ĠÇĠNDEKĠLER LĠSANS BĠTĠRME PROJESĠ ONAY FORMU II ÖNSÖZ III ĠÇĠNDEKĠLER IV ÖZET VI SEMBOLLER VE KISALTMALAR VII 1. GĠRĠġ 1 2. TEORĠK ALTYAPI 3 2.1. Lazer ile HaberleĢme 4 2.2. Seri HaberleĢme 5 2.2.1. Senkron Seri Data Gönderimi 6 2.2.2. Asenkron Seri Data Gönderimi 7 2.3. Mikrodenetleyiciler 7 2.3.1. Mikrodenetleyici ÇeĢitleri 7 2.3.2. PIC Mikrodenetleyiciler 7 2.3.3. PIC 16F887 Mikrodenetleyicisi 10 2.4. EAGLE ġematik-baskı Devre Çizim Editörü 10 2.5. Hi-Tech C Derleyicisi 11 2.6. PICKIT2 Programlayıcı ve Yazılımı 11 2.7. MPLAB IDE Program 12 2.8. Alfanümerik LCD Ekran 16 3. TASARIM 16 3.1. Katkılar 16 3.2. Yöntem 17 3.3. ÇalıĢmalar 17 3.4. AraĢtırma Olanakları 18 3.5. Malzeme/Teçhizat Olanakları 19 4. DENEYSEL ÇALIġMALAR 19 4.1. Verici Modülü 19 4.1.1. Ana Kart 22 4.1.2. Verici Arayüz Kartı 23 IV
4.2. Alıcı Modülü 26 5. SONUÇLAR 28 6. YORUMLAR ve DEĞERLENDĠRME 29 KAYNAKLAR 30 ÖZGEÇMĠġ V
ÖZET HaberleĢme sistemleri birçok farklı ortamda kullanılmaktadır. Sistem haberleģme ortamına göre tasarlanmakta ve gerçekleģtirilmektedir. Ortamın yapısı sistemin genel özelliklerini belirleyen en önemli parametredir. Bu projede kızılötesi ve lazerle haberleģme yapabilen bir sistemin tasarımı, üretimi ve testi gerçekleģtirilmiģtir. Sistem üzerinde kızılötesi ve lazer vericisi olan bir verici ve kızılötesi ve lazer alıcı olan bir alıcıdan oluģmaktadır. Bu çalıģma dört kiģilik bir ekip tarafında gerçekleģtirilmiģtir. Ekip kendi arasında Tevfik ÇOMUK ve Murat ÇELĠK ten oluģan 1. grup ve Zülküf Umur ÖNER ve Tuba EROĞLU dan oluģan 2. grup olmak üzere ikiye ayrılmıģtır. 1. grup lazerle haberleģme için gerekli olan arayüz devresinde ve 2. grup ise kızıl ötesi haberleģmeye imkân veren kızıl ötesi arayüz devresinde sorumludur. Ayrıca sistemin kontrolünü sağlayan ana kartlar ve uygulama yazılımlar tüm ekip tarafından gerçekleģtirilmiģtir. Sistemin donanımının çizimleri Eagle programı ile yapılmıģtır. Yazılımlar ise MPLAB programı içerisinde çalıģan HiTech PICC derleyicisi ile geliģtirilmiģtir. Baskı devre üretimi PnP kağıt kullanılarak ısı ile transfer yöntemi ile yapılmıģtır. GerçekleĢtirilen sistem düzenlenerek lisan laboratuvarları için bir seri haberleģme deney seti haline getirilebilir. Böylece lisans eğitiminde haberleģme ile ilgili verilen teorik bilgileri daha anlaģılması ve kavratılması sağlanmıģ olunur. VI
SEMBOLLER VE KISALTMALAR CISIC ETB ICSP ICD I/O khz LCD ma MHz POR PWM RC RISC SPI : KarmaĢık komut seti : Ġletim bloğu sonu : Devre üzerinden programlama : Devre üzerinden hata ayıklama : GiriĢ çıkıģ : kilohertz : Sıvı kristal ekran : miliamper : megahertz : AçılıĢta reset : Darbe GeniĢlik Modülasyonu : Direcç-kapasite : AzaltılmıĢ komut seti : Seri Paralel Ara yüzü VII
1. GĠRĠġ Bu projede lazer ve kızılötesi ıģın kullanılarak asenkron seri haberleģme gerçekleģtirilmesi hedeflenmiģtir. Bu hedef doğrultusunda donanım olarak lazer ve kızılötesi alıcı verici arayüzleri, LCD ekran ve tuģ takımından; çizim ve simülasyon kısmında kart tasarımı için EAGLE 5.11.0 programından; mikroiģlemcinin programlanması ve donanımın kontrolü için C dilinden yararlanılmıģtır. Derleyici olarak Hi-Tech C; derleme, simülasyon ve hata kontrolü için kullanıcı arayüzü olarak MPLAB programları tercih edilmiģtir. Projenin gerçekleģtirilmesi sonucunda lisans düzeyinde fayda sağlanmaktadır. Teoride anlatılan sayısal haberleģme sistemlerinin pratik bir uygulaması olup, öğrenilen bilgilerin pekiģtirilmesinde yarar sağlayacaktır. Aynı zamanda proje bir laboratuvar deneyi haline getirilebilir. Bunlara ek olarak bu projenin askeri (hedef, mesafe tespiti, güvenlik, gizlilik), haberleģme (kablosuz iletiģim, daha fazla veri gönderme, gizlilik) alanlarının ihtiyaçlarına temel anlamda cevap verebilecek bir prototip olacağı kanısına varılmıģtır. Lazer uygulamaları günümüzde askeri alanda hedefe odaklanma, mesafe ölçümü; uydu haberleģmelerinde, uzay mesafe ölçümlerinde kullanılır. Kızılötesi ise uzaktan sıcaklık ölçümü, kısa mesafeli kablosuz iletiģim, askeri alanda ise hedef tespiti, güdüm ve takip sistemlerinde kullanılmaktadır. Benzer olarak [1] de yalnızca lazer kullanılarak mikrofon ile ses iletimi ve hoparlör ile ses alımı gerçekleģtirilmiģtir. Kızılötesi kısmına benzer olarak günümüzde kullandığımız televizyon kumanda sistemleri örnek verilebilir. Yapılan projenin diğer çalıģmalardan farkı kızılötesi ve lazer gönderici ve alıcı modüllerinin birlikte kullanılması, ses yerine butonlar yardımıyla datanın gönderilmesi ve LCD ekran ile gönderme ve alma iģleminin takip edilmesidir. ÇalıĢma takvimi tüm döneme yayılmıģtır. Projenin Haziran ayına kadar tamamen sonuçlanması hedeflenmiģtir. Tablo 1 de verilmiģtir. 1
