ÇUKUROVA ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ YÜKSEK LSANS TEZ. Dilber Nalan STANBULLU BLGSAYAR DESTEKL FZK DENEYLER FZK ANABLM DALI

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ YÜKSEK LSANS TEZ Dilber Nalan STANBULLU BLGSAYAR DESTEKL FZK DENEYLER FZK ANABLM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ nmööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööööö BLGSAYAR DESTEKL ööö FZK DENEYLER Dilber Nalan stanbullu YÜKSEK LSANS TEZ FZK ANABLM DALI Bu tez Oybirlii/Oyçokluu le Kabul Edilmitir. Tarihinde Aaıdaki Jüri Üyeleri Tarafından mza. mza... mza. Doç.Dr. sa DUMANOLU Prof.Dr. Gülsen ÖNENGÜT Yard.Doç.Dr. Sami ARICA DANIMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıtır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü Bu Çalıma Ç.Ü. Bilimsel Aratırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmitir. Proje No: FEF2005YL4 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve baka kaynaktan yapılan bildirilerin, çizelge ekil ve fotorafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LSANS TEZ BLGSAYAR DESTEKL FZK DENEYLER Dilber Nalan STANBULLU ÇUKUROVA ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ FZK ANABLM DALI Danıman: Doç. Dr. sa DUMANOLU Yıl: 2006, Sayfa :76 Jüri: Doç. Dr. sa DUMANOLU Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT Yrd.Doç.Dr. Sami ARICA Fizik deneylerinde bilgisayar kullanımı veri alımını kolaylatırmakta, hesaplamaların yapımında ve sonuçların yorumlanmasında yardımcı olan grafikleri çizmekte de büyük kolaylık salamaktadır. Bu çalımada da lise fizik laboratuarında da kullanılabilecek deneyler gelitirilmitir. Deneylerin yapımında kullanılacak arabirim sistemi tanıtıldıktan sonra, deneylerin yapılıı ve sonuçlar açıklanmıtır. Anahtar kelimeler: Arabirim kartı, basit sarkaç, eylemsizlik kütlesi, RC devresi, tek ve çift yarıkta giriim. I

4 ABSTRACT MSc THESIS PHYSICS EXPERIMENTS SUPPORTED BY A COMPUTER Dilber Nalan STANBULLU DEPARTMENT OF PHYSICS INSTITUDE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Doçent. Dr. sa DUMANOLU Year: 2006, Pages: 76 Jury: Assoc. Prof. Dr. sa DUMANOLU Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT Asist. Prof. Dr. Sami ARICA The use of a computer in physics experiments simplifies getting data. It also gives a great convenience in calculation and in getting graphs that helps interpretation of the results. In this thesis, the experiments that can be used in high school physics laboratories are designed. After the interface system is introduced, procedure and the results of the experiments are explained. Key Words: Interface card, simple pendulum, inertial mass, RC circuit, interference in single and double slit. II

5 TEEKKÜR Bu tezin oluum süreci içinde bana yardımcı olan, deerli görülerinden yararlandıım deerli hocam Doçent. Dr. sa DUMANOLU na, hiçbir zaman yardımını esirgemeyen sevgili arkadaım Mehmet VERGL ye teekkür ediyorum. Ayrıca benden yardımını esirgemeyen, desteini her zaman hissettiim sevgili eim Nasreddin STANBULLU ya teekkür ederim. III

6 ÇNDEKLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT.II TEEKKÜR...III ÇNDEKLER...IV ÇZELGELER DZN...VI EKLLER DZN...VII 1.GR.1 2. ÖNCEK ÇALIMALAR 3 3.MATERYAL ve METOD Bilgisayar Kiisel Bilgisayar (PC) Mantık Kapıları ve Boolean Mantıı Bilgisayarda Veri letimi Seri letim Paralel letim Bit Deerinin Okunması Deney Kartı ve Arabirimler Genel Programlama Zaman Ölçümü ARATIRMA ve BULGULAR Basit sarkaç Amaç Araç ve Gereçler Teori Deneyin Yapılıı Deneyin Sonucu Eik düzlem Amaç Araç ve Gereçler 33 IV

7 Teori Deneyin Yapılıı Deneyin Sonucu Eylemsizlik Kütlesi Amaç Araç ve Gereçler Teori Deneyin Yapılıı Deneyin Sonucu Tek ve Çift Yarıkta Giriim Amaç Araç ve Gereçler Teori Deneyin Yapılıı Deneyin Sonucu RC Devresinde Zaman sabitinin Bulunması Amaç Araç ve Gereçler Teori Deneyin Yapılıı Deneyin Sonucu SONUÇLAR ve ÖNERLER.55 KAYNAKLAR...57 ÖZGEÇM 59 EKLER 60 V

8 ÇZELGELER DZN SAYFA Çizelge 3.1. VE kapısının doruluk Tablosu..13 Çizelge 3.2. VEYA kapısının doruluk tablosu..13 Çizelge 3.3. NOT kapısının doruluk tablosu 14 Çizelge 3.4. Bit deerleri 15 Çizelge 3.5. STATUS portunda topraklanan pinler karılıında okunan deerler.19 Çizelge 3.6. Port adresleri (Dinçer ve Gürkan,1999) Çizelge 3.7. Port A nın sayısal hatlarının ayarlanması..24 Çizelge 3.8. Mode 0 programlama seçiminde giri ve çıkı konfigürasyonları..25 Çizelge 4.1. STATUS portu kullanılarak bulunan ölçüm sonuçları.. 32 Çizelge 4.2. Sayısal arabirim ve daıtıcı kutusu kullanılarak bulunan ölçüm sonuçları..32 Çizelge 4.3. Eik düzlemde kapıların balı olduu pinler ve kapandıklarında okunan deerler..35 Çizelge 4.4. Eik düzlemde kullanılan aralıklar ve bulunan süre, hız, ivme deerleri..37 Çizelge 4.5. Eik düzlem deneyinde bulunan ivme, ortalama ivme, sürtünme katsayısı deerleri..37 Çizelge 4.6. Kullanılan kütle deerlerine karılık ölçülen periyod ve periyod kare deerleri..40 Çizelge 4.7. Deneyde kullanılan direnç, kondansatör deerleri ve bulunan nokta sayıları 53 VI

9 EKLLER DZN SAYFA ekil 3.1. Paralel port pinleri (Tuay, 2004) ekil 3.2. Ledler aracılııyla yazıcı portunun data çıkıındaki verileri görselletirmeye yarayan devrenin eması.18 ekil 3.3. Yazıcı portunun data kablosunu kullanarak yapılan kutu..18 ekil 3.4. NEVA-PC kart 20 ekil 3.5. Analog sayısal çevirci için iki kanallı bir ön amplifikatör.22 ekil 3.6. Adım motoru ve röle arabirimi...22 ekil 3.7. Sayısal zaman arabirimi..22 ekil 3.8. Daıtıcı kutusu 23 ekil 3.9. Zaman ölçümü 26 ekil 4.1. Genlii ve periyodu bulmak için kullanılan parametreleri gösteren geometrik çizim (Cortini,1992)...29 ekil 4.2. STATUS portundan veri girii yaparak basit sarkacın periyodunu ölçebilmek için kurulan deney düzenei.30 ekil 4.3. Optik kapının alıcı LED kablosundan okunacak voltaj deerini voltmetre kullanarak örenebilmek için kurulacak devre..30 ekil 4.4. Sayısal arabirim ve daıtıcı kutusu kullanılarak kurulan deney düzenei.31 ekil 4.5. Sabit bir eik düzlem üzerinde kayan cisme etki eden kuvvetler...34 ekil 4.6. Eik düzlemde kayan cisim için serbest cisim diagramı...34 ekil 4.7. Optik kapıların eik düzlem üzerine yerleimi...36 ekil 4.8. Eik düzlem deney düzenei ekil 4.9. Eylemsizlik kütlesinin bulunması için kurulan deney düzenei.40 ekil Kütlenin periyodun karesiyle deiimi. Yukarıdaki kutuda P 0 parametresi dorunun x eksenini kestii noktayı, P 1 parametresi ise eimi belirtir...41 VII

