URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
PSoC Tabanlı Dokunmatik LED Dimmer Tasarımı
Burak TAŞCI, Yavuz EROL
Fırat Üniversitesi
Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu
Elektrikli Cihaz Teknolojisi Bölümü
23119 Elazığ
[email protected],[email protected],
Fırat Üniversitesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
23119 Elazığ
Özet: Günümüzde kullanımı hızla yaygınlaşan PSoC (Çip Üzerine Programlanabilir Sistem) gömülü sistemler
konusunda önemli bir yere sahiptir. PSoC teknolojisi ve PCB üzerinde tasarlanan dokunmatik slider türündeki
kapasitif algılayıcı yardımıyla slider üzerindeki parmağın konumuna göre Power LED’in parlaklığı arttırılıp
azaltılmaktadır.
Abstract: Nowadays, the rapidly spreading use PSoC (Programmable System on Chip) has an important place
in embedded systems. PSoC technology and designed on the PCB capacitive touch slider type sensor according
to the position of the finger on the slider with the help of Power LED’s brightness is decreasing or increasing.
1. Giriş
Elektronik sistemlerde mikrodenetleyiciler yaygın olarak kullanılmaktadır. Birçok elektronik elemanın
yaptığı işi tek başına yapabilmesi ve küçük yapıda olması nedeniyle çok fazla talep görmektedir. PSoC
(Programmable System on Chip) mikrodenetleyici geliştirme ve programlama konusunda yepyeni bir kavram
temsil etmektedir. PSoC çipleri ve çevre birimlerinde çok sayıda dijital ve analog programlanabilir bloklar
bulunmaktadır. Örneğin; analog bloklar, analog filtreler, karşılaştırıcılar, AD (Analog Dijital) ve DA (DijitalAnalog) çeviriciler vb. [1]-[2].
PSoC, Cypress firmasının 2005 yılında 8 bit mikrodenetleyici uygulamalarına yönelik olarak ürettiği
üründür. Çip üzerine programlanabilen sistem olarak bilinen PSoC, bilinen mikrodenetleyicilerin aksine CPU
(Central Processing Unit, Merkezi İşlem Birimi) temel bloğu ile birlikte fonksiyonu kullanıcı tarafından kolayca
tanımlanabilen analog ve dijital kullanıcı blokları sunar. Gömülü sistem yapısına uygun olan PSoC, kullanıcının
kendi mikrodenetleyicisini oluşturmasına imkan vermektedir. Değiştirilebilir çalışma gerilimi ve 1V gibi küçük
gerilimde çalışma özelliğine sahiptir. PSoC’u diğer mikrodenetleyicilerden ayıran bu üstünlüklerinden dolayı
hem akademik hem de endüstriyel alanda kullanımı hızlı bir şekilde yaygınlaşmaktadır.
Sharat Chandra ve arkadaşları, PSoC ile GSM tabanlı dağıtım sistemi otomasyonu konulu çalışmada
PSoC ve GSM modem üzerine bir uygulama geliştirmiştir. Uzaktan izleme ve röle kontrolü için düşük maliyetli
ve verimli bir yöntem sunulmuştur [3]. Dang Thanh Bui ve arkadaşları elektro-optik modülatör kontrollü optoelektronik osilatör kararlılığının iyileştirilmesi konulu çalışmada, PSoC mikrodenetleyici ile yeni bir kontrol
sistemi tasarlamıştır [4]. Barylo G.I. ve arkadaşları, radyasyona maruz kalmış nesnelerin uzay-zaman
karakteristiklerine göre PSoC tabanlı işlemsel kontrol sistemi geliştirmiştir [5]. Malvin Nkomo ve Michael
Collier ise PSoC tabanlı RGB renk sıralama özellikli SCARA robot kolu uygulaması geliştirmiştir [6].
2. PSoC (Programmable System-on-Chip) CY8C4245AXI-483
PSoC ailesi birçok On-Chip Controller’li Mixed-Signal Array özelliğini taşıyan cihazlardan oluşur.
Dijital-Analog blokları, kolay kullanımı ve esnek tasarım imkânı PSoC’un en güçlü özelliklerinin başında
gelmektedir. Bu özellikler nedeniyle PSoC başta PIC olmak üzere diğer mikrodenetleyicilere karşı birçok
üstünlüğe sahiptir. Bu cihaz bünyesinde, ayarlanabilir analog ve dijital devre kullanıcıya istediği şekilde
ayarlanabileceği konfigürasyonlar sunar ve böylece birçok uygulamasının gereksinimlerini karşılar. Bu
özelliklere ek olarak, hızlı bir CPU, Flash program hafızası, SRAM data hafızası ve uygun pin çıkışları
aralığında ayarlanabilir I/O mevcuttur [7].
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
PSoC ® 4 ARMCortex ™-M0 CPU ® ile karışık-sinyal programlanabilir gömülü sistem denetleyicileri bir
aile için ölçeklenebilir ve yeniden yapılandırılabilir bir platform mimarisidir. Programlanabilir analog ve dijital
alt-sistemleri, esneklik ve tasarımda ayarlama sağlar. PSoC 4200’de 36 adet GPIO (Genel amaçlı giriş çıkış
pinleri) vardır. Bu pinler programlama aşamasında istenildiği gibi giriş veya çıkış olarak kullanılabilir. PSoC
4’ün özellikleri: 48MHz’e kadar ARM® Cortex™-M0 CPU, 32kb’a kadar flash, 4kb SRAM, Programlanabilir
analog: Op-Amp, 12-bit 1Msps SAR ADC, Programlanabilir dijital: Dört PLD tabanlı mantık blokları, Capsense
® dokunmatik algılama, 1,71V’dan 5,5V düşük güç çalışma aralığı, Dört 16-bit Zamanlayıcı/Sayıcı bloğu,
Darbe Genişliği Modülatör (TCPWM) bloğu bulunmaktadır. [8].
