1. PARALEL PORT İLE
SERİ ADC'DEN ANALOG BİLGİ ALIŞI
2. I/O
KOMUTLARI VE HAFIZA DÜZENEĞİ:
3. PARALEL PORTUN YAPISI
4. PARALEL
PORTTAN ANALOG GİRİŞ YAPMAK
PARALEL PORT İLE SERİ ADC'DEN ANALOG BİLGİ ALIŞI
ÖZET:
Bu çalışma, dış ortamdan analog bilgi alıp , seri bir ADC ile bir
mikrobilgisayarın 25 iğneli paralel portunu kullanır ve 8 örneklem girişe sahiptir.
Bilgisayar ile ADC arasında iletişimi sağlayan bir yazılım ise Pascal programlama
dili kullanılarak geliştirilmiştir.
2.GİRİŞ:
Bilgisayarlardan yazılım açısından
yararlanabileceğimiz gibi yeni bir takım özel amaçlı arabirimler yaparak donanım
açısından da faydalanabiliriz. Örneğin fax / modem kartı, video kartı gibi
arabirimler bugün kullanılmaktadır. Bunlar genellikle bilgisayarın adres ve veri
yolları ile bağlantılı olan genişleme yollarına takılmaktadır. Ancak bu yuvaların
sınırlı sayıda olması ve bilgisayarın kapasitesi istenilen sayıda arabirimin
bilgisayara takılmasına önemli bir sınırlama oluşturmaktadır.
Bu çalışmada bütün
bilgisayarların standart bir birimi haline paralel portu kullanılmıştır.
Çalışmanın devamında, paralel portu kullanarak yapılan bir arabirim devresini
kontrol etmek için gerekli bilgilere yer verilmiştir. Önce paralel portun yapısı ve
bununla ilgili olarak bilgisayarın I/O
(giriş-çıkış) hafıza haritası , daha
sonra giriş yapabilmek için gerekli komutlar anlatılmıştır. Son olarak da paralel
port ile seri ADC' den analog bilgi alışını sağlayan devrenin çalışması ve ADC'
ler hakkında bilgi verilmiştir.
2. I/O KOMUTLARI VE
HAFIZA DÜZENEĞİ:
2.1. I/O KOMUTLARI
Giriş/Çıkış portlarından bilgisayara veri girişi yapabilmek için assembly
dilinde IN komutu bilgisayardan portlara bilgi göndermek için ise OUT komutu
kullanılır. Giriş veya çıkış yapmak için önce DX kaydedicisine portun adresi
atılmalıdır. Daha sonra IN ve OUT
komutlarıyla bilgi transferi gerçekleştirilebilir. Örneğin paralel porttan bilgi
girişi için aşağıdaki komutlar sırasıyla uygulanır.
Mov DX, 0379H
IN AL, DX
Paralel porta bilgi göndermek için
ise,
Mov DX, 0378H
OUT DX,AL
Komutları kullanılmalıdır. Port
adresi 00-FF (0-255) olan birimlerden, port adresini DX' e atmadan direkt giriş/çıkış
yapılabilir.
Örneğin: IN AL,60H komutu klavyeden
giriş yapar.
2.2. Giriş/Çıkış Hafıza (
Bellek ) Düzeneği
Giriş/Çıkış portlarının
kullanacağı hafıza düzenekleri yapılırken iki çeşit yol izlenir. Birincisinde
giriş/çıkış hafıza bölgeleri bilgisayarın ana hafızasından ayrı olarak
düşünülür. Bu yüzden bu bölgelere
ancak IN ve OUT komutlarıyla erişilebilir. MOV ve benzeri komutlarla erişilemez. Bu
durum bir dezavantaj oluşturur. İkinci yöntem giriş/çıkış hafıza bölgelerinin
ana hafıza ile beraber düşünüldüğü yöntemdir. Bu yöntemde ana hafızanın belli
bir bölgesi giriş/çıkış portları için bir adres bölgesi olarak ayrılır. Bu
nedenle IN ve OUT komutlarının
kullanılmasına gerek kalmaz. Hafızanın bir bölgesine ulaşabilen herhangi bir komut bilgi transferi
için kullanılabilir . Birinci yöntem
yalıtılmış giriş/çıkış hafıza düzeneği
( Isolated I/O) , ikinci yöntem ise
hafıza içi giriş/çıkış düzeneği (Memory mapped I/O) olarak bilinir. Şekil. 1' de
bu iki yöntemle oluşturulan hafıza düzenekleri görülmektedir.
