MESLEK YÜKSEKOKULLARINDA OKUTULAN SAYISAL ELEKTRONİK DERSİ İÇİN İÇERİK İYİLEŞTİRME ÇALIŞMASI Özet Öğr. Gör. Erdem YILDIZ Akdeniz Üniversitesi Elmalı Meslek Yüksekokulu erdemyildiz@akdeniz.edu.tr Meslek Yüksekokullarının Elektrik, Elektronik Teknolojisi, Kontrol ve Otomasyon, Elektronik Haberleşme ve Mekatronik bölümlerinde Sayısal Elektronik dersi okutulmaktadır. Bu dersin adı Lojik Devreler, Sayısal Tasarım, Sayısal Devreler, Dijital Elektronik ve Mantık Devreleri olarakta bilinmektedir. Bu dersi ilgilendiren kitap ve ders notları incelenmiştir. İnceleme sonucunda ders konuları ile ilgili yazılım kısmının eksik bırakıldığı fark edilmiştir. Bunun üzerine dersle ilişkilendirilebilecek programlar(yazılımlar) çıkartılmış ve örnekler oluşturulmuştur. Dolayısıyla öğrencilerin program(yazılım) bilgilerinin arttırılması planlanmıştır. Sayısal Elektronik dersi, Programlanabilir Denetleyiciler ve Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler derslerinin temelini oluşturmaktadır. Buna rağmen bu dersler arasındaki bağlantı Sayısal Elektronik dersinde gösterilmemektedir. Tespit edilen bu eksiklikler ve iyileştirmeler bu çalışmada gösterilmiştir. Anahtar kelimeler: Sayısal Elektronik, Sayı Sistemleri, Lojik Kapılar Alan Kodu: K7 IMPROVING THE CONTENT OF NUMERICAL ELECTRONICS LESSON THAT IS TAUGHT IN VOCATIONAL SCHOOLS Abstract Numerical Electronics lesson is taught in Vocational School s programs like Electrical, Electronic Technology, Control and Automation, Electronic Communication and Mechatronics. Numerical Electronics lesson is also known as Logic Circuits, Digital Design, Numerical Circuits and Digital Electronics. Lecture notes and books that is related with this lesson is investigated. As a result of investigation, lack of software programs is noticed. Software programs that is being relevant with the Numerical Electronics lesson, are listed and examples are solved. Therefore promoting software program knowledge of students is planned. In this work, deficits about Numerical Electronics lessons is investigated and suggested new contents. Keywords: Numerical Electronics, Number Systems, Logic Gates 1. Giriş Sayısal Elektronik dersi Meslek Yüksekokulların Elektrik, Elektronik Teknolojisi, Kontrol ve Otomasyon, Elektronik Haberleşme ve Mekatronik bölümlerinde 1. Sınıf öğrencilerine zorunlu ders kategorisinde okutulmaktadır. Sayısal Elektronik dersi Mikroişlemciler ve Programlanabilir Denetleyiciler derslerinin temelini oluşturmaktadır. Bu çalışmada Sayısal Elektronik dersi için içerik iyileştirme çalışması yapılmıştır. Bu dersle alakalı olan ders notları ve kitaplar incelenmiştir. İncelenen kaynaklarda (Buzluca, 2012; Derin; Demirbaş; Engin & Engin, 2015; Eriş, 2011; Selek, 2013; T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, 2011; Yağımlı & Akar, 2014) yazılım bağlantısının eksik bırakıldığı tespit edilmiştir. Ayrıca Mikroişlemciler ve Programlanabilir Denetleyiciler