Mikroişlemci Tabanlı Tasarım

MİKROİŞLEMCİ TABANLI TASARIM

Basit Mikroişlemci Mimarisi

Gelişen donanım ve yazılım teknolojilerine ve yonga üreticisine bağlı olarak mikroişlemcilerin farklı komut tipleri, çalışma hızı ve şekilleri vb. gibi donanım ve yazılım özellikleri değişiklikler gösterir. Bu özellikler kışça mikroişlemcinin mimarisi olarak adlandırılır. Mikroişlemcilerin genel özellikleri mimari tipi, kelime boyutu, veri yolu ve adres yolu boyutu, saat hızı ile beraber belirtilir. Mikroişlemcilerde ve tek yonga mikrobilgisayarlarda yaygın olarak “Harvard” ve “Von Neumann” mimarileri kullanılır. İlk elektromekanik bilgisayarın mimarisinde, program ve veri için aynı anda çalışabilen birbirinden farklı iki bellek alanı kullanılıyordu. Bu tip mimariye 1930’larda Harvard Üniversitesi’nde geliştirilmesi nedeniyle “Harvard” mimarisi adı verilmiştir.

PWM İşaretleri ve Kullanımı

PWM veya Darbe Genişlik Modülasyonu, basit bir şekilde anlatmak gerekirse oluşturulan darbelerin genişliğini ayarlamak için kullanılan tekniktir. PWM tekniği telekomünikasyon, voltaj düzenleyiciler, yükselteçler vb. uygulamalarda kullanılır. PWM’ in en çok kullanıldığı yer, güç kaynaklarıdır. Ancak biz robot projelerimizde DC Motorların hızlarını ayarlamak için kullanacağız. Bunun öncelikle PWM’ in mantığını anlamalı ve Arduino ile ufak bir uygulama yaparak kendimiz denemeliyiz. PWM tekniği, üretilen kare dalga sinyallerinin genişliğinin değiştirilmesi temeline dayanıyor.

Kullanım Alanları

·         Elektrikli aletlerde

·         Çoğu anakart fanın hız kontrolünde

·         SMPS güç kaynaklarında

·         Telekomünikasyonda

·         Güç Devrelerinde

·         PIC uygulamalarında

·         Anahtarlamalı güç kaynaklarında

·         Kuvvetlendiricilerin kontrol devrelerinde kullanılır.

Paralel ve Seri İletişim

Paralel İletişim

Paralel veri iletimi, bir veri içindeki bitlerin aynı anda gönderilmesidir. Paralel veri iletiminde gönderilecek bilginin her biti için ayrı bir kablo bağlantısı bulunur. Paralel giriş/çıkışta 8 bit data hazır, 1 bit data istek, 1 bit GND olmak üzere 11 tel ile iletişim gerçekleştirilir. Bu haberleşme yöntemi hızlıdır. Ancak uzak mesafelerle yapılan haberleşmede maliyet çok fazladır.

Seri İletişim

Seri haberleşmede biri veri, diğeri GND olmak üzere iki tel yeterli olduğundan dolayı seri haberleşmeye geçilmiştir. Seri veri İletimi, içindeki bitlerin aynı hat üzerinden ard arda gönderilmesidir. Bilgisayar ağlarında kullanılan iletişim seri iletişimdir. Seri veri iletiminde, bir kerede bir karakterin sadece bir biti iletilir. Alıcı makine, doğru haberleşme için karakter uzunluğunu, başla-bitir bitlerini ve iletim ve iletim hızını bilmek zorundadır. Paralel veri iletiminde, bir karakterin tüm bitleri aynı anda iletildiği için başla-bitir bitlerine ihtiyaç yoktur. Dolayısıyla doğruluğu daha yüksektir. Paralel veri iletimi, bilginin tüm bitlerinin aynı anda iletimi sebebiyle çok hızlıdır.

I2C ve SPI İletişim Protokolleri

SPI Protokolü

SPI, Arduino’nun desteklediği senkron seri haberleşme türlerinden biridir. Özellik ve kullanım olarak I2C’ye benzer. Bir Arduino’nun diğer Arduino veya sensörlerle lısa mesafede haberleşmesini sağlar. SPI protokolünde de I2C’de olduğu gibi bir adet Master cihaz bulunur. Bu cihaz hatta bağlı çevresel cihazları kontrol eder. Master ve çevresel cihazlara bağlanan MISO ve SCK olmak üzere üç adet SPI hattı bulunur.

