modül değerlendirme - Ekitap Arşivi Dijital Bilgi Kaynağınız

T.C.
MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI
MEGEP
(MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN
GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ)
BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ
DA-AD DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
ANKARA 2007
Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;

Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı
Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında
kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim
programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik
geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır).

Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye
rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış,
denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve
Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır.

Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği
kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve
yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir.

Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki
yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden
ulaşılabilirler.

Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak
dağıtılır.

Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında
satılamaz.
İÇİNDEKİLER
AÇIKLAMALAR ....................................................................................................................ii
GİRİŞ ....................................................................................................................................... 1
ÖĞRENME FAALİYETİ–1 .................................................................................................... 3
1. DİJİTAL – ANOLOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (DAC, DİGİTAL - ANOLOG
CONVERTER)......................................................................................................................... 3
1.1. DAC .............................................................................................................................. 4
1.2. Kavramlar ..................................................................................................................... 4
1.2.1. LSB........................................................................................................................ 4
1.2.2. MSB....................................................................................................................... 5
1.2.3. Tam Skala (Full scala) ........................................................................................... 5
1.2.4. Çözünürlük (Resolution) ....................................................................................... 5
1.2.5. Giriş-Çıkış İlişkisi.................................................................................................. 6
1.3. Çalışma Prensibi ........................................................................................................... 6
1.3.1. R-2R Merdiven Tip DAC ...................................................................................... 7
1.3.2. Ağırlık Dirençli Tip DAC...................................................................................... 8
1.4. DAC Entegreleri ........................................................................................................... 8
1.4.1. DAC 0800.............................................................................................................. 8
1.4.2. MC1408 ................................................................................................................. 9
1.4.3. ZN425E ............................................................................................................... 10
1.5. Mikroişlemci Uyumlu DAC’ler .................................................................................. 11
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 13
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 16
ÖĞRENME FAALİYETİ–2 .................................................................................................. 17
2. ANOLOG - DİJİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (ADC, ANOLOG - DİGİTAL
CONVERTER)....................................................................................................................... 17
2.1. ADC ............................................................................................................................ 17
2.2. Çalışma prensibi.......................................................................................................... 18
2.2.1. Paralel Tip ADC .................................................................................................. 18
2.2.2. Sayma Metotlu ADC ........................................................................................... 20
2.3. ADC Entegreleri ......................................................................................................... 21
2.3.1. ZN425E ............................................................................................................... 21
2.3.2. ADC0800............................................................................................................. 22
2.3.3. ADC0804............................................................................................................. 22
2.4. Mikroişlemci Uyumlu ADC’ler .................................................................................. 23
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 25
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 27
MODÜL DEĞERLENDİRME .............................................................................................. 28
CEVAP ANAHTARLARI ..................................................................................................... 29
ÖNERİLEN KAYNAKLAR.................................................................................................. 30
KAYNAKÇA ......................................................................................................................... 31
i
AÇIKLAMALAR
AÇIKLAMALAR
KOD
ALAN
523EO0189
Bilişim Teknolojileri
DAL/MESLEK
Bilgisayar Teknik Servisi
MODÜLÜN ADI
MODÜLÜN TANIMI
DA-AD Dönüştürücüler
D-A ve A-C çeviricilerin anlatıldığı bir öğrenme
materyalidir.
40/24
SÜRE
ÖN KOŞUL
YETERLİK
MODÜLÜN AMACI
Dönüştürme uygulamaları yapmak
Genel Amaç
Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, bilgisayar ile
kontrol edilebilecek devrelerin yapımında kullanılan
elektronik malzemelerin çalışma mantığını bilerek, gerekli
olduğunda bu tip devreler gerçekleştirebileceksiniz. Bu
elemanların
montaj
ve
demontaj
işlemlerini
gerçekleştirebileceksiniz.
Amaçlar
 Dijital – Anolog dönüştürme uygulamalarını
gerçekleştirebileceksiniz
 Anolog - Dijital dönüştürme uygulamalarını
gerçekleştirebileceksiniz.
EĞİTİM ÖĞRETİM
ORTAMLARI VE
DONANIMLARI
ÖLÇME VE
DEĞERLENDİRME
Opamp(741) , çeşitli dirençler, 74148 kodlayıcı,DAC
0800, MC1408L, ZN425E, ADC0800, DC0804 entegreleri ile
Sinyal jenarötörü, lojik analizör, avometre, ayarlı güç kaynağı
Modülün içinde yer alan her öğrenme faaliyetinden
sonra, verilen ölçme araçlarıyla kazandığınız bilgileri ölçerek
kendinizi değerlendireceksiniz.
Öğretmen, modül sonunda size ölçme aracı ( test,
çoktan seçmeli, doğru yanlış vb.) uygulayarak modül
uygulamaları
ile
kazandığınız
bilgileri
ölçerek
değerlendirecektir.
ii
GİRİŞ
GİRİŞ
Sevgili Öğrenci,
Endüstriyel ortamda kullanılan devreler genel olarak analog ve dijital olmak üzere iki
farklı gurupta sınıflandırılabilir. Anolog ve dijital devrelerin bir arada çalışması gerekli
olduğunda gerilim dağılımı ve çalışma özellikleri çok farklı olan bu iki grup devre arasında
sinyalleşmede dönüştürme yapmak gerekir. Bu modül içinde, dijital bilgileri analog bilgilere
ve analog bilgileri dijital bilgilere çevirme işlemi yapan DAC ve ADC’ler hakkında bilgiler
edineceksiniz.
1
2
ÖĞRENME FAALİYETİ–1
ÖĞRENME FAALİYETİ–1
AMAÇ
Dijital – anolog dönüştürme uygulamalarını gerçekleştirebileceksiniz.
ARAŞTIRMA
Bu faaliyet öncesinde yapmanız gereken öncelikli araştırmalar şunlardır:

Elektronikte niçin D-A çeviricilere ihtiyaç duymaktayız?

