Gömülü alanını kolayca anlamak için Fourier dönüşümü, analog ve dijital sinyaller, temel devre teorisi gibi konuları ele alan kitabın içeriğini özetledik.
Direnç, kapasitör, indüktör, transistör gibi elemanların özelliklerini ve çalışma prensiplerini açıklıyor ve pull-up, pull-down, açık kolektör gibi kavramları tanımlıyor.
Gömülü sistem tasarımı ve anlayışı için gerekli temel bilgileri edinmeye ve elektronik devre bileşenlerinin rollerini ve etkileşimlerini anlamaya yardımcı olabilir.
Elektrik-Elektronik Mühendisliği okudum ama lisans eğitimim sırasında dersleri almaktaki anlamı, gerekliliği gibi şeyleri düşünmeden sadece not almak için aldım. Elbette, dönem sonu ve yaz tatili geçtikten sonra aklımda kalan hiçbir şey yoktu… ㅜ_ㅜ
Bu kitap, gömülü sistemler (embedded systems) alanında çalışmak için araştırma yaparken bulduğum bir kitaptı ve hızlıca göz attığımda yapısı oldukça iyiydi, zor olan gömülü sistemler alanını olabildiğince hafif bir şekilde açıklıyor ve içeriği ağır bir his veriyor.
Bu sefer, beynime biraz bilgi yerleştirmek istediğim için kitabın içeriğini blog'da özetlemeye çalışacağım!!!
Şimdi başlıyoruz!
1. Bölüm Hardware Collage - Şematik Okumak
1. Sinyal ve Frekans
Fourier Dönüşümü Nedir?
Tüm sinyaller Kosinüs veya Sinüs'ün toplamı olarak ifade edilebilir!! → Sonuç olarak, sinyali frekanslara göre ayırır.
Örneğin, dikdörtgen fonksiyon için,
Dikdörtgen fonksiyonuna frekans perspektifinden baktığımızda sinc fonksiyonu haline gelir, yani dikdörtgen fonksiyonun birçok sinüs dalgasının birleşmesiyle oluştuğunu ve 0 frekans civarındaki sinüs dalgalarının genliğinin ve periyodunun daha uzun, uzak sinüs dalgalarının ise genliğinin ve periyodunun daha kısa olduğunu söyleyebiliriz.
Bu şekilde, frekans perspektifinden bakarak bir sinyalin kaç frekanstan oluştuğunu ve her bir sinyalin büyüklüğünü ve genliğini analiz edebiliriz.
Bu siteye girerek Fourier dönüşümü hakkında biraz daha kolay bir şekilde bilgi sahibi olabilirsiniz!!! (Dikdörtgen dalgayı değiştirerek bakabilirsiniz!)
2. Analog Sinyal & Dijital Sinyal & Topraklama
Analog sinyaller genellikle AC ve DC (alternatif akım ve doğru akım) bileşenlerinden oluşur, ACpolaritesi değişen bir sinyaldir ve DCsabit bir durumu ifade eder. 1. bölümde, tüm sinyallerin birden fazla frekanslı sinyali toplayarak oluşturulabileceğini öğrendik. Yani Tüm analog sinyaller, birden fazla frekans bileşenini toplayarak oluşturulabilir.
Dijital sinyaller çoğunlukla DC bileşenlerinden oluşur. Yani dijital sinyal de bir analog sinyal türüdür. Ancak, belirli bir eşik değeri (threshold) belirlenir ve bu değerin üzerindeyse Yüksek (High), altındaysa Düşük (Low) olarak kabul edilir.
Dijital sinyal 0 → 1, 1→ 0 olarak değiştiğinde, zıplama (Bounce) yaparak değişir ve bu durum dijital sistemlerde sorunlara yol açabilir (daha az voltaj girdisi veya algılama hatası). Bu nedenle, tasarım sırasında bu durum dikkate alınmalıdır.
GND = TOPRAK, 0V'un referans noktasıdır ve pilin - kutbuna karşılık gelir. GND, tüm akımın toplandığı noktadır ve 0 ile 1'i ayıran referans noktasıdır.
3. Çok Basit Devre Teorisi
Direnç : Direnç, devrede akan akım miktarını sınırlayabilir! Dirençten geçtikten sonra, direnç x akım değeri kadar bir voltaj düşüşü olur. Formül olarak ifade edersek V=IR
Kondansatör : Kondansatör, alternatif akım (AC) bileşenlerini geçirirken doğru akım (DC) bileşenlerini geçirmez. Yani alternatif akım ve doğru akım bileşenlerine bağlı olarak direnç değeri farklılık gösterir. dV/dt = I / C yani voltajın zamana göre değişim hızı ne kadar büyük olursa o kadar iyi geçer ve direnç düşüktür. C değeri arttıkça akım da artar!!