10 ekil Tek yarıkta giriim. I. ve II. bölgeden λ / 2 yol farkıyla gelen dalga çiftleri birbirlerinin etkisini yok eder..43 ekil Tek yarıkta giriim sonucu oluan aydınlık ve karanlık saçaklar.43 ekil Tek yarıkta giriim düzeneinde aydınlık ve karanlık artlarının hesaplanmasında kullanılan uzunluklar...44 ekil Çift yarıkta giriim sonucu oluan aydınlık ve karanlık saçaklar.45 ekil Çift yarıkta giriim düzeneinde aydınlık ve karanlık artlarının hesaplanmasında kullanılan uzunluklar...45 ekil Tek ve çift yarıkta giriim deneyi için kullanılan devre eması...46 ekil Tek ve çift yarıkta giriim deneyi için kullanılan deney düzenei...47 ekil Tek yarıkta giriim için elde edilen giriim deseni ekil Çift yarıkta giriim için elde edilen grafik 48 ekil Kondansatörün yüklenmesi.50 ekil Kondansatörün boalma devresi..51 ekil Bilinmeyen kondansatörün deerinin bulunması için kullanılan deney düzenei 52 ekil RC deerinin nokta sayısına göre deiimi.54 VIII

11 1. GR D. NALAN STANBULLU 1.GR Günümüz teknolojisinin ilerlemesiyle ve eitime verilen önemin artmasıyla, eitim sorunlarının çözümünde teknolojiden faydalanmak kaçınılmaz olmutur. Bu teknolojilerden biri de bilgisayardır. Genel olarak okullarda bulunan tipteki bilgisayarları, fizik öretim laboratuarlarında kullanılabilecek bir ölçme aletine dönütürmek mümkündür (Depireux, 1991). Bilgisayar, hafızaya alma, kaydetme, iletiim, veri dizimi gibi birçok ii e zamanlı olarak yapabilir. Daha sonra verilerin birbirine balı deiimlerinin grafiini çizebilir. Eer bir kelime ilemci yazılımı varsa, deney raporu hazırlanabilir. Mikrobilgisayar tarafından veri toplama ve kaydı sırasında tasarruf edilen zaman, veri analizinde ve sonuçların gelitirilmesinde kullanılabilir. En önemlisi de bu ekilde çalıan örenciler bilim adamlarının araçlarını ve metodlarını örenirler (Jacobsen, 1991). Bilgisayara dayalı laboratuar sensörlerini ve yazılımını kullanarak örenciler konum, hız, ivme, kuvvet, sıcaklık, ıık iddeti, ses basıncı, akım ve potansiyel farkı gibi fiziksel büyüklükleri ölçerken grafiini çizebilmektedirler.veri toplamanın ve sunmanın kolaylıı, hazırlıı yetersiz örencileri bile, bilimsel süreçte aktif katılımcılar yapacak ve kendi sorularını sorup cevaplandıracak ekilde cesaretlendirecektir (Thornton, 1991). Fen eitimi deneyden teoriye geçi eklinde anlatılırsa, örencinin fen temelini kavraması daha kolay olacak ve bu yolla verilen fen eitimi ezberci bir eitim olmaktan çıkacaktır. Deney düzeneklerinin kurulması, verilerin alınması, hesapların yapılıp grafik çizimi ve yorumlanması oldukça uzun zaman almakta, çou zaman bunlar ders saati içinde yapılamamaktadır. Bunların yanında nükleer enerji, radyoaktif bozunma deneyleri gibi laboratuar ortamında yapılması tehlikeli, yüksek maliyetli ve uzun zaman alan deneyler de bilgisayar destekli ortamlarda kolaylıkla yapılabilir. Bilgisayar kullanarak deney yapılmadan önce bilgisayarda canlandırılabilmekte (simülasyon), beklenen sonuçlar öngörülmeye çalıılmakta ve bulunan deneysel sonuçlarla karılatırılabilmektedir. Bilgisayarların fizik laboratuarlarında kullanım amaçlarından birisi otomatik veri kaydı ve analizi, dieri de kontroldür. Veri kaydı ve analizi için örnek olarak 1

12 1. GR D. NALAN STANBULLU simülasyonu, kontrol için ise otomasyonu örnek olarak verebiliriz. Bu amaçlarla fizik laboratuarında bilgisayar kullanımı, laboratuar çalımalarını daha ilginç bir hale getirmektedir. Fizik eitimine az da olsa katkıda bulunmak amacıyla gelitirilen deneylerin bulunduu bu tezin giri bölümünde, bilgisayarların fen eitiminde ve fizik laboratuarında kullanılması ile ilgili genel bilgiler verilmitir. kinci bölümde; bilgisayarın fen eitiminde ve fizik laboratuarında kullanılması ile ilgili önceden yapılan çalımalar kısaca anlatılmıtır. Üçüncü bölümde bilgisayar hakkında genel bilgiler verildikten sonra veri iletimi ve arabirim sistemi ile ilgili bilgiler verilmitir. Arabirim sistemi bilgisayarı ölçü aracı olarak kullanabilmemizi salar. Dördüncü bölümde gelitirilen deneylerin amacı, teorisi, yapılıı ve deney sonuçları anlatılmıtır. Deneylere ait, C programlama dilinde gelitirilen programlar ise ekler bölümünde sunulmutur. Beinci bölümde de sonuçlar yer almaktadır. 2

13 2. ÖNCEK ÇALIMALAR D. NALAN STANBULLU 2. ÖNCEK ÇALIMALAR Bilgisayara dayalı laboratuar araçları ve eitim aratırmalarına dayalı, dikkatlice tasarlanmı eitim programları, üniversite ve liselerde geni bir örenci kitlesine fizik kavramlarını öretmekte kullanılmıtır. Veriler, geleneksel derslerde örenilmeyen temel fizik kavramlarının bu yöntemle çok daha iyi örenildiini göstermektedir (Thornton, 1991). Fizik öretiminde bilgisayarın bir laboratuar aracı olarak kullanılması 1983 yılından bu yana pek çok aratırmanın konusu olmutur (Cortini,1992). Giulio Cortini, deneysel fizik öretiminde bilgisayarın bir laboratuar aracı olarak kullanılmasını ele almıtır. Örnek olarak basit sarkacın hareketini incelemitir. Bilgisayarla beraber kullanılan data logger cihazının örenci baarısına olan etkisinin aratırıldıı çalımada deneysel yöntem uygulanmıdır. Trabzon il merkezindeki bir ilköretim okulunun altıncı sınıflarında örenim gören örencilerden oluan deney grubuna (N=23) ohm kanunu data logger cihazı ile kontrol grubuna (N=26) ise manuel aletlerle, voltmetre-ampermetre, ile öretilmitir. Çalımanın sonunda deney grubu örencileri kontrol grubuna göre oldukça baarılı olmutur. Data logger cihazının kullanılması örencilerin performanslarını olumlu yönde artırmıtır (Ayvacı, Özsevgeç, Aydın, 2004). Fizik deneylerinde bilgisayarı kullanarak; veri toplamanın, verilerle ilem yapmanın ve sonuçları grafiklerle yorumlamanın avantajları gösterilmitir. Konu olarak, fizikte radyoaktif bozunmalarla ilgili deneyler seçilmi, bu deneylerin bilgisayar kullanmadan stanbul Teknik Üniversitesi Nükleer Enerji Enstitüsü nde; bilgisayar kullanarak Marmara Üniversitesi Eitim Fakültesi Fizik Bölümü nde yapılması arasındaki fark belirlenmitir (Çorlu ve Altın, 1999). Kiel üniversitesinde örencilere fizik deneylerini yapabilmeleri için arabirimleri kullanmayı ve bu amaç için program yazmayı öreten bir fizie giri laboratuarı tasarlanmı ve uygulanmıtır. Bilgisayarların akıllı bir teori ve deney aracı olarak davrandıı ve böylece mikrobilgisayarlardan önce yapılamayan temel laboratuar deneylerini mümkün kıldıı bazı projeler tartıılmıtır (Lincke, 1991). Bilgisayar destekli fizik eitimi konusunda yazılan bazı makaleler unlardır: 3

