1 1. GİRİŞ 1.1 NİÇİN A/D ÇEVİRİCİ Dünyada, pek çok büyüklük

1
1. GİRİŞ
1.1 NİÇİN A/D ÇEVİRİCİ
Dünyada, pek çok büyüklük analog olarak ortaya çıkar. Örneğin ısı, basınç, ağırlık gibi
büyüklükler hep analog olarak değişirler. Bunlarda sadece 0 ve 1 gibi iki değer değil,
minimum ile maximum arasında çok geniş bir yelpazede çeşitli değerler söz konusu
olabilir. Söz gelişi bir ağırlık 10 gram olabileceği gibi, 1 kilo, 5 kilo, 120 kilo veya 4 ton da
olabilir.
Dış dünyanın daha çok analog değerlerden oluşmasına karşılık , bilgi işleyen cihazlar
(dijital sistemler, mikroişlemciler, bilgisayarlar) dijitaldir. Çünkü, dijital sistemler, bilgiyi
daha güvenli, daha hızlı işler ve değerlendirir. Elde edilen bilginin tekrar dış dünyaya
aktarılması da (örneğin görüntülenmesi) analog veye dijital biçimde olabilir. Bütün bu
nedenlerle analog değerlerin dijitale, dijital değerlerin de analog değerlere çevrilmesi
gerekir.
Dış dünyadaki fiziksel değişiklikler (ısı, basınç, ağırlık), sensör (algılayıcı) ve
transduser’ler (çeviriciler) kullanılarak elektrik gerilimine çevrilir. Bu gerilim analog bir
gerilimdir. Daha sonra bu analog gerilim Analog/Dijital (A/D) çevirici Yardımı ile dijitale
çevrilir. Dijital sistem bu bilgiyi istenilen bir biçimde işler ve bir sonuç elde eder. Bu sonuç
dijital veya analog olarak olarak değerlendirilmek istenebilir. Eğer elde edilen sonuç
analog olarak değerlendirilecekse (örneğin bir hoparlörün sürülmesi) tekrar analoğa
çevrilmesi gerekebilir. Dijital işareti analog işarete çevirme işlemini Dijital/Analog (D/A)
çeviriciler yapar.
ANALOG
GİRİŞ
0-3 VOLT
A/D
ÇEVİRİCİ
DİJİTAL
İŞLEM
BİRİMİ
A/D
ÇEVİRİCİ
ANALOG
ÇIKIŞ
0-3 VOLT
Şekil 1.1 A/D ve D/A çeviriciler
Yukarıdaki şekilde analog bir değerin dijitale çevrilip, işlendikten sonra tekrar analog
değere çevrilmesi sürecinin blok diyagramı görülmektedir. Girişteki gerilim bir transduser
yardımı ile elektriksel büyüklüğe çevrilmiş bir fiziksel büyüklüğü temsil etmektedir. Bu
gerilim daha sonra Analog/Dijital Çevirici vasıtası ile dijitale çevrilir ve dijital olarak
işlenir. Daha sonra elde edilen sonuç Dijital/Analog Çevirici vasıtası ile tekrar analog
bilgiye çevrilir ve çıkışa aktarılır. Çıkışta kullanılan eleman ise elektriksel büyüklüğü
2
(gerilim) fiziksel büyüklüğe (ses, ısı, ağırlık vs) çevrilir. Örneğin hoparlör elektriksel
büyüklüğü sese çeviren bir aygıttır.
Eğer birden fazla analog bilgiyi aynı anda dijital olarak işlemek istiyorsak tekrar şekil
1.1’de görülen sistemden kullanmamıza gerek yoktur. Transduserden sonra multiplexer
kullanarak giriş işaretlerini çoklayıp A/D Çeviriciye veririz. Bilgiler işlenip D/A Çevirici
vasıtası ile analoğa çevrildikten sonra Demultiplexer vasıtası ile girişteki analog işaretleri
elde ederiz. Böylece birden fazla analog bilgiyi aynı anda tek bir sistem kullanarak işlemiş
oluruz.
1.2 ANALOG BÜYÜKLÜKLER
Analog giriş değişkenleri genelde transdüserler tarafından çevrilen akım ve voltaj
değerleridir. Bu elektriki değerler DC olarak, fiziksel olayların sonunda modüle edilmiş
AC veya belli açılar altında dönen şekillerin bazı kombinasyonlarıdır. Birinciye örnek
olarak thermokapılarla referanslı potansiyometreler, analog bilgisayarlar ikinci olarak da
(chopped) dilimlenmiş, optik ölçümler, strain gaye ve köprü çıkışlı devrelerdir.
Analog değerler, gerçek analog olayı akım veya gerilim olarak temsil ederler. Bunlar
dar band’da veya geniş band’da olabilirler. Bu değerler, direkt bir olay sonucunda alınan
değerler olabileceği gibi, analog durumdayken filtre edilmiş, demodülasyonu ve toplama
işlemi yapılmış ölçülebilen değerlerdir. Bu şekildeki değerlendirme voltaj ve akım olarak
normalize edilmiş, çevirici girişlerine uygun hale getirilmişlerdir.
1.3 DİJİTAL BÜYÜKLÜKLER
Dijital değerler +5 volta ayarlanmış “1” durumu ile toprak potansiyelindeki “0” temsil
eden rakamlardan ibarettir. Dijital rakamlar temelde binary olarak kullanılmaktadır.
Böylece her bit “1” ve “0” olmak kaydı ile iki durumu ifade eder. Kelime gurupları olarak,
aynı zamanda paralel görülen dijital rakamlar seri olarak tek bir hat üzerinde de
görülebilirler. Bu değer voltaj seviyeleri en geniş olarak TTL lojik devrelerde kapı
çıkışında bakıldığında lojik “1” değeri için 2.4 volt, girişlerden bakıldığında 2 volt
minimum değerinde olmalıdır. Sıfır durumunda çıkıştan bakıldığında +0,4 volt, girişten
bakıldığında ise 0.8 volttan az olmamalıdır.
1.4 A/D ÇEVİRİCİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Analog/Dijital (A/D) çeviriciler özel bir kodlayıcı tipidir.
D
0-3 volt
Analog Giriş
Analog/Dijital
Çevirici
C
B
A
Şekil 1.2 Analog/Dijital (A/D) Çevirici blok diyagramı
Dijital
Çıkış
3
A/D çeviricilerde giriş sinyali analog olarak değişen bir gerilimdir. Yukarıdaki blok
diyagramda ki giriş gerilimi 0 volt ile 3 volt arasında değişmekte ve bu arada bulunan
herhangi bir değeri alabilmektedir. Çıkışta ise girişteki analog değere göre bir binary sayı
elde edilmektedir. Aşağıda ki tabloda, çeşitli analog giriş gerilimlerine göre, devre
çıkışında elde edilen binary sayılar görülüyor. Tablodan da anlaşıldığı gibi girişe
uygulanan gerilim 0 volt iken çıkıştaki dijital değer “0000“, girişe uygulanan gerilim +3
volt olduğunda ise çıkışta “1111” binary sayısı elde edilmektedir. Girişteki gerilim 2.4 volt
olduğunda çıkışta “1100” binary sayısı oluşmaktadır.
Dijital
Analog Giriş
Çıkış
(Volt)
D
C
B
A
0
0
0
0
0
0.2
0
0
0
1
0.4
0
0
1
0
0.6
0
0
1
1
0.8
0
1
0
0
1.0
0
1
0
1
1.2
0
1
1
0
1.4
0
1
1
1
1.6
1
0
0
0
1.8
1
0
0
1
2.0
1
0
1
0
2.2
1
0
1
1
2.4
1
1
0
0
2.6
1
1
0
1
2.8
1
1
1
0
3.0
1
1
1
1
Tablo 1.1 A/D çeviricinin çeşitli analog giriş gerilimine göre, dijital çıkış tablosu
4
1.5 İDEAL ADC ve ÇÖZÜNÜRLÜK
İdeal 3 bit bir ADC’nin giriş çıkış karakteristiği şekil 1.3’de görülmektedir.Vin’nin 0
volt ile tam skala voltajı Vfs=7 volt arasında sürekli değiştiğini düşünelim; 3 bit ADC 23=8
muhtemel çıkışa sahip olacaktır. Bunlar binary 000 ile 111 arasındadır. Her bir ilave volt
dijital çıkışı 1 LSB (Düşük değerlikli bit) arttıracaktır. Şimdi ADC’nin çözünürlüğünü
tanımlayalım.
Şekil : 1.3 3 bit D/A çevirici’nin analog giriş gerilimine karşı dijital çıkış kodu
Çözünürlük; dijital çıkışı 1 LSB değiştirmek için giriş voltaj değerinde meydana gelen
değişikliktir.
Çözünürlük=
değer FSçıkışı
= n
bit
2 −1
5
FS: Tam skala çıkışı
d: değer
Diğer bir tanımı ise;
Çözünürlük=2n
Burada n bit sayısıdır.
1.6 KUANTALAMA HATASI
İdeal bir DAC, kuantalama belirsizliği nedeniyle çevirme işlemi sırasında, değeri
azaltılamayan bir hataya sebep olur.
Şekil 1.3’de analog 1 volt girişi için Analog/Dijital çevirici’nin çıkışının lojik 001
olduğu görülmektedir. Lojik 001 çıkışı 0,5 volt ile 1.5 volt aralığındaki girişler için elde
edilir. Dolayısıyla Vin değerinde bir belirsizlik oluşur. Bu hata payı +1/2 LSB veya –1/2
LSB kadardır ve “kuantalama hatası” olarak adlandırılır.
Kuantalama hatası bütün Analog/Dijital çevirici’lerde mevcuttur. Bu hata analog girişin
daha fazla parçalara ayrılması ile yani çözünürlüğün arttırılması ile azaltılabilir.
6
2. ANALOG/DİJİTAL ÇEVİRİCİ ÇEŞİTLERİ
Analog/Dijital Çevirme işleminin gerçekleştirilebilmesi için düzinelerce işlemler
gurubu tasarlanmıştır. ancak standart olarak 3 gruba ayrılırlar. Çevirme süresine (bir A/D
çevirinin tamamlama süresi) göre yavaş, hızlı ve çok hızlı olarak sınıflandırılırlar.
