8085 Mikroişlemci


Bu deneyde 8085 mikroişlemci seti üzerinde uygulamalr yapılırken ; mikroişlemcilerin kullanım alanlarını, programlama metotlarını, bunların kullanılabilirliklerini, ve adım, doğru akım motorlarının, rölelerin ve selenoidlerin kontrolünde mikroişlemcilerin yerini ve kullanımını görmektir. Böylece mikroişlemcilerin basit kontrol tekniği öğretilerek onların makine mühendisliğinde karşılaşılacak uygulamalarda kullanılması hedeflenmektedir.

1) GİRİŞ:
Bilgisayarlar veri (data) alıp, işleyen ve bilgiye (information) dönüştüren elektronik cihazlardır. Bilgisayarlar temelde veri işleyen makinelerdir.
Bilgisayarların veri işlemede kullandıkları temel işlemler yalnızca şunlardır:
·        Veri girişi (Input)
·        Dört temel aritmetik işlem
·        Mantıksal işlemler
·        Veri çıkışı (Output)
·        Veri saklama (Storage)

Yukarıdaki işlemler bilgisayarların donanım birimlerince yerine getirilmektedir. Örneğin, veri girişi (input) birimlerince yapılmakta, ve sonuçlar bilgisayardan çıkış (output) birimlerince alınmaktadır.
BİLGİSAYARLARIN SINIFLANDIRILMASI:
Bilgisayarlar çalışma ve bilgiyi saklama şekline göre analog ve sayısal (dijital) olarak sınıflandırılırlar. Analog kavrama örnek olarak akrep ve yelkovanın durumlarına göre zamanın ölçüldüğü saat veya haznesindeki civanın çıkacağı en yüksek noktaya göre vücut ısısının belirlendiği termometre gösterilebilir. Analog bilgisayarlarda benzer prensiple çalışırlar. Veri miktarı bu tip bilgisayarlarda rezistanslar, transistorlar, transformatörler gibi birimlerde veri büyüklüğüne göre fiziksel olarak saklanır. Sayısal bilgisayarlara ise veri, ikili sayı düzenine göre 0 ve 1 (bit) kombinasyonları ile sayısal olarak saklanmaktadır. Sayısal saat veya termometreyi analog benzerleri ile karşılaştırarak bu iki çeşit bilgisayar arasındaki farkı görebiliriz.
MERKEZİ İŞLEM BİRİMİ-MİB (CENTRAL PROCESSING UNIT-CPU):
Bu birim bilgisayarın beyin bölümü olup mikroişlemci olarak adlandırılır. Mikroişlemciler işlevleri bakımından 3 ana gruptan oluşur:
·        Denetim birimi
·        Aritmetik mantık birimi
·        Ana bellek
Denetim birimi işlemlerin sırasını belirler ve ayrıca aritmetik mantık birimindeki (AMB) işlemlerin yerine getirilmesi için gerekli hazırlıkları bitirir. Mikroişlemcilerde komutları ve verileri tutmakla görevli az sayıda ama hızlı yazmaçlar (registers) bulunur. Modern bilgisayarların ana çalışma prensibi saklanmış programlamadır. John von Neuman’ca düşünülmüş bu prensibe göre, bilgisayar komutları ve üzerinde işlem yapılacak veri, komut işlenmeden önce bilgisayarın ana belleğinde bulunmalıdır. Denetim birimi işleyeceği komutu önce adres yazmacına getirir, sonra komutun şifresini çözerek bölümlerine ayırır ve daha sonrada AMB’ne vereceği bir emirle komutun yerine getirilmesini sağlar. Bu süreç komutu AL-ÇÖZ-İŞLE (FETCH-DECODE-EXECUTE) gibi üç aşamalı olup MİB’in komut işleme döngüsünü oluşturur.
AMB’de bulunan yazmaçlardan biriside toplaçtır. Temel aritmetik işlemler sırasındaki sonuçlar bu yazmaçta toplanır. AMB’de dört işlem (toplama, çıkarma, çarpma, bölme) ile mantıksal işlemler yapılır.
