0

İçinde bulunduğumuz son yüzyılda

elektronik kavramı çok ilerledi ve

yaşamımızın tüm alanına girdi.

Yaşantımızı sürdürebilmemiz için sağlık

hizmetleri dahi elektrik ve elektronik

olmadan yürütülemez hale geldi. Kendi

dünyamızdaki fiziksel metaların dijital

(bilişim ve bilgisayar cihazlarına)

ortama aktarılabilmesi için; analog-

sayısal ve sayısal-analog çeviricilere

ihtiyaç duyulmaktadır.

Analog Sayısal ve Sayısal Analog Çeviriciler Şahabettin AKCA - 132132178

Ahmet Yesevi Üni. – Bilgisayar Müh.

SAYFA 1

İçindekiler Amaç 2

ADC’ye Giriş 2

A/D ÇEVİRİCİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ 3

7107 ENTEGRESİ 3

7107 entegresi ile yapılmış Led Display sürücü 6

7106 ENTEGRESİ 6

7106 ile yapılan DVM 7

MİKROİŞLEMCİ UYUMLU A/D ÇEVİRİCİ, AD670 8

AD670’Lİ ADC ÇEVİRİCİNİN ÇALIŞMA ÖZETİ 10

Ardışıl Yaklaşımın Temsili Açıklaması 11

Yazılım Destekli A/D Çevirimi 11

Özet 12

DAC’ye Giriş 13

1) DAC (Dijital Analog Convertor) : 13

a) Ağırlık Dirençli DAC : 13

b) Merdiven tipi DAC : 14

Kaynakça 15

SAYFA 2

Amaç Tüm dünya analogtur. Bu yüzden ona ait herhangi bir şeyi dijital sistemlerimiz

ile ölçüp değerlendirmek, işlemek ve bu değerlere göre belli görevlerin adc

komutlarını yaptırmak istersek ADC ye yani Analog Digital Converter’a

ihtiyacımız vardır.

ADC devreler kullanarak analog sinyalleri, dijital sinyallere dönüştürme

yöntemlerini ve bu işlemin tam tersi olan; DAC devreler ile dijital sinyallerden,

analog sinyaller oluşturulması işlemlerini inceleyeceğiz.

ADC’ye Giriş 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.

SAYFA 3

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 (gerilim) fiziksel büyüklüğe (ses, ısı, ağırlık vs) çevrilir. Örneğin

hoparlör elektriksel büyüklüğü sese çeviren bir aygıttır.

A/D ÇEVİRİCİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ

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.

7107 ENTEGRESİ

ICL7107, 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. 7107, ortak anodlu LED displayleri sürer ve her segment

için 8mA akım çıkışı verebilir.

SAYFA 4

Şekil 3.10 7107’nin ayak bağlantıları

7107’nın özelliklri;

LCD Dispileyleri direkt olarak sürebilme,

Görüntü kararlılığı için düşük gürültü,

5V pil ile çalışabilme,

Yüksek empedanslı CMOS girişler (10-12),

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

SAYFA 5

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

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 ise girişten max. 200mV, 470

K 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 direnç ve 100pF kondansatör bağlanır ise

iç osilatör frekansı 48KHz olur.

SAYFA 6

7107 entegresi ile yapılmış Led Display sürücü

—————————————

7106 ENTEGRESİ

ICL7106, 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. 7106, LCD (sıvı kristal ekran) displeyleri sürer. Bu

amaçla BP (Black Plane (geri plan)) ucuna sahiptir.

7106’nın özelliklri;

LCD Dispileyleri direkt olarak sürebilme,

Görüntü kararlılığı için düşük gürültü,

SAYFA 7

9V pil ile çalışabilme,

Yüksek empedanslı CMOS girişler (1012),

Düşük güçte çalışma (10mW),

7106 ile yapılmış LCD Display sürücü

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 , 29

nolu ayağındaki kondansatör 470nF olmalıdır.

İkinci çalışma modunda, entegre girişlerinde ön direnç olmadan, 2V DC gerilim

ölçülebilir. Bu durumda, entegrelerin 28 nolu ayağındaki direnç 470K , 29 nolu

ayağındaki kondansatör 47nF olmalıdır.

SAYFA 8

MİKROİŞLEMCİ UYUMLU A/D ÇEVİRİCİ, 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.

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.

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 çıkış anahtarı, mikroişlemci okuma

komutu gönderene kadar yüksek empedans gösterir. Yani ADC’nin MBR’si

(Hafıza tampon yazmacı) normalde veri yolundan ayrıdır.

SAYFA 9

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.

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

SAYFA 10

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.