Tamamlamalı A/D çevirici yavaş, ardarda yaklaşık çevirici hızlı, flaş çevirici ise çok
hızlıdır. Tablo 2.1’de bu çeviricilerle ilgili karşılaştırmalar görülmektedir.
Çevirici
Göreceli
Çeviri
Tipi
Hız
Zamanı
Tipik
Uygulama
Alanı
DC
İntegralli
Yavaş
Milisaniye
Voltmetreler
Ardışıl
Yaklaşımlı
ADC
Hızlı
Mikrosaniye
Ses
Çok Hızlı
Nanosaniye
Video
Flaş
Tablo 2.1 Çeşitli A/D çeviricilerin karşılaştırılması
Tamamlamalı A/D Çevirici çok yavaştır fakat DC voltaj ölçümleri ve hat frekans
gürültüsünün izolesi için çok uygundur. Uzun çeviri zamanı çok yüksek çözünürlüğe
imkan sağlar. Ardarda çevirici hızlı ve doğrudur ve 1mikrosaniye’nin altında çeviri
zamanına sahiptir. Flaş çevirici çok hızlıdır ve sürekli çevirileri gerçekleştirmek için
gereklidir. Çeviri zamanı 50 nanosaniye’nin altına inebilir. Özellikle 8 bitin üstünde ki
çözünürlüklerde çok pahalıdırlar.
2.1 İNTEGRASYONLU A/D ÇEVİRİCİ
İntegrasyon tipi A/D Çeviriciler, çevirme işlemini dolaylı yoldan gerçekleştiren
düzenlerdir. Analog giriş işareti, ilk önce, süresi analog giriş gerilimi ile orantılı bir
zamanlama darbesine çevrilir. Bu zamanlama darbesinin süresi, darbenin başlangıcı ile
sonu arasında kararlı bir referans frekansının dijital bir formatta sayılmasıyla ölçülür. Bu
7
temel ilke nedeniyle, söz konusu tipteki çeviriciler dolaylı ya da genişlik modülasyonlu
çeviriciler olarak ta isimlendirilir.
İntegrasyon tipi çeviricinin yapı ilkesi şekil 2.1’de gösterilmiştir. Devrenin çalışması
aşağıdaki biçimde özetlenebilir:
Çevirme turunun başlamasından önce sayıcı sıfırlanır ve S1 anahtarı kapalı konuma
getirilir. Çevirme turu başlayınca S1 anahtarı açılır ve I1 akım kaynağı C1 kondansatörünün
uçlarında lineer olarak artan bir rampa gerilimi üretir. Bu süre boyunca sayıcı, saat
işaretlerini saymaya başlar. C1 kondansatörünün uçlarındaki gerilim VA giriş seviyesine
ulaşınca, karşılaştırıcı konum değiştirir ve çevirme turunu sona erdirir. Sayıcıdaki sayı
analog giriş işaretinin sayısal karşılığı olur. Örneğin, VFS değerine ulaşmak için NT
değerine kadar ulaşması gerekiyorsa, VA gerilimine kadar sayılan sayı;
n = N
T
VA
V FS
Şeklinde ifade edilebilir.
N bit’lik çözünürlük için NT =2N olur. Bu durumda sayıcıdaki sayı da ;
2N
n =
VA
V FS
değerini alır.
Sayıcıda toplanan bu sayı birim saat periyodu kadarlık artışla kuantalanır. Bu yüzden,
her saat periyodu VA’daki 1 LSB kadarlık bir artışa karşı düşer. Elde edilen sayı, N katlı
ikili sayıcının sayısal durumları olarak görüntülenir. Her saat darbesi girişinde konum
değiştiren birinci sayıcı katı LSB’ye, her 2N-1 saat darbesi girişine konum değiştiren son
kat ise MSB’ye karşı düşer.
Şekil 2.1’de verilen devre, rampa işaretinin başlangıcındaki belirsizlik ve I1 ile C1
değerlerinin kesin olarak kontrol edilmemesi sebebi ile pratikte çok az kullanılır. Söz
konusu hatların giderilmesi amacıyla daha karışık yapılar gerçekleştirilmesi yoluna
gidilmektedir. Bu yapıların arasında tek eğimli çift eğimli integrasyon tekniklerine
dayanan düzenleri saymak mümkündür.
En popüler versiyonu çift eğimli A/D çeviricidir. Bu ADC’ler analog ve dijital
teknolojinin birleştiği kompleks devrelerdir. Üretici firmaya bağlı olarak değişik şekillerde
üretilebilirler. Örneğin İntersil’in 7106veya 7107 entegreleri, bu entegreler hakkında ileriki
bölümlerde ayrıntılı bilgi verilecektir.
8
VA ile orantılı darbe genişliği
Karşılaştırıcı
Analog Giriş
Anahtarlanmış saat
darbeleri
VA
b1
b2
T1
Kontrol
Lojiği
İkili
Sayıcı
Dijital Çıkış
bn
S1
I1
Sıfırlama
Saat
Girişi
Şekil 2.1 İntegrasyon tipi A/D çeviricinin yapısı
Şekil 2.1’de T1 noktasında rampa gerilimi oluşmaktadır. Anahtar açık iken kondansatör
şarj olur, anahtar kapatılır ise kondansatör deşarj olur. Kondansatörün şarj-deşarj olayından
dolayı rampa gerilimi oluşmaktadır.
9
2.1.1 Çalışma Prensibi
Şekil 2.2 (b)’de tipik bir çift eğimli integrasyonlu A/D çeviricinin blok diyagramı
görülmektedir. Çip üstü bir 4’e bölümlü 12KHz’ lik bir sayıcı kontrol mantık birimini
sürer. Bu frekans kullanıcı tarafından harici zamanlayıcı direnç RT ve CT yardımıyla
belirlenir. Bu frekans, çevirmenin şebeke frekans gürültüsünden etkilenmemesi için şebeke
frekansının tam katı olmalıdır.
Kontrol mantık ünitesi karmaşık lojik devreler ağı olarak ve analog anahtarlar olarak
çevirimin gerçekleşmesini sağlar. A/D çevirim işlemi üç aşamada gerçekleşir ve saniyenin
1/3!ü zamanda biter. Bu safhalar; sinyal integrasyon safhası T1, referans integrasyon
safhası T2 ve otomatik 0’lama safhası TZ adlarını alırlar.
Şekil 2.2 (a) Çift eğimli integrasyon tipi ADC’nin tipik zaman diyagramı
10
Şekil 2.2 (b) Çift eğimli integrasyon tipi ADC’nin tipik blok diyagramı
2.1.2 Sinyal İntegrasyon Safhası, T1
Şekil 2.2 (b)’deki kontrol mantık ünitesi T1 fazının başlaması için Vin’i integratöre
bağlar. İntegratör veya rampa jeneratörünün çıkışı Vin’in polaritesine göre aşağı veya
yukarı doğru bir rampa çıkışı verir. Buradaki çıkış Vin, Rint ve Cint tarafından belirlenir.
Vin negatif ise Vo yukarı doğru bir rampadır. T1 ‘in zamanı kontrol mantık birimi
tarafından 1000 saat darbesi olarak belirlenir. Her bir saat darbesi 83.3 mikrosaniye’lik
olduğu için T1 fazı 83.3 milisaniye sürer.
11
Eğer VM =-100 mV ise Vo 0 Volt’tan 806 mV’a bir rampa olacaktır. Vin’in izin verilen
maksimum tam skala değeri +200 mV veya –200 mV2tur.Vin=200 mV olduğunda Vo,
maksimum 1012 mV2a artacaktır. Vo, Vin değeri ile orantılıdır. 1000 saat darbesi
sonucunda mantık birimi Vin’i ayırır ve Vref’i integratöre bağlar. Bu işlem T1 ‘i bitirip T2
‘yi başlatır.
2.1.3 Referans Tamamlama Safhası,T2
T1 safhası esnasında mantık birimi Vin’in polaritesini belirler ve referans kondansatörü
Cref’i (şekilde görülmeyen) 100 mV Vref değerine şarj eder. T2 safhasının başlangıcında
mantık birimi Vin’in tersi polariteye sahip Vref değeri için Cref’i integratöre bağlar. Sonuç
olarak bu Vref Vo’yu “0” değerine indiren bir rampa çıkışı sağlar. Vref sabit olduğu için
Vo’da sabit bir hızda 0!a inecektir. Vo, “0” a ulaştığında komparatör, mantık biriminin T2
yi bitirmesini ve TZ’yi başlatmasını sağlar. Burada T2 Vo ve dolayısıyla Vin değeriyle
orantılıdır.
Aradaki ilişki;
 Vref 

T2 = T1 
 Vin 
T1=83.33 mS ve Vref=100mV iken
mS 

T 2 =  0 . 833
Vin
mV 

2.1.4 A/D Çevirme
Vin analog voltajının asıl çevirimi T2 esnasında gerçekleşen dijital saymaya
çevirmektir. Kontrol birimi saat’i, T2’nin başlangıcında dahili bir BCD sayıcıya bağlar.
T2’nin sonunda ise ayrılır. Sonuçta sayıcının içeriği dijital çıkışa dönüşür. Bu dijital çıkış
T2 ve saat frekansı tarafından belirlenir.
d 
D ç =  T 2
 s 
Dç=Dijital Çıkış
d=Darbe Sayısı
s=saniye
12
 d   Vin
Dijital çıkış=  (T1 )
 s   Vref



7106 ve 7107 için saat frekansı 12 KHz, T1=83.33 mS ve Vref=100mV Olduğundan
 d  83.33 
Dijital Çıkış=12000 
Vin
 s  mV 
 d 
Dijital Çıkış=10
Vin
 mV 
Djital çıkış uygun bir 3
1
dijital displeye bağlanabilir
2
2.1.5 Otomatik Sıfırlama
Şekil 2-2 (b)’deki devre oto sıfır adında bir bölüm içerir. 3. ve son çevirme safhası olan
TZ esnasında mantık birimi birkaç analog anahtarı harekete geçirir ve şekilde görülmeyen
oto sıfır kondansatörü CAZ’yi bağlar.
