Mikrodenetleyiciler ile Gömülü Sistem Tasarımı

... konulu sunumlar: "Mikrodenetleyiciler ile Gömülü Sistem Tasarımı"— Sunum transkripti:

1 Mikrodenetleyiciler ile Gömülü Sistem Tasarımı
Konu I: Elektronik Elemanlar Arş. Gör. Dr. Erdem ARSLAN Erciyes Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü

2 Kapasite, kapasitör, kondansatör Elektrik şarjını depolar
Gömülü Sistemler Kapasitör Kapasite, kapasitör, kondansatör Elektrik şarjını depolar Zamanlama devrelerinde kullanılır, çünkü kapasitenin dolması belli bir zaman alır Değişen DC kaynakları yumuşatmak için kullanılır Filtre devrelerinde kullanılır çünkü AC işaretleri geçirir, DC işaretleri durdurur

3 Kapasitans: Kapasitörün depolayabileceği şarjın bir ölçüsüdür.
Gömülü Sistemler Kapasitör - II Kapasitans: Kapasitörün depolayabileceği şarjın bir ölçüsüdür. Farad ile ifade edilir ve F ile gösterilir. 1F kapasite çok büyük bir değerdir o yüzden: µ (mikro)10-6, µF = 1F n (nano) 10-9, 1000nF = 1µF p (pico) 10-12,1000pF = 1nF Temelde iki çeşittir: kutuplu ve kutupsuz (polarised & unpolarised)

4 Kutuplu kapasitörler genelde 1uF’dan büyük değerlere sahiptir
Gömülü Sistemler Kapasitör - III Axial Kutuplu kapasitörler genelde 1uF’dan büyük değerlere sahiptir Devrelerde uygun yönde kullanılmalıdır aksi takdirde ... Elektrolitik (axial, radial) ve tantalum çeşitleri vardır Seçilirken üzerindeki voltaj değerine dikkat edilmelidir. Radial Devre sembolü Tantalum

5 Gömülü Sistemler Kapasitör - IV Kutupsuz kapasitörler genelde 1uF den daha küçük değerlere sahiptirler Devrede kullanıldığı yön farketmez Değişken kapasitör (variable) radyo devrelerinde kullanılır, 100pF - 500pF civarındadır. Trimmer kapasitörler değişken kapasitörlerin ufaltılmış halleridir. Kutupsuz Kapasiteler Kutupsuz kap. devre sembolü Değişken kap. devre sembolü Trimmer kap. devre sembolü

6 Konnektör ve Kablolar Battery clips Battery holder Crocodile (timsah)
Gömülü Sistemler Konnektör ve Kablolar Battery clips Battery holder Crocodile (timsah) PCB terminal (klemens) Terminal block DC power plug & socket Coax plug & socket 4mm plug & sockets

7 Konnektör ve Kablolar - II
Gömülü Sistemler Konnektör ve Kablolar - II Jack plug & sockets Phono plug & sockets BNC plug & socket DIN plug & sockets

8 Konnektör ve Kablolar - III
Gömülü Sistemler Konnektör ve Kablolar - III IDC haberleşme kon. (RJ45 , RJ11) D konnektörler Tek damarlı bakır kablo Çok telli kablo Haberleşme kabloları Co-axial Kablo Ekranlı kablolar (screened)

9 Gömülü Sistemler Diyot Elektriğin sadece bir yönde akmasına izin verir, devre sembolündeki okun ucu elektriğin akma yönüdür, valflerin elektriksel versiyonu olarak düşünülebilir Elektrik enerjisi geçiş yaparken küçük bir miktar enerji harcar buna Forward Voltage Drop adı verilir ve silikon diyotlar için 0.7V civarındadır. İdeal diyota ters voltaj uygulandığı zaman iletim olmaz ancak gerçek diyotlar çok küçük miktarlarda akım sızdırır ve bu değer çoğunlukla ihmal edilir. Pek çok diyodun maximum reverse voltage’ı yüksektir (50V) ancak bu değer aşılırsa diyot delinir ve iletken hale geçer (breakdown). Örnek diyotlar Devre sembolü

10 Gömülü Sistemler Diyot - II Devrede kullanırken yöne dikkat edilmelidir. Anod (+), katod (-) İşaret diyotları 100mA güce dayanırlar (1N4148) Doğrultma diyotları güç kaynağı devrelerinde kullanılır, 1A-3A gibi güçlere dayanırlar (1N4001, 1N5401) Zener diyotlar sabit bir voltaj elde etmek için kullanılır. Diyotun bozulmadan breakdown çalışması için tasarlanmıştır, devrede ters kullanılır. Diyodun yönleri Zener diyot Şotki diyot

11 Gömülü Sistemler LED (Işık yayan diyot) Üzerinden elektrik enerjisi geçtiği zaman led ışık verir. Devrede kullanırken anot (+) ve katod(-) yönüne dikkat etmek gerekir, genelde uzun bacaklı pin anottur. Direnç olmadan kesinlikle LED üzerinden akım geçirmeyin. Kullanılacak direnç R = (VS - VL) / I formülü ile belirlenir. VS: kaynak voltajı, VL: led voltajı (genelde 2V’tur ancak mavi ledlerde 4V olur). Led’lerin renkleri imal edildikleri yarı-iletken ile ilgilidir. Led test devresi

12 Gömülü Sistemler LED - II LED’leri daha verimli kullanmak için seri bağlayabilirsiniz ancak kullanılacak direnci verilen formüle göre tekrar hesaplamanız gerekir. LED’leri paralel bağlamaktan kaçınınız, her bir LED’in kendine ait bir direnci olmalıdır.