Tablo 1. ÇalıĢma takvimi ĠĢ ġubat Mart Nisan Mayıs Gerekli malzemelerin tespiti ve temini Baskı devre Ģemasının çizimi Baskı devre üretimi Montaj ve test Sistem yazılımının hazırlanması Sistemin test edilmesi Bitirme tezinin yazımı 2
2. TEORĠK ALTYAPI Bu kısımda hedeflenen sistemin teorisinden, kullanılması düģünülen yazılım ve donanımdan kısaca bahsedilmiģtir. Öncelikler kızılötesi ve lazer ile haberleģmeden bahsedilmiģ, ardından kullanılacak yazılım ve donanım hakkında kısaca bilgi verilmiģtir. 2.1. Lazer ile HaberleĢme Aynı açıda birçok paralel dalganın tek renk oluģturarak yüksek güçte ıģık demeti oluģturmasına lazer denir Lazer kelimesi Light Amplification By Stimulated Of Radition kelimelerinin baģ harflerinden oluģmaktadır. Lazerin normal ıģıktan farkı; normal ıģık farklı renklerde ve açılarda yayılım yaparken, lazer yukarıda bahsettiğimiz gibi tek renk ve açıda yayılım yapar. Lazer günümüzde önemli bir yere sahiptir. Bunun baģlıca nedenleri; ıģınların frekanslarının çok hassas Ģekilde kontrol edilebilmesi, yayılım doğrultusunun tek yönde ve çok yüksek yoğunlukta olmasıdır. BaĢta Tıp ve Elektronik alanlarında olmak üzere, askeriyede hedefe odaklanmada, uzay mesafe ölçümlerinde vb. geniģ bir kullanım alanına sahiptir. IĢının boģ alan üzerinden iletilmesi dıģında fiber optik bağlantılarla benzer Ģekilde çalıģırlar. Ucuz olması, küçük boyutlara sahip olması, düģük güç tüketimi sayesinde herhangi bir radyo paraziti çalıģması gerekmediğinden lazer iletiģim sistemleri kolayca kurulabilir. Ġletim sinyali için kullanılan taģıyıcı tipik bir lazer diyot tarafından oluģturulur. Ġki paralel ıģına ihtiyaç vardır, bunlardan biri gönderme diğeri ise alma içindir. Artan bant geniģliği ihtiyacının nasıl karģılanacağı konusundaki sorunun, lazer iletiģimi ile çözülebilmesi lazerin günümüzde yaygın bir Ģekilde kullanılmasını sağlamaktadır. Bazı çalıģmalarda, lazer haberleģme sistemlerini evlerin üzerine koyup, ortak bir alıcıya doğru tutmanın internette hızlı bir bağlantı ile bant geniģliğinin komģular arası dağıtılabileceğini ileri sürmüģlerdir. Bu teknoloji için diğer uygulamalar geçici bağlantı 3
ihtiyaçları (spor etkinleri, ya da afet gibi durumlarda) ya da uzay tabanlı iletiģim sistemlerini içerir [1]. 2.2. Seri HaberleĢme Seri haberleģme, iletilmek istenen veriyi oluģturan bitlerin belli bir zaman diliminde teker teker sırasıyla alıcıya gönderilmesiyle oluģan bir iletiģim kanalıdır. Verici ve alıcı arasında belli, protokol olarak adlandırılan kurallar vardır. Bu kurallar verinin ne zaman baģlayıp ne zaman biteceğini, her bir karakterin bit sayısını ve verinin nasıl paketleneceğine ortak çözümler getirmektedir. Bazı zamanlar gönderilen bilgi hattında bazı bozulmalar olur. Gelen bilgi hattında ki bozulmalar aģağıda ki nedenlerden dolayı olabilir: HaberleĢme hattının kopması. HaberleĢme hattının kısa devre olması. HaberleĢme hattının elektromanyetik dalgalardan etkilenmesi [2]. Seri haberleģme paralel haberleģmeye göre çok yavaģtır ve yazılımı zordur. Ayrıca seri porttan haberleģebilmek için iletiģimin paralele dönüģtürülmesi gerekir ve bunu UART (Universal Asynchronous Receiver /Transmiter) devresi ile yaparız. UART tüm devresi, seri ve paralel veriyi birbirine çevirmeyi sağlar. Seri haberleģmesinin bazı özellikleri aģağıdaki gibidir: Seri haberleģmede besleme olarak 3-25 V kullanılabilir. Bundan dolayı kablo üzerinde gerilim düģümü çok önemli değildir. Fakat paralel haberleģmede bu 5 V ile sabittir. Bu ise mesafeyi ciddi anlamda azaltmaktadır, Seri haberleģmede paralel haberleģmeye göre çok az kablo kullanılır, Kızıl ötesi (infrared) haberleģmesi seri iletiģim olarak kullanılmaktadır. Sistemi kurmak için gerekli zaman ve iģçilik maliyeti paralel haberleģmeye göre daha azdır, ÇalıĢan sisteme eklenecek yeni özellikler için ekstra kablo tesisatı gerektirmez, Yan yana giden kablolardan dolayı oluģabilecek elektromanyetik bozulmalar yoktur, Nedeni ne olursa olsun yanlıģ bir bilgi kesinlikle fark edilir ve iģleme konulmaz. Seri haberleģme kullanılan iletiģim kanallarına göre: 4