CAZ kondansatörü integral alıcı kondansatör Cint ve integratör veya comparatör opamplarının offset voltaj girişi arasına bağlanır. CAZ, Cint ve offset voltajına bağlı olarak bir
hata voltajına şarj olur. Takip eden T1 ve T2 safhaları esnasında bu hata voltajı CAZ
üzerinde yüklüdür. Ve Cref üzerindeki herhangi bir hat voltajını yok eder. Böylece ADC
her çevrim işleminden sonra sıfırlanır.
2.1.6 Özet
Şekil 2-2 (a)’daki zamanlama diyagramını göz önünde bulunduralım. Mantık birimi bir
çeviri için 4000 darbe ayırır. Her bir darbe 83.33 mikrosaniye olduğundan çevirim 333 mS
sürer kontrol birimi T1 safhasına daima 1000 darbe yani 83.3 mS ayırır.
T2 için gereken darbe sayısı Vin’e bağlıdır. Sıfır darbeleri Vin’i “0” yapmak için
kullanılır ve Vin’in maksimum değerleri olan ± 200 mV için bu darbeler maksimum 2000
darbe veya 166.7 ms sürer.
T2 ve Tz daim toplam 3000 darbeyi veya 250 ms’yi paylaşırlar. Vin=0 volt için T2 “0”
darbe alır ve Tz 3000 darbe alır. Vin= ± 200 mV için Tz=2000 darbe alır ve Tz=1000 darbe
alır.
13
2.2 ARDIŞIL YAKLAŞIMLI ADC
Şekil 2.3’teki blok diyagram bir DAC’tan bir komparatörden ve birbirini izleyen ardışıl
yaklaşım yazmacından (Succesive Approximation Register) (SAR) oluşmaktadır. Analog
giriş voltajı Vin için bir terminal bulunmaktadır. Dijital çıkış seri yada paralel formda elde
edilebilir. En az 3 kontrol terminali gerekmektedir.
Çevirimi başlat (Start Conversion) bir A/D çevirimini başlatır ve “çevirim sonu” (end of
conversion) çevirimin ne zaman bittiğini belirler. Harici saat terminali ise her bir çevirimin
bitiş zamanını ayarlar.
V0
Vin
Analog Giriş
3 bit DAC
●
Comp.
●
●
Paralel
Dijital
Çıkış
D0
D1
D2
Ardışıl Yaklaşım Yazmacı
(SAR)
Saat palsı
Seri çıkış
Giriş seçici
Şekil 2.3 3 bit ardışıl yaklaşımlı A/D çeviricinin blok diyagramı
2.2.1 Devre İşleyişi
Açıklamalar şekil 2.3’ye göre yapılacaktır. Bir “çevrime başla”komutunun girişi bir
Analog/Dijital çevrim periyodunu başlatır. Birbirini izleyen yaklaşıklık yazmacı (SAR) bir
dijital numaralar dizisini DAC’ın her bir bit girişine bir numara gelecek şekilde DAC’a
bağlar. DAC her bir numarayı analog çıkış voltajı Vo’ya çevirir. Analog giriş voltajı Vin
ile Vo karşılaştırıcıda karşılaştırılır. Karşılaştırıcı SAR’a Vin’in Vo’dan büyük yada küçük
olduğu bilgisini her bir bit için verir. 3 bit çıkış için 3 karşılaştırma yapılır.
Karşılaştırmalar MSB ile başlar ve LSB ile biter. LSB’nin karşılaştırılmasından sonra
SAR “çevrim sonu” sinyali gönderir. Bu anda Vin’in dijital karşılığı SAR’ın dijital
çıkışında elde edilir.
14
2.2.2 Ardışıl Yaklaşımın Temsili Açıklaması
Elimizde 1-2 ve 4 Kg‘lık ağırlıklar ve bir terazi olduğunu varsayalım ve 1 Kg’lık
ağırlığı 1 LSB olarak 4Kg’lık ağırlığı da 4 LSB olarak düşünelim Şekil 2.3 ve 2.4’ten
görülebileceği gibi Vin değeri burada bilinmeyen bir ağırlığa sahiptir.
Şimdi Vin=6.5V bilinmeyen ağırlığa karşılık gelir. Bunu terazinin bir kefesine koyalım.
Diğer kefesine ise MSB’ye karşılık gelen 4 Kg’lık ağırlığı koyalım. (SAR bu işlem için
DAC’a 100 uygular ve DAC çıkışından alınan 4V,6.5V ile karşılaştırılır) Eğer bilinmeyen
ağırlık (6.5V) 4 Kg’dan büyük ise bu kez 4 Kg’dan büyük ise bu kez 4 Kg’ın yanına 2
Kg’lık ağırlık koyulur. (110 DAC’a uygulanır) Vin hala büyükse yani Vin>4+2 ise Vin>b
ise 1 Kg’lık ağırlıkta eklenir.(111 uygulanır) bu durumda diğer kefedeki ağırlık 7Kg olur
buda Vin’den büyüktür. Bu durumda son konulan ağırlık (1 LSB) alınarak yaklaşık
eşitleme gerçekleştirilir. Sonuçta diğer kefedeki eşitleme ağırlıkları 6Kg yani 6 LSB
olacaktır. Bu da dijital olarak 110 çıkışına karşılık gelir.
Clock
Start
End
Eğer Vin<1LSB
olursa : D0=0, D1=0, D2=0 ( 000) olur.
Eğer 1LSB<Vin<2LSB olursa : D0=0, D1=0, D2=1 ( 001) olur.
Eğer 2LSB<Vin<3LSB olursa : D0=0, D1=1, D2=0 ( 010) olur.
Eğer 3LSB<Vin<4LSB olursa : D0=0, D1=1, D2=1 ( 011) olur.
Eğer 4LSB<Vin<5LSB olursa : D0=1, D1=0, D2=0 ( 100) olur.
Eğer 5LSB<Vin<6LSB olursa : D0=1, D1=0, D2=1 ( 101) olur.
Eğer 6LSB<Vin<7LSB olursa : D0=1, D1=1, D2=0 ( 110) olur.
Eğer 7LSB<Vin
olursa : D0=1, D1=1, D2=1 ( 111) olur.
Şekil 2.4 3 bit ardışıl yaklaşımlı A/D çeviricinin anlog girişe karşı dijital çıkışın durumu
2.2.3 Çevirme Zamanı
Şekil 2.4 her bir bit’in karşılaştırılması için SAR’nin bir saat darbesine ihtiyacı
olduğunu gösterir. Bunun yanında, çevirme işleminin gerçekleşmesinden önce SAR’ın
sıfırlaması için ek bir saat darbesi gerekmektedir. Bir dijital-analog çevirim işleminin
15
gerçekleşmesi için gereken süre (Tc), saat periyodu T ve bit sayısı n’ye bağlıdır. Aradaki
ilişki;
Tc=T(n+1)’dır.
2.2.4 Yazılım Destekli A/D Çevirimi
D/A çeviricinin çalışma adresi 80H olarak belirlenmiştir.15 nolu girişten uygulanan
analog sinyal, Ad5582in içinde DAC’ın çıkışı ile karşılaştırılır. Karşılaştırıcının çıkışı,
transistörün bazına bağlanmıştır. Bu transistörün kollektörü ise üç-durumlu sürücü
74LS365 üzerinden veri yolunun d7 numaralı hattına bağlanmıştır. Sürücü, IOR ve adres
kod çözücüsü sinyalleri ile devreye sokulur. 74LS365’e 40H adresi atanmıştır.
Mikroişlemci (Mİ) bu adresi kullanarak D7 hattının aldığı değeri belirler.
Şekil 2.5 Yazılım destekli ardışıl yaklaşım A/D çevirici devresi
Analog sinyalin seviyesinin, DAC’ın çıkış seviyesinden daha yüksek seviyede olduğu
zaman, karşılaştırıcının çıkışı(16 nolu bacak) 0V’tur. Transistörün bazında 0V olması ile
kollektörde yaklaşık +5V görülür ve böylece D7 hattı 74LS365’in devreye sokulması ile
lojik 1 seviyeye çıkar. Analog sinyal seviyesi, DAC çıkışından düşük ise, D7 hattında lojik
0 seviye görülür.
Aşağıda Şekil 2.5’te gösterilen devreyi kullanarak yazılım destekli A/D çevirimini
gerçekleştiren bir program verilmiştir. Bu program Intel 8085 için yazılmıştır.
16
Program:
LXI SP YIĞIN Sp’a başlangıç değeri yüklendi.
LXI B, 8000 H C registeri ardışıl yaklaşım değerlerini toplamak için seçildi ve B
registerinin çevirim değerlerini saklaması için 100000002 değeri
yüklendi.
MVI D, 08H
B registerinin 8 defa kaydırılmasını sağlamak için D registeri
Sayıcı olarak kullanılacak.
MOV A, B
BŞL ADD C
D7 bitinin 1 olması sağlandı.
Bir önceki değer toplanır.
MOV C, A
Sonuç C registerinde saklanır.
OUT 80H
Çevirime başlanır.
CALL BEKLE Yerleşim süresinin geçmesi için yaklaşık 200 µ s beklenir.
IN 40H
Karşılaştırıcının çıkış değeri okunur.
RAL
D7 bitinin değeri belirlendi.
JC SRBT
Eğer D7=1 ise, analog sinyalin değeri DAC çıkışından daha
yüksektir. Bir sonraki bitin değeri “1” olmalıdır.(B)
MOV A, C
Eğer D=0 ise analog sinyalin değeri DAC çıkışından daha
düşüktür.
.
Bir önceki bitin (B) değeri C registerinin içeriğinden
çıkarılmalıdır.(B)
SUB, B
B registerinin içeriği akümülatörün içeriğinden çıkarıldı
MOV A, C
ve yeni değer C registerine alındı.
SRBT MOV A, B
RRC
MOV B, A
Sıradaki bite 1 değeri verildi.
17
DCR D
JNZ BŞL
Eğer 8 işlem tamamlandı ise BŞL satırına dönülür.
MOV A, C
OUT PORT 1
:Sonuç PORT1 adresli porta yazıldı.