13 LED - III Type Colour IF max. VF typ. VF max. VR max.
Gömülü Sistemler LED - III Type Colour IF max. VF typ. VF max. VR max. Luminous intensity Viewing angle Wavelength Standard Red 30mA 1.7V 2.1V 5V 10mA 60° 660nm Bright red 2.0V 2.5V 10mA 625nm Yellow 10mA 590nm Green 25mA 2.2V 565nm High intensity Blue 4.5V 5.5V 20mA 50° 430nm Super bright 1.85V 20mA IF max. Maximum forward current, forward just means with the LED connected correctly. VF typ. Typical forward voltage, VL in the LED resistor calculation. This is about 2V, except for blue and white LEDs for which it is about 4V. VF max. Maximum forward voltage. VR max. Maximum reverse voltage You can ignore this for LEDs connected the correct way round. Luminous intensity Brightness of the LED at the given current, mcd = millicandela. Viewing angle Standard LEDs have a viewing angle of 60°, others emit a narrower beam of about 30°. Wavelength The peak wavelength of the light emitted, this determines the colour of the LED. nm = nanometre.

14 LED - IV LED displays Bargraph 7-segment Starburst Dot matrix
Gömülü Sistemler LED - IV LED displays                                                                                    Bargraph 7-segment Starburst Dot matrix

15 Röle Elektrikle kontrol edilebilen anahtardır
Gömülü Sistemler Röle Elektrikle kontrol edilebilen anahtardır Röle bobininden geçen elektrik akımı manyetik alan oluşturur ve manivelayı hareket ettirir ve böylece anahtar açılıp kapanmış olur Röleler bir devrenin başka bir devreyi anahtarlaması için de kullanılır. Örneğin düşük voltaj ile çalışan bir devre, 220V AC bir devreyi röle ile kontrol edebilir. İki devre arasında herhangi bir elektriksel bağlantı yoktur. Aradaki bağlantı tamamen manyetik ve mekaniktir. Rölenin bobinlerinin manyetiklenerek kontakları çekebilmesi için en az 100mA civarında akıma ihtiyacı vardır. # COM = Common, ortak pin. # NC = Normally Closed, kontak kapalıyken COM’a bağlıdır. # NO = Normally Open, kontak açıkken COM’a bağlıdır

16 Gömülü Sistemler Röle - II Pek çok entegre devre 100 mA akımı sağlayamaz. O yüzden transistör yardımıyla entegre çıkışındaki küçük akımlar yükseltilerek röleler sürülebilir. Röle bobininde yüksek voltajlar meydana gelir ve spike adı verilen gürültüler oluşur. Ters yöne doğru sızan bu akım ve voltajlar entegre ve transistörün zarar görmesine neden olabilir, bu yüzden bir koruma diyotu kullanılır (ters komitasyon diyotu). 1N4148 gibi işaret diyotları uygun seçimdir.

17 Gömülü Sistemler Röle - III Röle seçerken; fiziksel boyutla ve pin dizilimine, bobin voltajına, bobin direncine, anahtarlama oranına (5A at 24V DC) dikkat edilmelidir. Röleler gibi transistörlerde elektriksel olarak kontrol edilebilen anahtarlardır. Rölelerin avantajları : AC ve DC’yi anahtarlayabilir, transistör sadece DC. Yüksek voltajları anahtarlayabilir. Büyük akımları anahtarlayabilir (>5A). Aynı anda birden fazla kontağı çekebilir. Dezavantajları: Küçük akımları anahtarlamak için çok hantal ve büyüklerdir. Anahtarlama süreleri transistörlere göre uzundur. Röleler anahtarlama için daha fazla güç harcarlar. Röleler pek çok entegrenin sağladığı miktardan daha fazla akım çekerler, bu yüzden harici bir transistör ile sürmek gerekir.