14 2. ÖNCEK ÇALIMALAR D. NALAN STANBULLU Kühnelt (1991), Hasnain (1991), Hacınlıyan ve Tepehan (1991), Ersoy (1991), Campbell (1991), Borkowski (1991), Çakmak (1999). 4

15 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU 3. MATERYAL ve METOD Bu bölümde bilgisayar hakkında ve veri iletimi hakkında genel bilgiler verilecek. Daha sonra bilgisayar destekli deneylerde kullanılacak elemanlar tanıtılacaktır Bilgisayar Kullanıcıdan aldıı verilerle mantıksal (<, >, =, and, or) ve aritmetiksel (+, -, *, /) ilemleri yapan; yaptıı ilemlerin sonucunu saklayabilen; sakladıı bilgilere istenildiinde ulaılabilen elektronik bir makinedir. Bilgisayarın 4 ilevi bulunur: Giri/Çıkı ilevleri Aritmetik ilemler yapabilmesi Karılatırma(Mantık) ilevleri Bilgi depolama ve depolanan bilgiye eriim ilevi Bilgisayar bu ilevleri yapmak için 2 ana kaynaktan yararlanır: 1. Donanım (hardware) 2. Yazılım (software) Donanım, bilgisayarın elle tutulur, gözle görülür, mekanik, magnetik veya elektronik olabilen fiziksel parçalarıdır. Bilgisayar kasası, giri çıkı üniteleri gibi birimler donanımın parçalarıdır. Yazılım, donanım elemanlarını kontrol etmek veya kolay yoldan bilgisayarınıza veri depolamak, hesap yaptırmak, internet üzerinde gezinmek ve daha bunun gibi bir çok ii yapabilmek için çeitli programlama dilleri ile yazılan programlardır. letim sistemleri (windows, linux), Microsoft Office, nternet Gezgini, müzik dinleme programları, yazılımlara örnek olarak verilebilir. Yazılımlar birçok programlama dilleri ile yapılabilir. Programlama dillerine örnek olarak C, C++, Pascal, Basic verilebilir. Hazırlanan deneylerde Turbo C editörü ve derleyicisi kullanılacaktır. Yazılımlar programlama dilleriyle yapıldıktan sonra, derleyiciler ile bilgisayarın anlayacaı hale getirilir. Derleyici, programın tamamını okur ve bunu 5

16 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU nesne koduna (object code) dönütürür. Nesne kodu, programın kaynak kodunun, bilgisayarın dorudan çalıtırabilecei bir biçime dönütürülmü halidir. Nesne kodu, aynı zamanda ikili kod (binary code) ya da makine kodu (machine code) olarak da adlandırılır. Özel amaçlı kullanılan bilgisayarların yanında yaygın olarak kullanılan bilgisayarlar kiisel bilgisayarlardır (PC). Özel amaçlı bilgisayarlara örnek olarak matbaa ileri için kullanılan Macintosh, personel özlük ilemleri için kullanılan IBM AS400, sunucu (server) olarak kulanılan Sun verilebilir. Bu bilgisayarların mimarileri PC lerden biraz farklıdır. Deneyleri yaparken kullanılan bilgisayar ise PC dir Kiisel Bilgisayar (PC) PC ler kiisel kullanım için gelitirilmi bilgisayarlardır ve günümüz teknolojisi ile çok hızlı veri ileyebilmektedir. htiyaca uygun yazılımları kullanarak veya program yazılarak PC ile birçok ii yapabilmek mümkündür. PC ler programlanacak her ii yapabilirler. letim sistemleri sayesinde kullanımları çok kolay bir hale gelmitir. PC lerin donanım elemanlarını inceleyelim. Merkezi ilem birimi (CPU): Mikroilemci olarak da adlandırılır. Bilgisayarın en önemli elemanıdır. Elektronik bir beyin olarak düünebileceimiz mikroilemci bilgisayarın çalımasını düzenleyen ve programlardaki komutları tek tek ileyen birimdir. Temel olarak mikroilemcinin yaptıı i, bitler üzerinde ilem yapmak üzere komutları çalıtırmaktır. Transistöründen yongasına kadar bilgisayarı oluturan bütün elemanlar emirleri mikroilemciden alırlar. Bilgisayarda ya da çevre birimlerinde olup biten her ey, mikroilemci tarafından yollanan sinyallerle gerçekleir ve denetlenir. Mikroilemciler açma kapama anahtarı gibi çalıan milyonlarca transistörden olumaktadır. Bu anahtarların programlanma durumuna göre, elektrik sinyalleri bunların üzerinden akar. Bu sinyaller bilgisayarın yaptıı tüm ileri toplama, çıkarma, çarpma, bölme gibi temel matematiksel ilemlere indirir. lemci de bu 6

17 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU ilemleri en basit sayma sistemi olan ikilik düzen yani sadece 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Mikroilemcinin hızı saniyede yapılan ilem ile ölçülür. Hız ölçü birimi olarak Megahertz (MHz) kullanılır. Mikroilemcilerin tür ayrımı aynı anda ileyebildii bit sayısına göre yapılmaktadır. Bugüne kadar üretilmi olan mikroilemci türleri; 1) 4 bitlik mikroilemciler 2) 8 bitlik mikroilemciler 3) 16 bitlik mikroilemciler 4) 32 bitlik mikroilemciler 5) 64 bitlik mikroilemciler Deneyleri yaparken kullandıımız mikroilemci 32 bitliktir. Veriyoluna 32 iletken ile balanmıtır ve aynı anda 32 bit uzunluundaki bir kelimeyi ileyebilir. Günümüzde kullanılan mikroilemciler MOTOROLA, INTEL, AMD ve CYRIX dir. Apple ın çıkardıı POWER PC makinalarında kullanılmaktadır. IBM uyumlu bilgisayarlarda ise INTEL, AMD ve CYRIX kullanılmaktadır. Bunlardan piyasayı elinde bulunduran ise INTEL dir. Cyrix çıkardıı birkaç ilemci türünden sonra artık ilemci üretmemeye balamıdır. AMD ise u an INTEL ile büyük bir yarı içerisindedir. Son çıkardıı ilemcilerin bazı testlerde INTEL i geçtii olmutur. Mikroilemcinin yapısını oluturan bölümler: Kontrol birimi: Bütün komutlar burada iletilir. lenen komuta göre mikroilemci içerisindeki belli bir adresteki veri deitirilir ya da bir verinin ilemci içindeki baka bir bölüme aktarılması salanır. letim yolları: Mikroilemci ile bilgisayarın dier birimleri arasındaki balantıları salayan iletkenlerdir. letim yolları 3 gruba ayrılır: 1. Veri yolları (Data bus): Bilgisayarın bir bileeninden dierine verileri iletmek için kullanılan devrelere veriyolu (bus) adı verilir. lemlerde kullandıı veriler de mikroilemciye veriyolu adı verilen kanallardan gelir. Bu nedenle bilgisayarın performansı, ilemci hızı ile birlikte veriyolu hızına da balıdır. Her veriyolunun MHz cinsinden bir saat hızı (frekans deeri) vardir. Hızlı bir veriyolu, verileri daha 7