Kişisel bilgisayarlarda
giriş/çıkış için ayrılan hafızanın belirli bölgeleri, çeşitli arabirimler
için ayrılmıştır. Şekil 2' de bir bilgisayarın giriş/çıkış hafıza haritası
görülmektedir. Dikkat edileceği gibi 0000H-03FFH arası normal olarak bilgisayar
sistemi için ayrılmıştır. 0400H - FFFFH arası ise kullanıcının yaptığı
arabirimler için port adresi olarak kullanılabilir. Matematik işlemci ise 00F8H-00FDH
arasını kullanır.
3.PARALEL PORTUN YAPISI
Printer portu genelde centronics
standardında yapılır. 25 pinli ve 36 pinli centronics standardında portlar vardır.
Portların dış görünüşleri Şekil. 3' de görülmektedir.
PC'lerde en yaygın olarak kullanılan 25 pinli konnektörlerdir. Printer portunun
adresi genellikle LPT1 için 378H' dir. Ancak bu adresler bilgisayardan bilgisayara
değişiklik gösterebilir.
Centronicss standardındaki 25 pinlik konnektörün pin numaraları ve her bir
pinin ne için kullanıldığı (giriş veya çıkış) tablo 1' de verilmiştir. Tablo 2'
de ise konnektördeki her bir pinin hangi adresde yeraldığı görülmektedir.
Dikkat edilirse başlangıç adresi 378H den itibaren 379H ve 37AH adresleri olmak
üzere 1'er baytlık 3 adres port için ayrılmıştır.
Program yazılırken pinlerin hangi adresler de yeraldığı ve giriş için mi ,
yoksa çıkış için mi
kullanılabileceğine dikkat edilmelidir.
Tablo 1. 25
pinli Centronics konnektörün pin numaraları ve pinlerin fonksiyonları
Pin No |
Fonksiyonu |
G / Ç |
Pin No |
Fonksiyonu
|
Giriş/Çıkış |
1* |
Data Strobe |
Çıkış |
10* |
Data Acknowledge |
Giriş |
2 |
Data bit 0 |
Çıkış |
11 |
Busy |
Giriş |
3 |
Data bit 1 |
Çıkış |
12 |
Out of paper |
Giriş |
4 |
Data bit 2 |
Çıkış |
13 |
Selected |
Giriş |
5 |
Data bit 3 |
Çıkış |
14 |
AutoLine feed |
Çıkış |
6 |
Data bit 4 |
Çıkış |
15* |
Erros status |
Çıkış |
7 |
Data bit 5 |
Çıkış |
16* |
Initialize |
Çıkış |
8 |
Data bit 6 |
Çıkış |
17 |
Select |
Çıkış |
9 |
Data bit 7 |
Çıkış |
18-25 |
Ground |
Çıkış |
|
Tablo 1.' De * Karakteri sinyallerin değillerinin
alınacağını gösterir.
Tablo 2. Pinlerin yer aldıkları adresler.
Bit |
Taban adres |
Taban adres+1 |
Taban adres+2 |
0 |
Data bit 0 |
- |
Data Strobe |
1 |
Data bit 1 |
- |
Auto line feed |
2 |
Data bit 2 |
- |
Initilise |
3 |
Data bit 3 |
Error Status |
Select |
4 |
Data bit 4 |
Selected |
Interrupt enable |
5 |
Data bit 5 |
Out of paper |
- |
6 |
Data bit 6 |
Data acknowledge |
- |
7 |
Data bit 7 |
Busy |
- |
Not: LPT1 için taban adres 378H'dir. En küçük
değerlikli bit 0.bittir.