HLT
Programın başında LXI B 8000H komutu ile ardışıl yaklaşım değerlerini saklayacak
olan C registerine 00H ve çevirim değerlerini saklayacak B registerine 80H değeri
yüklendi. B registerinin D7 biti bir yapıldı ve daha sonra bu registeri içeriği sekiz defa
kaydırıldı. Bu işlem sırasında D registeri sayıcı olarak kullanıldı. ADD C komutu ile B
registeri içinde kaydırılan 1 değerindeki bit, C registerinin önceki içeriğine eklendi. OUT
komutu ile çevirim işlemi başlatıldı ve yerleşim süresi geçtikten sonra, karşılaştırıcının
çıkışını gösteren D7 biti okundu. D7=1 olması analog sinyalin DAC çıkışından daha
yüksek olduğunu gösterir. Bundan sonra, B registerinin bir bit sağa kaydırıldığı ve D
sayıcısının bir bit azaltıldığı SRBT (Sıradaki bit) alt programına geçildi. Eğer B registeri
içindeki bit sekiz kez daha kaydırılmamış ise bu registerin içeriği C registerine eklenir. C
registerini yeni içeriği, karşılaştırıcının bağlı olduğu D7 bitini lojik 0 seviyeye alırsa B
registerinin son değeri, C regietrinden çıkarılır. A/D çevirim işlemi bittiğinde sonuç C
registerinde bulunur ve PORT 1 adresine bağlı porttan dışarı verilir.
2.3 FLASH ADC(Paralel Karşılaştırıcılı)
Girişten uygulanan analog sinyal C1, C2, C3 ile açıklanan üç çıkıştan dijital işarete
dönüştürülmektedir. Devreye ayrıca standart referans gerilimi uygulanmaktadır. Sırayla 1.
karşılaştırıcıya +3/4 Volt, 2. karşılaştırıcının girişine +V/2 ve 3. karşılaştırıcıya +V/4
referans gerilimleri mukayese (kıyaslama) için uygulanmaktadır. Böylece sistem 0 ile +5V
gerilimi arasındaki analog gerilimlerini kıyaslayarak üç dijital değer verilebilir.
Burada her karşılaştırıcı kendi referans gerilimi aşıldığında çıkış vermekte ve çıkışı
“HIGH” olmaktadır. Eğer giriş seviyesi 0 ile +V/4 arasında bir değerde ise bütün çıkışlar
“LOW” (0) durumunda olur. Giriş gerilimi +V/4’ü hafifçe aştığında 3. karşılaştırıcı çıkış
verir ve C1=HIGH (1) olur. +V/2 gerilimi değerine kadar sadece C1=1, C2=0 ve C3=0
durumu elde edilecektir.
Analog giriş gerilimi +V/2 seviyesini aştığında 2. karşılaştırıcı çıkışında “1” durumuna
döner. +V/2 seviyesinden 3V/4 seviyesine kadar C1 ve C2 çıkışları “1” , C3 çıkışı “0”
durumunda bulunur. Giriş gerilimi +3V/4 seviyesini aştığında C3 çıkışı da “1” olur.
Çünkü bu karşılaştırıcı +3V/4 ile +V gerilimi arasında çalışmaktadır. Şekil 2-6 ’de, bu
çalışma durumları ve gerilim seviyeleri tablo olarak özetlenmektedir.
18
+3V/4
C3
Çıkış
Voltajı
Com.
O
Vin
O●
O
Karşılaştırıcı Çıkışı
C1
C2
C3
0 to +V/4
Low
Low
Low
+V/4 to +V/2
High
Low
Low
+V/2 to +3V/4
High
High
Low
+3V/4 to +V
High
High
High
C2
Com.
+V/2
C1
Com.
O
(a)
+V/4
(b)
Vin : 0’dan 10V’ta analog giriş gerilimi
C1, C2,C3 : Karşılaştırıcı çıkışı
Şekil 2.6: Eş zamanlı A/D çevirme. (a) Mantık devresi; (b) Giriş gerilim seviyelerine bağlı
olarak karşılaştırıcı çıkış işaretleri(dijital)
+3V/4
Comp.
C3
O
Analog
Giriş
O
Kodlama
●
+V/2
Comp.
C2
Devresi
O
+V/4
Comp.
C1
O
Şekil 2.7: Eş zamanlı 2 basamaklı A/D konverter
Okuma
Kapısı
S
Q
R
Q Dijital
Çıkış
S
Q
R
Q
21
20
19
Şekil 2-6’i tekrar incelersek konverterin 4 çıkış gerilim kademesini seçtiğini görürüz.
Bu 4 kademe iki tabanlı sayı işaretleriyle seçilirler. Daha sonra bu üç karşılaştırıcı çıkışı,
analog giriş gerilimine eşdeğer dijital işarete çevrilmek üzere bir kodlayıcı
(coding)devresine uygulanır. Elde edilen sayılar depolanmak üzere daha sonra bir flip-flop
kaydediciye (flip-flop register) verilirler. Şekil 2.7’da böyle bir A/D konverterin tam blok
devresi görülüyor.
Eş zamanlı A/D çeviricinin çalışması, şekil 2.8’de verilen 3 basamaklı konvertör
incelendiğinde daha iyi anlaşılacaktır. Dikkat ederseniz bu devrenin, girişten uygulanan
analog işaretinin 3 basamaklı dijital işaret çevirdiğini hemen fark edeceksiniz. Böyle bir
devre için girişte 7 tane karşılaştırıcıya ihtiyaç duyulmaktadır. Çünkü analog işaretin girişte
8 seviye olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. 2 basamaklı konverter için 3
karşılaştırıcıya gerek olduğu hatırlanacak olursa genel olarak kullanılması gereken
karşılaştırıcı sayısının 2n-1 formülü ile hesaplayabiliriz. Örneğin 4 basamaklı dijital çıkış
gerektiğinde girişte 2n-1=24-1=15 adet karşılaştırıcı (comparatör)kullanmak gerekir.
Karşılaştırıcılardan bazıları invertere sahiptirler, kodlayıcı matrix devre için C sinyali ile
birlikte C işaretine gerek olmaktadır.
Kodlayıcı matrix devresi, yedi giriş devresini alarak 3 basamak 2 tabanlı sayı olarak
bunları kodlar (0-7 arası sayılar 8 seviyeye sahiptirler.) Şekil 2.8’deki konverterin mantık
devresi incelendiğinde kodlayıcı matrix devresinin nasıl çalıştığı çok daha kolay
anlaşılacaktır. Matrix kelimesi türkçeye aynen yerleşmiş olup, sayıların, şekillerin kare
biçimli düzenli diziler sıralar yapmasını açıklamaktadır. İki tabanlı sayı dizilerini
düzenleyen bu devre, burada kodlayıcı matrix devre olarak isimlendirilmektedir.
22 çıkışının “1” olabilmesi C4 çıkışının “1” olması sırasında gelen okuma palsı ile
mümkün olur. Bu açıklamamızı 22 = C4 şeklinde formüle edebiliriz. 21 çıkışını “HIGH” (1)
olabilmesi için C2, C4 ve C6 çıkışları “HIGH” olmalıdır. Buna göre 21 = C 2 x C4 + C6
olur. Benzer yolla 20 çıkışı için şu denklemi yazabiliriz;
20 =C1.C2 + C3 . C4 +C5.C6 +C7
Kodlayıcı matrix devreden bir bilginin kaydediciye transferi iki adımda gerçekleşebilir.
Önce RESET hattına pozitif reset palsı uygulanmalıdır. Bu pals flip-flop’ların bütün
girişleri “0” olur. Sonra pozitif okuma (READ) palsının okuma hattına uygulanmasıyla
READ kapıları “ 1 ” olur ve dijital işaret flip-flop’lara transfer olur.
9318 entegresi; kodlayıcı matrix, okuma kapıları ve çıkış kaydedici flip-flop’larına
sahip bir entegredir. Şekil 2.8’de bu entegre önünde yedi karşılaştırıcının nasıl
kullanılacağı açıklanıyor. C1 den C7 e kadar sıralanan giriş op-amp karşılaştırıcılar TTL
tipidir. 9318 entegresinin giriş ve çıkış uçlarındaki küçük yuvarlaklar, tampon inverterlerle
bu uçlardaki işaretlerin terslendiğini açıklamaktadır. Böylece LOW’a yani 0’a giden giriş
ve çıkış uçları aktif olur(çalışır).
Eş zamanlı A/D çeviricilerin yapıları ve çalışmaları basit olduğundan kolayca anlaşılır.
Bununla beraber dijital basamak sayısının artması ile, girişteki karşılaştırıcı sayısı (2n-1)
formülüne göre hızla artmaktadır ve çok basamaklı devrelerin kullanılmasıyla da karmaşık
bir duruma girmektedir. Çevirme işlemlerinin hızlı gerçekleştirilmesi iyi yönüdür. Bu
özelliğinden dolayı “flash” konverter ismini alır.
20
Giriş
Karşılaştırıcı Seviyeleri
Gerilimleri
C1
C2
C3
C4
C5
İkili Çıkış
C6
C7
22 21 20
0-V/8
Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0
0
0
0
V/8-V/4
High-1 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0
0
0
1
V/4-3V/8
High-1 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0
0
1
0
3V/8-V/2
High-1 High-1 High-1 Low-0 Low-0 Low-0 Low-0
0
1
1
V72-5V/8
High-1 High-1 High-1 High-1 Low-0 Low-0 Low-0
1
0
0
5V/8-3V/4
High-1 High-1 High-1 High-1 High-1 Low-0 Low-0
1
0
1
3V/4-7V/8
High-1 High-1 High-1 High-1 High-1 High-1 Low-0
1
1
0
7V/8-V
High-1 High-1 High-1 High-1 High-1 High-1 High-1 1
1
1
Tablo 2.2 Şekil 2.8’de verilen A/D çeviricinin mantık tablosu
Analog giriş
h
C7
f
C6
e
C5
h: +7V/8
f: +3V/4
e: +5V/8
9318
d: +V/2
c: +3V/8
A1
f
C4
c
C3
b
C2
b: +V/4
a: +V/8
a
C1
Şekil 2.8 3 basamaklı eş zamanlı A/D konverter mantık devresi
A1
A0
22
21
20
21
Analog giriş
C7
Q
h
S
20
R
f
Q
e
S
R
d
c
21
Q
S
b
R
a
22
C1
Karşılaştırıcı
Kodlayıcı Matrix
Okuma
Çıkış
Kapıları Kaydedicisi
a: +V/8
h: +7V/8
b: +V/4
f: +3V/4
c: +3V/8
e: +5V/8
d: +V/2
Şekil 2.9 3 basamaklı eş zamanlı A/D çevirici mantık devresi
22
2.4 ÇEŞİTLİ A/D ÇEVİRİCİLERİN KARŞILAŞTIRILMASI.