18 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU hızlı transfer ederek uygulamaların daha hızlı çalımasını salar. Bir veriyolunun kapasitesi de önemlidir çünkü bir seferde ne kadar veri transfer edilebileceini belirler. Örnein 16 bit'lik veriyolu bir seferde 16 bit, 32 bit lik veriyolu 32 bit veri transfer eder. Çeitli veriyolu standartları vardır. Bunlar ISA, EISA, MCA, VESA ve PCI dır. 2. Adres yolları (Adress Bus): Verinin tipi ne olursa olsun ilemci bunu dorudan veri yoluna gönderemez. Önce ilemcinin verinin gidecei yeri belirtmesi gerekir. Bu, adres yolu denen baka bir balantı kümesi tarafından gerçekletirilir 3. Kontrol yolları (Control Bus) : Sistem yolu her bir bileene eriim olanaı salar ve ilemin okuma ilemi mi, yazma ilemi mi olduuna karar verir. Sayıcılar (Counter) : Sayıcılar, ilemi yapılacak komut ve verilerin adreslerini taıyarak, bilgisayarın çalıması sırasında hangi verinin hangi sıra ile kullanılacaını belirlerler. Giri-çıkı devreleri: Bu devreler mikroilemcinin, yalnızca giri ve yalnızca çıkı yapan veya giri-çıkı yapan birimleri ile balantı kurduu devrelerdir. Aritmetik mantık birimi: Mikroilemcinin, birinci derecede önem taıyan bir birimidir. Toplama çıkarma gibi basit matematiksel ilemleri yapar. Kaydedici (Register): Mikroilemci, register adı verilen 14 özel alan içerir. Herbiri 16 bit geniliinde olan bu alanları özel bellek birimleri olarak düünebiliriz. Mikroilemci ile bellek ve giri/çıkı (I/O) kapıları arasındaki bilgi alıverilerinin çeitli aamalarında, bilginin geçici olarak depolanmasını ve bu veriler üzerinde ilem yapılmasını salarlar. Mikroilemci çipinin üzerinde yer aldıklarından yani kontrol biriminin dorudan balandıı bellek birimleri olduundan registerle yapılan ilemler bellek bölgeleri üzerinde yapılan ilemlere göre çok daha hızlıdır. Farklı komut ve register setlerine sahip olan ilemciler birbirlerinin yazılımlarını çalıtıramazlar. Merkezi ilem birimi bellee ve giri/çıkı portlarına iç registerler ile ulaır. Hafıza herbiri 8 bitlik ve kendi adresi olan milyonlarca registerden oluur. Bu registerlerde bilgi gerektiinde ulaılmak üzere sürekli olarak depolanır. 8

19 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU Kayar nokta birimi: Matematiksel ilemci olarak da bilinir. Tamsayı olmayan ilemlerden sorumludur. Bir ilemcinin performansını belirleyenler: lemci mimarisi: Bir ilemcinin bir saat döngüsünde ne kadar uzunlukta kaç tane komutu aynı anda ileyebildiini saat hızı ya da önbellei deil sadece mimarisi belirler. Ortak mimariye sahip olan ilemciler aynı komutları tanımakta ve yazılımları çalıtırabilmektedirler. En mehur mikroilemci mimarisi intel in x86 ilemcisidir. ntel ilk x86 tabanlı ilemcisini 8086 olarak 1978 yılında piyasaya sürdü. Daha sonraki yıllarda yeni nesil x86 tabanlı ilemciler çıkarıldı. 286, 386, 486, Pentium ve Pentium Pro olarak bu kuakları görebilmekteyiz. Intel 486 dan sonra ürettii mikroilemcinin adını Pentium olarak duyurdu ve rakam kullanmaya son verdi. Pentium dan sonraki ilemci de Pentium Pro olarak adlandırıldı. Pentium II, Celeron, Pentium III, Xeon ve Katmai, Pentium Pro nun varyasyonlarıdır. ntel in haricindeki dier mimariler ise unlardır: Machintosh larda bulunan PowerPC, Digital ve Compaq ın güçlü serverlerinde kullanılan Alpha ailesi, Silicon Graphics in Mips Rxoo serisi, Hawlett-Packard ın PARISC i ve Sun Microsystems e ait SPARC tır. Saat hızı: lemcinin çalıma frekansıdır. Bir ilemcideki bütün elemanlar saat vurularıyla çalıır. Saat hızı bir ilemcinin saniyede ne kadar çevrim yapabileceini belirler. Her çevrimde ilemcinin ne kadar ilem yapabilecei ilemcinin yapısına göre deiir. Bu saat vuruları anakart üzerindeki Clock Generator denen yongayla üretilir. Bu yonganın içinde çok hassas kristaller vardır. Bu kristallerin titreimleri saat vurularını oluturur. Bir ilemcinin saat hızını sistem hızıyla (FSB, Front Side Bus) ilemcinin çarpanının çarpımı belirler. Sistem hızı fazla yüksek olmasa da ilemci kendi içinde çarpanlarını kullanarak çok daha yüksek hızlara çıkabilir. Örnein 1.8 GHz hızında çalıan bir Pentium 4 ilemci 18*100 MHz te çalıır. L1/L2 Cache: Çalımakta olan bir programa ait komutların geçici olarak saklandıı hafızadır. Cache hafızalar, Level1 (L1) ve Level2 (L2) olmak üzere ikiye ayrılırlar. lemci ihtiyaç duyduu komutu ilk önce L1 cache 9

20 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU hafızada arar. Eer ilemcinin aradıı komut burada yoksa L2 cache hafızaya bakılır.eer burada da yoksa sırayla, RAM ve HDD üzerindeki sanal hafıza üzerinde arar. L1 cache hafıza bunlar içerisinde en hızlı olanıdır ve genellikle ilemcinin üzerine imal edilir. L2 cache hafıza ise L1 e göre daha yava olmasına ramen gene de hızı çok yüksektir. Bir kısım ilemcilerde (Celeronların ilk nesillerinde olduu gibi) L2 cache hafıza bulunmayabilir. Bu durumda L1 cache hafızaya sımayan komutlar L2 olmadıından dorudan RAM a yazılmakta ve ilemcinin performansı dümektedir. Yazılım Uyumluluu: Bilgisayarların ilk günlerinde herkes kendi yazılımını yazdıı için ilemci mimarisi biraz daha arka plandaydı. Geçen zamanla birlikte yazılımlar da oldukça geliti ve bugün ise yazılım balı baına bir sektördür. Günümüzde her ihtiyacımız için oturup kendi yazılımlarımızı hazırlamamız imkansız, bir o kadar da gereksizdir. Belirli bir standartlamayla beraber ilemcilerin önemi de arttı. Günümüz PC'leri Intel 80x86 mimarisini kullanır. Bu mimari 70'li yıllardan bugüne kadar gelmitir, güncel CISC ilemciler hala bu mimariyi kullanır. Programlar ilemcilere göre deil komut setlerine göre yazılır ve 80x86 mimarisine göre yazılmı bir program hem bir Intel ilemcide hem de bir AMD ilemcide çalıabilir. lemcilere özel bazı ek komut setleri olsa da (SSE, 3D Now! gibi) bunlar sadece ilemciye yönelik optimizasyonlardır ve programlar temelde aynıdır. 80x86 mimarisine göre yazılmı 32 bitlik bir program aynı mimarideki 32 bitlik bütün ilemciler tarafından sorunsuzca çalıtırılabilir. Ham ilemci performansını ifade etmek için MIPS (Million Instructions Per Second, saniyede ilenebilen komut sayısı) ve MFLOPS (MillionFloating Point Operations Per Second, saniyede yapılan kayar nokta hesabı) birimleri kullanılır. Anakart: Donanım elemanlarının tümünü ve veriyollarını üzerinde bulunduran levhadır. Anakart, üzerinde bulunan ve yonga seti adı verilen entegre devreler ile bilgisayar içindeki elemanlar arasındaki veri akıını denetler. Bilgisayarın bir bileeninden dierine verileri iletmek için kullanılan devrelere veriyolu (bus) denir. Sadece iki donanım aygıtını birbirine balayan veri yoluna port denir. Çeitli aygıtları balamak için kasanın arkasında yer alan giriler (portlar) dorudan 10