Simplex, Half-duplex, Full-duplex olmak üzere üç kısma ayrılır. Simplex HaberleĢme: seri iletiģim yönü tek yönlüdür. Duplex HaberleĢme: veri karģılıklı olarak birbirini beklemek Ģartıyla alınır ve verilir. Half-Duplex HaberleĢme: bir tarafın göndereceği veri bitmeden diğer taraf gönderme iģi yapamaz. Çünkü tek bir iletim hattı vardır. Full-Duplex HaberleĢme: her iki tarafta birebirlerini beklemeden karģılıklı olarak hem veri alımı hem de veri gönderimini iki ayrı hat üzerinden yaparlar. Seri haberleģme yapı itibariyle iki ye ayrılır: Asenkron seri data gönderimi. Senkron seri data gönderimi [2]. 2.2.1. Senkron Seri Data Gönderimi Alıcı ve verici aynı saat sinyali darbelerini kullanır. Bununla birlikte iletilen her bir bit saat darbesinin geçiģinden yani yükselen veya alçalan kenarlardan sonraki belli bir zamanında geçerlidir. Gönderici ile aracı arasında bir eģleme olması gerektiğinden baģlangıçta eģleme bitleri (SYN) kullanılır. Data bloklarının gönderilmesinde sonra ETB (End of transmission block) blok sonu kullanılır. Gönderilen bloğun kontrolü için BCC (block check character) kontrolü yapılır. Eğer hata varsa verinin tekrar gönderilmesi sağlanır. Senkron haberleģmesinin bazı özellikleri aģağıdaki gibidir: Hata kontrolü ve koruması yapılır, Hız genelde modemler tarafından belirlenir, Senkron haberleģme, asenkron haberleģmeye göre daha pahalı ve daha hızlıdır. Veriler bloklar halinde gönderilir [2]. 5
2.2.2. Asenkron Seri Data Gönderimi Ġletim eğer eģ zamansızsa (asynchronous) gönderici ile alıcı arasında senkronizasyonun olması gerekmez. Yani verici ile alıcı arasında ortak saat darbesinin kullanılması gerekmez. Bu nedenle uzak mesafelerde saat sinyali için ekstra bir kablo kullanımı gerekmediğinden sıkça kullanılır. Fakat alıcı ile vericinin belli bir saat frekansında anlaģmaları gerektiği için gönderici belli bir formatta hazırlanan veriyi hatta aktarır alıcı ise sürekli olarak hattı bekler ve göndericiden verinin geliģini bildiren iģareti aldıktan sonra gelen veriyi düzenler ve karakterleri oluģturur. Burada her karakterin yedi bitten oluģması alıcıya büyük kolaylık sağlar. Sinyalizasyon çalıģmadan önce, gönderici ve alıcı sinyalizasyon parametreleri üzerinde anlaģmaları gerekir: ÇalıĢma biçiminin ne olduğu, Karakter baģına düģen bit sayısı, Bitin gönderildiğindeki sırası, Hattın hızı, Eğer parite kullanılıyorsa, her iki tarafında tek veya çift parite kullanma konusunda aynı fikirde olması, Gönderilen stop bitleri sayısı Asenkron veri haberleģmesinde her bir karaktere start ve stop biti eģlik eder ve stop bitinin yanında parite biti (eģlik biti) de gönderilir. Yedi bitlik bir karakteri göndermek için baģlangıç, parite (eģlik) ve bitiģ biti dahil toplamda on bitlik bir iletim yapılır. Bir veri paketi alıcıya iletimin baģladığını bildirmek için her zaman lojik-0 (baģlangıç biti) ile baģlar. BaĢlangıç biti alıcı içinde gerekli saat darbelerini üreterek dahili osilatörü tetikler. Bununla birlikte baģlangıç bitini takiben sekiz bitlik bir veri paketi baud oranı ile teker teker iletilmeye baģlar. Parite biti ise konrol amaçlı kullanılmaktadır. Son olarak verimiz, 1,1.5 veya 2 adet lojik-1 sonlandırma bitleri ile sonlandırılır. Bit dizisindeki bu düzenlemeler bilgi akıģ hızını yani bout u düģürmesine rağmen senkronizasyonu sağladığı için çok önemlidir. Böylelikle donanım ihtiyacı azaltılmıģ olur. 6