Buraya kadar ele alınmış olan A/D çevirici yapılarının temel özellikleri, karşılaştırma
amacıyla aşağıda ki (tablo 5.2) tabloda toplu biçimde verilmiştir.
ADC Tipi
İntegrasyon
Bağıl hız
Tipik çevirme zamanı
Yada
8 bit 10 bit 12 bit
Performans 6 bit
14 bit
Yaygın
Kullanılan
Teknoloji
Düşük
-
20ms
30ms
100ms 250ms
MOS
Orta
-
1ms
5ms
20ms
100ms
MOS
Yüksek
-
0,3ms
1ms
5ms
30ms
MOS
Ardışıl
Düşük
60 µ s
100 µ s 120 µ s 150 µ s
-
MOS
Yaklaşımlı
Orta
30 µ s
50 µ s
60 µ s
80 µ s
-
Yüksek
5µ s
10 µ s
15 µ s
20 µ s
-
MOS veya
bipolarBipolar
veya MOS
Orta
100ns
200ns
-
-
-
Yüksek
20ns
50ns
-
-
-
Paralel
Tablo 2.3 Çeşitli A/D çevirici yapılarının karşılaştırılması
MOS veya
bipolar
Bipolar
23
3. A/D ÇEVİRİCİLERİN KULLANIM ALANLARI
3.1 Mikroişlemciler için A/D Çeviriciler
Mikroişlemci ADC’yi hafıza haritası (memory map) içinde “sadece okunur” (read only)
adres olarak görür. Şekil 3.1’de görüldüğü gibi ADC bir üç durumlu hafıza tampon
yazmacı” na sahip olmalıdır.(MBR) Bu MBR “Başta çalışma durumunda”, ADC’nin son
çeviriminden doğan bir dijital kod içerecektir. Aynı zamanda veri yolundan ayrılacaktır.
Mikroişlemci bir ADC’nin çip seçme terminalini düşük seviyede tutarak o ADC’yi
seçmek için adres yolu ve kod çözücüleri kullanır. Çip seçme terminalinin düşük seviyede
olması ADC’ye okuma/yazma (read/write) terminaline bir komutun gelişini bildirir. Eğer
mikroişlemci R/W terminalini düşük seviyede tutmuş ise ADC Vin’i dijital kod’a çevirir
ve bunu MBR’sine yükler yada yazar. Çip seçme terminali düşük seviyede ve R/W ucu
yüksek seviyede ise ADC’nin MBR’si veri yoluna bağlanır.
“Oku” komutunun varlığı mikroişlemcinin ADC’nin hafıza tampon yazmacından
(MBR) veri okunacağını gösterir. Bu durumda ADC’nin üç durumlu dijital çıkışı yüksek
empedanstan düşük empedansa geçmeli ve veri yoluna bağlanmalıdır. Yaz (write) komutu
ise ADC’nin çeviriye başlamasını sağlar. Mikroişlemci böylece ADC’ye;
1. Bir çevrim gerçekleştir,
2. Çevrim sonucunu hafızana yükle,
3. Ben isteyene kadar sonucu bana söyleme emrini vermiş olur.
Sonuç olarak Mikroişlemci uyumlu ADC’nin durum bildirme (status) terminali vasıtası
ile bilgi vermesi gerekir. Bunun için, ADC eğer bir çevirme işlemi gerçekleşmeye başladı
ise status terminalini yüksek seviyeye çeker ve eğer çeviri işlemi bitti ise bu terminali
düşük seviyeye çeker ve verinin doğru ve okunmaya hazır olduğunu bildirir. Bütün önemli
özelliklerin anlatımı için 20 uçlu AD670 çeviricisi incelenecektir.
24
Saat
palsı
Vin
Chip select
. Com
SAR
Logic
.
Read/Write
Status
Dijital
çıkış
DAC
3 durumlu tampon
hafıza kaydedicisi
Dijital bilgi
yolu çıkışı
Şekil 3.1 Mikroişlemciler için A/D çevirici
3.1.1 Mikroişlemci Uyumlu A/D Çevirici, AD670
AD670, 8 bit ardışıl yaklaşımlı ve mikroişlemci uyumlu bir A/D çeviricidir. Şekil
3.2(a)’da yukarıda açıklanan özelliklere ek olarak devre içi bir saat, referans gerilimi ve
entrumantasyon yükseltecine sahiptir. Sadece 5V besleme ile çalışır. Terminallerinin
işleyişi aşağıda açıklanmıştır.
3.1.1.1 Analog giriş Voltajı terminalleri
Dört analog giriş terminaline sahiptir. Bunlar 16, 17,18, ve 19’dur. Bunlar bir
entrumantasyon yükseltecinin girişleridir ve ünipolar veya bipolar olabilir. Aynı zamanda
çözünürlük ayarı pinler yardımı ile yapılabilir. Şekil 3.2(b)’de 0-2.55V giriş ve çözünürlük
= 10mV/LSB için çalışma görülmektedir. Şekil 3.2(c)’de ise giriş
0-255mV ve
çözünürlük = 1mV/LSB’dir.
3.1.1.2 Dijital çıkış terminali
1 ve 8 (dahil) arasındaki uçlar üç durumlu, tamponlu ve mandallamalı dijital
çıkışlarıdır. Bunlar sırasıyla D0-D7 şeklinde çıkış verir. Mikroişlemci AD670’e bir çeviriyi
gerçekleştirme (write) emrini verdiğinde, ADC’nin MBR’sine mandallanır. Üç durumlu
25
çıkış anahtarı, mikroişlemci okuma komutu gönderene kadar yüksek empedans gösterir.
Yani ADC’nin MBR’si (Hafıza tampon yazmacı) normalde veri yolundan ayrıdır.
Şekil 3.2 (a) AD670’in bacak bağlantıları
26
(b)
(c)
Şekil 3.2 (b) Tam Skala analog Giriş voltajı 0-2.55V veya 0 ± 1.28V
(c) Tam Skala analog Giriş voltajı 0-255mV veya 0 ± 128mV
3.1.1.3 Giriş seçim terminali
11 numaralı uç BPO/UPO terminalidir ve mikroişlemcinin, ADC girişlerinin bipolar
yada unipolar olmasını belirlemesini sağlar. Bu ucun düşük seviyede olması unipolar giriş
seçiminin yapıldığını gösterir. 0-2,55vV veya 0-255mV kademeleri kullanıcı tarafından,
Şekil 3.2(b)’de ve c’de görüldüğü gibi seçilir. 11 nolu ucun yüksek seviyede olması ise
bipolar giriş yapılacağını gösterir. Giriş kademeleri ise ± 1.28V (Şekil 3-2(b)) veya
± 128mV (Şekil 3-2(c)) olacaktır.
3.1.1.4 Çıkış seçim terminali
Şekil 3-2(a)’daki 12 nolu uç “21s/BIN” terminalidir. Bu uç mikroişlemcinin ADC çıkış
formatını 2’nin tümleyeni veya binary kod olarak belirlenmesini sağlar. Tablo 3-1(a)’da 4
muhtemel seçenek görülmektedir.
Vin girişine dijital çıkış cevapları Tablo 3-1(b)’ve c’de görülmektedir. Vin Şekil 3.1(b)
ve (c)’de görüldüğü gibi farksal giriş voltajıdır ve Vin=(+Vin)-(-Vin)’dir. Burada +Vin ve
–Vin toprağa göre giriş ölçüm değeridir.
3.1.1.5 Mikroişlemci kontrol terminalleri.
Şekil 3-2’de görüldüğü gibi 13.14 ve 15nolu uçlar mikroişlemci tarafından AD670’in
kontrolü için kullanılır. 14 nolu uç çip seçme (CS), 15 nolu terminal çip yetkilendirme
(CE) uçlarıdır. 13 nolu uç ise yazma/okuma (R/W) veya bazen yazma/çevirme ucudur.
27
Eğer CS, CE ve R/W uçlarının hepsi düşük seviyede tutulursa ADC sürekli çevirme
yapar. Her 10 µ s’de bir çevirme yapar. Her bir çevirimin sonucu çıkış tampon yazmacına
mandallanır. Bununla birlikte dijital çıkış kodu henüz veri yoluna bağlı değildir çünkü
çıkışlar yüksek empedans durumundadır. Bu çalışma yaz/çevir çalışmasıdır. Bu durumda
mikroişlemci ADC’ye çevirim sonucunu çıkış tampon yazmacına yazmasını söyler. Eğer
CS veya R/W veya CE yüksek seviyede ise AD670 seçili durumda değildir ve en son
çeviri soncunu yazmaçta saklar. 9 nolu durum bildirme (status) ucu çeviri boyunca yüksek
seviyede kalır. Çevirme tamamlandığında 9 nolu uç, mikroişlemciye verinin doğru ve
okunmaya hazır olduğunu bildirmek için, düşük seviyeye geçer. Mikroişlemci, durum
bildirme , CS ve CE uçları düşük seviyede iken, veriyi okumak için R/W ucunu yüksek
seviyeye çeker. Bu mikroişlemcinin okuma komutudur.
AD670’in tamponu geçirgen (transporant) hale dönüşür ve 8 dijital çıkışı veri yoluna
bağlanır. CS ucu yüksek seviye veya CE yüksek seviye veya R/W düşük seviye oluncaya
kadar veriler veri yolunda kalacaktır.
3.1.1.6 AD670’li ADC çeviricinin çalışma özeti
1. CE ve CS’nin düşük seviyede olması AD670’ i seçer. Bundan sonra R/W’ ye bağlı
olarak şunlar olur.