21 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU anakarta balıdır. lemci (CPU) bilgisayarın çevre birimleri (klavye, yazıcı, fare v.b.) ile portları kullanarak iletiim kurar. Her port port adresi adı verilen özel bir sayı ile iaretlenmitir. Dıarıdan ilemciye bilgi transferi INPUT, ilemciden dıarıya bilgi transferi OUTPUT olarak isimlendirilir. Kullandıımız kasanın arkasında PS/2 portu adı verilen küçük yuvarlak, 6 pinli bir fare ve bir klavye portu, iki USB portu, iki seri pc (COM) portu, bir paralel (LPT) portu var. Seri portlara genelde harici modemler balanır, ama seri port kullanan baka aygıtlar da vardır (yedekleme aygıtları, dijital kameralar gibi). Paralel porta ise yazıcı veya tarayıcı balanır. USB portlara neredeyse her tür harici aygıt balanabilir. USB nin özellii, seri ve paralel portlara göre çok daha hızlı olması ve USB aygıtlar üzerindeki yeni USB portları aracılıı ile ucuca çok sayıda aygıtın zincirleme balanabilmesidir. Anakart üzerinde, kasa içinden ulaılabilen portlar da bulunur. Bunlar genel olarak iki adet IDE portu, bir disket sürücü portu, ana kart ile bütünleikse SCSI portudur. Bir IDE portuna balı kabloya, üzerindeki iki konnektör aracılııyla iki aygıt balanabilir. Bunların dıında, ana kart üzerinde ilemciyi takmak için bir soket bulunur. Soket, yassı dikdörtgen eklinde, ilemcinin iki düzlem üzerinde (enine ve boyuna) uzanan inelerin oturduu yuvaya verilen addır. Sabit Disk: Bilgisayarda bulunan verilerin saklandıı yerdir. Ram: Geçici bellektir. stenilen bölgesine bilgi depolanabilir, silinebilir, okunabilir, deitirilebilir. Yalnız elektrik kesintisi veya makineyi kapatma durumunda tüm bilgiler silinir. Ekran Kartı: Bilgisayar ile monitör arasındaki baı kuran aygıttır. Disket Sürücü: Manyetik disklere veri kaydedebilen ve bunların içindeki bilgileri okuyabilen aygıttır. Dier adı disket sürücüsüdür. Cdrom Sürücü: Veri depolama birimleridir. CDROM lar özellikle çok büyük yer kaplayan çoklu ortam (Multimedia) bilgilerini (ses, video, resim, animasyon) içeren yazılımlar için zorunludur. Dier Birimler: Bu donanım elemanlarının düzenli bir ekilde yerletirildii, güç ve soutma ihtiyaçlarının karılandıı yer, kasalardır. Ayrıca klavye gibi bilgisayar kasası dıında bulunup bilgisayara balanan birimler de vardır. Bunların dıında, yapacaımız ie göre bilgisayara deiik donanım elemanları da 11

22 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU ekleyebiliriz. Örnek olarak, TV kartı, hoparlör, mikrofon, internete balanmak için kullanılan modem, iletim sisteminde daha kolay ilem yapmamızı salayan fare verilebilir Mantık Kapıları ve Boolean Mantıı Bir sistemdeki herhangi bir parça ne ie yararsa yarasın mutlaka mikroilemciye baımlı olarak çalıır. Klavyedeki tulara her basıımız, yaptıımız her fare hareketi bile bir ekilde ilemciye urar. Hangi ilemciyi kullanırsak kullanalım çalıma prensibi aynıdır. Bir ilemci elektriksel sinyalleri 0 ve 1 (ikili sistemle çalıan bilgisayarlarımız için anlamlı olan tek deerler) eklinde alır ve verilen komuta göre bunları deitirerek sonucu yine 0 lardan ve 1 lerden oluan çıktılar halinde verir. Sinyal yollandıı zaman ilgili hatta bulunan voltaj o sinyalin deerini verir. Örnein 3.3 voltla çalıan bir sistemde 3.3 voltluk bir sinyal 1, 0 voltluk bir sinyal de 0 deerini üretir. lemciler aldıkları sinyallere göre karar verip çıktı olutururlar. Karar verme ilemi her biri en az bir transistörden oluan mantık kapılarında yapılır. Transistörler, girilerine uygulanan akım kombinasyolarına göre devreyi açıp kapayabilen ve bu sayede de elektronik bir anahtar görevi gören yarı iletken devre elemanlarıdır. Modern ilemcilerde bu transistörlerden milyonlarca tanesi aynı anda çalıarak çok karmaık mantık hesaplarını yapabilirler. Mantık kapıları karar verirken (yani akımın geçip geçmeyeceini belirlerken) Boolean Mantıı'nı kullanırlar. Temel Boolean operatörleri AND (VE), OR (VEYA) ve NOT (DEL) tır. Bu temel operatörlerle birlikte bunların deiik kombinasyonları kullanılır, NAND (VE DEL) gibi. Her mantık ilemi doruluk tablosu adı verilen bir tablo ile karakterize edilir.and ve OR kapılarının ikisi de iki sinyal alıp onlardan bir sinyal üretir. VE ileminin iki veya daha fazla giri deikeni ve bir çıkı deikeni vardır. Bir AND kapısının 1 deerini verebilmesi (yani akımı iletebilmesi için) iki giriindeki deerin de 1 olması (yani iki giriinde de akım olması ve ikisinin de yüksek voltajlı olması) gerekir. Aksi takdirde 0 deerini verecek, yani akımı iletmeyecektir. VE kapısı için doruluk tablosu çizelge 3.1 de verilmitir. 12

23 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU VEYA ileminin iki veya daha fazla giri deikeni, bir çıkı deikeni vardır. Giri deikenlerinden en az birinin deeri 1 ise çıkı deikeni 1, aksi halde 0 olur.veya kapısının doruluk tablosu çizelge 3.2 de verilmitir. NOT kapısı giriindeki deerin tersini çıkıına verir. NOT kapısının doruluk tablosu çizelge 3.3 de verilmitir. Çizelge 3.1. VE kapısının doruluk tablosu Giri 1 Giri 2 Çıkı Çizelge 3.2. VEYA kapısının doruluk tablosu Giri 1 Giri 2 Çıkı

24 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU Çizelge 3.3. NOT kapısının doruluk tablosu Giri 1 Çıkı Her giriteki elektrik akıını o giriin transistörü belirler. Bu transistörler devrelerden baımsız ayrı elemanlar deillerdir. Çok miktarda transistör, yarı iletken bir maddenin (çou zaman silikonun) üzerine yerletirilip kablolar ve dı balantılar olmadan birbirine balanır. Bu yapılara entegre devre denir ve ancak bu entegre devreler sayesinde karmaık mikroilemci tasarımları yapılabilir. Güncel ilemciler mikroskobik boyuttaki transistörlerin dirençler, kondansatörler ve diyotlarla bir araya getirilmesinden oluan milyonlarca karmaık mantık kapısından oluur. Mantık kapıları entegre devreleri olutururken entegre devreler de elektronik sistemleri oluturur Bilgisayarda Veri letimi Bir noktadan dier bir noktaya digital bilgilerin iletilmesine "veri iletimi" denir. Bilgisayar içindeki veri iletimi, aygıtların adresleri üzerinden gerçekleir. Ses, görüntü gibi analog bilgiler de digital veriler haline dönütürülerek iletilebilir. Mikroilemciler verileri 1 ve 0 deerleri üzerinden iler. Bir bit, 0 (0 volt veya toprak) ya da 1 (+5V) mantık deerlerinden birini alır. 1 byte sekiz tane bit ten oluur ve bir karakteri temsil eder. Bir baytın bitleri sadan 0 ile balayarak numaralanır 0 ve 1 rakamlarının konuma göre aldıkları özel bit deerleri vardır. Bu deerler çizelge 3.4 de verilmitir. 14

