dspic30f4013 DENETLEYİCİSİ İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ DENEY SETİ TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Transkript

1 ISSN: e-journal of New World Sciences Academy 2009, Volume: 4, Number: 1, Article Number: 2A0003 TECHNOLOGICAL APPLIED SCIENCES Received: July 2008 Accepted: January 2009 Series : 2A ISSN : Mustafa Burunkaya Tufan Pars University of Gazi mburunkaya@gazi.edu.tr Ankara-Turkiye dspic30f4013 DENETLEYİCİSİ İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ DENEY SETİ TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ ÖZET Endüstride ihtiyaç duyulan modern, düşük maliyetli, hafif ve yerleşik (embedded) bir kontrol yöntemi olarak mikrodenetleyiciler ile kontrolün öğrenilmesi veya öğretilmesine büyük bir ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada Microchip firmasının en yeni ürünlerinden olan ve mikrodenetleyici ile DSP (Digital Signal Processing: Dijital Sinyal İşleme) performansını birlikte sunan genel amaçlı 16 Bitlik dspic lerden (Digital Signal Peripheral Interface Controller) dspic30f4013 için eğitim, araştırma, sinyal işleme veya kontrol amaçlı olarak proje geliştirmek için kullanılabilecek bir deney seti gerçekleştirilmiştir. Öğretme ve öğrenme stratejisi olarak Problem Temelli Öğrenme (Problem Based Learning: PBL) Yaklaşım Modeli kullanılmış ve böylece etkin bir eğitim ortamı oluşturulmuştur. Yazılımlar MicroC for dspic IDE C derleyicisi kullanılarak geliştirilmiştir. Setin olanakları ve yetenekleri geliştirilen algoritmalar ve yazılan uygulamalı kodlarla test edilmiştir. Anahtar Kelimeler: dspic, dspic30f4013, dspic deney seti, PBL, MicroC, Eğitim DESIGN AND CONSTRUCTION OF A LOW COST DEVELOPMENT SET FOR dspic30f4013 CONTROLLER ABSTRACT As a modern, low-cost, compact and embedded control method which is needed in industry, teaching or learning to control by microcontrollers is required. In this study, a development set for dspic30f4013, which is one of the Microchip s new products and both microcontroller and DSP (Digital Signal Processing) performance providing genera1 purpose 16Bit dspic (Digital Signal Controller PIC), was designed for using to develop projects which were research, signal processing or control purposes. Problem Based Learning (PBL) Approach which was considered as a teaching and learning model provides very effective education conditions. Code examples were prepared by using MicroC for dspic IDE compiler. Capability and performance of the experiment set were tested by using developed algorithms and software. Keywords: dspic, dspic30f4013, dspic development set, PBL, MicroC, Education

2 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Endüstride modern kontrol yöntemlerinden biri olarak, özellikle yerleşik çözümlerin gerekli olduğu uygulamalarda ucuz ve hafif oldukları için mikrodenetleyicilerin kullanımı oldukça yaygındır [1]. Bununla birlikte özellikle daha fazla hız ve hafıza gereksiniminin olduğu yüksek performans gerektiren karmaşık kontrol uygulamalarında mikrodenetleyiciler yetersiz kalmaktadır. Bu sistemlerde ilk çözüm olarak bilgisayarlar ve PLC lerin (Programmable Logic Controller) kullanımı düşünülse de bunlar pahalı, ağır ve taşınabilir sistemler için uygun değildirler. Günümüzde DSP performansı, yaygınlık, maliyet, tasarım kolaylığı vb. durumlar dikkate alındığında Microchip firmasının en yeni ürünlerinden biri olan 16 bitlik dspic dijital sinyal kontrol ediciler çok iyi çözümler