D-A çeviricilerin kullanım alanlarını, ne amaçla ve ne şekilde kullanıldığını
araştırınız.
1. DİJİTAL–ANOLOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
(DAC, DİGİTAL - ANOLOG CONVERTER)
Bilgisayar ve dijital sistemler lojik değerler olan 1 ve 0 değerleri ile çalışır. İkilik
sistemin basamakları olan bu değerler analog sistemler için anlamlı değildir. Ayrıca dijital
değerlerin insanlar için daha anlamlı olan analog değerlere çevrilmesi gerekir.Örnek vermek
gerekirse bilgisayarımızda sakladığımız MP3 formatındaki ses dosyaları dijital verilerden
oluşur.Bu dosyaları dinlemek istediğimizde bilgisayar sistemimize bağlı olan bir ses kartına
ve ona bağlı olan bir hoparlör sistemine gereksinim duyarız.Bu örnekte ses kartının yaptığı
işlem sabit sürücülerimizde saklı olan MP3 dosyasındaki dijital verileri (çok sayıda lojik 1 ve
0 değerleri) hoparlör üzerinde sese çevrilecek olan analog değerlere çevirmesidir. MP3
dosyasından faklı dizilimlerde gelen lojik değerler ses kartında farklı değerlerdeki
gerilimlere çevrilecek ve bu gerilim değerleri ise hoparlör üzerinde farklı seslere
dönüştürülerek kulağımıza ulaşacaktır.
Şekil 1.1: Dijital verinin ses kartı ile analog veriye çevrimi
3
1.1. DAC
1 ve 0 gibi dijital bilgileri giriş olarak alan ve çıkışında giriş değerlerindeki değişime
göre farklı değerlerde akım veya gerilim üreten devrelere veya entegrelere dijital analog
çevriciler ve bu dönüştürme işlemine de dijitalden analoga çevirme işlemi adı verilir. dijital
analog çeviriciler kısaca DAC olarak da adlandırılır.
Dijital analog çevriciler giriş olarak birden fazla dijital değeri alabilir. Dijital giriş
değeri sayısı dijital analog çevricinin bağlı olduğu dijital devrenin çıkış sayısına eşittir.Bu
konuyu daha iyi anlamak için giriş bölümünde verilen ses kartı örneğini tekrar
inceleyelim.Ses kartı ana kart üzerinden bilgisayarın data yoluna bağlıdır.Dolayısı ile ses
kartı analog sinyale dönüştürmek üzere kullanacağı dijital değerleri sistem data yolundan
alır. Bilgisayarımızın data yolu 32 veya 64 bit olabilir. Dolayısı ile ses kartı MP3
dosyasından her seferde 32 veya 64 bitlik dijital veriyi alarak analog veriye çevirecektir.
Sonuç olarak bu bit’lerin her birinin bağımsız olarak 1 veya 0 olması dönüşüm sonucunda
elde edilecek analog sinyalin akım veya geriliminde değişime yol açar. Böylece biz de
hoparlörden farklı tonlarda sesler duyarız. Sonuç olarak girişe uygulanan dijital değerin bit
dizilimindeki değişimim çıkıştaki analog sinyalin değerini belirler.
1.2. Kavramlar
Dijital verilerin analog veriye çevrilmesinde analog çıkışın değerinin belirlenmesinde
etkili olan bazı esaslar ve kavramlar vardır. Çevrim işleminin daha iyi anlaşılması için bu
öncelikle bu kavramlar aşağıda açıklanmıştır.
1.2.1. LSB
Dijital değerlerin daha fazla anlam ifade etmesi için çok sayıda bitin bir arada
kullanılması gereklidir. Örneğin bir bit ile sadece iki farklı (1 ve 0) durum ifade edilirken iki
bit ile dört farklı durum ifade edilebilir (00, 01, 10 ve 11). Dijital devrelerinde daha fazla
çıkış durumu ifade etmek için çok sayıda çıkış biti vermesi olası bir durumdur.Ancak bitlerin
sayısı çoğalınca dijitalden analoga dönüşüm sırasında bir problem ortaya çıkmaktadır. Çok
sayıda giriş biti alan bir DAC bunları çıkışa analog değer olarak aktarırken bitlerin
ağırlıklarını (çıkış akım veya gerilimine etki oranını) neye göre belirleyecektir. Bu sorunun
çözümü sayı sistemlerinin doğal yapısında çözümlenmiştir. Giriş bitleri peş peşe dizilerek bir
ikilik sistemde rakam elde edilirse sağdan sola doğru basamakların değerleri de artmaktadır
ve artış oranı sayı sisteminin taban değerine göre üstel şekilde belirlenmektedir. Dolayısı ile
girişlerin sıralaması çıkışa etki oranını belirler.
Şekil 1.2: İkilik sayı sisteminde basamak değerleri
Binary(ikili) sayılar yazılırken en sağdaki basamağa en düşük değerlikli bit LSB
(Least Significant Bit-) olarak adlandırılır. Dönüşüm sırasında analog çıkış üzerindeki değer
değişimine en az etkili olan dijital değerdir.
4
1.2.2. MSB