2. Eğer R/W düşük ise çeviri gerçekleştirilir ve sonuç tampon yazmacına yazılır. Çıkışlar
yüksek seviyededir. Çeviri 10 µ s sürer.
3. R/W yüksek seviyede ise son çeviri sonucu tamponda saklıdır ve çıkışlar geçirgen
durumdadır. Başka çeviri gerçekleştirilmez. Yazmacın içeriği mikroişlemci tarafından
veri yolu yardımıyla okunabilir.
4. Durum bildirme (status) terminali çevirinin bitip bitmediğini ve çevirinin okunabilir
olup olmadığını yüksek seviye ve düşük seviye olarak bildirir. Eğer veri okunabilir
durumda ise mikroişlemci R/W ucuna yüksek seviye değer kazandırarak veriyi
okuyabilir.
Pin 11
Seçici Giriş
BPO/UPO
Pin 12
Çıkış düzenleyicisi
2’s/BIN
0
Tek kutuplu
0
1
İki kutuplu
0
Offset binary
0
Tek kutuplu
1
2’nin tümleyeni
1
İki kutuplu
1
2’nin tümleyeni
(a)
28
Farksal Giriş
Tek kutuplu/straight binary,
Vin
0
0000
0000
1 mV
0000
0001
128mV
1000
0000
255 mV
1111
1111
(b)
Farksal Giriş
Vin
İki kutuplu/offset binary İki kutuplu/ 2’nin tümleyeni
Pin 11 = 1, 12 = 0
Pin 11 = 1, 12 = 1
-128 mV
0000
0000
1000
0000
-1 mV
0111
1111
1111
1111
0
1000
0000
0000
0000
1mV
1000
0001
0000
0001
127mV
1111
1111
0111
1111
(c)
Tablo 3.1 (a)
(b) Çift fazlı giriş için çıkış kodu
(c) Tek fazlı giriş için çıkış kodu
29
3.1.2 Mikroişlemci Uyumlu A/D Çeviricinin Test Edilmesi
Şekil 3.3 Mİ için AD670 ile yapılmış ADC
30
8 bitlik bir ardışıl yaklaşımlı A/D çevirici, mikroişlemci olmaksızın test edilebilir.
Şekil 3.3 bunu gösterir. D0’dan D7’ye kadar her bir veri çıkışı bib invertör, direnç ve
LED’e bağlıdır. Bu bileşenler veri yolu görevini yapar. LED’in yanması o çıkışa ait veri
yolunda 1 olduğunu gösterir.
14 ve 15 nolu uçlar CS ve CE düşük seviye olacak şekilde bağlanmıştır. Bu şekilde
çeviri sağlar. 555 zamanlayıcısı R/W’yi 5 µ s düşük seviyede tutarak yaz (write) komutunu
simüle eder. Böylece 10 µ s’lik çeviri bitmeden R/W yüksek seviyeye döner. 10 µ s
sonunda R/W’de yüksek seviye olması oku (read) komutunu simüle eder ve veri LED’ler
üzerinde görülür. RT=1.5M Ω ise AD670 her 1 saniyede 1000 çeviri ve okuma
gerçekleştirilir. RT=120k Ω olursa saniyede 10000 kez çevirme ve okuma yapılır.
3.1.3 Mikroişlemci Uyumlu A/D Çevirici, ADC0801
Mikroişlemci’nin mikroişlemci uyumlu bir A/D çevirici ile iletişim kurması için
aşağıdaki işlemleri gerçekleştirmesi gerekir.
Şekil 3.4 Mikroişlemci uyumlu A/D çevirici
1. BAŞLA hattına bir pal gönderilmesi. Bu sinyal mikroişlemci’nin YAZ (WR) hattından
alınabilir.
2. Çevirim işlemi sonuna kadar beklenmesi. Bu işlemin bittiği VERİ HAZIR çıkışından
anlaşılır.
3. A/D çeviricinin çıkış sürücüsünden dijital değerin okunması.
Mikroişlemci’nin A/D çevirimi sırasında, zaman kaybetmeden normal işlevini
sürdürebilmesi için interrupt hattının kullanılması gerekir. Şekil 10.22’de AD0801’in İntel
8085 Mikroişlemci’sine interrupt hattını kullanarak bağlanması gösterilmiştir. A15adres
31
hattı, bir inverterden geçtikten sonra ADC0801’in devre seçici (CS) girişine bağlanmıştır.
MEBR ve MEMW hatları ise sırası ile, OKU (RD) ve YAZ (WR) hatlarına bağlanmıştır.
Bu A/D çevirici, interrupt sistemi ile mikroişlemci’ye bağlanacak şekilde özel bir mantık
devresine sahiptir.
Şekil 3.5(b)’de gösterildiği gibi çevirim işlemi devre seçici (CS) ve YAZ (WR)
hatlarının lojik 0 seviyesine inmesi ile başlar. Çevirim işlemi sonunda ADC0801’in INTR
çıkışı lojik 0 seviyeye inerek mikroişlemci’nin servis alt programına geçmesini sağlar.
Servis alt programında dijital veri A/D çeviriciden okunur ve RD sinyalinden sonra INTR
hattı kendiliğinden lojik 1 seviyeye çıkar. Bu tümdevre içindeki mantık devresi, çevirim
işleminin bittiğini INTR çıkışından belirtir ve verinin okunmasından sonra bu hattın lojik 1
seviyeye çıkmasını sağlar.
Şekil 3.5(a)’da gösterildiği gibi, intrrupt kullanarak veri iletişimini gerçekleştirmek için
programcının EI komutu ile interrupt maskesini kaldırması gerekir. Bundan sonra 8000H
adresli porta YAZ işlemi uygulayarak çevirim işlemi başlar. Çevirim işlemi sonunda INTR
sinyali ile Mİ 0034 H satırına geçer. Servis alt programında 8000H adresinden veri okunur,
interrupt maskesi kaldırılır ve ana programa dönülür.
Şekil 3.5(a) ADC0801’in Intel 8085’e bağlanması
32
CS
ƒƒ
Çevirime başla
MEMW
MEMR
INTR
A/D 0801’den gelir
A/D
çevirici
Statüsü
ƒƒ
Veri hazır
Meşkul
Veri
Çıkışı
Veri
Şekil 3.5(b) A/D çeviriciden veri okuma işleminin zamanlama diyagramı
3.1.4
Mikroişlemci Uyumlu A/D Çevirici, ADC0808
3.1.4.1 ADC0808’in çalışma pirensibi
CMOS teknolojisi ile üretilmiş bu A/D çevirici, Mİ ile uyum sağlamak için gerekli
mantık devresi ve 8 kanallı bir MUX içerir. Bu tümdevre için de çevirim, ardışıl yaklaşım
yöntemi ile gerçekleşir. 8 kanallı MUX ile , 8 farklı giriş katına uygulanan analog
sinyallerden ilgili olana erişilir. ADC0808 ile çalışırken sıfırlama veya Tam Skala
ayarlarına gerek yoktur. TTL uyumlu üç durumlu çıkış sürücüsü tümdevrenin
mikrobilgisayar sisteminde kullanılmasını kolaylaştırır.
33
Şekil 3.6 ADC0808’in blok diyagramı
34
Şekil 3.7 ADC0808’in bacak bağlantısı
3.1.4.2 ADC0808’in elektriksel özellikleri
Vref(+); Maksimum analog giriş değeri; VCC
Vref (+) + Vref (−)
2
; Analog girişin orta değeri; Vcc/2, (Vref(+)=Vcc)
Vref(-)
; Minimum analog giriş değeri : 0V
Icc
; Besleme akımı : 0,3mA (saat sinyali 640kHz)
35
Vin
; Lojik 1 seviye için giriş voltajı : Vcc-1.5V
Vin
; Lojik 0 seviye için giriş voltajı : 1.5V (max)
Iin
; lojik 1 seviye için giriş akımı : 1 µ A (maks)
Iin
; lojik 0 seviye için giriş akımı : -1 µ A (Vin=0)
Vout
; Lojik 1 seviye çıkış voltajı : Vcc-0,4V
Vout
; Lojik 0 seviye çıkış voltajı : 0.45V
tWS
; BAŞLA palsının minimum genişliği : 100ns
tWALE
;ALE palsının minimum genişliği : 100ns
tS
; Minimum adres seyup süresi : 25ns
tH
; Minimum adres tutma süresi : 25ns
tD
; ALE’den
tH1, tH0
; OE konrolü ile çıkışa dijiyal değerin ulaşması : 125ns
t1H, t0H
;
tC
; Çevirim süresi : 100 µ s (fc=640kHz)
fC
; Saat sinyali : 10kHz (min), 1280kHz (max), 640kHz (normal)
tEOC
; Çevirim sonu (EOC) sinyali gecikmesi : 8 saat Per. +2 µ s.
CIN
; Kontrol girişleri kapasitansı : 10pF
COUT
; Çıkış kapasitansı :10pF
sonra MUX gecikme süresi :1 µ s
OE kontrolü ile çıkışta yüksek empedans görülmesi : 125ns
ADC0808’in içindeki 8 kanallı MUX ile, tümdevrenin 8 farklı giriş hattına uygulanan
analog sinyallerden birisi seçilir. Bu seçim adres kod çözücüsü yardımı ile gerçekleşir.
Tablo 3.2’de adres girişlerine uygulanan değere göre seçilen kanal gösterilmiştir.
36
Seçilen
Adres Hatları
Kanal
C
B
A
IN0
L
L
L
IN1
L
L
H
IN2
L
H
L
IN3
L
H
H
IN4
H
L
L
IN5
H
L
H
IN6
H
H
L
IN7
H
H
H
Tablo 3.2 ADC0808’de kanal seçimi
Bu tümdevrenin en önemli bölümü 8 bitlik A/D çeviricidir. Çevirici değişik sıcaklıklarda
hızlı ve doğru bir biçimde çevirim yapacak şekilde tasarlanmıştır. Bu birimin üç ana
bölümü şöyledir.
1. 256R Direnç devresi
2. Ardışıl yaklaşım registeri
2. Karşılaştırıcı
A/D çeviricisi içindeki ardışıl yaklaşım registeri (SAR) ÇEVİRİME BAŞLA (SC)
palsının pozitif kenarında reset olur. Bu palsın negatif kenarında ise çevirim başlar.