sunmaktadır. Bu çalışmada dspic için halihazırda sunulan donanım ve yazılım örneklerinin azlığı göz önüne alınarak; eğitim, araştırma, sinyal işleme veya kontrol amaçlı olarak kullanılabilecek dspic30f4013 dspic i temel alınan bir deney seti tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışma uygulamalı bir çalışma olduğu için, çalışmanın eğitim ortamında uygulanışında Problem Temelli Öğrenme (PBL) modeli kullanılmıştır [2]. Bu şekilde kullanıcılarda daha kalıcı etkiler bırakılarak bilgilerin pekişmesini sağlamak amaçlanmıştır. Bu sebeple önce donanım ve yazılım geliştirme ile ilgili teorik bilgi verilmiş, daha sonra gerçekleştirilen deney seti için hazırlanan yazılımların performans testleri yapılarak etkinliği kanıtlanmıştır. Yazılım geliştirmek için, getirdiği kolaylıklar göz önüne alınarak C programlama dili kullanılmıştır. 2. ÇALIŞMANIN ÖNEMİ (RESEARCH SIGNIFICANCE) Günümüzde mikroişlemci ve mikrodenetleyici teknolojisi hızla gelişmekte, büyümekte, daha bütünleşik ve daha karmaşık bir hale gelmektedir. Bu durumda bireyin sürekli kendini geliştirerek yenilikleri takip etmesi gerekir. Sonuç olarak değişim içinde her şeyi bilmek yerine nasıl yapılacağını bilmek daha da önem kazanmaktadır. Bu ise ancak aktif öğrenmeyle mümkün olabilir. Aktif öğrenmeyi sağlayacak yöntemlerden birisi problem temelli öğrenmedir. Problem temelli öğrenme, hızla gelişen ve değişen bilginin öğrenilmesinde esnek, yaratıcı ve bireysel farklılıkları dikkate alan aktif öğrenme tekniklerinden birisidir. Temel prensibi, öğrenicileri meslek içerisinde karşılaşacakları gerçek durumların bir benzeri sayılabilecek koşullarla karşı karşıya getirmek ve sorunu bireyin kendisinin çözmesine yardımcı olacak araştırmaları, çalışmaları ve öğrenmeleri sağlamaktır. Problemleri belirleme, nedenlerini arama, hipotez kurma, hipotezleri kanıtlamaya çalışma için gösterilen çaba ve bilgiyle uğraşma sonucunda problem çözme yeteneği kazanılmasının yanında, elde edilen bilgilerin başka alanlarda kullanılmasına olanak veren çok yönlü bir yöntemdir [3]. Microchip firmasının en yeni ürünlerinden biri olan 16 bitlik dijital sinyal kontrol edicileri (dspic) yüksek performans gerektiren karmaşık kontrol uygulamalarında yeni çözümler sunmaktadır. Mikroişlemciler ve Mikrodenetleyiciler konusunda bilgi altyapısına sahip olunması, dspic lerin karmaşık kontrol uygulamalarında kullanımını kolaylaştırmaktadır. Bilişsel ve beceri davranışları kazanma sürecini hızlandırmak için gerçekleştirilen dspic deney seti kullanılabilir. Sistem kullanıcıya gerçek durumlarda karşılaşılabilecek problemleri sunar ve bireyin problemi çözmesi için yardımcı olur. Probleme dayalı öğrenme yönteminde öğrenen aktif olduğu için öğrenme faaliyeti öğrenici merkezlidir. Bu yöntemde öğrenen kişi araştırma ile düşünme becerilerini ve farklı kaynaklardan bilgi edinme 27

3 yeteneğini geliştirir. Bu yöntem gurup çalışmalarında da kullanılabilir. Çünkü, yazılım geliştirme sürecinde sonuca ulaşmak için çok farklı çözüm yolları vardır. Gurup üyeleri birbirleriyle fikir alışverişinde bulunarak diğerlerinin fikirlerinden faydalanıp, problemlere farklı açılardan bakabilirler ve bu problemler hakkında zengin öneriler sunabilirler [4]. 