derslerinin temelini oluşturmasıyla alakalı örneklerin eksik kaldığı fark edilmiştir. Bu tespitlerin dışında Sayısal Elektronik dersi ile alakalı ders notlarında kavram bütünlüğünün olmadığı tespit edilmiştir. Engin, M., & Engin, D. (2015) in ders notlarında Ve değil kapısı için Ved terimi, Veya değil kapısı için Veyad terimi kullanılmıştır. Benzer şekilde Buzluca, F. (2012) nin ders notlarında Ve değil kapısı için TVE terimi ve Veya değil kapısı için TVEYA terimi kullanılmıştır. Bu terim karmaşasına yabancı kaynakları (Maini: 2007; Paton: 1998) incelediğimizde
karşılaşmamaktayız. Sayı dönüşümleri ile ilgili yazılım örneklerini ve kapılarla ilgili yazılım örneklerini inceleyeceğiz. 2. Sayı Dönüşümleri İle İlgili Yazılım Örnekleri Sayısal Elektronik dersi kapsamında sayı dönüşümleri konusu işlenirken veya işlendikten sonra öğrencinin örnek yapabileceği yazılımların gösterilmesi tavsiye edilmektedir. Hesap Makinesi, Mathcad, Matlab ve Excel programlarında örnekler yapılabilir. Örneğin Hesap Makinesindeki uygulama aşağıdaki gibi olabilir. 2.1. Hesap Makinesi İle Sayı Dönüşümleri Hesap Makinesi programını çalıştırın. Görünüm sekmesinden Programcı sekmesine tıklayın (Şekil 1). Şekil 1. Hesap Makinesi Programcı Sekmesi Çevirme yapmak istediğiniz sayı sistemini soldaki kısımdan seçiniz. Örneğin (14) 8 =(?) 10 çevirmesini Hesap Makinesi aracılığıyla yapalım. Öncelikle Sekizli sayı tabanını seçiniz (Şekil 2). Daha sonra 14 sayısını klavyenizden veya hesap makinesi üzerindeki sayılar yardımıyla yazınız. En son olarak sol kısımdan Onlu sayı tabanını seçiniz. Sonucu 12 olarak bulacağız (Şekil 3).
Şekil 2. Sekizlik tabanda 14 sayısının yazılması Şekil 3. Onluk tabanında elde ettiğimiz sonuç
Eğer Onaltılı sekmesini seçersek sonucu C olarak, ikili sekmesini seçersek 1100 cevabını elde etmiş oluruz. Benzer şekilde İkilik, Sekizlik, Onluk veya Onaltılık sayı tabanlarından yine bu 4 adet sayı tabanından istediğinize çevirmeyi yapabilirsiniz. Hesap Makinesi nde Sayısal Elektronik dersi uygulaması yapılmıştır. Benzer şekilde sırasıyla Mathcad, Matlab ve Excel programlarında Sayısal elektronik dersi uygulaması yapılacaktır. 2.2. Mathcad İle Sayı Dönüşümleri Mathcad 14 programını çalıştırın. Onluk sayı sisteminden ikilik sayı sistemine çevirme yapalım. (21) 10 =(?) 2 işlemini Mathcad programı ile yapacağız. 21 yazıp = işaretini yazınız. Sağ taraftaki 21 e bir kere tıklayıp menüden Format->Result a tıklayınız (Şekil 4). Şekil 4. Result Format penceresinin açılması Açılan Result Format penceresinde Display Options sekmesini tıklayınız ve Radix kısmında Binary i seçiniz (Şekil 5). Şekil 5. Görünüm seçeneklerinden İkilik sayı sisteminin seçilmesi Daha sonra Number Format sekmesini seçip Exponential threshold kısmını 5 olarak değiştirin (Şekil 6). Bu işlemi yapmamızın nedeni sonucumuzun 5 haneli