4. PARALEL PORTTAN ANALOG GİRİŞ YAPMAK
Paralel port üzerinden 8 bit
genişliğinde ve 1Khz örneklem aralığında bir veriyi almak oldukça kolaydır. Bu
bant genişliğinin ses sinyalleri için yeterli olmayacağı açıktır. Fakat oda
sıcaklığı, ışık seviyesi ve pil voltajı gibi ölçümler için yeterlidir.
Paralel porttan analog girişler yapmak analog çıkışlar yapmaktan daha zor
olmaktadır. Çünkü analogtan dijitale çevrilen veri bitlerini okuyabilmek için iki
kontrol hattı daha gereklidir. Bu hatlardan biri analogdan dijitale çevirme işlemini
başlatırken diğeri çevirme işleminin bittiğini gösterir.
PC Paralel port sınırlı sayıda giriş ucuna sahip olduğundan dolayı analog
giriş daha zor olabilir. Bu problemi çözmek için , bu çalışmada analogtan dijitale
seri olarak dönüşüm yapan bir çevirici (ADC 831) kullanılmıştır. Bu A/D çevirici
8 bitlik bir çeviricidir.
Bu çeviricide her bitin çevrimi bir saat darbesi ile kontrol edilir. Bir de
çeviricinin seçme ucu vardır.
Böylece portun biri giriş ikisi çıkış olmak üzere üç ucu kullanılmış
olur. A/D çevirici
8 bitlik çevirme işlemini 17 ms’
de yapar ki bu oran 1KHz’ lik bir veri için yeterli olmaktadır.
4.1. ANALOG- DİGİTAL ÇEVİRME (ADC)
ADC bir analog giriş voltajını alır ve sonra, zamanın belli bir bölümünde
analog girişi gösteren bir dijital çıkış kodu üretir. A/D çevirme işlemi genel
olarak , D/A çevirme işleminden daha karışıktır ve çok farklı metotlar
geliştirilmekte ve kullanılmaktadır.
ADC’ nin çoğu önemli tipleri devrelerinin
bir parçası olarak DAC’ dan yararlanır. Şekil 4.’de genel olarak bir ADC’ nin
blok şeması gösterilmiştir. İşlem için zamanlama giriş saat işareti ile
sağlanır. Kontrol ünitesi, çevirme işlemini başlatan START KOMUTUNA cevap olarak,
işlemlerin özel dizisini üretmek için lojik devre içerir. Bir op-amp
karşılaştırıcı, iki analog girişe ve bir dijital çıkışa sahiptir.
Bu tip ADC’ lerin temel işlemi
aşağıdaki adımlardan meydana gelir.
1.
START KOMUTU darbesi işlemi başlatır.
2.
Clock’ la saptanan bir hızda(oranda) , kontrol birimi,register da depolanan
ikili sayıları sürekli olarak yapılandırır(modifiye eder).
3.
Registerdeki ikili sayı DAC ile bir analog gerilime çevrilir, VAX.
4.
Karşılaştırıcı, analog giriş VA ile VAX' i karşılaştırır. VAX < VA
ise, karşılaştırıcı çıkışı HİGH (Yüksek) olur. VAX sonunda VA' yı
aştığında ( VT = threshold voltage) , karşılaştırıcı çıkışı LOW olur ve
register sayısı yapılandırma süreci
durur. Bu noktada , VAX , VA ’ya yaklaşık olur. VAX’ in dijital değeri olan registerdeki dijital sayı ,
VA ’nın da yaklaşık dijital eşdeğeridir. Bu sistemin doğruluğunu ve rezolasyonuna
bağlıdır.
5.
Çevirme tamamlandığı zaman kontrol logic EOC
’ yi aktif hale getirir.
Bu A/D çevirme biçiminin birçok çeşitleri arasındaki en temel fark,
registerdeki sayıları sürekli olarak yapılandıran kontrol bölümündeki yapısal
farktır. Diğer durumda temel düşünce aynıdır. Çevirme işlemi tamamlandığı
zaman gerekli dijital çıkış , register da tutulur.