3. PORTATİF SİSTEMLER İÇİN PROGRAMLANABİLİR YERLEŞİK KONTROL SİSTEMLERİ (PROGRAMABLE EMBEDDED CONTROL SYSTEM FOR PORTABLE SYSTEMS) Portatif sistemlerde ağırlığın düşük olması gerektiğinden mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler ve en son olarak DSP ve dspic ler, kullanılmaya başlanmıştır. Bunların özellikleri aşağıda verilmektedir Mikroişlemciler ve Mikrodenetleyiciler (Microprocessors and Microcontrollers) Mikroişlemci bir sistemde merkezi işlem birimini oluşturur ve aritmetik ve mantıksal işlemleri yürütür. Mikroişlemci çalışabilmesi için temel olarak giriş-çıkış birimi (I/O) ve bellek gibi yardımcı birimlere gereksinim duyar [5]. Mikrodenetleyicilerde ise hafıza ve I/O birimleri yerleşik hale getirilmiştir [1] DSP İşlemciler (DSP Processors) DSP sayısal biçime dönüştürülen bilginin değiştirilmesi veya analiz edilmesi işlemidir [6]. Sinyal işleme çalışmalarında kullanılan bir DSP işlemci temel olarak matematiksel işlemler için hesaplama birimi, program belleği, veri belleği ve giriş-çıkış birimlerinden oluşur [7] dspic (dspic) dspic Microchip Firmasının DSP özelliği olan 16 bitlik bir sayısal sinyal kontrol edicisidir. dspic mikrodenetleyicinin (MCU) kontrol özelliğini ve DSP nin sinyal işleme özelliğini taşımaktadır. Bu sebeple doğrudan bir sınıfa sokulamayacağından kavramsal olarak kendi ismi ile ifade etmek daha doğru olur. dspic30f ve dspic33f olmak üzere 2 seri olarak üretilmiştir. Bu çalışmada dspic30f serisi incelenmektedir dspic denetleyicisinin yapısı ve özellikleri (dspic controller s structure and properties) dspic ler Harward mimarisi kullanılan CPU ya (Central Processing Unit) sahiptir. Yani program ve veri belleklerine ayrı yollardan erişilebilir [8]. CPU 24Bit komut kelimelidir. Kullanıcı program belleği 4Mx24 Bit tir. dspic veri veya adres kaydedicisi olarak kullanılabilen 16 adet 16Bitlik akümülatöre (Working Register: W) sahiptir. dspic her biri 24Bit lik MCU (Microcontroller) ve DSP sınıfı 84 komuta sahiptir. DSP performansı güçlü DSP komutlarıyla sağlanmaktadır. Bütün komutlar aynı komut işleme birimi tarafından çalıştırılır. DSP de tek saykıl 17x17Bit çarpıcı, 40Bit akümülatör, FFT (Fast Fourier Transform) için özel adresleme mod ları mevcuttur. 40Bit Barrel Shifter ile tek komutla 15 bit sağa veya 16 bit sola kaydırma yapılabilir [9]. dspic lerin en çok 85 adet I/O pini vardır. Bütün dspic ler Flash Program hafızasına, 10Bit-500ksps (kilo sample per second) veya 12Bit-100ksps örnekleme yapabilen ADC ye (Analog/Digital Converter) sahiptir (Tablo 1) [10]. Sistem saat sinyali dahili veya harici olarak sağlanabilir. dspic üç tip osilatörle çalışabilir: Bunlar; kristal veya bir dış 28

4 sinyal ile çalışabilen ana osilatör, 32KHz Timer1 osilatörü ve dahili RC osilatördür [11] dspic30f denetleyici ailesi (Family of dspic30f controller) dspic30f serisi motor kontrol, sensör işlemci ve genel amaçlı denetleyici ailesinden oluşur. Genel amaçlı denetleyiciler Tablo 1 de verilmiştir [10]. Tablo 1. dspic30fxxxx genel amaçlı denetleyiciler (Table 1. dspic30fxxxx general purpose controllers) dspic30f Pin Sayısı Flash KB SRAM Bytes EE Bytes Timer 16-bit Input Capture Compare PWM A/D 12Bit 100ksps UART SPI I 2 C CAN Codec (AC97, I 2 S) - var var - var var - var dspic30f4013 Denetleyicisi(dsPIC30F4013 Controller) dspic30f4013 dspic serisinin genel amaçlı denetleyici ailesindendir (Tablo 1). 40 pinli ve 30 adet 25mA kaynak akımı sağlayabilen I/O ve 16 Bit lik veri yoluna sahiptir [12]. dspic30f4013 5V ta 30 MIPS lik bir performans sağlayabilir. Yüksek öncelik seviyesi 8 olan ve kullanıcı tarafından ayarlanabilen 33 kesme kaynağı, 3 dış kesme (INT0, INT1 ve INT2) ve 4 işlemci tuzağı (Trap) vardır. DCI ( Converter Interface) arabirimi I 2 S (Inter-IC Sound) ve AC97 Audio Codec protokollerini desteklemektedir. 