Bir mikroişlemcide, sistemdeki işlemleri izlemek üzere vurum (pulse) yaratan bir ana saat bulunmaktadır. Bu ana saatin saat vurum sıklığı (clock rate) bilgisayar komutlarının  işlenme hızını belirler. Mikroişlemcinin bir komut işleme döngüsünü bitirme zamanı Megahertz (MHz-Saniyedeki milyon döngü sayısı) ile ölçülür.
Mikroişlemcinin saniyede işleyebileceği bit sayısı o işlemcinin sözcük büyüklüğünü göstermektedir. Buna göre 32-bitlik bir işlemci bir defada 32-bitlik veriyi işleyebilmektedir.
Mikroişlemci içerisindeki veri hareketi veri yolu (DATA BUS) ile sağlanmaktadır. 32-bitlik bir işlemcideki veri yoluda genellikle 32-bitlik olmaktadır. Buna göre 32-bitlik (4 byte) bir veri bir defada bir yerden diğer bir yere taşınabilmektedir. Eğer veri yolu kapasitesi 16-bit ise, o zaman taşıma iki defada yapılacak ve işlem hızı artacaktır.
ANA BELLEK (PRIMARY MEMORY-RAM) :
Bu birimde verileri ve komutları saklayan bellek gözleri bulunur. Bu gözelerin her biri adreslenebilme özelliği taşır. Yani, mikroişlemciler, sakladığı komutun ve verinin bulunduğu yerin adresini (sayısal olarak) bilmektedir. Ana bellek bir matris gibi düşünülebilir. Matris öğelerine ulaşırken kullanılan yönteme benzer bir şekilde göze adresleri hesaplanmakta ve doğrudan o adres bölgelerine erişilebilmektedir.
Ana bellek geçici bellektir. Komutların yada programların işlenmesi bitirildiğinde , kullanıldığı bellek yerleri ya silinir yada başka bir komuta yerini bırakır.
Bilgisayarların ana bellek kapasiteleri için belli birimler kullanılmaktadır. En küçük bellek birimi BIT (BInary digiT)’dir. Bir bit’de 0 (off) veya 1 (on) bilgisi saklanabilir bitlerin yan yana gelmesinden daha büyük bellek birimleri ortaya çıkmaktadır. Örneğin 8 bit yan yana geldiğinde, 1 BYTE6 oluşur. Bir Byte’lık bir bellekte bir simge (harf, işaret, rakam gibi) saklanabilir. Birden çok Byte bir araya gelirse sözcük elde edilir.
1 KByte  = 1024 Byte
1 MByte = 1024*1024 Byte = 1.048.576 Byte
1GByte  = 1024*1024*1024 =1.073.741.800 Byte
1)RAM(RANDOM ACCESS MEMORY):
   Bu bellekte verilere erişim ve veri saklama çok hızlıdır. Ancak Ram uçucudur. Ram’lar yongalar şeklinde satılmaktadır. Günümüzde KB’lerinde en az Ram büyüklüğü 8MByte olup, istenildiğinde bellek kapasitesine eklemelerle artırmak olasıdır. Ram büyüdükçe yazılımları kullanım alanlarında rahatlık sağlanır ve dolaylı olarak yazılımların daha hızlı çalışması sağlanır.
2)DRAM(DİNAMİK RAM) VE SRAM (STATİK RAM) :
  Bunlar Ram teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak piyasaya sürülmüş iki yarı iletken bellek türüdür. SRAM, DRAM’e göre daha hızlı ve daha pahalıdır.
3)ROM(READ ONLY MEMORY) :
   Bu bellekteki bilgiler yalnızca okunabilmektedir. Bilgisayarın ilk açıldığındaki ön yükleme sürecinde KB’nin ROM’undaki komutlar kullanılarak bilgisayar kullanıma hazır duruma getirilmektedir.
4)PROM (PROGRAMMABLE ROM) :
   Bu çeşit ROM’lar özel amaca yönelik işlemleri yaptırabilecek ve isteğe bağlı hazırlanmış (programlanmış) belleklerdir.
5)EPROM(ERASABLE PROM):
   EPROM’lar silinebilir PROM’lar olup, zaman içerisinde üretici firmaya götürülüp isteğe bağlı olarak programlanabilmektedir.
