ELEKTRONĐK YAZ PROJESĐ-2 (v1.1) Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümünde okuyan 1. ve 2. sınıf öğrencilerine; mesleği sevdirerek öğretmek amacıyla, isteğe bağlı olarak verilen yaz projesidir. Proje Teslimi: 2013-2014 güz yarıyılı ikinci ders haftasında teslim edilecektir. Ara Görüşme: Đsteyen öğrenciler; 31/07/2013 tarihinde, saat 14:30-16:30 arasında, proje ile ilgili görüşmeye odama gelebilirler. Projenin Adı: Kayan Işık Devresi Projenin Konusu: On tane LED (Light Emitting Diode) elemanını, ayarlanabilir bir hızda sırayla yanıp sönmesini sağlayan ve böylelikle gözde kayan ışık izlenimi uyandıran bir dijital devre tasarlamak ve gerçeklemektir. Devrenin Açıklanması: Şekil 1 de kayan ışık devresinin ayrıntılı şeması görülmektedir. Kayan ışık devresi temel olarak iki ayrı bloktan oluşur. Birinci blok, Yaz Projesi-1 de tasarlanan Darbe Jeneratörü (Pulse Generator, Astable Multivibrator) devresi, ikinci blok ise, saat (clock, CLK) girişine uygulanan darbeleri sayan, CD4017 sayıcı (counter) tümleşik devresi (entegre devre) ve grup LED göstergeden oluşan, bir alt devredir. Đkinci bloktaki tümleşik devre, aynı zamanda saat darbelerinin frekansını böldüğü için, frekans (f ) bölücü (divider) veya periyod (T)çarpıcı bir devre olarak da kullanılır. Yukarıdaki grup LED yerine, yandaki ayrık LED ler de kullanılabilir. Şekil 1 Kayan Işık Devresi 1
Yaz Projesi-1 de tasarlanan ve gerçekleştirilen darbe jeneratörü devresi bu projede biraz daha geliştirilerek, darbe frekansı ayarlanabilir/değiştirilebilir bir hale getirilmiştir. Bunun için, darbe jeneratöründeki R B direnci yerine, birbirine seri bağlı R B1 sabit ve R B2 ayarlı direnci (lineer trimpot veya potansiyometre) konmuştur. R B direncinin değeri R B =R B1 +R B2 eşitliği ile kolaylıkla hesaplanabilir. Şekil 1 incelenirse, R B eşdeğer direncinin alabileceği minimum ve maksimum direnç değerlerinin 1kΩ R B 101kΩ sınır değerleri arasında olduğu görülür. R B2 ayarlı direnci değiştirilerek darbe jeneratörü çıkışındaki (OUT, U1-pin3) darbe frekansı veya başka bir deyişle saat işaretinin (clock signal) frekansı değiştirilebilir. R B2 ayarlı direncini değiştirmekle, darbe işaretinin frekansının yanı sıra, darbe boşluk oranının da değiştiği unutulmamalıdır. Darbe frekansı f=1/t=1.443/[(r A +2R B )C] eşitliği ile darbe boşluk oranı ise D=(R A +R B )/(R A +2R B ) eşitliği ile hesaplanabilir. Örneğin, R B =1 kω (R B1 =1 kω, R B2 =0Ω), R A =10kΩ, C=10 µf için: f=12.02 Hz, T=0.08 s, D=%91.7 R B =101kΩ (R B1 =1 kω, R B2 =100 kω), R A =10kΩ, C=10 µf için: f=0.68 Hz, T=1.47 s, D=%52.4 bulunur. Bu hesaplardan yararlanarak, R B direnci azaldıkça frekansın arttığı, yani LED lerin yanıp sönme hızının arttığı, arttıkça ise azaldığı anlaşılır. Tasarlanan devrede, darbe frekansı yaklaşık 0.7 Hz ile 12 Hz arasında düşük bir frekans olacak şekilde R A, R B ve C eleman değerleri belirlenmiştir. Bunun nedeni, LED lerin yanıp sönmesini gözlerin algılayabilmesi içindir. Şekil 2 de Darbe jeneratörü devresinin temel yapı taşı olan LM555 tümleşik devresinin fiziksel görüntüsü, uç numaraları ve isimleri verilmiştir. Şekil 2 NE555/LM555 tümleşik devrelerinin fiziksel ve şematik görüntüsü Kayan ışık devresini ikinci bloğunun temel yapı taşı olan, CD4017 dijital tümleşik devresinin uç numaraları ve isimleri Şekil 3 te görülmektedir (Johnson Counter). Bu tümleşik devrenin on tane kodu çözülmüş çıkışı (DECODED OUTPUT 0-9 ), bir tane taşma çıkışı (CARRY OUT), bir saat darbe giriş ucu (CLOCK), bir yeniden başlatma girişi (RESET) ve bir saat darbesi izin girişi (CLOCK ENABLE) bulunur. 2
Şekil 3 CD4017B tümleşik devresinin fiziksel ve şematik görüntüsü Darbe jeneratöründen gelen darbelerin (saat işaretlerinin) 4017 sayıcı tümleşik devresi tarafından sayılabilmesi için, darbe jeneratörü çıkışının (OUTPUT, U1-pin3) öncelikle sayıcı tümleşik devresinin saat girişine (CLOCK, U2-pin14) bağlanması gerekir. Ancak, 4017 sayıcı tümleşik devresinin saat girişine uygulanan darbeleri saymaya başlaması, yeniden başlatma (RESET, U2-pin 15) ve saat izin (CLOCK ENABLE, U2-pin13) girişlerinin lojik 0 olması, yani 0 V a bağlanması ile mümkündür. Bu koşul yerine getirilirse, CD4017 tümleşik devresi, saat girişine gelen her darbenin yükselen kenarlarını