3 hat SPI, I 2 C, UART ve CAN2.0B BUS haberleşme birimleri; Sleep ve Idle durumlarında dönüştürme yapabilen 200ksps, 14, 12Bit ADC mevcuttur dspic ve DSP lerin Karşılaştırması (Comparison of dspic and DSP) Bu bölümde dspic denetleyicilerin performansı benzer özellikteki diğer MCU ve DSP lerle kıyaslanmıştır. Tablo 2 de genel bir komut kümesi için 1 saniyede milyon olarak ortalama işlenen komut sayısı (MIPS) görülmektedir. dspic komutları tek saykılda işleyebildiğinden hızlı rakiplerinden daha fazla komut işleyebilmektedir[10]. Tablo 3 de temel DSP işlemleri için kullanılan komutların saykıl sayıları karşılaştırılmıştır. dspic in değerleri 1 e çekilerek sonuçlar normalize edilmiştir. dspic in daha yüksek DSP performansı ve kod verimliliği sağladığı görülmektedir [10]. 29

5 Tablo 2. MCU, DSP ve dspic lerin saniyede komut işleme sayısının karşılaştırılması (Table 2. Comparison of number of bit processing of MCU, DSP and dspic) Üreticiler MCU, DSP, dspic Komut Saykılı (Osc/4) Komut İşleme Saykıl Sayısı İşlenen Ortalama Komut Adedi (MIPS) Microchip dspic30f 30 MHz Infineon XC161/ MHz TI 320LF240x 40 MHz Motorola 56F80x 40 MHz Hitachi H8S/26xx 33 MHz Mitsubishi M16C 20 MHz Tablo 3 den farklı olarak komut işleme zamanı karşılaştırmasında dspic DSP rutinlerinde biraz daha yavaştır. Örneğin kontrol işlemlerinde dspic komutu ortalama 1.00 saykılda işlerken, TI 1.54, Motorola 1.03 ve ADI 0.33 saykılda işlemektedir [10]. Tablo 3. DSP işlemlerinde kullanılan komutların saykıl sayılarının karşılaştırılması (Table 3. Comparison of execution cycles of commands used in DSP processes) BDTI Benchmark dspic dspic30fxxx (30 MIPS) TI C2xx/C24xx (40 MIPS) Motorola 56F83xx (60 MIPS) ADI 2199x (219x) (160 MIPS) Vector Dot Product Real Block FIR Two-Biquad IIR Kontrol PROBLEM TEMELLİ ÖĞRENMENİN dspic DENEYSETİ İÇİN UYARLANMASI (ADAPTATION OF PBL FOR dspic EXPERIMENT SET) Problem temelli öğrenme problemin ortaya konulması ile başlar. dspic ler, daha önce ifade edilen yüksek performansa, dijital sinyal işleme özelliğine ve dahili SPI, I 2 C, UART,CAN,PWM,ADC, DAC, vb modüllere sahip oldukları için uygulamalarda tercih edilmektedirler. Fakat Mikroişlemciler ve Mikrodenetleyiciler konusunda bilgi altyapısına sahip olanlar dahi dspic leri karmaşık kontrol uygulamalarında kullanmak istediklerinde çeşitli problemler ile karşılaşmaktadırlar. Örneğin kullanıcı dspic in sahip olduğu yeni özellikleri kullanırken zorlanmaktadır. Bir başka ifadeyle, kullanıcı dspic in karmaşık fiziki özelliklerinden dolayı program yazıp, bu programı derleyerek dspic e yükleyememektedir. Bu çalışmada ele alınan problem, Microchip firmasının yeni ürünlerinden olan dspic serisi mikrodenetleyicilerin kullanılmasının öğrenme zorluğu problemidir. Bu problemin çözülmesi için çözümleri üzerinde barındıran bir deney seti tasarlanmıştır. Aşağıda, bahsedilen problemler ve bunların Problem Temelli Yaklaşım Yöntemi ile çözümleri verilmektedir: 30