Başlamış olan bu çevirim işlemi, yeni bir SC palsının gelmesi ile kesilir. ÇEVİRİM SONU
(EOC) ve SC hatları bağlanarak sürekli (kesintisiz) çevirim elde edilebilir. Eğer ADC0808
için bu mod seçilir ise, besleme voltajı uygulandıktan sonra, dışarıdan ÇEVİRİME BAŞLA
(SC) sinyalinin gönderilmesi gerekir. SC palsından sonra yeteri kadar saat sinyali periyodu
geçer ve EOC hattı lojik 0 seviyeye iner.
A/D çevirici içindeki en önemli bölümlerden birisi karşılaştırıcıdır. Gerçekleşen çevirim
hassasiyeti karşılaştırıcıya bağlıdır.
ADC0808 oransal bir çeviricidir. Bu tür çeviricilerde ölçülen fiziksel değer, Tam Skala
değerin bir oranı olarak belirtilir. Bu tümdevre için giriş voltajı ve çıkış değeri arasıdaki
bağıntı aşağıda verilmiştir.
V IN
DX
=
V FS − V Z
D MAX − D MIN
37
Burada ;
VIN : Analog giriş voltajı
VFS : Tam Skala voltajı
VZ
: Sıfır değeri
DX
: Dijital çıkış değeri
DMAX : Maksimum dijital çıkış değeri
DMIN : Minimum dijital çıkış değeri
Önceden Vref(+) ile belirlenen maksimum giriş voltajının değeri besleme voltajı VCC’den
yüksek olmamalıdır. Benzer olarak minimum giirş voltajını belirleyen Vref(-) ‘de 0v’tan
daha düşük olmamalıdır. Analog giriş değer aralığının orta noktası, yaklaşık olarak VCC/2
değeri yakınlarında seçilmelidir.
ADC0808’in besleme akımı 1mA’den daha düşük olduğu için, besleme akımını Vref(+)
girişinden çekmek mümkündür. Vref(-) değerinin 0V olarak belirlendiği ve besleme
akımının referans kaynağından çekildiği durumlarda olabilir. Gösterilen sürücü op-amp’ın
çıkış akımı ADC0808’i sürecek seviyede olmalıdır. LM301 op-amp’ı 10 µ F’lık bir
kapasitör ile yüklendiğinde, oldukça kararlı bir şekilde, gerekli voltaj seviyelerini üretmek
için kullanılabilir.
3.2 A/D Çeviricinin Displey Sürücü Olarak Kullanılması
3.2.1 A/D çeviricinin LCD Displey sürücü olarak kullanılması
3.2.1.1 7106 entegresi
7106, 3.5 dijitlik CMOS analog-dijital çevirici entegredir. 0.05٪ doğruluk istenen ölçüm
sistemleri için gerekli olan tüm aktif elemanları içlerinde bulundururlar. 7 segment kod
çözücü, polarite, dijit sürücüler, referans gerilim kaynağı ve clock devresi entegrenin
içerisine yerleştirilmiştir.
7106, çift eğimli çevirme (Dual Slope Conversion) yekniğini kullanarak A/D çevirme
işlemi yaparlar.
7106, düşük güç harcadığı için 9V pil ile çalışabilir ve portatif ölçü aletleri
uygulamaları için idealdir.
38
7106’nın özelliklri;
-
LCD Dispileyleri direkt olarak sürebilme,
-
Görüntü kararlılığı için düşük gürültü,
-
9V pil ile çalışabilme,
-
Yüksek empedanslı CMOS girişler (1012),
-
Düşük güçte çalışma (10mW),
Şekil 3.8 7106 ayak bağlantıları
7106’nın ayak bağlantılarının açıklanması;
1. Pozitif besleme gerilimi
39
2. Birler hanesinin D segmenti
3. Birler hanesinin C segmenti
4. Birler hanesinin B segmenti
5. Birler hanesinin A segmenti
6. Birler hanesinin F segmenti
7. Birler hanesinin G segmenti
8. Birler hanesinin E segmenti
9. Onlar hanesinin D segmenti
10. Onlar hanesinin C segmenti
11. Onlar hanesinin B segmenti
12. Onlar hanesinin A segmenti
13. Onlar hanesinin F segmenti
14. Onlar hanesinin E segmenti
15. Yüzler hanesinin D segmenti
16. Yüzler hanesinin B segmenti
17. Yüzler hanesinin F segmenti
18. Yüzler hanesinin E segmenti
19. Binler hanesindeki 1 rakamı
20. Negatif ölçüm işareti (-)
21. 7106 : LCD BP sürücü çıkışı
22. Yüzler hanesinin G segmenti
23. Yüzler hanesinin A segmenti
24. Yüzler hanesinin C segmenti
25. Onlar hanesinin G segmenti
26. Negatif besleme gerilimi
27. İntegral devresi çıkışı. Bu uca integrasyon kondansatörü bağlanır. (220nF)
28. İntegral alıcı direnç bağlantısı. Bu direnç 47K Ω ise girişten max. 200mV oulr.
29. Otomatik sıfır kondansatörü. 200mV tam skala için 470nF, 2V tam skala için 47nF
30. Eksi (-) ölçme girişi
31. Artı (+) ölçme girişi
32. Ortak analog bağlantı ucu
33. Referans kondansatörünün (-) ucu
40
34. Referans kondansatörünün (+) ucu
35. Referans geriliminin (-) ucu
36. Referans geriliminin (+) ucu. Referans gerilimi 200mV tam skala için 100mV olur.
37. Bu uç direnç ile pozitif gerilime bağlanır ise displeyde –1888 okunmalıdır.
38. İç osilatör ayağı
39. İç osilatör ayağı
40. İç osilatör ayağı. Bu ayağa 100K Ω direnç ve 100pF kondansatör bağlanır ise iç
osilatör frekansı 48KHz olur.
3.2.1.2 7106 ile yapılmış LCD Display sürücü
Şekil 3.9 7106’nın LCD sürücü olarak kullanılması
41
7106, LCD (sıvı kristal ekran) displeyleri sürer. Bu amaçla BP (Black Plane (geri plan))
ucuna sahiptir.
3.2.2
A/D çeviricinin Led Displey sürücü olarak kullanılması
3.2.2.1 7107 entegresi
7107, 3.5 dijitlik CMOS analog-dijital çevirici entegreleridir. 0.05٪ doğruluk istenen
ölçüm sistemleri için gerekli olan tüm aktif elemanları içlerinde bulundururlar. 7 segment
kod çözücü, polarite, dijit sürücüler, referans gerilim kaynağı ve clock devresi entegrelerin
içerisine yerleştirilmiştir.
7107, çift eğimli çevirme (Dual Slope Conversion) tekniği kullanılarak A/D çevirme
işlemi yaparlar.
Şekil 3.10 7107’nin ayak bağlantıları
42
7107’nın özelliklri;
-
LCD Dispileyleri direkt olarak sürebilme,
-
Görüntü kararlılığı için düşük gürültü,
-
± 5V pil ile çalışabilme,
-
Yüksek empedanslı CMOS girişler (1012),
-
Düşük güçte çalışma (10mW).
7107’nin ayak bağlantılarının açıklanması;
1. Pozitif besleme gerilimi
2. Birler hanesinin D segmenti
3. Birler hanesinin C segmenti
4. Birler hanesinin B segmenti
5. Birler hanesinin A segmenti
6. Birler hanesinin F segmenti
7. Birler hanesinin G segmenti
8. Birler hanesinin E segmenti
9. Onlar hanesinin D segmenti
10. Onlar hanesinin C segmenti
11. Onlar hanesinin B segmenti
12. Onlar hanesinin A segmenti
13. Onlar hanesinin F segmenti
14. Onlar hanesinin E segmenti
15. Yüzler hanesinin D segmenti
16. Yüzler hanesinin B segmenti
17. Yüzler hanesinin F segmenti
18. Yüzler hanesinin E segmenti
19. Binler hanesindeki 1 rakamı
20. Negatif ölçüm işareti (-)
21. 7107 : Dijital şase
43
22. Yüzler hanesinin G segmenti
23. Yüzler hanesinin A segmenti
24. Yüzler hanesinin C segmenti
25. Onlar hanesinin G segmenti
26. Negatif besleme gerilimi
27. İntegral devresi çıkışı. Bu uca integrasyon kondansatörü bağlanır. (220nF)
28. İntegral alıcı direnç bağlantısı. Bu direnç 47K Ω ise girişten max. 200mV, 470 K Ω ise
girişten max. 2V ölçülebilir.
29. Otomatik sıfır kondansatörü. 200mV tam skala için 470nF, 2V tam skala için 47nF
30. Eksi (-) ölçme girişi
31. Artı (+) ölçme girişi
32. Ortak analog bağlantı ucu
33. Referans kondansatörünün (-) ucu
34. Referans kondansatörünün (+) ucu
35. Referans geriliminin (-) ucu
36. Referans geriliminin (+) ucu. Referans gerilimi 200mV tam skala için 100mV, 2V tam
skala için 1V olarak ayarlanmalıdır.
37. Displey test ucu. Bu uç direnç ile pozitif gerilime bağlanır ise displeyde –1888
okunmalıdır.
38. İç osilatör ayağı
39. İç osilatör ayağı
40. İç osilatör ayağı. Bu ayağa 100K Ω direnç ve 100pF kondansatör bağlanır ise iç
osilatör frekansı 48KHz olur.
44
3.2.2.2 7107 entegresi ile yapılmış Led Display sürücü
Şekil 3.11 7107’nin tipik bağlantı şeması
7107, ortak anodlu LED displayleri sürer ve her segment için 8mA akım çıkışı verebilir.
45
3.3 A/D Çeviricinin DVM Olarak Kullanılması
3.3.1 4.5 Dijitlik DVM, TSC7135
3.3.1.1 TSC7135 entegresi
TSC7135, 4.5 dijitlik maksimum lineerlikte ve doğrulukta çevirme işlemi yapan A/D
çeviricidir. Çift eğimli çevirme (Dual Slope Conversion) tekniğini kullanarak A/D çevirme
işlemi yapar. Çıkışlarına segment sürücü bağlandığı zaman, dijital voltmetre (DVM) olarak
kullanılabilir. Ortak anodlu ve ortak katodlu displeyleri süren entegrelerle çalışabilir.