·         MISO: Çevresel cihazlardan (slave) yollanan verilerin master cihaza aktarıldığı hattır.

·         MOSI: Master cihazdan yollanan verilerin çevresel cihazlara aktarıldığı hattır.

·         SCK: SPI haberleşmesinde senkronu sağlayan saat sinyalinin bulunduğu hattır. Saat sinyali master cihaz tarafından üretilir.

I2C Protokolü

Arduino, diğer Arduino veya sensörlerle haberleşmek için bazı haberleşme protokolleri kullanır. Bu protokollerden birisi de I2C’dir. I2C, seri haberleşme türlerinden senkron haberleşmeye bir örnektir. Haberleşme için toprak hattı dışında SDA ve SCL olmak üzere iki hatta ihtiyaç duyulmaktadır. Hat sayısının fazla olması nedeniyle, uzun mesafeli haberleşmelerde tercih edilmez. Genellikle kısa mesafeli ve düşük veri aktarımı hızının yeterli olduğu yerlerde kullanılır. I2C haberleşmesinde, haberleşmeyi kontrol eden master cihazı bulunur. Her haberleşmede bir tane master bulunmalıdır. Haberleşmenin sağlanabilmesi için haberleşme hattına en az bir adet slave cihaz bağlanmalıdır. Hatta bağlanan birden fazla slave cihazlardan hangisinin veri aktaracağına, master cihaz karar verir. Böylece hat sayısında bir değişiklik olmadan birden fazla cihazla haberleşme sağlanır.

USB Veri İletimi

Kuşkusuz USB bellekler, ağ adaptörleri, Bluetooth adaptörleri gibi sıradan USB aygıtlar için USB 2.0, hala yeterli bant genişliğini sunuyor; fakat harici sabit diskler, kameralar, fotoğraf makineleri, hızlı USB bellekler gibi aygıtlar için USB 2.0’ın sunduğundan daha fazla bant genişliğine ihtiyaç duyuyoruz. Kısacası; USB 2.0 donanım endüstrisinin arkasında kaldı ve endüstriye yeni bir çözüm gerekiyor. Endüstrinin bu ihtiyaca cevabı 2007 yılında Intel Geliştiriciler Forumu’nda geldi. Intel, 2007 yılında SuperSpeed USB adıyla USB 3.0’ın ilk sürümünü duyurdu. USB 3.0’ın spesifikasyonlarında son dönemece ise 2008 Kasım ayında girdik. Bu tarihten sonra donanım üreticilerine resmi USB 3.0 spesifikasyonları gönderildi.

Özellikleri:

·         4.8 Gbps’e kadar bant genişliği

·         Yüksek güç tüketen aygıtlar için daha fazla güç

·         Yeni güç yönetimi özellikleri

·          Çift yönlü veri iletimi ve yeni veri transfer türlerine destek

·         Daha iyi veri iletimi için USB standartlarıyla da uyumlu yeni konnektörler ve kablolar

Analog ve Dijital Sensörler

Sensör Nedir?

Robotik ve otomasyonun en önemli kısmı algılamadır. Sensörler de bu amaçla kullanılan algılayıcılardır. Bir robot ya da bir otomasyon sistemi çevresindeki bazı değişkenleri algılamak, yorumlamak ve ona göre karar döngülerini yürütmek zorundadır. Algılanması gereken farklı değişkenler farklı tiplerde sensörler gerektirir. Sensörler dijital ve analog olmak üzere 2 çeşittir.

1.       Dijital Sensörler

Dijital sensörler ayrık sinyaller üretirler. Dijital sensörden alacağımız bilgiler belli adımlarla yükselen değerlere sahiptir. Örneğin; bir dijital pusula 0 ile 359 derece aralığını kapsayan 9 bit’ lik sinyal gönderebilir.

2.       Analog Sensörler

Analog sensörler, devre 0 V – 5 V arasında ya da 4 mA – 20 mA arasındaki değerleri algılayacak şekilde bağlanabilir ve bu durumda bu iki değer arasındaki tüm değerler okunabilir. Yani analog sinyal belli iki değer arasında her hangi bir değerdir. Analog sensörler kullanıldığında bunları mikrodenetleyicilere yönlendirmeden önce (A / D) analog – dijital konvertör kullanılarak sinyaller dijital sinyallere çevirilmelidir.