4.2. DİJİTAL RAMP ADC
Şekil 4. ’deki genel ADC’ nin en basit
versiyonlarından biri register olarak bir
ikili sayıcı kullanır ve VAX ³ VA oluncaya
kadar sayıcının birer birer, bir basamak artmasına izin verir. Bir dijital ramp ADC olarak adlandırılır,
çünkü VAX ’ deki dalga şekli bir adım adım rampa’ dır. Sayıcı tipi (
counter-type ) ADC olarak da adlandırılır.
Şekil 5.
’ de bir dijital-ramp ADC ’nin blok şeması gösterilmiştir. Bir sayıcı, bir DAC ,
bir
analog karşılaştırıcı ve bir kontrol AND kapısı
içerir. Karşılaştırıcı çıkışı LOW seviyesinde aktiftir(EOC). Şayet çevrilen
analog gerilimin (VA ) pozitif olduğunu varsayarsak , işlem aşağıdaki gibi
çalışır:
1.
START darbesi ile sayıcı sıfıra resetlenir ve yüksek (high) saat (clock)
darbelerinin AND kapısı içinden geçerek sayıcıya gelmesini de yasaklar.
2.
Girişteki tüm
sıfırlarla , DAC ’nin çıkışı VAX = 0 V olacaktır.
3.
VA > VAX ise,
karşılaştırıcı çıkışı , EOC , HIGH
olacaktır.
4.
START, LOW’ a döndüğü zaman ,
AND kapısına imkan verilir ve clock darbeleri sayıcıya girer.
5.
Sayıcı ilerlerken , DAC çıkışı
, VAX , Şekil 5(b) de gösterildiği gibi birer birer adımlarla artar.
6.
VAX , VT (tipik olarak
10-100 µV) den daha büyük veya eşit miktarla VA’ yı aşan bir adıma ulaşana kadar
bu devam eder. Bu noktada EOC , LOW’ a gidecek ve sayıcıya darbe akışına engel
olacak ve sayıcı saymayı durduracaktır.
7.
Çevirme işlemi, EOC’
de HIGH- LOW geçişi ile işaretlenerek tamamlanmış olacaktır ve sayıcının
içeriği VA’ nın dijital gösterilimidir.
8.
Sayıcı , sonraki START darbesi yeni bir çevirme başlatana kadar dijital değeri
tutacaktır .
4.3. ÇALIŞMA DEVRESİ
Devrenin açık şeması Şekil 6’da verilmiştir. Devredeki tüm elemanların
çalışması için +5 voltluk bir kaynak gereklidir. Bunun için devrede; gerilimi
istenen ac düzeyine çekmek için kullanılan bir transformatör, ac sinyali tam dalga
doğrultmak için kullanılan bir köprü diyod ve regülasyonlu bir dc gerilimi sağlayan
kondansatörlü bir filtre içerir. Daha sonra regülasyonsuz dc gerilimi, +5 voltluk
çıkış dc gerilimi elde etmek için IC 7805 gerilim regülatörüne giriş olarak
uygulanır. Bu gerilimle devredeki elemanların çalışması sağlanmıştır. Giriş
sinyali daha sonra 2.7 voltluk bir zener diyod ile sınırlandırılmıştır. Böylece
devreden 2.7 volt’un üzerindeki gerilimlerin geçmesi önlenmiştir. Aslında ADC831
A/D çeviricisi 5 volta kadar dayanabilmektedir. Bu nedenle 2.7 voltluk zener yerine 4.7
voltluk zenerde kullanılabilir. Böylece A/D çevirici aşırı voltajlardan korunarak
bozulması engellenmiş olunur. ADC831’e gelen sinyal burada seri olarak dijital sinyale
çevrilir. Dijitale çevrilen sinyal Do ile gösterilen uçdan alınarak paralel portun
giriş uçlarından birine verilir.