Benzer şekilde en soldaki basamağa en yüksek değerlikli bit MSB (Most Significant
Bit) adı verilir. Dönüşüm sırasında analog çıkış üzerindeki değer değişimine en fazla etkili
olan dijital değerdir.
Şekil 1.3 LSB ve MSB
1.2.3. Tam Skala (Full scala)
Dijital analog çeviricilerde giriş olarak kullanılan bit’lerin hepsinin 1 olması
durumuna tam skala (Full sclala ya da FS) denir. Giriş olarak verilen tüm bit’ler
anlamlandırıldığı için çıkış voltajı veya akımı maksimum değerde olacaktır.
1.2.4. Çözünürlük (Resolution)
Dijital analog çeviricilerin giriş değerlerindeki değişime gösterdiği minimum değişime
çözünürlük (Resolution) ya da hassasiyet (sensitivity) denir. Çözünürlük değeri LSB olarak
kabul edilen bit’in 1, diğer giriş bit’lerinin 0 olduğu durumdaki çıkış gerilimine eşittir. Giriş
bit’lerinin değeri kademe kademe arttıkça çıkış voltajındaki artış çözünürlük kadar olacaktır.
Çözünürlük değeri ne kadar küçükse giriş bitlerindeki değişime karşılık gelen analog çıkış
değerindeki artışlar o kadar az olacak ve hassasiyet artacaktır. Çözünürlük değeri iki
değişkene bağlıdır. Tam skalaya karşılık gelen analog çıkış değeri ne kadar büyükse
çözünürlük de o kadar büyük olur. Ayrıca giriş bitlerinin sayısı ne kadar fazla ise çözünürlük
de artar. Burada dikkat edilecek nokta çözünürlüğün artması demek sayısal değerinin
azalması anlamına gelmektedir.
Çözünürlük değerinin matematiksel formülü şöyledir.
Çözünürlük = 1 / 2 Giriş bit sayısı
Çözünürlük Voltajı = Maksimum Çıkış voltajı * 1 / 2 Giriş bit sayısı
Örnek: Maksimum çıkış voltajı 10V olabilen bir bir DAC devresinde 4 adet dijital
giriş varsa çözünürlük nedir?
Çözünürlük = 1 / 2 Giriş bit sayısı = 1 / 2 4 = 1/16 = 0,0625 başka bir değişle % 6,25’dir.
Çözünürlük Voltajı = Maksimum Çıkış voltajı * 1 / 2 Giriş bit sayısı = 10*0,0625=0,625 V
Örnek deki DAC devresinin çıkışı 0,046 V katları şeklinde değişecektir.
5
1.2.5. Giriş-Çıkış İlişkisi
Giriş bit’lerindeki değişim çıkış voltajındaki değişim olarak gözlenmektedir. LSB’den
MSB ‘ye doğru bit’lerdeki ağırlık değeri artacağından çıkış voltajı üzerindeki etkisi de
artacaktır. Birim artış çözünürlük değerine eşittir.Aşağıdaki şekilde yukarda örnekde verilen
DAC devresinin giriş-çıkış ilişkisi gösterilmiştir.
Şekil 1.4: Giriş-çıkış ilişkisi
1.3. Çalışma Prensibi
Dijital değerlerin analog değerlere dönüştürülmesinde kullanılan temel eleman
işlemsel yükselteçlerdir. Dijital analog çeviricilerin çalışma prensiplerini anlayabilmek için
işlemsel yükselteçlerin çalışması hakkında bilgi sahibi olmak gereklidir. İşlemsel
yükselteçler, girişine uygulanan gerilim değerini yine giriş ve çıkışına bağlanan dirençlerle
belirlenen bir oranla çıkışa aktaran devre elemanıdır. Giriş değerinin çıkışa etki oranının
belirlenebilmesi sayesinde girişi oluşturan dijital değerlerin çıkışa aktarılma oranı
belirlenebilmektedir. İşlemsel yükselteçler elektronik alanında çok farklı amaçlarla
kullanılabilmektedir. DAC devrelerinde toplayıcı olarak kullanılabilme özelliğinden
faydalanır. Giriş bitlerinin çıkışa etki oranı dirençler ile belirlenerek yükseltilmiş bir analog
çıkış elde edilebilir.
6
Şekil 1.5: İşlemsel yükselteç
Şekil 1.5 te verilen toplayıcı devresinde Vg1,Vg2 ve Vg3 gerilimleri önlerine konulan
dirençlerin büyüklüğü ile ters orantılı olarak çıkışa aktarılırlar. Ayrıca giriş gerilimi çıkışa
aktarılırken R1,R2 ve R3 dirençlerinin eş değeri ile Rf direncinin oranına göre yükseltilerek
aktarılır.
1.3.1. R-2R Merdiven Tip DAC
Bu devrede dirençlerin değerlerinin R-2R olarak sıralanması ve çıkış dalga şeklinin
merdiven basamağı şeklinde artması sebebiyle bu tip çeviriciler R-2R merdiven tipi D/A
çevirici adını alır. Şekil 1,6’da verilen R-2R merdiven tip DAC devresinde X ile gösterilmiş
düğüme A,B,C ve D ile gösterilmiş dijital girişlerin etkileri farklıdır. Önünde çok direnç
değeri olan dijital giriş X noktasına daha az akım ulaştıracaktır ve bunun sonucu olarak da
çıkıştaki etkisi daha az olacaktır.
D en değerliksiz bit (LSB) olup devrenin çözünürlüğünü belirler. Referans geriliminin