6)INTERFACE: Mikroişlemcilerin dış dünyayla ve diğer elemanlarla bağlantısının sağlanması olayıdır.
7)BUS: Bilgilerin bir yerden başka bir yere taşınması için kullanılan veri yollarına denir.
APPLIC SERİLERİ:
APPLIC 3: Bu modül bir çıktı soketi ve 8 yük sürücüsüyle, 8 özel ana bellekli giriş soketinden oluşmaktadır. APPLIC 3 led’lerin, rölelerin, DC motorların, adım motorlarının, selenoidlerin, işaret ve ses cihazlarının, mikro anahtarların okunmasını, düğmelerin, sınır anahtarlarının ve foto-transistörlerin mikroişlemciye bağlanmasını sağlar.
APPLIC 4: Bu modül bir adet 8 kanallı analog-dijital dönüştürücüye ve bir adet tek kanallı dijital-analog dönüştürücüye sahiptir. APPLIC 4 değişik sensörlerden gelen voltaj, akım, sıcaklık, nem gibi sinyallerin okunmasını sağlar. Analog sinyal ikili bilgisayar çıktısına dönüştürülür. 4-20mA akım üreten endüstriyel sensörlerden gelen sinyaller de modüle bağlanabilir. APPLIC 4 tarafından kontrol edilebilecek parçalar; DC motorlar, lamba, foto-transistör, termistör vb. dir ve bu elemanlar APPLIC 41 olarak adlandırılan modülün içerisinde bulunur. 
DENEY 1:
DOĞRU AKIM MOTORUNUN KONTROLÜ:
Bu deneyde 8085 mikroişlemci kullanarak bir doğru akım motorunun kontrolü ele alınacak ve bir DC motorunun mikroişlemci setimizin çıkış portu üzerine nasıl bağlandığını, yazılan programları ve DC motorunun dönme hızının ve dönme yönünün nasıl değiştirileceğini gördük. DC motorlar doğru akım kaynağından gelen güçle çalışırlar. DC motorlar genelde yüksek hızlarda çalışırlar ancak yüksek hızların istenmediği yerlerde dişliler kullanılarak bu motorların hızları düşürülür, bizde bu deneyde bir mikroişlemci sayesinde motorun hızında değişikliği bir dişli sayesinde değil de mikroişlemci sayesinde voltajı değiştirerek yapacağız. Bu işlemi motorun içerisinde sarımlar üzerinden geçen akımın yönünü değiştirerek motorun yönünü de değiştireceğiz.motor mikroişlemcinin çıkış portuna bağlanır buda APPLIC-3 serisi ile bağlanır.
TARTIŞMA VE SONUÇLAR:
1) DC motorları mühendislikte çok geniş alanda kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları şunlardır ;
·        No-frost buzdolapları.
·        Otomatik arama yapabilen televizyonlar.
·        Kumanda kontrollü dış ünitesi(çanak anten kısmı) ayrı yerlerde olan uydu anten setlerinde çanak antenin yönünü çevirmek için.
·        Çamaşır ve bulaşık makinelerinde.
·        Tavan vantilatörlerinde.
·        Dikiş makinelerinde.
2) Dişli çarklar, döner mafsallar veya yüksek eleman çiftlerinin ve uzuvların kullanılmasıyla istenilen hareketler sağlanabilir.
3) Mikroişlemcilerin yaptıkları komplike işlemleri eğer mekanizmalar veya dişliler sayesinde yapmak bazı hallerde çok zor hatta imkansız seviyede olabilir. Ayrıca yapabil sekte şartlara göre çok büyük mekanizmalar oluşabilir buda maliyetin yüksek olmasına neden olur. Kullanacağımız malzemeyi temin etmek ve kalitesini de arttırmak zorunda da kalabiliriz. Ayrıca mikroişlemcilerle aynı hassasiyette bir mekanizma üretmemiz biraz zor olacaktır.