25 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU Çizelge 3.4. Bit deerleri 7.bit 6. bit 5. bit 4. bit 3. bit 2. bit 1. bit 0. bit 2 7 = = = = =8 2 2 =4 2 1 =2 2 0 =1 Bir standart kod kullanarak her türlü sayı, harf ve klavyedeki tüm karakterler bilgisayarın hafızasında saklanabilir. En yaygın olan kod, ASCII (American Standart Code for Information Interchange) kodudur. Veri iletimi seri ve paralel olmak üzere iki ekilde yapılır Seri letim Seri iletimde 1 ve 0 mantık deerleri bir kablo üzerinden ardı sıra iletilir. Seri kablolar paralel kablolara göre daha uzundur. Seri port mantık deerlerini -3 volt ile +25 volt arasında iletebilir Paralel letim Digital olarak kodlanmı bilginin tüm bitleri aynı anda iletiliyorsa buna "paralel veri iletimi" denir. letilen bilginin her biti için bir kablo balantısı vardır. Örnein Y harfi ile ifade edilir ve bunu göndermek için 8 iletim hattına ihtiyaç vardır. Her hat Y harfinin bir bitini taır. Bilgisayarlarda mikroilemci ile harddisk, yazıcı,tarayıcı vb. elemanlar arasındaki kısa mesafelerde paralel iletiim kullanılır. Paralel port bilgisayarın en kolay programlanabilen portudur. Paralel portun dier bir adı da printer portudur. Bu port 1 veya 2 adet olabilir ve LPT-l ve LPT-2 kısaltmasıyla gösterilir.üzerinde 25 pin vardır. Aynı anda 8 bit veri aktarabilir ve 15

26 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU standart TTL voltajı (+5V) ile çalıır. Enerjisini bilgisayardaki anakarttan alır. Veri çıkıı port üzerindeki 2-9 numaralı pinler üzerinden elde edilir. Paralel port üzerinde veri aktarımı için kullanılan bu pinlerin tümüne DATA portu denir. Data portu üzerindeki bu 8 pinin deerleri özel bir durum olmadıı sürece 0 dır. Bu pinlerden istediklerimizi 1 durumuna getirerek istediimiz çıkıı elde edebiliriz. Paralel port üzerindeki bir data pininin 1 olması, o pinin +5V olması anlamına gelir. Elde edilen düük amperli bu voltaja ise lojik voltaj denir. Bu voltaj, bir cihazı çalıtırabilecek basit bir devreyi çalıtırmak için yeterlidir. Data portuna veri yerletirebilmek için DATA portunun adresini bilmemiz gerekir. Port üzerinde DATA portundan baka STATUS ve CONTROL portları vardır. Bu portların dıında kalan arası pin ise TOPRAK pinleridir. Portun en dıındaki metal kısım da toprak olarak kullanılır. Hangi pinlerin hangi porta ait olduu ekil 3.1 de gösterilmitir. ekil 3.1. Paralel port pinleri (Tuay 2004). DATA portuna veri yerletirmek için öncelikle DATA portunun adresini bilmemiz gerekir. Bu adres Windows altında belirtilen taban adresinin aynısıdır. STATUS portunun adresi taban adresi+1, CONTROL portunun adresi ise taban adresi+2 dir. Taban adresi deerleri onaltılık sayı sisteminde gösterilir. Data portunun adresini belirledikten sonraki ilem veriyi adrese göndermektir. Paralel portu kullanarak giri-çıkı ilemleri yapabilmemiz için bir programa ihtiyaç duyulur. Eer biz programımızda bu port adresine bilgi göndermek istersek, 16

27 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU gönderdiimiz bilgi 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 numaralı pinlerden gönderilecektir. Örnek vererek açıklayacak olursak porta 128 bilgisi gönderildiinde, sadece 9. pin 1 olur. Baka bir açıdan bakacak olursak, eer portun ve 3. pinlerinde 1 görmek istiyorsak o zaman programımızdan göndereceimiz deer, = 42 olmalıdır Bit Deerinin Okunması DATA portuna istediimiz veriyi kullandıımız programlama dilinin port komutları ile gönderebilir veya okuyabiliriz. Turbo C programlama dilinde bu komutlar veri göndermek için outport, okumak için ise inport tur. Outport komutunun kullanımı outport (port, gonder) eklindedir. Burada port, portun adresi, gönder ise gönderilecek veridir. Komutun kullanımını anlamak için led kontrolü uygulaması yapabiliriz. Ek 1 de verilen PORT1.C programını kullanarak paralel porta veri gönderebilir ve okuyabiliriz. Bu programı çalıtırmamız halinde, paralel porta balı ledler ile hazırlanmı küçük bir devre yardımı ile paralel porta gönderilen verileri fiziksel olarak izleyebiliriz. Led in + ucuna balanan direnç, voltajı led i bozmayacak bir deere düürür. Led in uzun bacaı pozitiftir (+). Pozitif uç data pinine negatif uç ise topraa balanır. Bunun için 220 Ohm ile 1KOhm arasında bir direnç kullanılabilir. Her bir led DATA portunun bir biti ile ilikilendirilmitir. Led in balı olduu data pinini 1 yaparak o pinin elektriksel deerini +5 Volt yapmı oluruz ve pine balı led yanar. Yapılması gereken hangi ledi yakmak istiyorsanız sadece o ledin balı olduu pin için bit deerini hesaplamak ve bu deeri ekranda göreceimiz yaz komutuna karılık yazmaktır. Örnek vermek gerekirse, 1 bilgisini gönderirsek bu sayede TTL yapıdaki olan portumuzun 2 numaralı pininden (D0) +5 V'luk bir gerilim elde ederiz. Bu sayede led yanar. 0 bilgisini gönderirsek portun tüm pinleri 0 lanır yani 0 V geriliminde olur. Eer 128(2 7 )+64(2 6 )+ 32(2 5 )+ 16(2 4 )+ 8(2 3 )+ 4(2 2 )+ 2(2 1 )+ 1(2 0 )=255 bilgisini gönderirsek tüm data port pinlerinde +5 V elde etmi oluruz. Bu devrenin eması ekil 3.2 de verilmitir. 17

28 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU ekil 3.2. Ledler aracılııyla yazıcı portunun data çıkıındaki verileri görselletirmeye yarayan devrenin eması. Paralel porttan veri girii için STATUS portuna karılık gelen 10, 11, 12, 13, 15 numaralı pinlerden 5 bit sayısal giri yapabiliriz. Paralel port ile veri giriini anlamak için paralel porta baladıımız 5 tane buton ile bilgisayara sayısal veri girii yapacak ve girilen veriyi ekrandan izleyeceiz. Bunu yaparken kullanım kolaylıı olması için data kablosunun içindeki ince kabloların balı olduu bir kutu kullanıldı.bu kutunun fotorafı ekil 3.3 de verilmitir. ekil 3.3. Yazıcı portunun data kablosunu kullanarak yapılan kutu. Veri girii ekil 3.3 de gösterilen S7, S6, S5, S4, S3 pinlerinden yapılır. Bu 5 pinden okunan lojik deer balangıçta 1 dir. Voltmetre ile bu pinlerdeki voltaj ölçüldüünde +5 Volt olduu görülür. Bu pinlere balanan butonlar ile pinleri topraklayarak lojik deerlerini 0 yapıp bir nevi veri girii yapmı oluruz. STATUS portundaki veriyi okumak için inportb(0x379) ; veya inp(0x379) komutu kullanılır. Ek 2 deki PRI_KONT.C programı çalıtırılıp 10, 11, 12, 13, 15 numaralı pinlerden 18