16’da 1’i kadar çıkışı etkiler. Her bir basamak değeri D’nin etkilediği değer kadar artar. A
ise en değerlikli bit (MSB) olup çıkışa tam skala değerinin yarısı olarak etki eder.
Şekil 1.6: R-2R merdiven tip DAC
7
1.3.2. Ağırlık Dirençli Tip DAC
Şekil 1.7: Ağırlık dirençli tip DAC
Bu devrede dirençlerin değerlerinin ağırlık dirençli olarak sıralanması dijital girişlerin
önüne koyulan dirençlerin, dijital girişin çıkışa yansıtılma oranını ile ters orantılı bir şekilde
belirlenmesinden kaynaklanır. Dirençler arasındaki oran belirlenirken 2’nin katları şeklinde
gidilmesi gereklidir. Şekil 1.7 de verilen ağırlık dirençli tip DAC X ile gösterilmiş düğüme
A,B,C ve D ile gösterilmiş dijital girişlerin etkileri farklıdır. Önünde yüksek direnç değeri
olan dijital giriş X noktasına daha az akım ulaştıracaktır ve bunun sonucu olarak da çıkıştaki
etkisi daha az olacaktır.
D en değerliksiz bit (LSB) olup devrenin çözünürlüğünü belirler. Referans geriliminin
16’da 1’i kadar çıkışı etkiler. Her bir basamak değeri D’nin etkilediği değer kadar artar. A
ise en değerlikli bit (MSB) olup çıkışa tam skala değerinin yarısı olarak etki eder.
1.4. DAC Entegreleri
1.4.1. DAC 0800
DAC0800 entegresi yüksek hızda çalışan 8 bit dijital veriyi analog veriye çevren bir
entegre devredir. Simetrik bir güç kaynağı ile beslenmelidir. Referans geriliminin 40’da 1’i
kadar çıkışı etkiler.
8
Şekil 1.8 :DAC 0800 entegresini yapısı ve devresi
1.4.2. MC1408
Çok popüler ve ucuz bir entegre devre D-A çevirici MC1408 veya eş değeri olan
DAC0808 ‘dir. MC1408 standart 16 bacaklı DIP paket olarak gelir ve +5V ’luk Vcc ile
minimum -5V, maximum -15V ‘luk VEE gerilimi gerektirir. MC1408’de, bir R/2R merdiven
tipi D/A çevirici, akım yükseltecinden gelen referans akımını, 8 ikilik ağırlıklı akıma böler.
Bipolar transistör anahtarlar (A1-A8), girişlerindeki ikilik bilgiye göre ikilik ağırlıklı
akımları çıkış hattına bağlar. En yüksek değerlikli biti taşıyan girişin A1, en düşük değerlikli
taşıyan girişin A8 ile gösterilmiştir. MSB ve LSB etiketlendirilmeleri normal
etiketlendirilmenin tersinedir. Bu nedenle kullanılacak bir entegrenin veri sayfası dikkatle
incelenmelidir. Şekil 1.9 MC1408’in blok diyagramını, bacak bağlantısını ve tipik
uygulamasını göstermektedir. MC1408’in bir işlemsel yükselteç (op-amp) ve bir dirençle
gerilime çevrilebilen akım çıkış vardır. Bu gerilim yine Şekil 1.9 da verilen formülden
hesaplanabilir;
9
Şekil 1.9: MC1408 entegresini yapısı ve devresi
1.4.3. ZN425E
ZN 425E entegresi hem analog dijital hem de dijital analog çevrim için kullanılabilen
bir entegredir. Entegre 8 nu lı ayağından uygulanan 5V gerilimle çalışır.8 bit dijital girişe
sahiptir.Kendi ürettiği 2.5V referans gerilimine sahiptir.Dijital analog çevrimi sırasında
clock palsine gerek duymaz.Analog dijital çevirici olarak çalıştığında 4 nu lu ayağından
clock palsi verilir ve içindeki 8 bit’lik sayıcı devreye girer.Sayıcı 3 nu lu bacaktan
resetlenebilir.2 nu lı bacak ise entegrenin çalışma modunu ayarlamak için kullanılır.
10
Şekil 1.10: ZN425E entegresini yapısı ve devresi
1.5. Mikroişlemci Uyumlu DAC’ler
Mikroişlemciler dijital veri ile çalışan elemanlardır. Mikroişlemcilerin çalışması
sırasında data yolu adı verilen bir gurup iletken hat üzerinde sürekli dijital veri akışı
olmaktadır.Bu veriyi mikroişlemci dışında bir analog devrede değerlendirmek istersek bir
dijital analog dönüştürücü kullanmalıdır.Ancak yukarda anlatılan devreler ve entegrelerin
mikroişlemciler ile uyumlu çalışması mümkün değildir.Mikroişlemciler ürettiği kontrol
sinyalleri sayesinde çevre birimlerinin çalışmalarını idare edebilirler.Bu nedenle
mikroişlemciler ile uyumlu olan dijital analog dönüştürücülerin mikroişlemciden gelen data
hatlarının yanında kontrol hatalarından da giriş kabul etmesi gerekmektedir.Bu amaçla
üretilmiş dijital analog dönüştürücülere mikroişlemci uyumlu DAC adı verilir.
Mikroişlemcilerin data ve kontrol hatlarının sayısı değişkendir. Bu nedenle mikroişlemci
uyumlu DAC entegreleri belirli bir mikroişlemci ile uyumlu olacak şekilde üretilir.Bu