2.3. Mikrodenetleyiciler Mikrodenetleyici, programlanabilen ve aynı zamanda bu programı depolayarak daha sonra tekrar çalıģtırabilen tek bir çipten meydana gelmiģ bütünleģmiģ bilgisayardır. Basit ve ucuz oldukları için dünya çapında geniģ bir kullanıcı ağı vardır. 2.3.1. Mikrodenetleyici ÇeĢitleri Temelde azaltılmıģ komut seti (RISC) ve karmaģık komut seti (CISC) olmak üzere iki ana kısımdan oluģur. AĢağıda bazı firmalara ait mikrodenetleyiciler verilmiģtir. Intel firmasının ürettiği 8051 serisi (CISC), Motorola tarafından üretilen 68HC11 serisi ve Mikrochip firması tarafından üretilen ve PIC olarak bilinen 16X/18X serileri RISC dir. 2.3.2. PIC Mikrodenetleyiciler PIC isim itibariyle Peripheral Interface Controller in baģ harflerinden oluģur. Bu ise çevresel üniteleri denetleyici arayüz olarak çevrilebilir. Temel olarak RISC mimarisine sahiptir. PIC mikrodenetleyicisinin bazı özellikleri aģağıdaki gibidir: Ücretsiz bir yazılımı Microchip firmasından elde edilebilir, Her yerde yaygın olarak kullanılır, Maliyeti çok ucuzdur, Programlanmasının basit bir devre üzerinden gerçekleģtirir, Yüksek frekanslarda çalıģabilir, Çok basit clock sinyali, reset ve besleme elemanı gerektirir, PIC mikrodenetleyicimiz toplam olarak 150 ma lik bir akım çeker, Program yazıp silinebilme özelliği sayesinde tekrar tekrar programlanabilir. 2.3.3. PIC 16F887 Mikrodenetleyicisi PIC 16F887 mikrodenetleyicisi Tablo 2 de görüldüğü gibi parametre ve değer özellikleri verilmiģtir. 7
Tablo 2. 16F887 parametre ve değer özellikleri Parametre Değer Program bellek tipi Flash Program belleği (kb) 14 CPU hızı (MIPS) 5 RAM (bayt) 368 Data EEPROM (bayt) 256 Sayısal haberleģme çevreleri A_E_USART, MSSP_SPI_I2C Tespit etme/karģılaģtırma/pwm çevreleri 1 CCP, 1 ECCP Zamanlayıcılar 2x8-bit,1x16 bit ADC 14 ch,10 bit KarĢılaĢtırıcılar 2 Sıcaklık aralığı (C) -40 tan 125 ÇalıĢma gerilim aralığı (V) 2 den 5.5 V Pin sayısı 40-44 Temas Kanalları 11 PIC16F887 mikrodenetleyicisinin temel özellikleri Ģunlardır: Hassas iç osilatör: Fabrika kalibrasyonu ±1%, Yazılımla seçilebilen frekans aralığı 8MHz -32 khz, Ayarlanabilir yazılım, Ġki hızlı çalıģtırma modu, Kritik uygulamalar için arıza-emniyet saati izleme, DüĢük güçlü uygulamalar için saat modu anahtarlama. Güç koruma uyku modu, Güç-açık sıfırlama (Power on reset POR), Seçilebilir besleme gerilimi çalıģma gerilim seviyesinin altına düģtüğünde sıfırlama yapan (reset) devre (Brown-out), Güvenilir uygulamalar için RC osilatörlü geniģletilmiģ Watchdog Timer, Ġki pin üzerinden ICSP (In-circuit Serial Programming), Ġki pin üzerinden ICD (In-Circuit Debug), 8
Yüksek dayanıklı Flash/EEPROM pil: 100,000 silme/yazma çevrimli geliģmiģ Flash program belleği, Data EEPROM koruması (40 yıldan fazla), 1,000,000 silme/yazma çevrim data EEPROM belleği. Yazılım kontrolü altında kendinden yeniden programlanabilme, Programlanabilir kod koruması, Cihazın çevresel özellikleri: 1 giriģ tek pin, 36 giriģ/çıkıģ (I/O), Sink/source akımı 25mA (sink akımı: iģlemcinin portu çıkıģ durumunda ve lojik 0 ise iģlemci bu porttan içeriye en çok 25 ma geçireceği,source akımı ise iģlemcinin portu çıkıģ fakat lojik 1 ise iģlemci en çok bu port üzerinden 25 ma akım vereceği anlamlarına gelir), DeğiĢen seçenekli kesme-açık pini. Zamanlayıcılar: TMR0: 8 bit önbölücülü 8 bit zamanlayıcı/sayıcı, TMR1: Önbölücülü 16 bit zamanlayıcı/sayıcı, DıĢ Kapı GiriĢ modu ve özel düģük güçlü 32 khz oscillator, TMR2: 8-bit periyot register, ön bölücü (prescaler) ve atama bölücülü (postscaler) zamanlayıcı/sayıcı. Tespit etme/karģılaģtırma/pwm (darbe genlik modülasyonu) modülü, Otomatik-kapanma ve PWM yönetimi ile geliģmiģ Tespit etme/karģılaģtırma/pwm modülü, Adres maskeleme özellikli MSSP, SPI ve I 2 C modu, GeliĢtirilmiĢ Kapsamlı Senkron Asenkron Alıcı Verici (EUSART) modülü: RS-485,RS-232 ve LIN uygunluğunu destekler, Otomatik-Baud(bit/s) kontrolü, BaĢlama bitinde otomatik uyandırma. Ultra DüĢük-Güçlü Uyandırma (ULPWU) Analog Özellikler: 10-bit 14 kanal Analog-Digital dönüģtürücü, 2 Analog KarĢılaĢtırıcı modül, 9
Programlanabilir gerilim referans modülü (CVREF) (% of VDD), Sabit 0.6 Vref, DıĢtan ulaģılabilir karģılaģtırıcı giriģ çıkıģları, SR flip-flop modu 2.4. EAGLE ġematik-baskı Devre Çizim Editörü Kullanımı kolay olması nedeniyle günümüzde geniģ bir alanda devre tasarımında kullanılmaktadır. AĢağıda bazı özellikleri verilmiģtir: En fazla 162*162 cm 2 lik çizim alanı, mm veya inçe göre ayarlanabilen çizim alanı, Kütüphane dosyası oluģturma, OluĢturduğunuz devrenin çıktısını yazıcıdan alabilme, Veri tabanı destekli geniģ bir eleman kütüphanesi ġema Çizimi Özellikleri: ġema üzerinde oluģturduğumuz herhangi bir değiģikliği ekstra bir iģlem yapmadan doğrudan manuel ve otomatik olarak aktarabilme, Kaynak sinyallerini otomatik olarak yerleģtirme, ġemadaki bakır çizgilerin elektriksel olarak kısa devre olup olmadığını kontrol edebilme özelliğine sahiptir. Baskı Devre Özellikleri: Bakır yol belirleyebilme, SMD desteği alabilme, Çok katmanlı yol sağlayabilme. 