29 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU istenilenleri topraklayarak elde edilecek veriyi ekranda görebiliriz.bu programı çalıtırdıımızda, ekranda okunan deerler çizelge 3.5 de verilmitir. Çizelge 3.5. STATUS portunda topraklanan pinler karılıında okunan deerler pin _ Okunan deer Status portundan 5 bit sayısal veri girii yapıldıında, bu be pinden hiçbir balantı olmadıı durumda okuyacaımız deer 127 olur. 127 deerinin ikilik sistemdeki karılıı dir. Kullanmadıımız S0, S1, S2 deerleri her zaman için 1 dir. S7 pini terslenmi olduundan topraklandıında mantıksal deeri 1 olacaktır. Bu durumda bu porttan deeri okunacaktır ve bu ikilik sayının onluk sistemde karılıı 255 olur. S6 pini topraklandıında okunacak deer , S5 pini topraklandıında , S4 pini topraklandıında , S3 pini topraklandıında ise dir. Bu ikilik sayıların onluk sistemdeki karılıkları sırasıyla 63, 95, 111 ve 119 dur Deney Kartı ve Arabirimler Kullandıımız bilgisayar, 32 bitlik, 128 KB cache bellee sahip, 550 MHz lik intel celeron mikroilemciye sahiptir. Bu bilgisayarın anakartına balanan NEVA-PC çok fonkiyonlu kart ile deneyleri kontrol edebiliriz. Bu karta balı arabirimlerin port adresleri vardır. Bu port adreslerini kullanarak arabirimlerden aldıımız verileri bilgisayara aktarabiliriz. ekil 3.4 de kartın fotorafı verilmitir. 19

30 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU ekil 3.4. NEVA-PC kart. Bu kartın içerii: Analog-Sayısal çevirici kısım (AD670) : Elektronik sistemler analog ve sayısal olmak üzere ikiye ayrılır. Analog sistemlerde elektrik sinyalleri sürekli deiir ve belli sınırlar içinde her deeri alabilirler. Sayısal sistemlerde ise elektriksel sinyaller olduu gibi iletilmez. Bu sinyallerin yerine bunlara karı düen rakamlar iletilir. Elektronik sistemlerde genel olarak giri ve çıkı sinyalleri analog yapıdadır. Bunların sayısal olarak ilenebilmesi ve iletilebilmesi için Analog/Sayısal Dönütürücü (ASC) ve Sayısal/Analog Dönütürücü (DAC) kullanılır. Kullandıımız kartın her biri bir kanal olmak üzere iki tane 8 bitlik analog-sayısal çeviricisi vardır. Bu iki kanal birbirinden baımsız çalıır. Birinci kanalın (CH1) adresi kart adresi + 4, ikinci kanalın (CH2) adresi ise kart adresi + 8 dir. Kart adresi 100 olduundan birinci kanalın adresi 0x104, ikinci kanalın adresi de 0x108 olur. Bu adresler entegrelerin elektronik özelliklerinden dolayı sabittir ve yazılım ile deitirilemez. Analog sayısal çeviricinin kullanım amacı analog voltajı sayısal deere çevirmektir. ASC ye dıarıdan girilen analog voltaj sayısal veriye çevrilerek istenirse bunların grafii çizilebilir veya baka bir hesaplama için de kullanılabilir. ASC portundan alınan veriler 8-bitlik sayılar olduu için çevirim sonucu elde ettiimiz sayısal veriler arasında deiecektir. Ek 3 de verilen ASC_1.C programı ASC nin 1.kanalından okunan verileri ekrana yazar. Program çalıırken okunan 20

31 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU verilerin hangi voltajlara karılık geldiini görmek için u yol izlenir: Önce bir sayısal voltmetre ASC nin CH.1 ve GND si arasına balanır. Bu iki uç arasına 10 K- Ohm luk potansiyometre balanır. Potansiyometrenin dier iki ucunu daıtıcı kutusunda +12 ve 12 V çıkılarına balanır. Daıtıcı kutusundan alınan voltajlara dikkat etmek gerekir akım en fazla 100 ma olmalıdır. ASC nin +10, +25, +/-10, +/-25 V ayarları için ASC_1.C programını çalıtırıp ekranda gördüünüz 8-bitlik sayılarla voltmetreden okuduunuz voltajı karılatırabiliriz. ASC_1.C ile okunan deerlerin grafii çizilmek istenirse Ek 4 de verilen ASC_2.C programı buna uygun olacaktır. Çok hızlı uygulamalar için ASC yi okuma ve sonucu grafikte gösterme ilemlerini birlikte yapmak doru deildir. Çünkü grafik programları yava programlardır. Verileri hızlı bir biçimde kaydetmenin yolu ASC de okunan deerleri bir dizide saklamaktır. Bunun için programın baında char a[ ] yazılarak bir dizi tanımlanır. Kaydetme döngüsü imdi a[x] = inport(asc1) komutundan ibaret olacaktır. Grafik çizme ikinci bir döngü içinde yapılabilir. ASC her inport(asc1) komutu ile yeni bir çevirim yapar. Böylece elde edilen 8 bitlik sayı bir önceki ölçümün sonucudur. Hassas uygulamalarda eski ölçümleri temizlemek için önce bir bo okuma yapılmalıdır. Bu noktaları gözönünde tutarak hızlı veri kaydeden ve daha sonra bu verilerin grafiini çizen ASC_3.C programı ek 5 de verilmitir. Sayısal-Analog çevirici kısım (AD7528): ki tane 8 bitlik çevirici vardır. Adresleri: Birinci kanal için Kart adresi+12, kinci kanal için, Kart adresi+13 dür. Paralel arabirim (IC8255): 24 adet sayısal hat vardır.bu hatlar her porta 8 hat olmak üzere üç porta bölütürülmütür. Bu 8 hat, 0 dan 7 ye kadar numaralandırılmıtır. Sayıcı arabirimi (IC8253): Üç adet basamaklandırılabilir 16 bit sayıcı vardır. Bunlardan iki tanesi dı sayıcı eklinde kullanılabilir veya interrupt kaynaı görevi yapabilirler. Adresler:Birinci için (sayıcı0): Kart adresi+16, kinci için (sayıcı1): Kart adresi+17, üçüncü için (sayıcı2) : Kart adresi+18 dir.ayrıca kart üzerinde bir tane 2 MHz kuartz osilatör (sayaç), bir de, interrupt balantısı vardır. Bu deney kartına balanan arabirim elemanları: 21

32 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU Analog sayısal çevirici için iki kanallı bir ön amplifikatör (ekil 3.5), adım motoru ve röle arabirimi (ekil 3.6), sayısal zaman arabirimi (ekil 3.7), daıtıcı kutusu (ekil 3.8) dur. ekil 3.5. Analog sayısal çevirici için iki kanallı bir ön amplifikatör. ekil 3.6. Adım motoru ve röle arabirimi. ekil 3.7. Sayısal zaman arabirimi. 22

33 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU ekil 3.8. Daıtıcı kutusu Genel Programlama 8255; Port A, Port B, Port C olmak üzere 3 porta sahiptir. Her port, kartın adresine balı olarak bir adrese sahiptir. Çizelge 3.6 da port adresleri verilmitir. Çizelge 3.6. Port adresleri (Dinçer ve Gürkan, 1999) Port A B C Adres Temel adres+0 Temel adres+1 Temel adres+2 Her port 8 tane hattan (8 bit) olumutur. Bir hat, portu gösteren önek (A, B veya C) ve numarası ile belirtilir. Önek hangi porta ait olduunu gösterir. Örnein; B0 Port B nin ilk hattını, C3 Port C nin 4.hattını gösterir. Bir portu giri veya çıkı olacak ekilde programlayabiliriz PC arayüz kartı, üç adımda programlanır. lk önce, her portun (giri veya çıkı) oynayacaı rol belirlenir ve ilgili kontrol kelime numarası seçilir. kinci olarak; kontrol kelime numarası, kontrol kelime adresine, kullanılan programlama dilinin çıkı komutu kullanılarak yazılır. Kullandıımız C programlama dilinde çıkı komutu outportb dir. Bir portu giri veya çıkı olarak programlamak kullanım amacımıza göre deiir. Örnein; giri portu olarak programlanırsa, PC yi bir sıcaklık sensörü olarak 23