6 4.1. dspic30f4013 Tabanlı Tasarlanan Deney Seti (dspic30f4013 Based Designed Experiment Set) Bu çalışmada I/O port sayısının fazla olması, daha büyük hafıza kapasitesi ve çeşitli arabirim özelliklerine sahip olması, DIP 40 tipi kılıfa da sahip olması ve genel amaçlı olması gibi sebeplerle dspic30f4013 denetleyicisi kullanılmıştır [13]. Şekil 1 de gerçekleştirilen deney setinin blok şeması görülmektedir. Sistemin çalışma gerilimi 5V tur. dspic30f4013 ün parazitlerden etkilenmemesi için giriş 0.01µF, 0.1µF ve 1µF lık kapasitelerle filtrelenmiştir (10, 11). Osilatör devresi XT modunda, 10Mhz lik kristalle çalıştırılmıştır. 120MHz maksimum çalışma frekansına ulaşabilmek için iç yapıdaki PLL in x16 modu kullanılmıştır [14]. Deney seti modüler yapıda tasarlanmıştır. Şekil 2 ve Şekil 3 de görüldüğü 10 pinli dişi soketle erişilebilen her bir I/O portu 10kΩ pull-up direncine, V DD ve V SS uçlarına sahiptir. PORTB AN2-AN7 uçları analog giriş olarak kullanılmıştır. AN0 ve AN1 e ADC için birer 10KΩ luk ayarlı direnç bağlanmıştır. Bağlantı şekli Tablo 4.1 de verilen 2 satır 16 karakter 8 bit LCM (Liquid Crystal Display Module) modülde ise; PORTB veri, PORTD kontrol işlemleri için kullanılmıştır. Yazılım geliştirmek için dspic iç yapısında kaydedici bitleri düzeyine inebilmeye olanak sağladığı ve DSP de matematiksel işlemlerde kolaylık sağladığı için C programlama dili; derleme için ise dspic için tasarlanan MicroC for dspic IDE C derleyicisi kullanılmıştır (11, 12). MicroC, dspic lerin CAN, SPI, I 2 S, I 2 C, PWM ve ADC gibi birçok özelliğinin kullanılabileceği geniş bir kütüphane desteğine sahiptir. Deney Seti LCD GÖSTERGE ADC için Potansiyometre AC DC 10 Mhz Osc. AC/DC 8-16V Kaynak Girişi 5V Regüleli Güç Kaynağı dspic30f4013 ANALOG GİRİŞLER I/O PORTLARI İÇİN BAĞLANTI TERMİNALLERİ PORTF PORTD&A PORTB&C PORTB TUŞ TAKIMI LED GÖSTERGE ANAHTAR GRUBU RS232 MODÜLÜ Deney seti için Modüller Şekil 1. dspic30f4013 için geliştirilen deney setinin blok diyagramı (Figure 1. Block scheme of experiment set designed for dspic30f4013) LCM Pinleri dspic 30F4013 Tablo 4. Deney seti ve LCM nin (LCD Modül) bağlantısı (Table 4. Connection diagram between experiment set and LCM) E R/W RS RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RD2 RD1 RD0 31

7 Çözüm 1: Sayısal Giriş-Çıkış Uygulamalarının Eğitimi (Solution 1: Education of Digital Input/output Application) Deney seti üzerinde aşağıda verilen dijital giriş-çıkış uygulamaları yapılmıştır Port Test Deneyi (Port Test Experiment) Port test deneyinde PORTB-PORTF den oluşan tüm port pinleri sırayla aktif yapılır ve bu durum LED diyotlar ile görüntülenir. Portları sayısal yapmak için ADPCFG (A/D Port Konfigürasyon Kaydedicisi) bitleri 1 yapılarak analog giriş uçları kapatılır. Bütün portlar TRIS kaydedicisiyle 0 yapılarak çıkış yapılır ve PORTF hariç hepsi sıfırlanır. While(1) ifadesi ile sonsuz döngü yapılır. Portlar sırayla durum değiştirilerek Delay_ms() ile 1s bekletilir [13]. Bunun için <built_in.h> programa dahil edilmelidir. Şekil 4 te deneyin akış diyagramı ve yazılımı görülmektedir. Şekil 2. dspic30f4013 için geliştirilen deney setinin açık şeması (Figure 2. Circuit scheme of experiment set designed for dspic30f4013) Karşılıklı Portların Bit-Bit Kontrolü (Bit by bit Control of Corresponding Ports) Bu deneyde PORTF nin PORTB ye karşılık gelen Bit leri PORTB ye bağlı olarak Bit düzeyinde (PORT ve LAT kaydedicileri) kontrol edilmektedir (Şekil 5) Dijital giriş-çıkış deneyleri performans testi (Digital Input-Output Experiments Performance Test) Port içyapısından dolayı PORTx kaydedicilerini ON/OFF olarak kullanmak sorun çıkarabilir. Çıkış ON/OFF olarak çalıştırılırken LATx kaydedicisine yazılmıştır [13]. Ana osilatör XT moduna alınmış ve uygulama başarıyla gerçekleştirilmiştir. 32