2.5. Hi-Tech C Derleyicisi Hi-Tech, Microchip firmasının geliģtirdiği kullanıcılarına gerektiğinde belirli kısıtlamalar ile ücretsiz olarak verdiği bir derleyici programıdır. Bu derleyiciyi tek baģına kullanmak mümkün olmadığından bir tane arayüz programına ihtiyaç vardır. Bu arayüz, MPLAB veya HI-TIDE olabilir. Bitirme projesinde genel olarak hep MPLAB arayüzünden faydalanılmıģtır. Hitech C için pro ve lite sürümleri mevcuttur. Hitech pro 10
sürümünde avantaj olarak yeni bir kod geliģtirme sistemi olan Omniscient Code Generation (Bilge Kod GeliĢtirme, OCG) bulunmaktadır. Bu sistemde tüm C kaynak modülleri tek bir adımda okunur ve iģlenir. OCG, kullanıcının yazdığı kodu tarar ve algılanan özelliklere özgün olarak programa uygun gerekli printf fonksiyonunu üretir. Böylelikle yüksek mertebede program hafızası ve RAM boģluğu elde edilmiģ olur. Hitech C Lite sürümü ise yukarıda bahsettiğimiz Hitech C Pro sürümüne nispeten daha kısıtlı olanaklar sunmaktadır. Fakat normal kullanıcılar için bu çok yeterli olmaktadır. 2.6. PICKIT2 Programlayıcı ve Yazılımı Mikrochip firması tarafından geliģtirilmiģ olan PICKIT2 Programlayıcının genel özellikleri: Program ara yüzünü içinde bulundurur, PC ile USB üzerinden haberleģtiği için USB hızında seri haberleģmeyi sağlar ve hata ayıklamamızı imkân verir, Ekstra herhangi bir besleme gerektirmez, Kullanımı gayet kolaydır, Microchip ICSP bağlantısı ile devre üzerinden, soket sayesinde doğrudan PIC programlanabilir. 2.7. MPLAB IDE Program Mikrodenetleyicide aranan en önemli özelliklerden biri: Ona ait tasarlanmıģ olan yazılım geliģtirme programlarının çokluğudur. MPLAB, Mikrochip firması tarafından geliģtirilmiģ bütünleģmiģ bir tasarım ortamıdır. MPLAB kendi içinde çeģitli kısımlara ayrılmıģtır. Bunlardan MPASM derleyicisi, assembly kodlarını yazmak amacıyla oluģturulmuģ bir metin editörüdür. MPSIM simülatörü, simülasyon oluģturma ortamıdır. MPLAB programını kullanılma amacı: C, Basic, Pascal ve assembly dilinde simülasyon, derleme ve hata kontrolü yapmaktır. En büyük avantajların biri de birçok iģletim sisteminde rahat bir Ģekilde kullanılabilmesidir. 11
2.8. Alfanümerik LCD Ekran HD44780U nokta matris sıvı-kristal ekran kontrolörü ve sürücü LSI ekranı alfanumerik Japon kana karakterleri ve sembolleridir. 4 ya da 8 bit mikroiģlemci kontrolü altında konfigüre edilebilir. Tüm fonksiyonları örneğin, karakter üreteci olan RAM ekranı ve sıvı kristal sürücü, sürüģ için dahili olarak bir nokta matris sıvı kristal ekranı gerektirir. Tek bir çip üzerinden sağlanan, minimum sistem bu kontrolör/sürücü ile arabirim olabilir. Tek HD44780U bir 8 karakter çizgisi veya iki 8 karakter çizgisine kadar görüntülenebilir. HD44780U nun HD44780S ile pin iģlevi uyumluluğu vardır. Bu da kullanıcının bir HD44780U yu bir LCD-II ile değiģtirmesine kolaylıkla izin vermektedir. HD44780U karakter üreteci ROM, toplam farklı 240 karakter yazısı için 208 tane 5*8 nokta yazı karakteri ve 32 tane 5*10 nokta yazı karakteri üretmek için uzatılmıģtır. HD44780U nun düģük güç kaynağı (2.7 V/ 5.5V ) düģük güç dağılımı gerektiren herhangi bir taģınabilir batarya odaklı ürün için uygundur. Özellikleri Ģunlardır: 5x8 ve 5x10 nokta matris mümkün, DüĢük güç iģletme desteği: 2,7 den 5,5 V a kadar, GeniĢ aralıkta sıvı kristal ekran sürücüsü: 3,0 dan 11 V a kadar, Sıvı kristal sürücü dalga formu (Bir satır frekans AC dalga Ģekli), Yüksek hızlı CPU veri yolu arabirimi karģılığı: 2 MHz (V cc = 5V iken), dört bit veya sekiz bit etkinleģtirilmiģ mikroiģlemci ara yüzü, 80x8 bit ekran rastgele eriģimli bellek (en fazla 80 karakter) Toplam 240 yazı karakteri için 9.920 bit karakter üreteci ROM: 208 yazı karakteri (5x8 nokta için ), 32 yazı karakteri (5x10 nokta için), 64x8 bit karakter üreteci rastgele eriģimli bellek: 8 yazı karakteri (5x8 nokta için), dört yazı karakteri (5x10 nokta için), 16 ortak 40 segment sıvı kristal ekran sürücüsü, Programlanabilir görev döngüsü: 5x8 in tek satırı için kursörle birlikte 1/8, kursörle birlikte 5x10 nun tek satırı için 1/11, kursörle birlikte 5x8 in iki satırı için 1/16, 12