18 Gömülü Sistemler Direnç Direnç Renk Kodları Renk Sayı Siyah Kahve 1 Kırmızı 2 Turuncu 3 Sarı 4 Yeşil 5 Mavi 6 Mor 7 Gri 8 Beyaz 9 Elektrik akımına karşı bir direnç gösteren elemandır. Örneğin LED’e bağlı bir seri direnç ile LED üzerinden geçecek akım sınırlanır. Birimi ohm’dur. Kilo ve Mega olarak üst katları kullanılır. 220R, 4K7, 1M3. Direncin değerini okurken, ilk halka birinci basamak, ikinci halka ikinci basamak, üçüncü halka kaç sıfır olacağı, dördüncü halka da hata toleransını belirtir. Devre sembolü

19 Anahtarlar (ON)-OFF Push-to-make = SPST
Gömülü Sistemler Anahtarlar (ON)-OFF Push-to-make = SPST ON-OFF Single Pole Single Throw Toggle ON-(OFF) Push-to-break = SPST Rocker Slide Dual ON-OFF Double Pole, Single Throw = DPST ON-ON Single Pole, Double Throw = SPDT

20 Anahtarlar - II Push-Push Switch (e.g. SPST = ON-OFF) Dual ON-ON
Gömülü Sistemler Anahtarlar - II Push-Push Switch (e.g. SPST = ON-OFF) Dual ON-ON Double Pole, Double Throw = DPDT Microswitch (usually SPDT = ON-ON) Tilt Switch (SPST) Reed Switch (usually SPST) Multi-way Switch Keyswitch

21 Anahtarlama elemanı olarak kullanılır.
Gömülü Sistemler Transistör Akımı kuvvetlendirmek için kullanılır. Ör: Bir entegrenin bir lamba veya röle gibi fazla akım çeken bir cihazı çalıştırması için transistörden faydalanılır. Akım kazancı ß veya hFE ile gösterilir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılır.

22 Gömülü Sistemler Transistör - II NPN test devresi Transistör kılıfları

23 Category (typical use)
Gömülü Sistemler Transistör - III NPN transistors Code Structure Package IC max. VCE max. hFE min. Ptot max. Category (typical use) Possible substitutes BC107 NPN TO18 100mA 45V 110 300mW Audio, low power BC182 BC547 BC108 20V General purpose, low power BC108C BC183 BC548 BC108C 420 600mW BC109 200mA 200 Audio (low noise), low power BC184 BC549 BC182 TO92C 50V 100 350mW BC107 BC182L BC182L TO92A BC107 BC182 BC547B 500mW BC107B BC548B 30V 220 BC108B BC549B 240 625mW 2N3053 TO39 700mA 40V 50 BFY51 1A 40 800mW General purpose, medium power BC639 80V TIP29A TO220 60V 30W General purpose, high power TIP31A 3A 10 40W TIP31C TIP41A TIP31C 100V TIP31A TIP41A TIP41A 6A 15 65W 2N3055 TO3 15A 20 117W

24 Wiper yardımıyla ayarlanabilen dirençlerdir.
Gömülü Sistemler Değişken Direnç Wiper yardımıyla ayarlanabilen dirençlerdir. 2 uçlu olanlara reosta, 3 uçlu olanlarada potansiyometre adı verilir. 3 uçlu olanların minyatür olanlarına ise trimpot (preset) adı verilir.

25 Integrated Circuits (IC)
Gömülü Sistemler Entegreler Integrated Circuits (IC) Silikondan imal edilen, kılıf içersinde çok kompleks devreleri içeren entegrelerdir. Datasheet’ler entegrelerin katalog bilgilerini içerir. Pinlerin ne işe yaradığı, entegrenin katalog bilgileri ve bazı örnek devreler içerir.

26 Gömülü Sistemler Entegre - II Bir entegrenin bacağının çıkış gücü sink ve source olmak üzere iki çeşittir. Diyot kullanarak entegre I/O’ları birleştirilebilir.

27 Gömülü Sistemler Entegre - III 8-pinli 555 timer engtegresi zamanlama uygulamalarında çok popülerdir. 3 nolu çıkış pini sink & source 200 mA akım verebilir. Bu değer LED, röle ve küçük lambaları yakmak için idealdir. 556 entegresi ise 14-pinlidir ve iki adet bağımsız timer içerir.

28 Gömülü Sistemler Entegre - IV Lojik entegreler, lojik kapılar, flip-floplar, shift register’lar ve sayıcılar gibi pek çok uygulamayı içerirler. Pin yapılarına göre 4000 serisi ve 74 serisi olmak üzere iki ana grupta incelenirler. Yeni projeler için 74HC serisi en popüler olanıdır (2V-6V) serisi 6V ve üzeri uygulamalarda kullanılır. 74LS ve 74HCT serisi ise sadece 5V ile çalışır.

29 Diğer Elemanlar Termistör = ısı ile direnci değişen eleman
Gömülü Sistemler Diğer Elemanlar Termistör = ısı ile direnci değişen eleman Buzlu su = 12Kohm, Oda sıcaklığı = 5Kohm, Kaynar su = 400 ohm LDR (Light Dependent Resistor) Karanlık=1Mohm Aydınlık=100ohm İndüktör, birimi Henry’dir. Tuned devrelerde kullanılır. DC işaretleri geçirirken AC işaretleri bloke eder. Bu haliyle kapasitörün tersi gibidir. Buzzer Hoparlör