8 Şekil 3. dspic30f4013 için geliştirilen deney setinin fotoğrafı (Figure 3. A photograph of experiment set designed for dspic30f4013) #include <built_in.h> int main() { ADPCFG = 0xFFFF; //port dijit(adc kap) LATB = 0; TRISB = 0; LATC = 0; TRISC = 0; LATD = 0; TRISD = 0; LATF = 0xFFFF; //PORTF bütçıkışlar 1 TRISF = 0; while(1) { // sonsuz döngü LATF = ~LATF; // Çıkışı tersle LATB = ~LATB; // PORTB aktif Delay_ms(1000); // 1 saniye bekle LATB = ~LATB; LATC = ~LATC; // PORTC aktif Delay_ms(1000); LATC = ~LATC; LATD = ~LATD; // PORTD aktif Delay_ms(1000); LATD = ~LATD; LATF = ~LATF; // PORTF aktif Delay_ms(1000); }} Şekil 4. Port Test Deneyi akış diyagramı ve yazılımı (Figure 4. Flowchart and software for Port Test Experiment) 33

9 int main() { ADPCFG = 0xFFFF; TRISB = 0x0000; LATB = 0x0000; TRISF = 0xFFFF; LATF = 0x0000; while(1) { if (PORTFbits.RF0=1) LATBbits.LATB0= 1 ; else LATBbits.LATB0= 0 ; if (PORTFbits.RF1=1) LATBbits.LATB1=1 ; else LATBbits.LATB1= 0 ; if (PORTFbits.RF2=1) LATBbits.LATB2=1 ; else LATBbits.LATB2= 0 ; if (PORTFbits.RF3=1) LATBbits.LATB3=1 ; else LATBbits.LATB3= 0 ; } } Şekil 5. Karşılıklı portların bit-bit kontrolü deneyi akış diyagramı ve yazılımı (Figure 5. Flowchart and software for bit by bit control of corresponding ports) Çözüm 2: LCM Uygulamasının eğitimi (Solution 2: Education of LCM Application) Bu uygulamada 8 Bit 2x16 LCD modül (LCM) kullanılmıştır (Tablo 4). MicroC nin LCD8_Custom kütüphanesinin Lcd8_Custom_Config fonksiyonu ile LCM yapılandırılır. Lcd8_Custom_Cmd ekran temizleme, imleci kaldırma gibi işlemler, Lcd8_Custom_Out mesaj ve Lcd8_Custom_Chr karakter yazdırmak için kullanılır [15]. LCM de ilk satıra GAZI UNI. ikinci satıra TEK. EGT. FAK. yazılmaktadır (Şekil 6). 34

10 #include <built_in.h> int main(){ ADPCFG = 0xFFFF; // Portlar dijital Lcd8_Custom_Config(&PORTB,7,6,5,4,3,2,1,0, &PORTD,2,1,0);// Lcd port yapılandırması Lcd8_Custom_Cmd(LCD_CLEAR); // Lcd ekranı temizle Lcd8_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); //Lcd imleç kapalı Lcd8_Custom_Out(1, 1, "GAZI UNI."); // Ekrana mesaj yazılması Lcd8_Custom_Chr(2,1,'T');//Karakter yazılması Lcd8_Custom_Chr_CP('E'); // İmleçin bulunduğu yere karakter yazıı Lcd8_Custom_Out_CP("TEK. EGT. FAK."); //İmleç bul. yer mesj yaz } Şekil 6. LCD modül deneyi akış diyagramı ve yazılımı (Figure 6. Flowchart and software for LCD Module experiment) LCD modül deneyi yazılımında dspic30f4013 ün 1458Byte ROM (%4) ve 53 Byte RAM (%4) hafızası kullanılmıştır. MicroC derleyicinin LCM kütüphanesi için kullanılan hafızanın az olmadığı görülmüş fakat karakterler sorunsuz görüntülenmiştir Çözüm 3: ADC Uygulamasının Eğitimi (Solution 3: Education of ADC Application) ADC uygulamasında dspic30f4013 ün dahili 12 bit A/D çeviricisi ve MicroC nin ADC kütüphanesi kullanılmıştır. AN0 (PORTB0) dan Adc_Read(unsigned analog ); ile okunan analog değer sayısallaştırılarak LCD modülde görüntülenmiştir. Adc_Read() ile Integer değer okunur. Fakat ekrana yazdırılacak ifade string olmalıdır. Bu çevrim için inttostr fonksiyonu kullanılmıştır (Şekil 7) ADC performans testi (ADC Performance Test) ADC deneyi yazılımında 1616Byte (%4) ROM ve 51Byte (%4) RAM hafıza kullanılmıştır. Deney setinde 10MHz lik XT modundaki ana osilatör ile 2.5MIPS sağlanmış ve 12 bit A/D dönüşümü sorunsuz gerçekleştirilmiştir. 35

