarını, giriş çıkış kartları ile denetleyen, içinde barındırdığı zamanlama, ma, sayma, saklama ve aritmetik işlem fonksiyonları ile genel kontrol sağlayan elektronik bir cihazdır. ritmetik işlem yetenekleri sayesinde geri beslemeli kontrol sistemlerinde de kullanılabilirler. PC sistemi sahada meydana gelen fiziksel olayları, değişimleri ve hareketleri çeşitli ölçüm cihazları ile belirleyerek, gelen bilgileri ileri yazılan kullanıcı programına göre bir değerlendirmeye tabi tutar. Mantıksal işlemler sonucu ortaya çıkan sonuçları da kumanda ettiği elemanlar aracılığı ile sahaya yansıtır. PC ile kontrolü yapılacak sistem büyüklük açısından farklılıklar gösterebilir. Sadece bir makine kontrolü yapılabileceği gibi, bir fabrikanın komple kumandası da gerçekleştirilebilir. PC SİSTEMEİNİN NTJI PC sistemleri önceki sistemlere göre daha az yer kaplamaktadır. Sistem için sarf edilen kablo maliyetleri azalmıştır. PC sisteminin kurulmasının kolay olması kullanıcıya, kurulu hazır bir sistemin üzerinde değişiklik ve ilaveleri kolayca yapabilme esnekliğinin sağlanmıştır. PC İE ÖEİ SİSTEMEİN KŞIŞTIIMSI PC ile daha üst seviyede otomasyon sağlanır. z sayıda denetim yapılan durumlarda tesis yatırımı PC de daha fazladır. PC li sistem daha uzun süre bakımsız çalışır ve ortalama bakım onarım süresi daha azdır. rızalar arası ortalama süre PC li sistem için 8 saatten daha fazladır. Teknik gereksinimler değişip arttıkça PC li sistem az bir değişiklikle ya da hiçbir değişikliğe gereksinim duyulmadan yeniliğe adapte edilebilirken röleli sistemde bu oldukça zordur. PC ler daha az yer kaplar ve enerji harcarlar.

9 Genel Kullanım lanları SI (SEQUENCE) KONTO PC lerin en büyük ve en çok kullanılan ve sıralı çalışma özelliğiyle röleli sistemlere en yakın olan uygulamasıdır. Uygulama açısından, bağımsız makinalarda ya da makina hatlarında, konveyör ve paketleme makinalarında ve hatta modern asansör denetim sistemlerinde bile kullanılmaktadır. HEKET KONTOÜ u doğrusal ve döner hareket denetim sistemlerinin PC de tümleştirilmesidir ve servo adım ve hidrolik sürücülerde kullanılabilen tek yada çok eksenli bir sistem denetimi olabilir. PC hareket denetimi uygulamaları, sonsuz bir makine çeşitliliği içerir. (örn. metal kesme,metal şekillendirme, montaj makinaları) ve çoklu hareket eksenleri ayrık parça ve süreç sanayi uygulamalarında koordine edebilirler. SÜEÇ DENETİMİ u uygulama PC nin birkaç fiziksel parametreyi (sıcaklık, basınç, debi, hız, ağırlık ık vb gibi) denetleme yeteneğiyle ilgilidir. u da bir kapalı çevrim denetim sistemi oluşturmak için, analog I/O gerektirir. PID yazılımının kullanımıyla PC, tek başına çalışan döngü denetleyicilerinin işlevini üstlenmiştir. Diğer bir seçenek de her ikisinin en iyi özelliklerini kullanarak PC ile kontrolörlerin tümleştirilmesidir. una tipik örnekler de plastik k enjeksiyon makinaları, yeniden ısıtma fırınlarıdır. Eİ YÖNETİMİ PC yle veri toplama, inceleme ve işleme son yıllarda gelişmiştir. İleri i eğitim setleri ve yeni PC lerin genişletilmiş bellek kapasiteleriyle sistem, artık denetlediği makine veya proses hakkında veri yoğunlaştırıcı olarak kullanılabilir. Sonra bu veri, denetleyicinin eyicinin belleğindeki referans veri ile karşılaştırılır ya da inceleme ve rapor alımı için başka bir aygıta aktarılabilir. u uygulamada büyük malzeme işleme sistemlerinde ve kağıt, birincil metaller ve yiyecek işleme gibi bir çok proses sanayinde sıkça kullanılır. Kullanım Örnekleri Yürüyen ant Sistemi: : ant motorları durdurmak-çalıştırmak ve gelen malzemeleri saymak için bir program yazılabilir. yrı ayrı taşınan malzemeler sayılabilir ve stoklar anlık olarak görülebilir. ir. Kapı Kontrol Sistemi: : Giriş çıkışlarda kapıların kontrolünü yapabilir, araç geldiğinde aracı tanıyıp kapıları otomatik olarak açıp kapayabilir. Trafik ambaları: : Trafiğin durumuna ve hatta yoğunluğuna göre trafiği yönlendirebilirsiniz. Fırınlar: : Isı ve proses değerlerinin ölçülmesi, sıcaklığın ve prosesin istenilen şekilde yönlendirilmesi ve vanaların açılıp- kapatılması için kısa bir program yazarak, hem yer, hem de maliyet olarak daha avantajlı ve daha güvenilir bir sistemle çalışılabilir. Sistemde hata bulmak kolaylaşır, fırın ısısını ve çalışma süresini kontrol etmek için bilgiler kolaylıkla bir ekrana taşınabilir. enzin Pompaları: : Pompaların ayrı ayrı kontrolü, denetimi. ilgisayar ile PC rasındaki Fark PC nin merkezi işlem ünitesinde mikroişlemci bulunur. u yüzden her PC bir bilgisayardır. Fakat her bilgisayar bir PC değildir. PC ler üretimin yapıldığı tozlu, kirli ve elektriksel gürültü gibi ağır şartlarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. PC ler farklı bir programlama dili, arıza bulma ve bakım kolaylıklarının olması gibi özellikleri ile sanayi uygulamalarında bilgisayardan farklıdırlar. Tüm PC lerde hemen hemen aynı olan ND, O, NOT gibi oolen ifadeleri kullanılır.