uyumun anlamı çalışma hızı,data hattı sayısı denkliği ve kontrol sinyalleri ile DAC
entegresinin kontrol edilebilmesi olarak özetlenebilir.Şekil 1.11’de 68808, 6502 ve 8086
mikroişlemcileri uyumlu DAC’ leri ve bağlantıları gösterilmiştir.
11
Şekil 1.11: Mikroişlemci uyumlu DAC’ler
12
UYGULAMA
UYGULAMAFAALİYETİ
FAALİYETİ
İşlem Basamakları
Öneriler
R-2R DAC Yapımı
1.
Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını
temin ediniz.
1. Yan keski vb.
aletleri
kullanırken
iş
kazalarına dikkat
edin.
2. Elemanların
delikli pertinaks
üzerinde
lehimlerken
yüksek ısıdan
koruyunuz.
2.
Devreyi delikli pertinaks üzerine kurunuz ve lehimleme işlemini
yapınız.
3.
Devrenin 8 bit dijital girişlerini değiştirerek çıkışında elde edilen
gerilimi ölçünüz ve elde ettiğiniz tabloyu öğretmenizle tartışınız.
13
Paralel Tip DAC
1.
Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını
temin ediniz.
2.
R birim direnç yerine 1 KΩ ve Rf dirençi yerine de 1 KΩ
değerlerini koyarak devreyi kurunuz. Giriş gerilimi olan V yerine
5 volt vererek devreyi çalıştırınız.
3.
A,B,C ve D ile gösterilen anahtarlar açıksa lojik 0 kapalı ise lojik
1 girişini temsil eder. Aşağıda verilen tabloyu anahtarların
konumlarını değiştirerek doldurunuz. V out değişimini
gözlemleyiniz.
A
0 (kapalı)
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
B
0 (kapalı)
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
C
0 (kapalı)
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
D
0 (kapalı)
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
14
V OUT
1. Yan keski vb.
aletleri
kullanırken
iş
kazalarına dikkat
edin.
DAC 0800 Entegre Devresi
1.
Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını
temin ediniz.
2.
B harfi ile başlayan ve giriş bitinin numarası ile devam eden
dijital girişlere her birine 0 veya +5V uygulayarak V out
gerilimindeki değişimi defterinize not ediniz. Elde edilen
sonuçları arkadaşlarınız ile tartışınız.
MC1408 Entegre Devresi
1.
Aşağıda devre şemasında verilen elektronik devre elemanlarını
temin ediniz.
2.
Devrede verilen tüm dirençler yerine 470 Ω ve V ref gerilimine
de +5V vererek devreyi breadboard üzerine kurun. Sayısal
girişleri değiştirerek Vout’ daki değişimi defterinize yazın. Elde
edilen sonuçları arkadaşlarınızla tartışın.
15
ÖLÇME
ÖLÇMEVE
VEDEĞERLENDİRME
DEĞERLENDİRME
A. OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)
NOT: Öğretmeninizin vereceği ilave uyarıları öneriler kısmına not ediniz
Bu faaliyet kapsamında kazandığınız bilgileri aşağıdaki sorulara Doğru-Yanlış
şeklinde cevap vererek ölçünüz.
1.
Bilgisayar sistemindeki dijital veriler hoparlör veya crt monitör gibi aygıtlarda
kullanılmak istenirse analog veriye çevrilmelidir.(………….)
2.
Dijital analog çeviriciler dijital verileri giriş olarak kabul ederler(…………….)
3.
Dijital değerlerin daha fazla anlam ifade etmesi için çok sayıda bitin bir arada
kullanılması gereklidir.(………….)
4.
Binary(ikili) sayılar yazılırken en sağdaki basamağa en düşük değerlikli bit LSB
(Least Significant Bit-) olarak adlandırılır.(………….)
5.
Dijital verinin ortasındaki basamağa en yüksek değerlikli bit MSB (Most Significant
Bit) adı verilir.(………….)
6.
Bir DAC’da giriş bitlerindeki
gözlenmektedir.(……….)
7.
Dijital analog çeviricilerin giriş değerlerindeki değişime gösterdiği minimum değişime
çözünürlük (Resolution) ya da hassasiyet (sensitivity) denir.(………..)
8.
R-2R merdiven tipi D/A çeviriciler opamp elemanın gerilim karşılaştırma
özelliğini kullanır.(…………)
9.
DAC0800 entegresi yüksek hızda çalışan 8 bit dijital veriyi analog veriye çeviren bir
entegredir.(…………..)
10.
ZN 425E entegresi sadece analog dijital çevrime için kullanılabilen bir
entegredir.(…………)
değişim
çıkış
voltajındaki
değişim
olarak
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrar
tekrarlayınız
Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz.
16
ÖĞRENME FAALİYETİ–2
ÖĞRENME FAALİYETİ–2
AMAÇ
Anolog - dijital dönüştürme uygulamalarını gerçekleştirebilecektir
ARAŞTIRMA
Bu faaliyet öncesinde yapmanız gereken öncelikli araştırmalar şunlardır:

Elektronikte niçin A-D çeviricilere ihtiyaç duymaktayız?

A-D çeviricilerin kullanım alanlarını, ne amaçla ve ne şekilde kullanıldığını
araştırınız.
2. ANOLOG - DİJİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
(ADC, ANOLOG - DİGİTAL CONVERTER)
Bilgisayar ve dijital sistemler lojik değerler olan 1 ve 0 ile çalışırlar. İkilik sistemin
basamakları olan bu değerler analog sistemler için anlamlı değildir.Analog devreler geniş bir
gerilim bandında çıkış verebilirler.Bu konuyu şu örnekle açıklayalım.Elektronik terazi veya
termometre gibi cihazlar ortamdaki fiziksel değişikliği sensörleri ile algılar.Sensör
bulunduran bir analog devre ortamdaki ölçülmekte değişime çıkış gerilimindeki veya
akımındaki değer değişimi ile tepki verir.Ancak bu değerler bir ölçü aleti kullanmıyorsak
bizler için anlamlı değildir.Ölçülen sıcaklığın veya ağırlığın insanlar için anlamlı olan sayı
sistemleri ile ifade edilmesi gerekir.Örneğin 60 kg veya 35 derece gibi.Bu noktada da
devreye giren A-D çevriciler sayesinde sensörlerden gelen analog sinyalleri önce ikilik sayı
sisteminin rakamları ile
ifade edilen dijital veriye çevrilir.Bu aşamadan sonra dijital
devreler kodlayıcı ve display devrelerden geçerek insanlar için daha anlamlı olan onluk sayı
sistemine çevrilebilir.Bu öğrenme faaliyeti ile bir analog devrenin çıkışını dijital bir devreye
giriş olarak bağlayabilmek için kullanılan A-D çevricileri öğreneceksiniz.
2.1. ADC
Basınç, sıcaklık veya ışık şiddeti gibi ortam değişikliklerini ölçen sensörler akım veya
gerilim büyüklüklerini çıkışlarında genellikle analog olarak verirler. Bilgisayar sistemleri ve
diğer dijital devreler ise bu değerleri kullanamazlar.
Akım ve gerilim gibi analog sinyallerin dijital sinyallere dönüştürme işlemine yapan
devrelere de analog-dijital çevirici kısaca ADC denir.
17
2.2. Çalışma prensibi
Bir analog sinyal dijital sinyale çevrilirken belirlenen zaman dilimlerinde örnekleme
yapılmalıdır. Bir referans gerilimi baz alınarak örneklenen her giriş gerilimine karşılık gelen
bir dijital değer belirlenir. Analog işaretlerin dijitale dönüştürülmesi, örnekleme,
basamaklama ve kodlama olmak üzere üç aşamada yapılır.
Şekil 2.1: ADC’lerin çalışma prensibi
Analog sinyaller zaman ve genlik olarak sürekli sinyallerdir. Bunları dijitalleştirmek
için önce belli aralıklarda örnekler alınması gerekir. Örnekleme sıklığı uygun seçilmesi
gerekir.
Şekil 2.2: Analog sinyal örneklemesi ve basamaklanması
Alınan örnekler genlikleri herhangi bir değerde olabilir. Buna karşılık işaretin dijitale
çevrilebilmesi için kullanılacak seviye sayısının sınırlı olması gerekir. Bu sayı, her bir örnek
için kullanılacak kod uzunluğu ya da bit sayısı tarafından belirlenir.
Örnek olarak 8-bit’lik bir kodlama yapılacaksa 28 = 256 seviye, 3-bit’lik bir kodlama
yapılacaksa sadece 23 = 8 seviye kullanılabilir. Seviye veya basamak sayısının artması
dönüşüm kalitesini belirler. Daha iyi kalite için daha çok bit ve daha çok basamak kullanmak
gerekir.
Örnekleme yolu ile çevirmede karşılaşılan sorun belirli bir analog değer aralığına bir
dijital değerin karşılık gelmesidir. Örnekle açıklamak gerekirse 1.5 volt için 111 dijital
çıkışını veren bir çevirici 1.7 volt için de aynı çıkışı verebilir.
2.2.1. Paralel Tip ADC
Analog büyüklüklerin sayısal işaretlere dönüştürülmesinde kullanılan en kolay ve hızlı
çevirici paralel tip ADC çeviricidir. Paralel tip ADC’lerde opamplı karşılaştırıcı
kullanılmaktadır. Opamplı karşılaştırıcı devresinde opamp geri beslemesiz olarak kullanılır
ve opamp girişlerinden biri referans olarak kullanılır. Diğer girişin referanstan büyük ya da
küçük olmasına göre opamp çıkışı pozitif veya negatif bir değer alır. Opamplarda eviren(-)
giriş referans olarak kullanıldığında diğer girişe uygulanan gerilim referans gerilimden
büyük olursa çıkış gerilimi pozitif olacaktır.
18
Şekil 2.3: Ortamın ısı değişikliğini opamplı karşılaştırma yöntemi ile kontrol edilmesi
Şekil 1.3’te verilen devre ile opamplı karşılaştırmanın nasıl yapıldığını daha iyi
anlayalım. Devre öncelikle oda sıcaklığını referans alabilmek için 10k pot ile oynayarak
Led1’in yanık Led2’nin sönük konumda olamasını sağlayalım. Led1’in yanması için opamp
çıkışının negatif olması gerekir. Vg ile verilen giriş geriliminin Vref ile verilen referans
geriliminden küçük olması ile bu olay mümkün olacaktır.NTC ısı etkisine tutulursa direnci
düşecektir (odanın ısınması durumunda). NTC’nin direncinin düşmesi sonucunda Vg’nin
değeri yükselecek ve Vref ile belirtilen referans gerilimi aştığı anda opamp çıkışı pozitif
olacaktır Lad1 sönüp Led2 yanacaktır.
Şekil 1.3’te verilen devrenin çalışma mantığını kullanan çok sayıda karşılaştırıcı,
opamp paralel olarak ve her birinde basamaklı olarak artan referans gerilimi kullanıldığında
Paralel tip ADC elde edilir. Paralel tip ADC’de çevrilecek olan analog sinyal tüm
karşılaştırıcı girişlerine aynı anda paralel olarak uygulanır. Karşılaştırıcıların diğer girişlerine
ise referans gerilimi uygulanır. Şekil 2.4’te verilen paralel tip ADC de uygulanan referans
gerilimini 4 V olduğunu düşünürsek V3 noktasında 3 V, V2 noktasında 2 V ve V1