DENEY 2:
ADIM MOTORUNUN KONTROLÜ :
Bu deneyde de DC motorda olduğu gibi amaç 8085 mikroişlemci kullanarak adım motorunun sisteme bağlanmasını, yazılan programları ve motorun dönme hızını ve yönünün nasıl değiştiğini görmektir. Adım motorları daha önceden belirlenen adımlarla çalışırlar. Çalışma esnasında her adımdan sonra kilitlenirler. Motorun kaç adım çalışacağı ve bu motorun hassas açılarda çalışacağı kontrol edilebilir. Bu motorlar daha çok otomasyon ve robot uygulamalarında kullanılırlar. Bu deneyde de motoru APPLIC-3 serisi sayesinde mikroişlemcinin çıkış portuna bağlanmıştır ve yazacağımız programla motorun dönme yönünde ve dönme hızında değişiklikler yapacağız.
TARTIŞMA VE SONUÇLAR :
1)Yukarıda belirttiğimiz gibi otomasyona uygun yerlerde ve robot uygulamalarında kullanılırlar. Örnek olarak ;
·        Kola şişelerinin kapaklanması ve dolumun da kullanılan sistem.
·        Paketleme işlemlerinde
·        Düzenli olarak yapılan kesme işlemlerinde
2)Elle kontrol yapıyorsak her türlü switchler, düğmeler olabilir. Ayrıca zamanlama kayışları kullanılabilir, bekletmeli mekanizmalar, dişliler olabilir.
3)DC motorları adım motorlarına göre çok yüksek hızlarda çalışmaktadırlar bu nedenle bu tip motorları durdurmak zor olabilir bu tip motorlarda sürtünmede olabilir. Adım motorlarında ise her adımdan sonra kilitlenme gerçekleştiğinden bu tip motorlar yavaş çalışır bu nedenle bu motorların durdurulması kolay olur.
DENEY 3:
DİJİTAL-ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER :
Dijital-Analog tipi çevricilerin girişinden uygulanan dijital bir sinyali bu sinyalin seviyesine uygun analog (linear değişen bir  sinyale) çeviren devredir. D/A çevriciler kısaca DAC olarak da söylenir. Dijital konverterlere gerilim veya akım genellikle paralel formda uygulanır. Girişe uygulanan işaret dijital koda uygun sayı bitleri şeklindedir. Popüler çeviriciler 4 ile 18 bit girişlidirler. DAC devreleri iki tipte düzenlenir. DAC çarpma devresi ise değişken referans değerini alan bir devredir.
Dijital bir sinyal ona eşdeğer analog bir sinyale çevrilirken temel problem n sayıda gerilim seviyesine sahip dijital bir gerilimi, bir tek eşdeğer analog gerilime çevirmektedir. Bu işlem en kolay iki tabanlı sayıların bir direnç devresinde bu sayıların değerlerine eşit dijital gerilimlere çevirmeyle yapılır.
Bunu bir örnekle daha iyi anlaşılır halde açıklamaya çalışırsak. Örneğin 0-7 arası 10 tabanlı sayılar 000’dan 111’e kadar 3 basamaklı iki tabanlı sayılarla açıklanır. 000 sayısı 0 volt ve 111 sayısının +7 volt’ eşit olduğunu düşünelim. Böylece 0 ile 7 arasındaki her sayı 0V ile 7V arasında 1er volt arayla değişen analog değerlere eşit olurlar. Burada 111 sayısı için 7V un seçilmesi bütün sayılarda elde edilen gerilimleri tam değerde elde etmek içindir. Böylece 001’den 111’e kadar sıralanan 7 sayı  farklı seviye ile tarif edilir ve elde edilen analog sinyal 7 basamaklı bir sinyal olur.
Sırasıyla her sayı basamağında elde edilen gerilimler şöyle hesaplanır;
    001 sayısında 7*1/7=1V
    010 sayısında 7*2/7=2V
    011 sayısında 7*3/7=3V
    100 sayısında 7*4/7=4V
    101 sayısında 7*5/7=5V
    110 sayısında 7*6/7=6V
    111 sayısında 7*7/7=7V
GENEL SORULAR VE TARTIŞMA  :
g) otomatik jeneratörler, bazı alarma sistemleri, CNC tezgahları, video sürücülerde, kameralarda, klimalarda, televizyonlar, çamaşır makinelerinde, bulaşık makinelerinde, buzdolaplarında, araba sistemlerinde.

xxxxxx