olmasıdır. Eğer bu değeri 3 olarak bıraksaydık sonucumuz 5 haneli olduğundan üslü bir sayı olarak cevabımızı görecektik. Şekil 6. Sonucun üslü sayı görünüm sınır değerini belirleme Sonucumuzu 10101b şeklinde göreceğiz. Yani (21) 10 =(10101) 2 işlemini Mathcad aracılığı ile yapmış olduk. Benzer şekilde Şekil 5 teki Radix kısmını eğer octal seçersek sekizlik sisteme, hexadecimal seçersek onaltılık sisteme dönüşümü yapmış oluruz. 2.3. Matlab İle Sayı Dönüşümleri Matlab R2012b programını açalım. Sekizlik sayı sisteminden onluk sayı sistemine çevirme işlemini yapacağız. (24) 8 =(?) 10 işlemini Matlab programı ile yapalım. a=oct2dec(24) kodunu yazarsak a=20 şeklinde cevap elde ederiz (Şekil 7). Şekil 7. Matlab da sayı dönüşümü (Sekizlikten onluk tabana dönüştürme) Benzer şekilde onluk sayı sisteminden ikilik sayı sistemine dönüştürmek için dec2bin, ikilik sayı sisteminden onluk sayı sistemine dönüştürmek için bin2dec, onluk sayı sisteminden onaltılık sayı sistemine dönüştürmek için dec2hex, onaltılık sayı sisteminden onluk sayı sistemine dönüştürmek için hex2dec, onluk sayı sisteminden istediğimiz sayı sistemine dönüştürmek için dec2base ve istediğimiz sayı sisteminden onluk sayı sistemine dönüştürmek için base2dec komutlarını kullanmamız gerekir. 2.4. Excel İle Sayı Dönüşümleri Excel programında ikilik, sekizlik, onluk ve onaltılık sayı tabanları arasında dönüşüm yapabiliriz. İkilik sayı tabanından sekizlik sayı tabanına çevirme yaparken =BIN2DEC(sayı) şeklinde yazmamız gerekmektedir. Örneğin Şekil 8 de (1110) 2 =(?) 10 işlemini gerçekleştiriyoruz.
Şekil 8. Excel de ikilik sayı sisteminden onluk sayı sistemine çevirme Excel de sayı dönüşüm komutlarının tamamı Tablo1 deki gibidir. Tablo 1. Excel de Sayı Dönüşüm Komutları İşlem İkilikten onluğa İkilikten onaltılığa İkilikten sekizliğe Sekizlikten ikiliğe Sekizlikten onluğa Sekizlikten onaltılığa Onluktan ikiliğe Onluktan onaltılığa Onluktan sekizliğe Onaltılıktan ikiliğe Onaltılıktan onluğa Onaltılıktan sekizliğe Komut =BIN2DEC(sayı) =BIN2HEX(sayı) =BIN2OCT(sayı) =OCT2BIN(sayı) =OCT2DEC(sayı) =OCT2HEX(sayı) =DEC2BIN(sayı) =DEC2HEX(sayı) =DEC2OCT(sayı) =HEX2BIN(sayı) =HEX2DEC(sayı) =HEX2OCT(sayı) Sayı Dönüşümleri ile ilgili yazılım örnekleri yukarıda yapıldığı gibi tavsiye edilmektedir. Bir sonraki konuda kapılarla ile ilgili yazılım örnekleri verilecektir. 3. Kapılarla İlgili Yazılım Örnekleri Sayısal Elektronik dersi için kapı kavramı anlatıldıktan sonra yazılım bağlantısının gösterilmesi önerilmektedir. Proteus, PLC S7-200, Tia Portal V13, Schneider Electric-SoMachine Basic, CCS C, Arduino, MIT App Inventor 2, Excel, Mathcad, Matlab, Visual C#.NET, Visual Basic.NET programlarında kapıların kullanımı gösterilmesi önerilmektedir. Bu bildiride bahsedilen tüm programlarda kapıların nasıl kullanıldığı gösterilmeyecektir. Bu programların bir kısmında kapıların kullanımı gösterilecektir. 3.1. Arduino Programında Kapı Kullanımı Arduino programını çalıştırdıktan sonra Şekil 9 daki gibi File->New adımları ile yeni bir çalışma sayfası açalım.
