ELEKTRONİK YAZ PROJESİ-2 (v1.1) Yıldız Teknik Üniversitesi

16/07/2013
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
16/07/2013
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 RB direnci yerine, birbirine seri bağlı RB1 sabit ve RB2 ayarlı direnci
(lineer trimpot veya potansiyometre) konmuştur. RB direncinin değeri RB=RB1+RB2 eşitliği ile
kolaylıkla hesaplanabilir. Şekil 1 incelenirse, RB eşdeğer direncinin alabileceği minimum ve
maksimum direnç değerlerinin 1kΩ≤RB≤101kΩ sınır değerleri arasında olduğu görülür. RB2
ayarlı direnci değiştirilerek darbe jeneratörü çıkışındaki (OUT, U1-pin3) darbe frekansı veya
başka bir deyişle saat işaretinin (clock signal) frekansı değiştirilebilir. RB2 ayarlı direncini
değiştirmekle, darbe işaretinin frekansının yanı sıra, darbe boşluk oranının da değiştiği
unutulmamalıdır.
Darbe frekansı f=1/T=1.443/[(RA+2RB)C] eşitliği
D=(RA+RB)/(RA+2RB) eşitliği ile hesaplanabilir. Örneğin,
ile
darbe
boşluk
oranı
ise
RB=1 kΩ(RB1=1 kΩ, RB2=0Ω), RA=10kΩ, C=10 µF için: f=12.02 Hz, T=0.08 s, D=%91.7
RB=101kΩ(RB1=1 kΩ, RB2=100 kΩ), RA=10kΩ, C=10 µF için: f=0.68 Hz, T=1.47 s,
D=%52.4 bulunur.
Bu hesaplardan yararlanarak, RB 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 RA, RB 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
Prof. Dr. Herman SEDEF (YTÜ)
16/07/2013
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 fOi=fCO= fCLOCK/10 Hz olduğu (i=0,1,…9), periyodunun ise
TOi=TCO=10⋅TCLK 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
Prof. Dr. Herman SEDEF (YTÜ)
16/07/2013
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
Prof. Dr. Herman SEDEF (YTÜ)
16/07/2013
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, RB 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 Rs 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
Prof. Dr. Herman SEDEF (YTÜ)
16/07/2013
ÖNEMLĐ NOT:
Lütfen gördüğünüz hataları, anlaşılmayan yerleri ve önerilerinizi e-posta yoluyla veya
şahsen odama gelerek bildiriniz.
Prof. Dr. Herman SEDEF
e-posta: [email protected]
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
Prof. Dr. Herman SEDEF (YTÜ)