34 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU kullanabiliriz, çıkı portu olarak olarak programlanırsa PC ile bir motoru kontrol edebiliriz. Bu portları çıkı portu olarak kulanabilmek için Ek 6 da verilen P_OKU_YAZ.C programı kullanılabilir. Üçüncü adım olarak da dı çevre birimlerini kontrol etmek için, çıkı portlarına sinyal gönderilmeli, herhangi bir dı birimi izlemek için ise giri portlarından sinyal alınmalıdır. Porta veri yazma u ekilde yapılır: Bir çıkı portuna, portun adresini ve outportb komutunu kullanarak veri yazarız. Her port hat baına bir bit atanmı 8 sayısal hat içerir. Bir hat mantıksal olarak 1 (yani mantıksal seviye YÜKSEK ) ise hattan +5 volt okunacak demektir. Eer mantıksal olarak 0 (yani mantıksal seviye olarak DÜÜK ) ise hattan 0 volt okunur. Bir hattı YÜKSEK yapmak için bitini 1 yapmak gerekir. Düük yapmak için ise bitini 0 yapmak gerekir. Örnein hangi hatlar yüksek yapılmak isteniyorsa, bu hatların bitlerini 1, geri kalanları ise 0 yapmamız gerekir. Çizelge 3.7 de port A nın sayısal hatlarının ayarlanması için yapılması gerekenler gösterilmitir. Çizelge 3.7. Port A nın sayısal hatlarının ayarlanması A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Kapalı Açık Kapalı Açık Kapalı Açık Kapalı Açık V 0 +5V 0 +5V 0 +5V Bu ikilik olarak ve ondalık olarak 85 dir. Eer outportb (PortA,85) komutunu P_OKU_YAZ.C programına ekleyip çalıtırırsak ve bir AVO metreyle portların hat gerilimlerini ölçersek A0, A2, A4, A6 hatları +5 ve A1, A3, A5, A7 hatları ise 0 V gösterecektir. Bir porttan okuma yapmak için inputb komutu kullanılır. 8 sayısal hattan +5V uygulananın biti 1, asiye balanan hattın biti 0 olur.örnein B0, B1, B4, 24

35 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU B6 ya +5 V uyguladıımızı ve B2, B3, B5, B7 yi asiye baladıımızı düünelim.ek 7 de verilen PORT_OKU.C programını yazıp çalıtıralım. PORTB, 83 deerini (ikilik olarak ) göstermelidir. PORT C de A ve B gibi 8 adet sayısal hat içerir ve PORT C yi 4 lü gruplar halinde ikiye bölebiliriz. Bu alt gruplara Port C Alt (C0-C3 hatları) ve PORT C Üst (C4-C7 hatları) adı verilir. Bu hatları giri veya çıkı hatları yapmamız mümkündür. Çizelge 3.8 de kontrol kelimesi (dirreg) numarası (mode) seçimi gösterilmitir. Çizelge 3.8. Mode 0 programlama seçiminde giri ve çıkı konfigürasyonları PORT A PORT B PORT C ALT PORT C ÜST KONTROL KELMES ONDALIK/ONALTILIK Çıkı Çıkı Çıkı Çıkı 128 / 80 Çıkı Çıkı Giri Çıkı 129 / 81 Çıkı Giri Çıkı Çıkı 130 / 82 Çıkı Giri Giri Çıkı 131 / 83 Çıkı Çıkı Çıkı Giri 136 / 88 Giri Çıkı Çıkı Çıkı 144 / 90 Çıkı Çıkı Giri Giri 137 / 89 Çıkı Giri Çıkı Giri 138 / 8A Çıkı Giri Giri Giri 139 / 8B Giri Çıkı Giri Çıkı 145 / 91 Giri Giri Çıkı Çıkı 146 / 92 Giri Giri Giri Çıkı 147 / 93 Giri Çıkı Çıkı Giri 152 / 98 Giri Çıkı Giri Giri 153 / 99 Giri Giri Çıkı Giri 154 / 9A Giri Giri Giri Giri 155 / 9B 25

36 3. MATERYAL ve METOD D. NALAN STANBULLU 3.7. Zaman Ölçümü Sayıcı 0 ve sayıcı 1 sayısal-zaman arabirimine ekil 3.9 da görüldüü gibi balanmıtır. Osilatör 2MHz ile 0 numaralı sayacı besler. Bu sayacın kaydedicisinde (register) bir sayı vardır (örnein 32+78*256=20000). Önce düük bayt 32, sonra yüksek bayt 78 yüklenir. Sayaç den aaıya doru saymaya balar. Sonuç 0 olduunda, 1 numaralı sayaca bir puls gönderir. Frekans 2 MHz olduundan 1 nolu sayaç her 0.01 s de bir puls alır. Bir nolu sayaç balangıçta *256=65535 ile yüklenmitir. Bu sayı eer Gate 1 voltajı yüksekse, 100 Hz lik bir hızla azalır. Bu Gate in durumu sayısal zaman arabirimindeki GATE 1 konnektörü ile belirlenir. Bu konnektör sayaca bir XOR gate i ile balandıından PC nin durumuna (yani Port C de 0 veya 4 olmasına) balı olarak GATE 1 konnektörünün açık veya kapalı olması sayacın Gate 1 inde yüksek voltaj olmasına neden olur. Sayaçların (IC8253) çalıma modları Counter Register a yazılan çeitli baytlarla deitirilebilir. Bu sayaçları kullanarak gerçek zamanda veri kaydı alınabilir. Gate1 Çıkı1 Saat2 +5V PC2 PC3 2 MHz osilatör Çıkı0 Saat0 Sayaç0 Gate1 Çıkı1 Saat1 Sayaç1 Gate2 Saat2 Sayaç2 ekil 3.9. Zaman ölçümü. 26

37 4. ARATIRMA ve BULGULAR D. NALAN STANBULLU 4. ARATIRMA ve BULGULAR anlatılacaktır. Bu bölümde, bu çalımada gelitirilen deneylerin yapılıı ve sonuçları 4.1. Basit Sarkaç Amaç edilmesi. Sarkacın genliinin ve periyodunun deneysel olarak ölçülerek tespit Araç ve Gereçler 1) Sarkaç topu ve ip 2) Optik kapı 3) Açı ölçer 4) Üreteç 5) Yazıcı portunun data kablosu kullanarak yapılan kutu 6) Sayısal zaman arabirimi 7) Daıtıcı kutusu Teori Basit sarkacın periyodu küçük açılar için iyi bilinen 2 π g formülü ile verilir. Tam çözüm ise eliptik bir integraldir. Periyot bu eliptik integral cinsinden de verilmitir. T da π g (4.1.1) = 2 1/ [ sin ( A/ 2 sin ( a / 2) )] 27

38 4. ARATIRMA ve BULGULAR D. NALAN STANBULLU bulunur. Burada A genlik açısıdır. Bu integral A için seriye açılırsa aaıdaki eitlik T { 1 + ( 1/ 2) sin ( A / 2) + [( 1.3) /( 2.4) ] sin ( / 2) +...} = 2π g A (4.1.2) Standart metodda, bir kızılötesi ıın sarkaç ipi tarafından her bir tam salınımda iki kez kesilir ve periyod ölçülür. Salınımın sadece periyodunu deil, genliini de bulmak için sistemi sarkacın denge konumundan kaydırdık. ekil 4.1 de C noktası, B merkezi konumuna göre D uzunluu kadar ötelenmi haliyle kızılötesi ıının yeni konumunu gösterir. O eksenini ve C ıınını içeren düzlem, sarkacın O eksenini içeren düey düzlem ile sabit bir açısı yapar. OB uzunluunu L olarak gösterirsek (sarkaç uzunluu olan den farklıdır) açısı ile verilir. 1 D α = tan (4.1.3) L Böylelikle deney düzenei kullanılarak ve ' ölçülür. Burada '+ =T dir. Küçük salınımların yaklaımından, sahip olduumuz baıntılardan birisi dür. 2π θ ( t) = Acos t (4.1.4) T A genliini bulmak için kullanılacak denklem dir. α A = (4.1.5) cos ( πτ T ) Buradaki ölçülen zaman aralıklarından kısa olanıdır (Cortini,1992). 28