GeniĢ komut fonksiyonları: Ekran temizleme, ekran açma-kapatma, kursör kaydırma, ekran kaydırma, karakterleri yanıp söndürerek gösterme, kursör evi HD44780S ile pin fonksiyonu uyumluluğu Kontrolör/sürücü açıldıktan sonra (güç verildikten sonra) otomatik reset devresi baģlar, Harici dirençle dahili osilatör kullanma, DüĢük güç tüketimi Tablo 3 de ürünün sipariģ bilgileri verilmiģtir. Tablo 3. LCD sipariģ bilgileri TĠP NO PAKET CGROM HD44780UA00FS HC044780UA00 HD44780UA00TF HD44780UA02FS HCD44780UA02 HD44780UA02TF HD44780UB**FS HCD44780UB** HD44780UB**TF FP- 80B çip TFP- 80F FP- 80B çip TFP- 80F FP- 80B çip TFP- 80F Japon standart yazı tipi Avrupa standart yazı tipi Özel yazı tipi LCD kontrolü için kullanılan temel komutlar kısaca Ģu Ģekilde açıklanabilir. Ekranı temizle: Ekranı temizle talimatı tüm DDRAM adreslerine 20H boģluk kodunu yazar. (20H karakter kodu için karakter Ģablonu boģ bir Ģablon olmalıdır.) Sonrasında DDRAM adresini adres sayıcıya 0 olarak ayarlar ve eğer önceden taģınmıģsa ekranı normal konumuna getirir. BaĢka bir deyiģle, ekran kaybolur ve imleç ekranın sol kenarına gider. (Ġki satırlıysa ilk satıra taģınır.) Ayrıca giriģ modunda I/D yi 1 (artıģ modu) alır. GiriĢ modunun S i değiģmez. 13
Eve dön: Eve dön komutu adres sayıcıda DDRAM adresini 0 olarak atar ve eğer önceden taģınmıģsa ekranı normal durumuna döndürür. DDRAM içerikleri değiģmez. Ġmleç ekranın sol kenarına taģınır. GiriĢ modu seçimi: I/D: Bir karakter kodu yazıldığı veya DDRAM den okunduğu zaman DDRAM adresini 1 ile arttırır (I/D = 1) veya azaltır (I/D = 0). Ġmleç 1 artıģ olduğunda sağa ve 1 azalıģ olduğunda sola kayar. Aynı durum CGRAM in yazımı ve okunması için de geçerlidir. S: S 1 olunca tüm ekranı ya sağa (I/D = 0) ya da sola (I/D = 1) kaydırır. S 0 iken ekran kaymaz. Eğer S 1 ise, imleç hareket etmezken ekran hareket ediyormuģ gibi gözükür. DDRAM den okurken ekran kaymaz. Ayrıca, CGRAM e yazma veya ondan okuma iģlemleri ekranı kaydırmaz. Ekran on/off kontrolü: D: D 1 iken ekran çalıģır ve 0 iken de kapalıdır. Kapalıyken, ekran verileri DDRAM de saklanır ve D 1 atanarak direk ekrana yansıtılabilir. C: Ġmleç C 1 iken gözükür ve 0 iken kapalıdır. Ġmleç yok olsa bile, ekrana veri yazımı sırasında I/D nin iģlevi ya da diğer özellikler değiģmeyecektir. B: Ġmleç tarafından gösterilen karakter B 1 iken yanıp söner. Yanıp sönme tamamen boģ noktalar ile gösterilen karakterler arasında 409,6-ms aralıklarla değiģim olarak gösterilir. Ġmleç ya da ekran kaydırma: Ġmleç ya da ekran kaydırma, yazmadan ya da ekran verisini okumadan imleci ya da ekran konumunu sağa ya da sola kaydırır. Bu iģlem ekranı aramak ya da düzeltmek için kullanılır. 2 Ģeritli ekranda, imleç ilk satırın 40 ıncı basamağını geçince ikinci satıra iner. Birinci ve ikinci satır ekranları aynı anda kayarlar. Gösterilen veri sürekli kaydırıldığında her satır sadece yatay olarak hareket eder. Ġkinci satır ekranı ilk satıra kaymaz. Adres sayıcı (AC - Address Counter) içerikleri eğer tek yapılan hareket ekran taģıma olunca değiģmez. ĠĢlem ayarı: DL: Arayüz veri boyunu ayarlar. Veri DL 1 iken 8-bit uzunluğunda, DL 0 iken ise 4-bit uzunluğunda gönderilir veya alınır. 4-bit uzunluğu seçildiğinde, veri iki kere gönderilmeli veya alınmalıdır. N: Ekran Ģerit sayısını ayarlar. 14
F: Karakter yazı tipini(font) ayarlar. Herhangi bir talimatı iģleme sokmadan önce programın baģındaki iģlemi yapınız (MeĢgul bayrağı okuma ve adres talimatı haricinde). Bu noktadan sonra, fonksiyon ayar talimatı arayüz veri uzunluğu değiģtirilmeden iģleme sokulamaz. CGRAM adres ayarı: CGRAM adres ayarı CGRAM adresini, adres sayıcısında, ikili AAAAAA olarak ayarlar. Sonra veri yazılır veya iģlemciden CGRAM için okunur. 15