11 #include <built_in.h> char txt[4]; // LCD mesajı için değişken unsigned adcres ; // ADC sonucu için değişken int main() { ADPCFG=0XFFFF; // Portlar dijital Lcd8_Custom_Config(&PORTB,7,6,5,4,3,2,1,0,&PORTD,2, 1,0); // LCD port yapılandırması Lcd8_Custom_Cmd(LCD_CLEAR); //Lcd ekranını temizle Lcd8_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); //Lcd imleç kapalı Lcd8_Custom_Out(1, 1, "ANALOG SEVIYE="); while (1) { // Sonsuz döngü TRISBbits.TRISB0 = 1; // PORTB0 giriş ADPCFG=0xFFFE; // PORTB0 analog adcres = Adc_Read(0); // ADC oku PORTB0 inttostr(adcres,txt); // Int adcres, txt string ifadeye dönüştürülür ADPCFG=0xFFFF; // Portlar dijital, LCD ye sonucu yazmak için TRISB=0x0000; // PORTB çıkış, LCD data için Lcd8_Custom_Out(2,0,txt); // LCD ye dijital değer yazma Delay_ms (20) ; }} // 20 ms bekleme Şekil 7. ADC deneyi akış diyagramı ve yazılımı (Figure 7. Flowchart and software for ADC experiment) Çözüm 4: INT0 ile Dışarıdan Kesme Deneyinin Eğitimi (Solution 4: Education of External Interrupt Experiment with INT0) Bu deneyde INT0 girişinden bir buton ile dış kesme yapılmaktadır. INT0 kesmesi oluştuğunda LATD0 1 veya 0 olarak durum değiştirir. (Şekil 4.8). external0_init() ile INT0 yapılandırılmıştır. Bu alt programda IEC0 ın (Interrupt Enable Control Register0) INT0IE biti 1 yapılarak INT0 aktif yapılır. Kesme önceliğini ayarlamak için IPC0 ın (Interrupt Priority Control Register0) INT0IP Bitleri 0-7 arasında ayarlanır. Bu değer 0 ise kesme çalışmaz. 1 en düşük, 7 en yüksek seviyeli kesmedir. INTCON2 ın INT0EP Biti 1 ise yükselen, 0 ise alçalan kenar seçilir [8]. 36

12 Şekil 8. Dışarıdan kesme deneyi akış diyagramı (Figure 8. Flowchart for external interrupt experiment) INT0 kesmesi oluştuğunda external0_int0() alt programı çalışır ve INT0 ın Interrupt Vector Table (IVT) adresi 0x e gider. IFS0 kaydedicisi (Interrupt Flag Status Register0) INT0IF biti 1 olur. INF0IF biti sıfırlanarak kesmeden çıkılır. Ana programda PORTD sayısal çıkış yapılmıştır. external0_init() alt programı çağrılarak program sonsuz döngüye sokulmuştur. Ana programın yazılım kodları şu şekildedir: int main () {ADPCFG = 0xFFFF; // Portlar dijital TRISD = 0x0000; // PORTD çıkış LATD = 0x0000 ; // LATD sıfırlandı external0_init(); // INT0 yapıland.alt prog.çağrıldı while (1); } INT0 ile dışarıdan kesme deneyinde 2Byte RAM ve 408Byte ROM hafıza kullanılmıştır. 10MHz lik kristal osilatör, XT ve w/pll8 modu seçilerek 20MIPS sistem komut saykılına ulaşılmış ve yazılım problemsiz çalışmıştır Çözüm 5: 1Hz ve 1kHz PWM Sinyal Üretimi (Solution 5: Generation of 1Hz and 1kHz PWM Signal) Bu deneyde dspic in PWM modülü kullanılarak PWM sinyali üretilmiştir. PWM modülünün birinci ı kullanılarak 1kHz PWM sinyali elde edilmektedir (Şekil 4.9). Bir periyotluk PWM sinyali üretildikten 500ms sonra PWM sinyalinin üretilmesi durdurulmuş ve 500ms süre ile PORTB nin 1. biti ON yapılmıştır. Böylece 1kHz PWM sinyali ve 1Hz sinyal elde edilmiştir. 37

13 BAŞLA 1 Numaralı PWM ını tanımla PWM Frekansını Ayarla PWM sinyalini Üretmeye Başla PWM Duty Cycle değerini Ayarla 500 ms bekle PWM sinyalini Durdur void main() { unsigned pwm_period1, pwm_period2; ADPCFG = 0xFFFF; LATB = 0; TRISB = 0; while(1) { pwm_period1 = Pwm_Init(1000, 1, 1, 2); Pwm_Start(1); Pwm_Set_Duty(pwm_period1/2,1);//Duty Cycle Ayarlanır Delay_ms(500); Pwm_Stop(1); PORTB=1; Delay_ms(500); PORTB=0; } } PORT B = ms bekle PORT B = 0 SON Şekil 9. PWM Deneyi akış diyagramı ve yazılımı (Figure 9. Flowchart and software for PWM experiment) 5. SONUÇ VE ÖNERİLER (CONCLUSION AND SUGGESTIONS) Bu çalışmada dspic tabanlı donanım ve yazılım geliştirme uygulamalarının öğrenimini kolaylaştırmak ve etkin bir deney ortamı oluşturmak amaçlarıyla kullanılabilecek olan genel amaçlı