MİKROBİLGİSAYAR TEMELLİ GERÇEK ZAMAN DİZGELERİ – Eşref Adalı
ÖNSÖZ
Bilgisayarın adı verdiğimiz aracın olabileceği 19. Yüzyılda düşünülmüş olmasına karşın ilk örnekleri 1940'lardan sonra görülmeye başlanmıştır. Bilgisayar üretimi yarıiletken tranzistörün bulunması ile hız kazanmıştır. 1950'li yıllarda salonlara sığabilen, pahalı ve oldukça nazlı bilgisayarların kullanıldığı bilinmektedir.
Bilindiği gibi, bilgisayar hızlı ve yetenekli bir hesap makinesi yapma düşünün sonucunda ortaya çıkmıştır. Bu düşün sonucu olarak, ilk kullanım alanı hesaplama alanında olmuştur.
Bilgisayara giderek ısınan uzmanlar, bilgisayarı fiziksel dizgelerden veri toplama ve bu dizgeleri yönetmek amacıyla kullanmanın yollarını aramaya başlamışlardır. 1970'li yıllara doğru bu alanda önemli çalışmalara tanık olunmuştur. Ancak, bilgisayarların pahalı, boyutlarının büyük ve ortam koşullarından kolayca etkilenmeleri nedeniyle bu yöndeki çalışmalar uygulamada yaygınlaşamamıştır.
1970'li yıllarda, mikroişlemcilerin üretilmeye başlaması, araştırıcı ve mühendislerin önünü açmıştır. Fiziksel dizgelere ilişkin büyüklüklerin bilgisayar tarafından okunabilmesi ve bu dizgeleri denetlemek üzere bilgisayarın üreteceği denetim verilerinin fiziksel dizgeye gönderilmesi uygulanabilir bir hale gelmiştir.
Mikroişlemcilerin fiziksel dizgelerle birlikte kullanıldığı bu tür uygulamalara Adanmış Bilgisayar uygulamaları adını vermekteyiz. Gömülü sistem terimini, konuyu tam açıklayamadığı düşüncesiyle kullanmamaktayız.
Fiziksel dizgeye ilişkin verilerin bilgisayar tarafından okunması ve bu bilgiler ile bağlantılı sonuçların üretilip fiziksel dizgeye gönderilmesi, gerçek zaman konusunu gündeme getirmektedir. Çünkü, okunan ve gönderilen veriler zamana bağlıdır. Her adanmış bilgisayar dizgesi gerçek zaman dizgesi olmayabilir. Ancak bu kitabın kapsamı içinde, gerçek zamanda çalışan adanmış bilgisayarlar ve bunlarla ilgili çevre birimler yer almaktadır.
Adanmış bilgisayar uygulamalarının zaman içinde artması nedeniyle, üretici kuruluşlar, belli miktarda bellek ve giriş çıkış arabirimi içeren donanımları tek kırmık içinde üretmeye başlamışlardır. Önceleri mikrobilgisayar adı verilen bu birimlere, bireysel bilgisayarlarlar ile karıştırılmamaları için daha sonra mikrodenetçi adı verilmiştir. Mikrodenetçiler adanmış bilgisayar uygulamaları için son derecece uygundur.
Bu kitap, bilgisayar mühendisliği eğitimi gören öğrenciler için hazırlanmıştır. Kitabın ilk baskısı 1996 yılında yapılmıştır. Bu ikinci baskı hazırlanırken, teknolojideki gelişmeler göz önüne alınmış, bunun sonucu olarak kitabın kapsamı genişletilmiştir. Ayrıca, kitaba çok sayıda uygulama örnekleri eklenmiştir.
Bu kitabın hazırlanması sırasında, sabırlarından dolayı ailem, destek ve katkılarından dolayı dostlarım A. C. Sönmez, T. Altılar ve yazı düzeltmelerinden dolayı öğrencilerim F. Uygun, F. Çelik, H. S. Beyhan, G. Özer sağ olsunlar.