|
|
Şekilde ADC831 entegresinin ilgili bacaklarında görülen dalga şekilleri yer
almaktadır. Buna göre CHIP SELECT (CS) ucu
LOW’ da iken CLOCK darbesi uygulandı. ADC831 tarafından çevrilen dijital bilgiyi
alabilmek için CS ucu sıfıra düşürülmüştür. Hemen arkasından ilk bit (7. Bit)
okundu. Daha sonra 9 defa saat darbesi gönderilerek bir baytlık veri okunarak sonuca
gidilmiştir. Paralel portun çıkış olarak kullanıldığı uçları 378H ve 37AH
adreslerinde, giriş olarak kullanılan uç ise 379H adresindedir. Hangi adreste hangi
bilginin bulunduğu Şekil 7’ de gösterilmiştir. Bu çalışmada ADC831’den okuma
yapılan uç 379H adresinden, 7.bit (MSB biti) olan portun 11 numaralı ucu ise Busy’
den alınmıştır. Okunan bit ,bir bit sola kaydırılarak (RCL komutu ile) elde bitine
alınmakta ve daha sonra elde ki bit BL kaydedicisine kaydırılmaktadır. Böylece 9
okuma sonunda bir bayt’ lık analog bilgi BL kaydedicisinde dijital olarak elde edilmiş
olmaktadır. 9 defa okuma işlemi CX kaydedicisine 9 atılarak ve LOOP komutuyla
gerçekleştirilmiştir. Referans voltajı 2.7 volt alındığından bilgisayar 2.7V’ u
255(FF) olarak gösterecektir. Buna göre diğer analog voltaj değerleri (0-2.7V
arasındaki) basit bir orantı kurularak hesaplanabilir. Devrede ki 1K ‘lık ayarlı direnç ayarlanarak 0-2.7
volt arasındaki analog gerilim değerleri, bilgisayar ekranından 0-255 (00H-FFH) olarak
görülecektir.
Şekil .7. Adreslerdeki
bilgilerin ilk konumu.
4.4.
OKUNAN SİNYALİN GÖRÜNÜMÜ İÇİN GEREKLİ YAZILIM
Paralel porttan okutulan analog sinyalin ekrandan alınması bir program aracılığı ile
başarılmıştır. Bunun için PASCAL programlama dili kullanılmıştır. Bilindiği
gibi PASCAL dili oldukça yapısal bir dildir. Programların modüllere ayrılarak
yazılması imkanı vardır. Ayrıca içerisinde doğrudan “ Assembler rutinleri ”
yazılabilir. Bu ise portlardan giriş çıkış yapma işlemlerinde kullanıcıya büyük
kolaylık sağlamaktadır. Programın detaylı bir dökümü aşağıda verilmiştir.
USES CRT,DOS;
PROCEDURE PORT;
LABEL BAS,BAS1,BAS2,BAS3,BAS4,YINE,OKU;
CONST
DATAPORTADR:WORD=$379;
CLKPORTADR:WORD=$37A;
CSPORTADR:WORD=$378;
CLKON:BYTE=$08;{00001000B}
CLKOF:BYTE=$00;{00000000B}
CSON:BYTE=$00; {00000000B}
CSOF:BYTE=$01; {00000001B}
VAR
PORTDUR:BYTE;
X:BYTE;
BEGIN
X:=0;
ASM
MOV DX,CSPORTADR;
MOV AL,CSON
OUT DX,AL
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA {GEC˜KME}
MOV DX,CLKPORTADR
MOV AL,CLKON
OUT DX,AL
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
MOV AL,CLKOF
OUT DX,AL
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
MOV BL,00
MOV CX,9
OKU:
MOV DX,CLKPORTADR
MOV AL,CLKON
OUT DX,AL
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
MOV AL,CLKOF
OUT DX,AL
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
MOV DX,DATAPORTADR
IN AL,DX
RCL AL,1
RCL BL,1
LOOP OKU
MOV DX,CSPORTADR
MOV AL,CSOF
OUT DX,AL
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA;PUSHA;NOP;POPA
MOV X,BL
END;
DELAY(20);
WRITEln('DEGER= ',X);
END;
BEGIN
REPEAT
PORT;
UNTIL KEYPRESSED;
END.