Şekil 9. Arduino programında yeni bir çalışma sayfası oluşturma Oluşturduğumuz yeni sayfaya aşağıdaki kodu yazalım. Yapacağımız örnek ile Arduino da ve kapısı kullanımı gösterilmiş olacaktır. const int ledpin = 13; void setup() { } pinmode(ledpin, OUTPUT); void loop(){ } if (digitalread(2) == HIGH && digitalread(3) == HIGH) { } digitalwrite(ledpin, HIGH); else { } digitalwrite(ledpin, LOW); Yukarıdaki kodda 2 nolu pin ve 3 nolu pin e voltaj geliyorsa Arduino Uno üzerindeki dahili pini yakacaktır. Pin 2 veya pin 3 ground a bağlanırsa dahili pin olan 13 nolu pin yanmayacaktır. Voltaj olarak Arduino üzerindeki 3.3V pini yeterli olacaktır. Ground olarak ta GND pinleri kullanılmaktadır. Şekil 10 da Arduino üzerindeki 13 nolu dahili pin gözükmektedir. Şekil 10. Arduino Uno üzerindeki 13 nolu dahili pin
Kodumuzu yazdıktan sonra hata olup olmadığını Verify butonu na tıklayarak kontrol edebiliriz. Upload butonu na tıklayarak Arduino muza kodu yükleyebiliriz. 3.2. Tia Portal V13 Programında Kapı Kullanımı Tia Portal da S7 300 CPU suna sahip bir PLC için programlama örneği yapacağız. Tia Portal programını açtıktan sonra Create New Project -> Create adımları ile yeni bir proje oluşturalım. PLC Programming kısmına tıkladıktan sonra kullanacağımız PLC çeşidini seçmek için Click here to add a new device yazan yere tıklayalım. Çalışılacak olan PLC modeli seçilmelidir. Sadece simülasyon çalışacaksanız rastgele bir model seçebilirsiniz. Organization blocks (OB) altındaki Main simgesine çift tıklayarak kod yazma sayfamıza geçebiliriz. Ve(and) kapısı örneği için 2 adet normalde açık kontağı seri bağlayacağız (Şekil 11). Normalde açık kontaklara sırasıyla I0.0 ve I0.1, bobine de Q0.0 yazalım. Şekil 11. Ve(and) kapısı örneği (Tia Portal) Oluşturduğumuz programı simülasyonda çalıştırmak için Şekil 12 deki gibi gözüken Start Simulation kısmına tıklamamız gerekmektedir. Şekil 12. Simülasyon başlatma simgesi Çıkan pencerelerde sırasıyla OK ve Load butonlarına tıklayalım. CPU yu RUN konumuna getirip her iki girişi de ON yaparsak çıkışında beklendiği gibi ON olacağı görülür (Şekil 13). Eğer IB0 veya QB0 pencereleri gözükmüyorsa bu pencereler Insert -> Input Variable, Insert -> Output Variable menüleriyle açılabilir. Şekil 13. Ve(and) kapısının girişlerinin (1,1) olduğu durum Veya(or) kapısı örneği için 2 adet normalde açık kontağı paralel bağlayacağız (Şekil 14). Normalde açık kontaklara sırasıyla I0.0 ve I0.1, bobine de Q0.0 yazalım.
Şekil 14. Veya(or) kapısı örneği (Tia Portal) 15). Simülasyon programında I0.0 ın 1, I0.1 in 0 olduğu durumu inceleyebiliriz (Şekil Şekil 15. Veya(or) kapısında I0.0 ın 1, I0.1 in 0 olduğu durum 3.3. Proteus Programında Kapı Kullanımı Proteus 7 Professional klasörü altında Isis 7 Professional ı çalıştıralım. Pick Device butonuna basıp (Şekil 16-1) Keywords kısmına and yazıp (Şekil 16-2) Device kısmında and i seçip (Şekil 16-3) OK e basalım. Şekil 16. Ve kapısının Proteus ta çizimi Benzer şekilde Pick Devices kısmından Logicstate ve logicprobe elemanlarını devices kısmına ekleyelim (Şekil 17).
Şekil 17. Ve kapısı örneği için gerekli elemanlar Şekil 18 deki gibi bir devre oluşturup ve kapısının simülasyonunu play butonuna basıp çalıştırabiliriz. Logicstate lere basıp 0-1 arasında değişim yapıp simülasyonun denemesini yapabiliriz. Şekil 18. Ve(and) kapısı için oluşturulan simülasyon devresi Ve(and) kapısının elektriksel eşdeğerini çizelim. Toprağı Terminals Mode un altında Ground a tıklayarak alacağız (Şekil 19). Şekil 19. Toprak elemanının kullanılması Güç kaynağı için Generator Mode altından DC yi seçelim (Şekil 20).