dspic30f4013 denetleyicisi esas alınan düşük maliyetli bir deney seti tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Öğrenme ve öğretmenin verimliliğini artırmak için öğretim yöntemi olarak PBL metodu kullanılmıştır. Çalışmada ele alınan temel uygulamaların başarı ile gerçekleştirilebilmesi, tasarlanan deney setinin yazılım ve donanım özelliklerinin üstünlüğünü ve öğretme-öğrenme stratejisi olarak seçilen PBL metodunun başarısını göstermektedir. Geçekleştirilen sistem ayrıca endüstriyel uygulamalar, AR-GE faaliyetleri veya DSP gibi yüksek işlem kapasitesi ve performansı gerektiren diğer uygulamalar için de uygun bir proje geliştirme ortamı sağlamaktadır. Bu tip uygulamalarda dspic mimarisinin sunduğu yüksek performans nedeni ile gömülü sinyal işleme çalışmalarında maliyetin düşürülebilmesi de sağlanabilir. Geliştirilen sete yan modüller ilave edilerek, uygulama gerektiren derslerde öğretim amaçlı olarak da kullanılabilir (örneğin uygulamalı denetimde motor kontrolü, uygulamalı sinyal işleme, süreç denetimi vb). Yazılım geliştirmek için C programlama dili, derlemek için kütüphaneleriyle dspic30f4013 ün bütün haberleşme (UART, CAN, SPI ve I 2 C) ve diğer birimlerinin kullanılabilmesine imkan veren MicroC for dspic IDE kullanılmıştır. 38

14 SEMBOLLER VE KISALTMALAR (SYMBOLS and ABREVATIONS) DSP : Digital Signal Processing dspic : Digital Signal Peripheral Interface Controller PBL : Problem Based Learning: PLC : Programmable Logic Controller I/O : Input/Output CPU : Central Processing Unit MCU : Micro-Controller FFT : Fast Fourier Transform ksps : kilo sample per second ADC : Analog/Digital Converter LCM : Liquid Crystal Display Module LCD : Liquid Crystal Display KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Al-Dhaher, A.H.G., (2001). Integrating Hardware and Software for Development of Microcontroller-Based Systems. Microprocessors & Microsystems: v25-7, Perez-Quinones, M.A. and Cruz-Rivera, J.L., (1999). Integrated Development Environment for a Microcontroller System Laboratory. Frontiers in Education Conference, FIE. 99, 29 th Annual, San Juan, Puerto Rico, v2, 12C6/ Semerci, N., (2005), Problem Temelli Öğrenme ve Öğretmen Yetiştirme. Milli Eğitim Üç Aylık Eğitim ve Sosyal Bilimler Dergisi: Millî Eğitim Bakanlığı Yayımlar Dairesi Başkanlığı, cilt:33, Sayı: Sünbül, A.M., Çalışkan, M. ve KOZAN, S.,(2007). Probleme Dayalı Öğrenmenin Psikolojik Danışmanlık ve Rehberlik Aday Öğretmenlerine Uygulanması. 16. Ulusal Eğitim Bilimleri Kongresi, 5-7 Eylül 2007 Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Tokat / Türkiye. 5. Altınbaşak, O., (2005). Mikrodenetleyiciler ve PIC Programlama. sayfa: 14-15, İstanbul: Altaş Yayınevi. 6. Bores, (2007). Signal Processing: Introduction to DSP introduction.html, (2007). 8. dspic30f Family Reference Manual, (2007). Microchip Tech.Inc., pp:22-23, Vasuki, H.R., (2007). dspic30f 10bit ADC Module (Part 2), Microchip Tech.Inc. 10. Sinha, P., (2007). Introduction to dspic DSC, Microchip Tech.Inc. 11. Sinha, P., (2007). Introduction to dspic30f Architecture(Part 1), Microchip Tech.Inc. 12. Microchip Tech.Inc., (2006). dspic30f3014/4013, 3-15, Popa, O.G., (2005). Learn Hardware and Software Design, Corollary Theorems. Canada: Corollary Theorems Ltd., pp:31-39, , Hamrita, T.K. and McClendon, R.W., (1997). A New Approach for Teaching Microcontroller Courses. Int.J.Eng.Ed. v:13, n:4, pp: MicroC for dspic IDE C Compiler Manual, (2007). Mikro Elektronika: 1-2,