saymaya başlar ve Şekil 4 teki zamanlama diyagramında (Timing Diagram) görüldüğü gibi, kodu çözülmüş çıkışları, darbe sayısına göre sırasıyla lojik 1 e yani 9V a çıkar. Örneğin toplam bir darbe geldiğinde O0 çıkışı (U2-pin 3), toplam iki darbe geldiğinde O1 (U2-pin 2) çıkışı,, toplam on darbe geldiğinde O9 (U2-pin 11) çıkışı sırasıyla lojik 1 olur. Ancak çıkış uçlarından biri lojik 1 de iken diğer çıkış uçları kesinlikle lojik 0 dadır. Çıkış uçlarının lojik 1 de kalma süreleri saat işaretinin bir periyod süresi kadardır. Başka bir deyişle, bu uçlara bağlanmış olan LED ler saat işaretinin bir periyod süresi boyunca ışık verirler ve sonra sönerler. U2 sayıcı tümleşik devresinin O0-O9 (DECODED OUTPUTS) çıkışları ile CO (CARRY OUT, U2-pin 12) çıkışının frekansı f Oi =f CO = f CLOCK /10 Hz olduğu (i=0,1, 9), periyodunun ise T Oi =T CO =10 T CLK saniye olduğu görülür. Fakat darbe boşluk oranları O0-O9 çıkışlarında D=%10 iken, CO çıkışında D=%50 dir. Eğer istenirse, Şekil 1 deki devrede, CO çıkşına dirençle birlikte bir LED seri bağlanarak, bu çıkışın darbe boşluk oranının %50 olduğu görülebilir. 3
Şekil 4 CD4017B tümleşik devresinin uçlarına ilişkin zamanlama diyagramı CD4017 dijital tümleşik devresinin iç lojik diyagramı (logic diagram) Şekil 5 te verilmiştir. Not: Lojik Devreler dersinde, bu tür dijital devrelerin tasarlanmasına ve kullanılmasına ilişkin teorik ve pratik bilgiler verilecektir. Şekil 5 CD4017B tümleşik devresinin iç lojik diyagramı 4
Projede Đzlenecek Yol: 1. Adım: LM555 Timer ve CD4017 tümleşik devrelerinin elektriksel ve fiziksel özelliklerini anlatan kataloglardan (datasheet) yaralanarak; bu tümleşik devrelerin genel açıklamalarını (general description), özelliklerini (features), uygulamalarını (applications), mutlak maksimum oranlarını (absolute maximum rating), önerilen çalışma koşullarını (recommended operating condition) ve elektriksel karakteristiklerini (electrical characteristics) öğreniniz. 2. Adım: Devrenin Multisim (süreli veya lisanslı sürüm 10) programı ile simülasyonunu yapınız. Bunun için aşağıda verilen şemayı simülatör ekranında çiziniz. Simülatörün yavaş çalışması nedeniyle, simülatördeki olayları daha hızlı gözlemleyebilmek için Şekil 1 deki C=10µF lık kapasite elemanını C=100nF olarak değiştiriniz. Simülatörü çalıştırınız ve LED lerin yanıp söndüğünü ve ışığın kaydığını gözlemleyiniz. NOT: Simülatör programında S tuşuna basılarak J1 anahtarı açılabilir veya kapatılabilir. A veya Shift+A tuşuna basılarak, sırasıyla, R B ayarlı direncinin değeri artırılabilir veya azaltılabilir. 3. Adım: Devrenizin simülatörde çalışması halinde devrenizi pratik devre kurma tahtası üzerinde gerçekleyiniz. LED lerin çok fazla ışık vermesi halinde R s direncini artırınız, sönük yanması halinde azaltınız. Trimpot ve potansiyometre gibi ayarlanabilir direnç elemanlarını, çeşitlerini, fiziksel yapılarını ve standartlarını araştırınız. 4. Adım: Pratik devre kurma tahtası üzerinde devrenin çalışması halinde, devrenin PCB sini hazırlayınız. Bunun için Proteus (süreli veya lisanslı sürüm 7.0) programından yararlanınız. 5. Adım: Yaptığınız çalışma ile ilgili giriş, gelişme ve sonuç bölümünden oluşan kısa bir rapor yazınız. Raporunuzda, bu çalışma için yararlandığınız kaynakları referans olarak vermeyi unutmayınız! Bunun için Bölüm WEB sayfasından indirebileceğiniz bitirme tezi/projesi yazım kılavuzundan yararlanınız. Şimdiden bitirme tezi nasıl ve hangi formatta yazılır öğreniniz. 5
ÖNEMLĐ NOT: Lütfen gördüğünüz hataları, anlaşılmayan yerleri ve önerilerinizi e-posta yoluyla veya şahsen odama gelerek bildiriniz. Prof. Dr. Herman SEDEF e-posta: sedef@yildiz.edu.tr web: www.yildiz.edu.tr/~sedef Ek Projeler ve Ödevler: 1. LM7805,7809, 7812 regülatör tümleşik devrelerini kullanarak 5V/1A, 9V/1A, 12V/1A regüleli DC güç kaynağı (gerilim kaynağı) tasarlayınız. 2. LM317T regülatör tümleşik devresini kullanarak, çıkış gerilimi 1.5V-25Varası ayarlanabilir, 1.5A çıkış akımı verebilen regüleli DC güç kaynağı tasarlayınız. 3. Aşağıda verilen dijital devredeki tüm tümleşik devre elemanlarını araştırıp öğreniniz. Bu devreyi simüle ettikten sonra, pratik devre kurma tahtası (breadboard) üzerinde kurup çalıştırınız. Devrenin yaptığı işi belirleyiniz. 6