Mikroişlemci temelli ölçme sistemlerini destekler.
7135’in Özellikleri;
- Maksimum ± 1 sayma hatası,
-
0V giriş geriliminde 0V okuma,
-
Sıfırda doğru polarite gösterimi,
-
Çoğullamalı BDC veri çıkışları,
-
TTL uyumlu çıkışlar,
-
Diferansiyel girişler,
-
UART ve mikroişlemciler ile sinyal arabirimi oluşturma,
-
Aşırı düşük ve aşırı yüksek sinyalde otomatik değişim desteği,
-
Düşük giriş akımı (1pA),
-
Tam skala gerilimi 2.000V.
46
Şekil 3.12 TSC7135’in ayak bağlantıları
Ayak Bağlantılarının Açıklanması :
1. Negatif besleme gerilimi (-5V),
2. Referans gerilim girişi (Pozitif gerilimle analog şase arasından alınmalıdır.),
3. Analog şase,
4. Integral alıcının çıkışı,
5. Otomatik sıfırlama girişi,
6. Tampon çıkışı,
7. Referans kondansatörü-1,
8. Refereans kondansatörü-2,
47
9. Eksi (-) ölçme girişi,
10. Artı (+) ölçme girişi,
11. Pozitif besleme gerilimi (+5V),
12. En yüksek değerli veri çıkışı (D5),
13. En düşük değerli BCD çıkış (B1),
14. BCD çıkış (B2),
15. BCD çıkış (B4),
16. En yüksek değerli BCD çıkış (B8),
17. Veri çıkışı (D4),
18. Veri çıkışı (D3),
19. Veri çıkışı (D2),
20. En düşük değerli veri çıkışı (D1),
21. Meşkul çıkışı (Giriş sinyalinin integrali alınmaya başlandığı zaman BUSY (Meşkul)
ucu lojik-1 olur. İlk clock palsından sonra lojik-0 olur.),
22. 120KHz’lik clock girişi (Dışarıdan osilatör bağlamalı),
23. Polarite çıkışı (Pozitif giriş sinyalinde polarite sinyali lojik-1 olur.),
24. Dijital şase,
25. Çalışma/Tutma (Bu uç lojik-1 olduğu zaman, ölçme sonucu tutulur ve displeyde
gösterilir.),
26. Strobe ucu (lojik-0 olduğu zaman UART’a veya mikroişlemciye BCD veri transveri
yapar.),
27. Eğer giriş sinyali referans geriliminden büyükse bu uç lojik-1 olur.
28. Çıkış sayımı tam skal değerinin 0.09’u olduğunda entegrenin meşkul sinyali sona
erdirilir.
48
3.3.1.2 TSC7135 entegersi ile yapılan DVM
Şekil 3.13 7135 ile yapılmış 4.5 dijitlik dijital voltmetre
TSC7135, Teledyne firması tarafından 4.5 haneli A/D çevirici olarak üretilmiş bir
entegre devredir. Dışarıdan bağlanan display sürücü entegresinin, displaylerı çoğullamalı
olarak sürmesini sağlar. Giriş uçlarında direnç yokken, maksimum 2V DC giriş gerilimi
ölçebilir. Giriş uçlarına gerilim bölücü direnç grubu bağlandığı zaman, ölçme kapasitesi ve
alanı genişler.
49
Şekil 3.13’de TSC7135 ile yapılmış 4.5 haneli dijital voltmetre devresi görülmektedir.
Devre, ortak anodlu displeyleri sürecek şekilde düzenlenmiştir. Bağlantı şekli değiştirilerek
ortak anodlu displayleri de sürmesi sağlanabilir. TSC7135, displayleri çoğullamalı olarak
sürer. 22 nolu frekans giriş ucuna, 120KHz’lik kare dalga üreten bir osilatör bağlanmalıdır.
Böyle bir örnek osilatör, şekil 3.14’de görülmektedir.
R2
R1
Çıkış
74C04
Şekil 3.14 120KHz kare dalga osilatörü
Şekildeki devrenin frekansı aşağıdaki formüllerle bulunur:
f =
1
2.c.(0,41.R p + 0,70.R1 )
Rp =
R1 .R2
R1 + R2
Bu formülde;
Eğer R1=R2=R3 , f=0,55/R.C , f=120KHz , C=420pF , R1=R2=10.9K
Eğer R2>>R1
, f=0,45/R1.C
Eğer R2<<R1
,
3.3.2
, f=120KHz, C=420pF , R1=8,93K , R2=50K
f=0,72/R1.C , f=120KHz , C=220pF , R1=27,3K , R2=5K
7106 ile yapılan DVM
7106 ve 7107 entegreleri DVM (Dijital Voltmetre) olarak tasarlanmış entegre
devrelerdir. 7106, LCD (Likit Kristal Ekran) displayleri sürmek için geliştirilmiştir. 7107
ise LED displayleri sürer. Bu iki entegrenin bağlantıları, birkaç fark dışında hemen hemen
aynıdır. Her iki entegrenin iki çalışma modu vardır.
Birinci çalışma modunda, entegre girişlerinde ön direnç olmadan, 200mV DC gerilim
ölçülebilir. Bu durumda, entegrelerin 28 nolu ayağındaki direnç 47K Ω , 29 nolu
ayağındaki kondansatör 470nF olmalıdır.
50
İkinci çalışma modunda, entegre girişlerinde ön direnç olmadan, 2V DC gerilim
ölçülebilir. Bu durumda, entegrelerin 28 nolu ayağındaki direnç 470K Ω , 29 nolu
ayağındaki kondansatör 47nF olmalıdır.
Max. 200mV giriş
Şekil 3.15 Tipik 7106 DVM uygulaması
Şekil 3.15’de 7106 ile yapılan tipik DVM uygulaması görülmektedir. Bu devre bu hali
ile maksimum 200mV gerilim ölçebilir. Daha yüksek DC gerilim ölçüleceği zaman gerilim
bölücü direnç gurubu kullanılmalıdır. AC gerilim ölçüleceği zaman ise AC/DC gerilim
çevirici kullanılmalıdır.
3.4 ADC’nin Darbe Genişlik Modülatörü Olarak Kullanılması
TL507, mikroişlemciler vb. sistemler için A/D çevirme işleminde kullanılan küçük
yapılı bir entegre devredir. Çıkışına bağlanan 4 bitlik veya 8 bitlik sayıcılarla birlikte
kullanıldığı zaman, analog giriş sinyalini, 4 bitlik veya 8 bitlik dijital sinyale çevirir.
TL507, darbe genişlik modülatörü (pulse width modülatör) olarak tasarlandığı için A/D
çevirme işlemini bu tekniğe göre yapar.
51
TL507’nin clock girişine bir osilatör bağlandığı zaman, giriş ucundan uygulanan tüm
kare dalga sinyallerin darbe genişliklerini değiştirir. Yani modüle eder. Şekil 3.16’da bu
entegrenin basit bağlantı şeması görülmektedir.
Şekil 3.16 Darbe genişlik modülatörü
52
KAYNAKLAR
1- COUGHLIN, F.ROBERT. VILLANUCCI, S. ROBERT. INTRODUCTORY
OPERATIONAL AMPLIFIERS AND LINEAR ICS, PRİNTED İN THE UNİTED
STATES OF AMERİCA, 1990.
2- PROF.DR. KUNTMAN, HAKAN. ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK, NİSAN 19994.
3- SÜLÜN, ERSAN EYÜP. ASLAN, MUZAFFER. ELEKTRONİK DEVRE
UYGULAMALARI 1, IV. BASIM. AZİM OFSET VE MATBAACILIK ANKARA,
OCAK 2000.
4- SERÇE, SÜLEYMAN. ANALOG VE DİJİTAL ELEKTRONİK (TEMEL DEVER VE
PROJELER). 1993.
5- BAYRAM, HARUN. DİJİTAL ELEKTRONİK, VII. BASKI. BURSA, EKİM 1996.
6- YARCI, KEMAL. DİJİTAL ELEKTRONİK, ARALIK 1992.
7- ÇAKIR, ABDULKADİR. SÜLÜN, ERSAN EYÜP. ASLAN, MUZAFFER.
ELEKTRONİK DEVRE UYGULAMALARI 2, IV. BASIM. AZİM OFSET VE
MATBAACILIK ANKARA, OCAK 2000.
53
SONUÇ VE YORUM
Yapılan bu çalışmada Analog/Dijital çeviriciler 3 ana bölümde incelenmiştir.
Birinci bölümde A/D çeviriciler hakkında genel bilgiler verilmiş ve gerekli tanımlar
yapılmıştır. Elde edilen bilgiler ışığında, fiziksel ortamdaki analog bilgileri bilgisayar
ortamına aktarabilen A/D çeviricilerin, özellikle hız ve güvenirliğin önemli olduğu
alanlarda kullanılan bir sistem olduğu sonucuna varılmıştır.
İkinci bölümde A/D çeviriciler 3 grup altında incelenmiştir. Bu ayırım, gruplarda
bulunan AD çeviricilerin çalışma prensipleri göz önüne alınarak yapılmıştır. Kullanılan
A/D çeviricilerin hız,güvenirlik ve ekonomik bakımdan birbirlerine göre avantajdezavantajlarının olduğu saptanmıştır.
Üçüncü bölümde A/D çeviricilerin kullanım alanlarından bahsedilip, örnek devreler
verilmiştir. Ayrıca sık kullanılan A/D çevirici entegreler hakkında genel bilgiler
verilmiştir. Bu bilgiler ışığında A/D çeviricilerin, çok geniş bir kullanım alanının olduğu
görülmüştür.
Yapılan bu çalışma uygulamaya yönelik olduğu için, karmaşık matematiksel
hesaplardan ziyade A/D çeviricilerin, genel özellikleri, çeşitleri, çalışma prensipleri ve
kullanım alanları üzerinde durulmuştur. Bu sebeple çalışma, endüstri gibi pratiği çok
önemli olduğu yerlerde kaynak kitap olarak uygulamaya dönük eğitim veren okullarda ders
kitabı olarak kullanılabilir.