Eşref Adalı Mart 2005
İÇİNDEKİLER
Giriş
Gerçek Zaman Dizgesi Örnekleri Kitabın Kapsamı Anma Genel Kavramlar
Gerçek Zaman Dizgelerinin Elemanları Duyargalar
Analog-Sayısal Çevirici (ASÇ) Sayısal-Analog Çevirici (SAÇ) Kuvvetlendirici, Süzgeç ve Sürücü Kullanıcı Arabirimi Fiziksel Dizgenin Tanınması Blok Diyagram Akış Diyagramı Durum Diyagramı Mikrolşlemciler
Örnek MİB'iıı İç Yapısı Örnek MİB'iıı Adresleme Yeteneği İvedi Adresleme Doğal Adresleme Doğrudan Adresleme Kütüğe Bağlı Dolaylı Adresleme Bağıl Adresleme Sıralı Adresleme (SK)
Artırmalı Sıralı Adresleme
Azaltmalı Sıralı Adresleme Kütüğe Bağlı Sıralı Adresleme Sıralı Adresleme (YG)
Örnek MİB'in Buyrukları Aktarma Buyrukları Aritmetik Buyruklar Mantıksal Buyruklar İşlem Buyrukları
Öteleme ve Döndürme Buyrukları Karşılaştırma ve Dallanma Buyrukları Örnek MİB'in Buyruk Yapısı Duyargalar
Analog ve Sayısal Duyargalar Duyargalar ile İlgili Temel Tanımlar Doğrusallık Tekillik Duyarlık Doğruluk Keskinlik Ayırıcılık Kararlılık Histerizis Yanıtlama Süresi ı Ortamdan Etkilenme Güvenilirlik Konum Ölçme Duyargaları
Direnç Temelli Konum Duyargaları
Potansiyometre Temelli Konum Duyargası Gerilme Temelli Konum Duyargası
Kapasite Temelli Konum Duyargaları Endüksiyon Temelli Konum Duyargaları Bobin Temelli Konum Duyargası Doğrusal Değişken Fark Transformatörü Hail Etkisi Temelli Konum Duyargası Optik Konum Duyargaları
Açısal Optik Konum Duyargaları Doğrusal Optik Konum Duyargaları Yansımaya Dayalı Konum Duyargaları Konum Ölçme Duyargalarının Karşılaştırılması Sıcaklık Ölçme Duyargaları
Direnç Değişimi Temelli Sıcaklık Duyargaları Yarıiletken Temelli Sıcaklık Duyargaları Termistörler Isıl Diyotlar Isıl Çift
Sıcaklık Ölçme Duyargalarının Karşılaştırılması Işık Şiddeti Ölçme Foto Direnç Foto Diyod Foto Tranzistör Foto Petek Nem Ölçme
Hız ve Devir Hızı Ölçme Analog Hız Ölçme Sayısal Hız Ölçme Debi Ölçme
Sıvı Debisini Ölçme Gaz Debisini Ölçme
Uygunlaştırma
Gerilim ve Akım Çıkışı
Örnek Duyarga Devreleri
Gürültünün S üzülmesi
Kuvvetlendirme ve Ölçekleme
Doğrusallaştırma
Biçimlendirme
Yalıtma
saç5 asç, ö/t
Sayısal Verilerin Aktarılması İlkel PİA
İlkel Alıcı PİA İlkel Verici PİA Gelişmiş PİA Sayısal - Analog Dönüştürme Analog - Sayısal Dönüştürme Analog-Sayısal Çevirici
Geri Besleme Yolunda SAÇ Bulunduran ASÇ’ler Yukarı Sayıcılı ASÇ Aşağı-Yukarı Sayıcılı ASÇ Ardışıl Yaklaşımlı ASÇ İntegral Yöntemli ASÇ Gerilim-Frekans Dönüştürme Yöntemli ASÇ Koşut ASÇ
Analog - Sayısal Çeviricilerin Değerlendirilmesi Örnekleme ve Tutma Devresi Veri Aktarma
Analog İşaret Girişi Seçici
Kesmeli Çalışma
Yüksek Ayırıcılıklı ASÇ Uygulaması
Zamanlayıcı
Gerçek Zaman Saati Programlanabilir Sayıcı
Analog İşaret Çıkışı Yol Uyumlu ASÇ ve SAÇ'ler Sayısal Giriş, Sayısal Çıkış Uygulama
Duyarga seçimi
Duyarga Çıkışlarının Uygunlaştırılması Donanım Yazılım Analog Değişimler
Ayırıcılık ve Yanılgı ASÇ Süresinin Neden Olduğu Yanılgı Örnekleme Zamanı ve Yanılgı Sayısal Verilerin İşlenmesi ve Yanılgılar İşlem Süresi ve Yanılgısı Veri Yapılarından Kaynaklanan Yanılgı Sayısal Değişimler Paralel Veriler
Zamana Yayılmış Değişimler Olay Sayma