3. TASARIM Bu çalıģmada proje ekibi iki grup halinde çalıģmaktadır. 1. grup lazerle 2. grup ise kızılötesiyle sayısal olarak haberleģme için gerekli olan arayüz devrelerinin gerçekleģtirilmesini hedeflemektedir. Hedeflenen sistemleri blok diyagramları ġekil 1 ve ġekil 2 de görülmektedir. 2x16 LCD Ekran 2x16 LCD Ekran TuĢ Takımı Mikrodenet. Lazer Verici Arayüzü Lazer Lazer Alıcı Arayüzü Mikrodenet. ġekil 1. Lazerli sayısal haberleģme sistemi 2x16 LCD Ekran 2x16 LCD Ekran TuĢ Takımı Mikrodenet. Kızılötesi Verici Arayüzü Kızılötesi Kızılötesi Alıcı Arayüzü Mikrodenet. ġekil 2. Kızılötesi sayısal haberleģme sistemi 3.1. Katkılar Projenin gerçekleģtirilmesi sonucunda lisans düzeyinde fayda sağlanmaktadır. Teoride anlatılan sayısal haberleģme sistemlerinin pratik bir uygulaması olup, öğrenilen bilgilerin pekiģtirilmesinde yarar sağlayacaktır. Aynı zamanda proje bir laboratuvar deneyi haline getirilebilir. 3.2. Yöntem Hedeflenen sistem ġekil 1 ve ġekil 2 de de görüldüğü gibi verici ve alıcı modülü olmak üzere iki birimden oluģmaktadır. Verici ve alıcı modülleri arasında tek 16
yönlü sayısal haberleģme yapılmaktadır. 1. grup lazer ile 2. grup ise kızılötesi için gerekli olan arayüz devrelerini yapacaktır. Her iki grup da aynı yazılımları kullanacaktır. Baskı devre çizimi ve sistem programlarını geliģtirmek için sırasıyla EAGLE ve MPLAB yazılımları kullanılacaktır. Her iki yazılımda geniģ uygulama alanına sahip oldukları için tercih edilmiģtir. Donanım için gereken malzemelerin neredeyse tamamı satın alınacaktır. Baskı devre kartının çizimi ve üretimi proje ekibince yapılacaktır. Aynı zamanda malzeme montajı, test ve yazılım geliģtirme de proje ekibince yapılacaktır. 3.3. ÇalıĢmalar Bu çalıģmada iki ekip benzer fakat farklı projelerde çalıģmaktadır. Proje ekibi ve çalıģma konuları Tablo 4 de verilmiģtir. Tablo 4. Proje ekibi Konu 1. Grup 2. Grup Teorik altyapının oluģturulması Sistemin blok diyagramının hazırlanması Tuba Tevfik Gerekli yazılımların tespiti EROĞLU ÇOMUK Gerekli donanımların tespiti ve ve Baskı devre Ģemalarının hazırlanması Zülküf Murat Donanımın üretimi ve testi Umut ÇELĠK Yazılım geliģtirme ÖNER Proje raporlarının hazırlanması Projenin sunumu ve savunulması 3.4. AraĢtırma Olanakları Projenin donanımsal olarak gerçekleģtirilmesinde KTÜ Sayısal ĠĢaret ĠĢleme Laboratuvarının araç-gereç altyapısı kullanılacaktır. Baskı devre üretimi ve montajı için gereken cihaz ve donanım bu laboratuvardan karģılanacaktır. Aynı zamandan sistemin testi de Sayısal ĠĢaret ĠĢleme Laboratuvarında olacaktır. 17
3.5. Malzeme/Teçhizat Olanakları Projenin gerçekleģtirilmesi için gereken araç-gereç Sayısal ĠĢaret ĠĢleme Laboratuvarından temin edileceği için Tablo 5 de yalnızca kullanılacak malazemeler için tahmini bütçe oluģturulmuģtur. Tabloda verilen malzemeler Yıldırım Elektronik aracılığı ile Farnell den satın alınabilir. Tablo 5. Proje için gereken malzeme listesi Miktar Fiyat Tutar Malzeme (adet) (TL) (TL) 8BIT FLASH MCU, SMD, 16F887, 5 15 75 XTAL, 4.000MHZ, 18PF, SMD, HC-49S 6 1,5 9 XTAL, 8.000MHZ, 18PF, SMD, HC-49S 6 1,5 9 XTAL, 12.000MHZ, 18PF, SMD, HC-49S 6 1,5 9 XTAL, 16.000MHZ, 18PF, SMD, HC-49S 6 1,5 9 XTAL, 20.000MHZ, 18PF, SMD, HC-49S 6 1,5 9 IC, V REG +5.0V, D2PAK-3, 7805 10 3 30 RESISTOR, 1206 100R 250 0,048 12 RESISTOR, 1206 330R 250 0,033 8 RESISTOR, 1206 470R 250 0,033 8 RESISTOR, 1KR, 250MW, 1% 250 0,044 11 RESISTOR, 10KR, 1%, 0.25W 250 0,044 11 CAPACITOR, 1206, 10 NF, 100V, X7R 30 0,43 13 CAPACITOR, 1206, NP0, 200V, 22PF 100 0,15 15 CAPACITOR CERAMIC 1000PF 200V, 100 0,06 6 MLCC, 1206, X7R, 50V, 10NF 100 0,07 7 MLCC, 1206, X7R, 50V, 100NF 100 0,07 7 MLCC, 1206, Y5V, 50V, 1UF 100 0,12 12 CAPACITOR CERAMIC, 10UF, 25V, Y5V, 100 0,18 18 CAPACITOR CERAMIC 100UF, 6.3V, 10 1,7 17 Genel Toplam (TL) 295 18
4. DENEYSEL ÇALIġMALAR Bu çalıģmada birbiri ile lazerle ve kızılötesi ile haberleģebilen bir sistemin tasarımı ve üretimi gerçekleģtirilmiģtir. Sistem verici modülü ve alıcı modülü olmak üzer iki birimden oluģmaktadır. 4.1. Verici Modülü Verici modülü ġekil 3 de görülmektedir. Ana kart ve arayüz devresi olmak üzere iki temel bileģenden oluģmaktadır. ġekil 3. Verici modülü 4.1.1. Ana Kart Verici ünitesinin temel bileģeni olup, Ģu bileģenlerden oluģmaktadır: 19
Güç birimi Mikrodenetleyici Ekran TuĢ takımı Bu bileģenleri kısaca açıklarsak; Güç birimi: Verici modül üzerindeki elemanlar için gerekli olan 5 voltu 9 voltluk batarya geriliminden elde eder. Mikrodenetleyici: Verici modül üzerindeki birimlerin kontrolünü ve uygulama yazılımını çalıģtırılmasını sağlar. Ekran: Kullanıcı bilgilendirmek için kullanılmıģtır. Ġki satır 16 sütün tek renk paralel LCD dir. TuĢ takımı: Kullanıcının sisteme bilgi giriģi yapmasını sağlayan dört adet basmalı anahtar ve çevre elemanlarında oluģmaktadır. ġekil 4 de ana kart, ġekil 5 de ana kartın Ģematik çizimi ve ġekil 6 da de ana kartın baskı devre çizimi görülmektedir. ġekil 4. Ana kart 20