Şekil 20. Voltaj kaynağı kullanımı Voltaj kaynağını çalışma alanına yerleştirdikten sonra çift tıklayarak Şekil 21 deki gibi DC Generator Properties penceresinde voltajı 5V olarak ayarlıyoruz. Şekil 21. 5V değerinin ayarlanması Şekil 22 de görülen diğer elemanları Pick devices kısmına res, switch ve led yazarak projemize ekleyebiliriz. Sonuç olarak ve kapısının elektriksel eşdeğerini Proteus programında Şekil 22 deki gibi oluşturmaktayız. Şekil 22. Ve(and) kapısının elektriksel eşdeğeri 4. Sonuçlar Bu çalışmada Sayısal Elektronik dersi için içerik iyileştirme önerisinde bulunulmuştur. Hem sayı dönüşümü konusu için hem de kapı konuları için yazılım uygulama önerilerinde bulunulmuştur. MIT App Inventor 2 programında kapı kullanımı gösterimi ile Haberleşme öğrencilerinin Android yazılıma giriş yapmaları sağlanacaktır. CCS C, Arduino, Proteus programlarında kapı kullanımı gösterimi ile Elektronik öğrencilerinin Elektronik devrelere giriş yapması sağlanabilmektedir. Schneider
Electric-SoMachine Basic, PLC S7-200, Tia Portal V13 programlarında kapı kullanımının gösterilmesi ile Otomasyon bölümü öğrencilerinin PLC kullanımına giriş yapmaları sağlanmaktadır. Diğer yazılımlar ile öğrencilerin yazılım bilgilerinin arttırılması sağlanmaktadır. Bu çalışma daha detaylı bir şekilde kitaba dönüştürülerek hem dersi veren hocalara hem de öğrencilere faydalı bir kaynak sağlanması planlanmaktadır. 5. Kaynakça Buzluca, F. (2012). Sayısal Devreler. Erişim Tarihi: 18.03.2016, http://ninova.itu.edu.tr/tr/dersler/bilgisayar-bilisim-fakultesi/61/blg- 231/ekkaynaklar?g7828 Derin, O. Sayısal Elektronik-1. Erişim Tarihi: 18.03.2016, http://muratbeken.com.tr/uploads/say%c4%b1sal%20elektronik.pdf Demirbaş, Ş. Mantık Devreleri. Erişim Tarihi: 18.03.2016, http://docplayer.biz.tr/6364925-elk-208-mantik-devreleri-kaynaklar-doc-dr-huseyinekiz-mantik-devreleri-degisim-yayinlari-3-baski-2003.html Engin, M., & Engin, D. (2015). Sayısal Elektronik. Erişim Tarihi: 18.03.2016, http://tec.ege.edu.tr/dersler/sayisal_elektronik_ders_notu.pdf Eriş, E. (2011). Lojik Devreler Ders Notları. Erişim Tarihi: 18.03.2016, http://www.nevoku.com/lojik-devreler--ertugrul-eris--lojikdevreler/viewdeck/665d5582-849a-4c3c-abf8-d0c3f73077e5 Maini, A. K. (2007). Digital Electronics Principles, Devices and Applications. West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd. Paton, B. (1998). Fundamentals of Digital Electronics. Texas: National Instruments Corporation. Selek, H. S. (2013). Mantık Devreleri 1(Sayısal Elektronik). 3. Baskı, Ankara: Seçkin Yayıncılık T.C. Milli Eğitim Bakanlığı. (2011). Lojik Devreler 1. Erişim Tarihi: 18.03.2016, http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf/lojik%20devreler%201.p df Yağımlı M., & Akar F. (2014). Dijital Elektronik. 7. Baskı, İstanbul: Beta Yayıncılık.