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.

Eğer CS, CE ve R/W uçlarının hepsi düşük seviyede tutulursa ADC sürekli

çevirme yapar. Her 10 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.

AD670’Lİ ADC ÇEVİRİCİNİN ÇALIŞMA ÖZETİ

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 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.

SAYFA 11

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.

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.

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.

SAYFA 12

Özet

1. Fiziksel ortamdaki analog bilgileri bilgisayar ortamına aktarabilen A/D

çeviricilerin, özellikle hız ve güvenirliğin önemli olduğu alanlarda

kullanılan bir sistemdir.

2. A/D çeviricilerin hız,güvenirlik ve ekonomik bakımdan birbirlerine göre

avantaj dezavantajlarına göre kullanım alanları belirlenmelidir.

3. Gündelik hayatta Sık kullanılan A/D çevirici entegreler hakkında genel

bilgiler verilmiştir. Bu bilgiler ışığında A/D çeviricilerin, çok geniş bir

kullanım alanının olduğu görülmüştür.

SAYFA 13

DAC’ye Giriş Dijital ve analog devrelerin ayrı kullanılacağı gibi aynı devrede de

kullanılmaları mümkündür. Bu tür devrelerdede analog sinyali dijital bilgiye,

dijital bilgiyi de analog sinyale dönüştürmek gerkebilir. Bu durumlarda da

DAC-ADC devreleri kullanılır. Örneğin bilgisayarınıza ses kadettiğinizde, bu

ses ilk önce mikrofon sayesinde analog sinyal olarak bilgisayara iletilir.

Bilgisayarda ise analog sinyal dijital bilgiye çevrilir ve harddiskte depolanır.

Daha sonra bu sesi dinlemek istediğinizde dijital bilgi tekrar analog sinyale

çevrilir ve hoperlörlerden ses olarak duyulur. Tüm bu işlemler ADC ve DAC

'ler sayesinde gerçekleşir.

1) DAC (Dijital Analog Convertor) :

Dijital analog çeviriciler dijital bilgileri analog sinyallere çevirmede

kullanılırlar. Girişlerine uygulanan dijital bilgiye göre çıkışında bir voltaj

görülmektedir. İki tip DAC devresi bulunmaktadır. Bunlar Ağırlık Dirençli

DAC ve Merdiven tipi DAC 'dir. Aşağıda Bu iki tip devreyi görebilirsiniz.

a) Ağırlık Dirençli DAC :

Aşağıda görülen devrede girişlere 0 bilgisi için 0V, 1 bilgisi için de 5V

uygulanmaktadır. Girişlere uygulanan dijital bilgilere göre çıkış voltajı

Vout = -(Vd + 1/2 x Vc + 1/4 x Vb + 1/8 x Va)

formülü ile hesaplanır. Formüldeki Vd, Vc, Vb ve Va girişlerdir. Eğer girşlere

1 uygulanmış ise Vd, Vc, Vb ve Va değerleri 5V, 0 uygulanmış ise Vd, Vc,

Vb ve Va değerleri 0V 'a eşittir.

SAYFA 14

Örnek olarak girişlere DCBA = 0110 bilgisi uyguladığımızda çıkış voltajını

hesaplayalım.

Vout = -(0V + 1/2 x 5V + 1/4 x 5V + 1/8 x 0V)

Vout = -(0V + 2,5 + 1,25 + 0)

Vout = -3,750 V

b) Merdiven tipi DAC :

Merdiven tipi DAC, Ağırlık Dirençli DAC ile aynı mantıkta çalışmaktadır.

Çıkış voltajı hesaplama formülü ise

Vout = -(A x 1 + B x 2 + C x 4 + D x 8)

şeklindedir. Formülde bulunan A, B, C, ve D dijital girişlerdir. Bu girişler 1

olduğu durumda formül içerisinde 1, 0 olduğunda da formül içerisinde 0 olarak

değer alırlar. Örnek olarak girişlerin DCBA =1010 olduğu durumda çıkış

voltajını hesaplayalım.

Vout = -(0 x 1 + 1 x 2 + 0 x 4 + 1 x 8)

Vout = -(0 + 2 + 0 + 8)

Vout = -10V

SAYFA 15

Kaynakça 1- MEGEP ELEKTRİK-ELEKTRONİK TEKNOLOJİSİ ADC-DAC DEVRELERİ

2- KURTULDU Şaban, Mehmet Ali GÜLER, İleri Elektronik Dijital, Yüksel

Matbaası, Ankara, 1996.

3- BAYRAM Harun, Dijital Elektronik, Özkan Matbaacılık, Bursa,1998.