Programlanabilir CPLD tabanlı akıllı mikrodenetleyici eğitim seti tasarımı ve uygulaması

Abstract

Günümüzde teknolojinin hemen hemen her alanında kullanılan mikroişlemciler elektronik ve bilgisayar sektörünün temelini oluşturmaktadır. Bu denli öneme sahip olan mikroişlemciler ve bu alanı kapsayan ilgili fakülte, yüksekokul ve meslek liselerinde bu konuya geniş bir yer ayrılmış ve mikroişlemciler için dersler düzenlenip laboratuarlar oluşturulmuştur. Bu konu ile ilgili derslerin daha iyi anlaşılması ve pekiştirilmesi için uygulama yapılması gerektiği ortadadır. Ders sürelerinin daha verimli kullanılması ve anlatılan konunun dağılmaması açısından, yapılan uygulamanın daha hızlı bir biçimde özünden şaşılmadan gerçekleştirilebilmesi gereklidir. Bu bağlamda öğrenci öğrenmesi gereken konuyu daha net anlayabilecek ve ders saati süresince daha fazla sayıda uygulama yaparak konuyu pekiştirebilecektir.Bu tez çalışmasında alışılmış mikrodenetleyici eğitim setlerinin aksine, kullanım açısından daha kolay, verimli, zaman kazandıran ve arızalanma olasılığı düşük bir mikrodenetleyicili sistem tasarımı hedeflenmiştir.Hedeflenen çalışma doğrultusunda yapılan araştırmalarda piyasada çok çeşitli eğitim setinin bulunduğu görülmüştür. Bu eğitim setleri, yapılmasına müsaade ettiği uygulamalara ve kullandığı mikrodenetleyicilere göre çeşitlilik kazanmaktadır. Piyasada bulunan bu eğitim setlerinde herhangi bir deney yapılabilmesi için eğitim seti üzerinde ilgili kısımların ayarlamalarının yapılarak aktif hale getirilmesi gerekmektedir. Bu ayarlama görevini eğitim setlerinde bulunan DIP-anahtarlar yerine getirmektedir. Bu anahtarlar ele ile ayarlandığından yapılacak uygulama için ön hazırlık süresi oldukça uzamakta ve bu anahtarlar çok kullanıldığı için çok kısa sürede ve devamlı bozulmaktadırlar. Eğitim seti üzerinde bozulan anahtarların değiştirilmesi de oldukça sıkıntılı bir işlemdir.Gerçekleştirilen çalışmada sorunu oluşturan nokta üzerinde yoğunlaşılmış ve problemin çözümü noktasında muadil işlemi gerçekleştirebilecek bir analog anahtar matris kartı tasarlanmıştır. Bu kart kendisine bağlanan deney modülleri ile mikrodenetleyici geliştirme kiti arasındaki gerekli ayarları sağlamaktadır. Analog anahtar kartı Texsas Ins. `in TS5A3359 Analog SP3T (single-pole triple-throw) anahtar entegreleri kullanılarak tasarlanmıştır. Yapılan geniş tarama ve araştırma sonucu minimum kayıp ve optimum çalışma gerilimi nedeniyle bu analog anahtar entegresi seçilmiştir. Bu kartın içerisinde barındırdığı analog anahtar entegrelerinin kontrolü için giriş-çıkış pin sayısı yüksek bir CPLD kullanılmıştır. CPLD için gerekli yazılımlar VHDL dilinde ISE WEBPACK programı kullanılarak yazılmıştır. CPLD, PC ile paralel port aracılığıyla programlanmaktadır. Uygulamalar için USB ile programlanabilen AT89C51 mikrodenetleyicili ana kartın tasarımı yapılmıştır. Deney yazılımları için ?C? programlama dili kullanılmıştır. Deneyler için paralel port veya I2C ile kontrol edilebilen deney modüllerinin tasarımı gerçekleştirilmiştir. PC'ye paralel port aracılığı ile bağlanan CPLD karta program kodlarının yüklenmesi için Xess yardımcı yazılımı kullanılmıştır. USB ile kontrol edilen Mikrodenetleyici ana kart ise Atmel Flip yazılımı ile programlanmaktadır. Bu sayede sistem istenilen ayarlara programlanabilmektedir.

Microprocessors that using almost all of the areas in technology are composing the basics of electronic and computer sectors. Faculties, high schools and industry high schools that connected with that sector, mention this subject a lot and making labs to teach micro processors lessons. There is an apperant point that practising is very important to teach and intensify these lessons. This is necessary that practising should be faster and simple to make lesson times more effective and undiverge the subject. According to this students can learn subjects clear and intensify the subjects with more practising possibilities in remaining times.In this thesis, in opposition to ordinary microcontroller education sets, it has been aimed to design easier, effective and providing little possiblities of failure micro processor system.Researchs shows that there are many various education sets in electronics market. These education sets have to be activated manuelly to make some experiments on it. These objectives performing by DIP switches, and they require a lot of preperation time for an experiment and they can break down very quickly in short times because of too many uses. Also changing the switches on the experiment sets is a very quite job.In this thesis we focus on this soft switching alternatives and we design an analog switch matrix board to solve this problem. This board provides the configuration between the experiment module and micro processors progress kit connecting each other. Analog switch board designed using the Texsas Ins.?s TS5A3359 Analog SP3T (single-pole triple-throw) switch integrad circuits. We use a CPLD that have many input-output pins for the control of analog switch integrated circuits. The requiring softwares for the CPLD written using ISE WEBPACK program in VHDL. CPLD is programmed PC? s paralel port. We build an AT89C51 mother board for experiments. For experiments, we designed parallel ports and experiment modules which can be programmed with I2C. For CPLD which is connected to PC with parallel port, we use Xess Sofware program for loading program codes. Microcontroller mother board is programmed by Atmel Flip software.