Yazılım İle Süre Belirleme Donanım İle Süre Belirleme Olay Hızı ile Gözleme Süresi Arasındaki İlişkiler Süre Ölçme
Yazılım İle Süre Ölçme Donanım İle Süre Ölçme
Süre Ölçme ile Referans Süre Arasındaki İlişkiler
9.3 Olay Sayma ve Süre Ölçme Üzerine bir Uygulama Duyarga Seçimi
Duyarganın Bilgisayara Bağlanması Ölçme Süresinin Belirlenmesi Y azılım Yüksek Hızlar
Tasarım
Kavram Geliştirme Gereksinimlerin Belirlenmesi
Gereksinimlerin Yazıya Dökülmesi Dizgenin Genel Tanımı Giriş Değişkenleri Çıkış Değişkenleri ve Raporlar Dizgeden Beklenen İşlevler Çalışma Koşulları Güvenilirlik Dizgenin Kıvraklığı Kullanıcı Arabiriminin Belirlenmesi Ön Tasarım
Denetim Akışının Gösterimi Veri Akışının Gösterimi İşlevlerin Ayrıştırılması Modüllere Ayırma Başarım ve Maliyet Kestirimi Geliştirme Zamanı Donanım / Yazılım Oranı Gerçekleme ve Sınama
Mikroişlemci ile Gerçekleme
Mikrodenetçi ile Gerçekleme Mevcut Bilgisayar ile Gerçekleme Gerçek Zaman Dizgesinin Ömür Çevrimi Mikrodenetçi CPU08
CPU08'in Mimarisi Akümülatör Sıralama Kütüğü Yığın Götergesi Program Sayacı Durum Kütüğü Reset ve Kesme
CPU08'in Adresleme Yöntemleri CPU08'in Buyrukları MC68HC08GP32 Mikrodenetçisi MC68HC08GP32'nin Ayaklan MC68HC08GP32'nin Bellek Haritası MC68HC08GP32 ile Örnek Tasarımlar Yürüyen Işık Olay Sayma Flip Flop Deneyi
Sıcaklık Denetimi
Kısılan Işık
Adım Motoru Denetimi
Şifreli Kapı
GZD'de Yazılım
Makine ve Simgesel Dil
Simgesel Dilde Yazılmış Programın Çevrilme Süreci
Makroasembler
Doğal ve Konuk Çevirici
Simgesel Dilin Yetenek ve Kısıtları
Yüksek Düzeyi i Diller
Simgesel ve Yüksek Düzey Dillerin Karşılaştırması Yazım Kolaylığı Taşmabilirlik Hız
Bellek Kullanımı Giriş Çıkış İşlemleri Sağlanabilirlik
Programın Salt Oku Belleğe Yazılması Bazı Gerçek Zaman Dilleri FORTRAN BASIC FORTH PL/M PASCAL ADA C
Dil Seçimi
Gerçek Zaman İşletim Sistemleri Giriş-Çıkış Devreleri Giriş Devreleri
İşlemsel Kuvvetlendiriciler Kayıklık Kayma Kıyıcı Fark Kuvvetlendirici Enstrüman Kuvvetlendirici
Sürekli İşaretlerin Kuvvetlendirilmesi ve Ölçeklenmesi
Süzgeç Devreleri İletişim Hatları Sayısal Giriş Devreleri Çıkış Devreleri
Analog Sürücüler
Düşük Güçlü Sürücüler Yüksek Güçlü Sürücüler İkili Sürücüler Kullanıcı Arabirimi Temel İlkeler
Sıvı Seviyesinin Girilmesine İlişkin Çözüm Örnekleri Sıvı Seviyesinin Okunmasına İlişkin Çözüm Örnekleri . .. Tuş Takımı ve Gösterge Yedi Kollu Gösterge Tuş Takımı Gösterge Yazılımı Tuş Takımı Yazılımı : Sütun Gösterge ve Ok Tuşu - Ekran ve Tuş Takımı ; Çizgi Kod
Veri Giriş Yöntemleri Çizgi Kodun Gelişimi
Çizgi Kodun Kullanım Alanları Çizgi Kod Türleri
KOD 39 (CODE39)
Kod 5’ te 2 Geçmeli UPC/EAN Diğer Çizgi Kodlar Çizgi Kod Okuma Tekniği
Çizgi Kod Yazma Teknikleri
RFID
Güvenilirlik
Güvenilirlik Tanımı Tek Tek Güvenilirlik Toplam Güvenilirlik Topluca Destekleme Üzerine Yorumlar GZD'lerinde Güvenirlik Artırıcı Çözümler Donanım Çözümleri Yazılım Çözümleri İletişim Ağları
İletişim Ağı Temelleri
Halka Biçimi Ağ
Usta-Yamak İletişim Çok Ustalı İletişim Yıldız Biçimi Ağ İletişim Ağı Standartları ISO Temel Modeli 12C İletişim Yöntemi
I2C İletişim Yönteminin İşleyişi I2C'nin Kullanım Alanları CAN İletişim Yöntemi
CAN İletişim Ağının Elektriksel Özelikleri CAN İletişim Protokolü