ġekil 5. Ana kartın Ģematik çizimi ġekil 6. Ana kartın baskı devre çizimi 21
4.1.2. Verici Arayüz Kartı Lazerle haberleģmeyi sağlayan lazer vericisi ve kızıl ötesi haberleģmeyi sağlayan kızıl ötesi vericiden oluģmaktadır. ġekil 7 de verici arayüz kartı, ġekil 8 de Ģematik çizimi ve ġekil 9 da da baskı devre çizimi görülmektedir. ġekil 7. Verici arayüz kartı ġekil 8. Verici arayüz kartının Ģematik çizimi ġekil 9. Verici arayüz kartının baskı devre çizimi 22
4.2. Alıcı Modülü Alıcı modülü ġekil 10 da görülmektedir. Yapısı verici modülüne benzemekte olup bir ana kart ve bir alıcı arayüz devresinden oluģmaktadır. Ana Kart: ġekil 11 da görülmektedir. Yapısı verici modülündeki ana kart ile aynıdır. Fakat uygulama yazılımları farklıdır. Verici ve alıcı modüllerindeki ana kartlar donanım olarak aynı ancak yazılım olarak baģkadır. Alıcı Arayüz Kartı: Bir adet lazer alıcı ve bir adet kızıl ötesi alıcıdan oluģmaktadır. ġekil 12 de alıcı modülü, ġekil 13 de Ģematik çizimi ve ġekil 14 de de baskı devre çizimi görülmektedir. ġekil 10. Alıcı modülü ġekil 11 Alıcı modülünde bulunan ana kart 23
ġekil 12. Alıcı arayüz devresi ġekil 13. Alıcı arayüz devresinin Ģematik çizimi ġekil 14. Alıcı arayüz devresinin baskı devre çizimi 24
Sistemin gerçekleģtirilmesinde lazerle haberleģme kısmında sorun yaģanmamıģtır. Ancak kızıl ötesi haberleģme baģlangıçta sağlanamamıģ ancak arayüz devresi üzerinde yapılan güncellemeler ile bağlantı kurulmuģtur. Sistem 5 voltta çalıģtığı için insan sağlığı için risk taģımamaktadır. Ancak lazer verici göz sağlığı için risk teģkil etmektedir ve koruyucu gözlük kullanılmalıdır. 25
5. SONUÇLAR Bu çalıģmada biri verici biri de alıcı olmak üzere iki modül tasarlanmıģ, gerçekleģtirilmiģ ve test edilmiģtir. Verici ve alıcı modülleri arasında lazerle veya kızılötesi olarak bilgi iletimi yapılabilmektedir. Bu haberleģme RS232 standardına göre gerçekleģtirilmiģtir. Sistem testi sonunda elde edilen veriler Tablo 6 ve Tablo 7 de özetlenmiģtir. Tablo 6. Asenkron veri paketi formatı testi Data EĢitlik Dur HaberleĢme Testi Sonucu (bit) (bit) (bit) Lazer Kızılötesi 5 yok 1 BaĢarılı BaĢarılı 5 yok 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 5 yok 2 BaĢarılı BaĢarılı 6 yok 1 BaĢarılı BaĢarılı 6 tek 1 BaĢarılı BaĢarılı 6 çift 1 BaĢarılı BaĢarılı 7 yok 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 7 tek 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 7 çift 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 8 yok 1 BaĢarılı BaĢarılı 8 tek 1 BaĢarılı BaĢarılı 8 çift 1 BaĢarılı BaĢarılı 8 yok 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 8 tek 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 8 çift 1,5 BaĢarılı BaĢarılı 8 yok 2 BaĢarılı BaĢarılı 8 tek 2 BaĢarılı BaĢarılı 8 çift 2 BaĢarılı BaĢarılı 26
Tablo 7. Sekiz veri biti, eģitlik biti yok ve bir durma biti için veri hızı testi Veri Hızı HaberleĢme Testi Sonucu (bps) Lazer Kızılötesi 110 BaĢarılı BaĢarılı 150 BaĢarılı BaĢarılı 300 BaĢarılı BaĢarılı 1200 BaĢarılı BaĢarılı 2400 BaĢarılı BaĢarısız 4800 BaĢarısız BaĢarısız 9600 BaĢarısız BaĢarısız 27
6. YORUMLAR ve DEĞERLENDĠRME Bu çalıģmada lazer ve kızıl ötesi ile haberleģebilen bir sistem gerçekleģtirilmiģtir. Sistem tasarlanırken kullanım kolaylığı ve düģük maliyet göz önüne alınmıģtır. Aynı zamanda sağlık açısından gerekli önlemler alınmıģtır. Sistemin tasarımından üretimine kadar olan süreçte etik kurallara uyulmuģtur. GerçekleĢtirilen sistem tek yönlü haberleģme yapmaktadır. Arayüz devrelerinde ve uygulama yazılımlarında yapılacak küçük değiģikliklerle çift yönlü haberleģme yapılabilir. Daha güçlü lazer verici kullanılarak haberleģme mesafesi arttırılabilir. GeliĢmiĢ kızıl ötesi alıcı veri çiftleri ile veri hızı ve haberleģme mesafesi arttırılabilir. 28
KAYNAKLAR [1] K. Carter ve M. Muccio. (2003) Laser Communication System. Online], EriĢilebilir: https://courses.cit.cornell.edu/ee476/finalprojects/s2003/kmc29 /index.htm [2] Analog ve Sayısal Haberleşme, Milli Eğitim Bakanlığı, 2007. 29