noktasında 1 V bulunmaktadır. Uygulanan analog gerilime bağlı olarak karşılaştırıcıların
çıkışları lojik 0 ya da 1( pozitif olması lojik 1 durumudur) durumunu alır. Bu çıkışlar bir
kodlayıcı devre ile ikili sayı sistemine çevrilerek dijital çıkışlar elde edilir.
19
Şekil 2.4: Paralel tip ADC
Şekil 1.4’te verilen devrede Vin gerilimi 2.25 volt olursa 2 ve 3 numaralı opamplara
uygulanan referans geriliminde büyük olacağında bu opampların çıkışı pozitif olacaktır.2.25
volt gerilim 3 numaralı opampın çıkışını pozitif yapmaya yetmeyecektir. Sırası ile A3 , A2 ,,
A1(011) lojik değerlerini alacaktır.Bu değerde kodlandığında (10) çıkışı elde edilecektir.
2.2.2. Sayma Metotlu ADC
A-D çevirimde kullanılan bir diğer yöntem lineer rampa kaynağı, karşılaştırıcı ve
sayıcılardan oluşmuş Sayma metotlu ADC çeviricilerdir. Lineer rampa kaynağı, değişmeyen
eğimli bir referans voltajının sağlanması için kullanılır.
Çevirimin başlangıcında sayıcı reset, rampa kaynağı çıkışı 0V yapılır. Karşılaştırıcının
+ girişine uygulanan analog giriş gerilimi, girişinden büyük olduğundan çıkış yükseğe
çekilecektir. Bu durumda rampa kaynağı tarafından rampa üretilmeye başlanacak sonra VE
kapısının çıkışında tetikleme sinyali görüleceğinden sayıcı sayma işlemine başlayacaktır. Bu
işlem rampa kaynağı tarafında üretilen rampa geriliminin, analog giriş geriliminden büyük
olmasına kadar devam edecektir. Böylece karşılaştırıcı çıkış alçağa çekilecek, VE kapısının
çıkışı lojik-0 olacak ve tetikleme sinyali gitmeyen sayıcı sayma işlemini bitirecektir. Kontrol
devresi tarafından yetkilenen mandallar sayıcı verilerini saklayacaktır.
20
Şekil 2.5: Sayma metotlu ADC
2.3. ADC Entegreleri
Analogdan dijitale çevirme işlemini yapan devreler entegre şeklinde piyasaya sürülür.
www.alldatasheet.com internet sayfasından da ihtiyacımıza uygun A-D çeviricileri
bulabiliriz. Bu A-D çeviricilerden bazıları şunlardır; ZN425E, ADC0800, ADC0804
2.3.1. ZN425E
Şekil 2.6: ZN425E A/D çevirici
Bu entegre analog dijital çevirici olarak çalıştığında 4 nu lı ayağından clock palsi
verilir ve içindeki 8 bitlik sayıcı devreye girer. Sayıcı 3 nu lı bacaktan resetlenebilir. 2 nu lu
21
bacak ise entegrenin çalışma modunu ayarlamak için kullanılır. Sayıcıyı resetlemek için 3
numaralı ayaktaki RST girişi 0 yapılır. Entegreyi A-D çevirici olarak kullanmak için 14
numaralı analog çıkış bir karşılaştırıcının eviren girişine bağlanır. Karşılaştırıcının
evirmeyen girişine ise ölçülecek analog gerilim uygulanır. Entegrenin daha detaylı
incelenmesi 1.4.3 konusunda yapılmıştır.
2.3.2. ADC0800
8 bit dijital çıkış veren bir ADC entegresidir.(-5V,5V) ile 10V arasında analog giriş
alır. Çıkışları 3 konumlu kilitli tampon üzerinden verilir.Giriş değişimine çıkışta tepki süresi
50 μs’dir.Clock girişine 50-800 kHz aralığında pals uygulanabilir. İç yapısında 256 paralel
direnç , analog anahtarlar, seçim ve kontrol devresi ,karşılaştırıcı ve 8 bit üç konumlu
tampon bulunur. Şekil 2.7’de bir analog girişin dijital karşılığını bulan devre şeması
verilmiştir.
Şekil 2.6: ADC0800 A/D çevirici Test Devresi
2.3.3. ADC0804
Analog dijital dönüştürücü olarak yaygın olarak kullanılan entegredir. Özellikleri
arasında 8-Bit çözünürlük, 100-ms dönüşüm süresi,135-ns erişim süresi, sıfırlama
gereksinimi yoktur, entegre içi saat üreteci (On-chip clock generator), tek 5 Volt’luk besleme
gereksinimi, 0Volt - 5Volt arası giriş gerilimi, TTL ve CMOS uyumlu mikroişlemci
kontrollü veya serbest çalışabilme, ardışıl yaklaşım tekniği ile dönüşüm sayılabilir.
ADC0804; 8 bit’lik, ardışıl yaklaşımlı, 256R merdiven tipi devre modelini kullanan
bir CMOS entegredir. 3 durumlu çıkış içeren ADC0804 entegresi, genel mikroişlemci veri
yollarını sürebilecek şekilde dizayn edilmiştir. Mikroişlemciler, ADC0804’ü hafızada bir yer
veya giriş-çıkış portu olarak görebilir. ADC0804’ün referans gerilimi, REF/2 bacağının açık
olması durumunda Vcc gerilimi ile analog toprak arasındaki gerilimdir. Ayrıca REF/2
22
bacağına bağlanacak analog aralık ayar devresi ile daha küçük gerilim değerleri de referans
gerilimi olarak seçilebilir. ADC0804, harici bir saat sinyali ile çalışabilir veya sadece ek bir
direnç ve kondansatör ile entegrenin iç saat üretecinin sağlayacağı saat sinyali ile çalışabilir.
ADC0804C entegresi, 00C ile +700C arasında çalışabilecek şekilde, karakterize edilmiştir.
ADC0804 entegresinde dijitale dönüştürülecek analog gerilim; 6 nu’lu bacak Vin(+) ve 7
nu’lu bacak Vin(-) diferansiyel girişlerinden uygulanmalıdır. Uygulanan gerilim 0 (sıfır)
veya negatif bir değer ise çıkışta alınacak değer 00000000’dır. Dijital ve analog topraklar
birbirlerine bağlanabilir, fakat paraziti en aza indirmek için iki bacak da ayrı ayrı
topraklanmalıdır. Şekil 2.7 de verilen devre ile bir sensörden elde edilen analog değerler
dijital değere çevrilmesinde kullanılan devre şeması verilmiştir.
Şekil 2.7: ADC0804 A/D çeviriciyle bir sensörden giriş alma devresi
2.4. Mikroişlemci Uyumlu ADC’ler
Mikroişlemciler dijital veri ile çalışan elemanlardır. Çalışma ortamından sensörler ile
ölçülen değerlerin mikroişlemci tarafından değerlendirilmesi için dijital değerlere çevrilmesi