Başka bir özelliği de akımı depolayıp boşaltma özelliğidir.
Bobin : Bobin, akımın değişmesini engeller. V = L dI/dt yani düşük frekanslı akımlar geçer. Bu, ani sinyal akışını engellediği anlamına gelir. Yani L ne kadar büyük olursa akım da o kadar az olur!!
Özetle, belirli bir voltaj için akım miktarını ayarlayabiliriz,
R durumunda, R ne kadar büyük olursa akım o kadar az akar ve C durumunda, C ne kadar küçük olursa akım o kadar az akar ve L durumunda, L ne kadar büyük olursa akım o kadar az akar.
Frekans açısından bakarsak, belirli bir RLC değeri için R frekanstan etkilenmez ve C yüksek frekanslarda daha düşük dirençlidir (akım daha fazla akar) ve L yüksek frekanslarda daha yüksek dirençlidir (akım akması daha zordur).
Filtre!
Alçak Geçiren Filtre (LPF): Sadece düşük frekanslı bileşenleri geçiren bir filtredir, genellikle gürültü yüksek frekanslı bir bileşen olduğu için LPF kullanılır.
Kondansatör DC'yi geçiremediği için açık devre olur. Yani, VinDC = DoutDC
Kondansatör AC'yi geçirdiğinde kısa devre olur. Burada R direnç değerine bağlı olarak akan akımın değeri değişir. Bu nedenle, akım akışını yani ısı üretimini azaltmak için R bileşeninin büyüklüğünü artırabiliriz.
Transistör
Transistörün amacı, akımı dilediğiniz gibi kontrol edebilmenizi sağlayan bir elemandır!
B, baz (base), E, emitör (emitter), C, kollektör (collector) olarak adlandırılır ve B'ye göre anahtar açılırsa E-C'yi bağlayarak akımın akmasını sağlar, aksi takdirde keser. Burada akım miktarı nasıl belirlenir diye sorarsanız, B-E arasına ne kadar voltaj verirseniz ona göre değişir!!
Bazdaki giriş voltajına bağlı olarak doyma bölgesi, aktif bölge ve kesme bölgesi oluşur, aktif bölge: C-E arası akım, B girişine bağlı olarak büyük ölçüde değişir! Kesme bölgesi: B'nin voltajı çok düşük olduğunda C-E arası akım akmaz! Doyma bölgesi: B'nin voltajı çok yüksek olduğunda C-E arası akım artık akmaz!
Transistörün iki temel işlevi burada ortaya çıkar: Amplifikasyon ve Anahtarlama!
Anahtarlama, kesme ve doyma bölgelerini kullanarak ifade edilir ve
Amplifikasyon, aktif bölgeyi kullanarak ifade edilebilir.
4. Çekme Yukarı (Pull Up), Çekme Aşağı (Pull Down) ve Açık Kollektör (Open Collector)
Düşük Aktif (Low Active), CS(çip seçimi)_, / gibi işaretlerle gösterilir ve voltajın Düşük (Low) durumunda çalıştığı anlamına gelir. Tersine, 1'de çalışanlar Yüksek Aktif (High Active) olarak adlandırılır.
Şekilde gösterildiği gibi, eğer Dijital Çip büyük bir direnç ise, Düşük Aktif (Low Active) durumunda Çekme Yukarı (Pull Up), anahtar açık olduğunda 0 değerinin Dijital Çipe uygulanması ve Çekme Aşağı (Pull Down), anahtar kapalı olduğunda yüksek (High) değerinin çipe uygulanmasıdır. Yüksek Aktif (High Active) durumunda ise bunun tersi geçerlidir!!
Çekme Yukarı (Pull Up) ve Çekme Aşağı (Pull Down), varsayılan seviye değerinin ne olacağına bağlı olarak değişen bir işlemdir. Gerçek dünyadaki çipler, yukarıdaki örneğe benzer şekilde, küçük bir statik elektriğe bile maruz kalırsa motora güç verebilir. Bu motorun bir top olduğunu düşünürsek, büyük bir sorun olabilir.
Çekme Yukarı (Pull Up) ve Çekme Aşağı (Pull Down) ile aynı görevi yapan şey de Transistördür.