gerekir. Ancak yukarıda anlatılan ADC devreleri ve bazı ADC entegrelerin mikroişlemciler
ile uyumlu çalışması mümkün değildir. Mikroişlemciler ürettiği kontrol sinyalleri sayesinde
çevre birimlerinin çalışmalarını idare edebilir. Bu nedenle mikroişlemciler ile uyumlu olan
A-D’ler mikroişlemcinin data hatlarına bağlandığı gibi kontrol hatalarından da giriş kabul
etmesi gerekmektedir. Bu amaçla üretilmiş A-D çevricilere mikroişlemci uyumlu ADC adı
verilir. Şekil 2.8’ de bir sensör üzerinden ADC0804 entegresi ile mikroişlemciye veri
aktarımı gösterilmiştir. Entegrenin 1,2,3 ve 5 numaralı bacakları mikroişlemci ile uyumlu
çalışmayı sağlamak 11-18 arası bacakları ise veri girişi için kullanılmıştır.
23
Şekil 2.8: ADC0804 A/D entegresinin mikroişlemci ile çalıştırılması
24
UYGULAMA
UYGULAMAFAALİYETİ
FAALİYETİ
İşlem Basamakları
Paralel Port Üzerinden ADC ile Veri Alma
1.
Aşağıda devre şeması üzerinde verilen elektronik elemanları temin
ediniz.
2.
Devreyi delikli pertinaks üzerine kurunuz.Max186A entegresinin CH
girişlerine çok sayıda sensör bağlayabilirsiniz.(Devrede 1 adet
bağlanmıştır.)
3.
Endüstriyel Kontrol 3 modülünde verilen Visual Basic programı
STATUS portundaki değer değişmesini takip eden program ile
devrenin çıkışlarını inceleyin.
25
Öneriler
1. Yankeski
vb.. aletleri
kullanırken
iş
kazalarına
dikkat edin.
2.
Elemanların
delikli
pertinaks
üzerinde
lehimlerken
yüksek
ısıdan
koruyunuz.
ADC8000 Entegre Devresi
1.
Aşağıda devre şeması üzerinde verilen elektronik elemanları temin
ediniz. Devreyi breadboard üzerine kurunuz.
2.
Devrede verilen iki pot ile oynayarak tam skala ve sıfır ayarlarını
yapınız.
3.
Analog girişe değişik gerilim değerleri vererek dijital çıkışları
defterinize yazın. Elde edilen sonuçları arkadaşlarınızla
değerlendiriniz.
ADC0804 Entegre Devresi
1.
Aşağıda devre şeması üzerinde verilen elektronik elemanları temin
ediniz.Devreyi breadboard üzerine kurunuz.
2.
Devrede gösterilen sensör yerine NTC veya PTC bağlayınız.
3.
Ortam ısındaki değişime karşılık Binary çıkışın değişimini defterinize
not edin. Elde edilen sonuçları arkadaşlarınızla tartışın.
NOT: Öğretmeninizin vereceği ilave uyarıları öneriler kısmına not ediniz
26
ÖLÇME
ÖLÇMEVE
VEDEĞERLENDİRME
DEĞERLENDİRME
A. OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)
Bu faaliyet kapsamında kazandığınız bilgileri aşağıdaki sorulara Doğru-Yanlış
şeklinde cevap vererek ölçünüz.
1.
A-D çevriciler sayesinde sensörlerden gelen analog sinyaller dijital verilere
çevrilebilir.(……….)
2.
Analog işaretlerin dijitale dönüştürülmesi örnekleme, basamaklama ve kodlama olmak
üzere üç aşamada yapılır.(…………)
3.
Örnekleme işlemi rastgele zaman aralıklarında yapılır.(………….)
4.
Örnekleme yolu ile A-D çevirme işleminin üstün yanı belirli bir analog değer
aralığına bir dijital değerin karşılık gelmesidir.(……………)
5.
Paralel tip ADC’lerde opamplı toplama devresi kullanılmaktadır.(………….)
6.
Sayma metotlu ADC rampa adı verilen referans gerilim kullanır.
7.
ADC0800 16 bit dijital çıkış veren bir ADC entegresidir.(………….)
8.
ADC0804 8 bit’lik, ardışıl yaklaşımlı, 256R merdiven tipi devre modelini kullanan bir
CMOS entegredir.(………….)
9.
ADC0804C entegresi yüksek sıcaklıklarda çalışmaya uygun değildir.(………….)
10.
Mikroişlemciler ile uyumlu olan A-D’ler mikroişlemcinin kontrol hatalarından da
giriş kabul etmesi gerekmektedir.(……….)
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrar
tekrarlayınız
Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz.
27
MODÜL DEĞERLENDİRME
MODÜL DEĞERLENDİRME
MODÜL YETERLİK ÖLÇME (PERFORMANS TESTİ)
Modül ile kazandığınız yeterliği aşağıdaki ölçütlere göre değerlendiriniz.
KONTROL LİSTESİ
Değerlendirme Ölçütleri
LSB bitini bulabildiniz mi?
MSB bitini bulabildiniz mi?
Full scala (Tam Skala) değerini bulabildiniz mi?
Resolution (Çözünürlük) değeri hesapladınız mı?
Giriş-çıkış ilişkisi grafiği çizdiniz mi?
R-2R Merdiven tip DAC yaptınız mı?
Ağırlık dirençli tip DAC yaptınız mı?
DAC 0800 entegresi devre yaptınız mı?
MC1408L entegresi ile devre yaptınız mı?
ZN425E entegresi ile devre yaptınız mı?
Mikroişlemci uyumlu DAC’lar ile çalıştınız mı?
ADC kullanmanın gerekliliğini anlatabilme
Paralel tip ADC devresi yaptınız mı?
Sayma metotlu ADC devresi yaptınız mı?
ZN425E entegresi ile devre yaptınız mı?
ADC0800 entegresi ile devre yaptınız mı?
ADC0804 entegresi ile devre yaptınız mı?
Mikroişlemci uyumlu ADC’ler ile çalıştınız mı?
Evet
Hayır
DEĞERLENDİRME
Yeterlik testi sonunda, tüm sorulara Evet cevabı verdiyseniz bir sonraki modüle
geçiniz. Eğer bazı sorulara Hayır şeklinde cevap verdiyseniz eksiklerinizle ilgili bölümleri
tekrar ederek yeterlik testini yeniden yapınız.
28
CEVAP ANAHTARLARI
CEVAP ANAHTARLARI
ÖĞRENME FAALİYETİ–1 CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
D
D
D
Y
D
D
Y
D
Y
ÖĞRENME FAALİYETİ–2 CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
D
Y
Y
Y
D
Y
D
Y
D
29
ÖNERİLEN KAYNAKLAR
ÖNERİLEN KAYNAKLAR

ÇETİN Kadir, AR: Endüstriyel Elektronik ve Uygulama Devreleri
30
KAYNAKÇA
KAYNAKÇA

Ayda MUTLU, Öğretmen Ders Notları

İHTİYAR İsmail, Endüstriyel Elektronik

www.alldatasheet.com
31