PSoC mikrodenetleyici de diğer mikrodenetleyiciler gibi kendisine ait olan farklılıklardan dolayı birçok
mikrodenetleyici ailesine (örneğin PSoC 1, PSoC 3, PSoC 4, PSoC 5, PSoC 5LP) sahiptir. Tasarım aşamasında
üstün özelliklerinden dolayı PSoC ailesine en son katılan PSoC 4 kullanılmıştır. Şekil 1’de sistemin blok
diyagramı verilmiştir. PCB üzerine çizilen slider yardımıyla kapasitif değişim sağlanmaktır. Slider üzerindeki
kapasitif değişim PSOC 4 mikrodenetleyici vasıtasıyla algılanmaktadır. Kapasitif değişime bağlı olarak PSoC 4
PWM işaretini değiştirir. PSoC çıkışına bağlı LED sürücü devresi yardımıyla Power LED’in sürülmesi sağlanır.
Şekil 1. Blok Diyagramı
3. LED (Light Emitting Diode) ve Sürücü (Driver)
Işık yayan diyot olarak adlandırılan LED, elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı iletken devre
elemanıdır. LED’in en önemli kısmını yarı iletken malzemeden oluşan ve ışık yayan LED çipi oluşturur. LED
çipi noktasal bir ışık kaynağıdır ve kılıf içine yerleştirilmiş yansıtıcı eleman sayesinde ışığın belirli bir yöne
doğru yayılması sağlanır [9].
LED’ler klasik aydınlatma sistemlerine göre düşük enerji tüketimi, uzun ömür, sağlamlık, küçük boyut,
hızlı anahtarlama, yüksek dayanıklılık ve güvenilirlik gibi avantajlara sahiptir. LED’ler elektronik piyasasına
girdiği 1962 yılından itibaren büyük aşama kaydetmiştir [10]. Power LED’ler genellikle 0.5W, 1W, 3W, 5W
olarak kullanıma sunulmaktadır. Beyaz ışık yayan Power LED’ler iç ve dış genel aydınlatma için kullanılmakta
olup, mavi, kırmızı, sarı, yeşil ve RGB Power LED’ler Wallwasher (duvar boyama) uygulamalarında
kullanılmaktadır.
LED’ler düşük voltajla çalışma, yüksek verim ve uzun ömür nedeniyle tercih edilmektedir. LED’lerin
sabit akımda sürülmesi piyasada çeşitli hazır sürücü devreler bulunmaktadır. PSoC tabanlı LED dimmer tasarımı
adlı bu çalışmada LED sürücü olarak Şekil 2’de verilen sabit akımlı ACG firmasının D serisi ürünü
kullanılmıştır. Switch-mode güç devresi ile % 91’e varan verimlilik, geniş giriş voltajı aralığı 9-30V DC, 9-30V
AC çalışabilme özelliği, 350/500/700/1000/1400mA sabit akım seçenekleri, PWM sinyali ile dim edilebilme,
yumuşatılmış başlangıç ile LED ömrünü artırma, girişte ters polarizasyon koruması gibi özelliklere sahiptir.
Şekil 2. LED sürücü devresi
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
PWM sinyali ile LED parlaklığının ayarlanması, LED’in ortalama akımını değiştirme ilkesine
dayanmaktadır. PWM sinyalinin ortalama değeri, denklem 1-4’de verilmiştir.
∫
( )
(∫
(1)
∫
(
(2)
)
(3)
=
(
)
(4)
olarak kullanılır. Görüldüğü gibi elde edilecek ortalama değer, görev periyodu (D)
parametresine direkt bağlıdır [11].
4. Elektronik Tasarım
Şekil 3’de elektronik devre şeması verilmiştir. Mikrodenetleyici olarak gömülü sistem yapısına sahip
PSoC TQFP kılıflı CY8C4245AXI-483 kullanılmıştır. PSoC’dan alınan PWM çıkışıyla Power LED’i sürmek
için LED sürücü devresi kullanılmıştır. Ayrıca PSoC CY8C4245AXI-483 mikrodenetleyiciyi programlama
işlemlerini kolaylaştırmak için ISSP programlama çıkışları alınmıştır.
Şekil 3. Elektronik Devre Şeması
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
Elektronik devre şemasında görülen her bir birim, Şekil 4’de ayrıntılı şekilde verilmiştir.
Şekil 4. Sistemin genel görünüşü
5.SONUÇ
Bu çalışmada, CY8C4245AXI-483 model PSoC tabanlı mikrodenetleyici ile dokunmatik slider
uygulaması verilmiş ve slider üzerinde parmağın konumuna göre Power LED’in parlaklığını değiştirecek bir
tasarım gerçekleştirilmiştir. Önerilen tasarım, düşük maliyetli ve yüksek hassasiyetlidir.
Kaynaklar
[1]. EasyPsoc İnternet adresi Erişim: http://www.easypsoc.com/book/ (Erişim Tarihi: 01.04.2012)
[2]. Robert Ashby Designer’s Guide to the Cypress PSOC, Elsevier,2005
[3]. Sharat Chandra, Susmita Kar, Avireni Srinivasulu, MIEEE, D. K. Mohanta, SMIEEE, 2011. “Distribution
System Automation Based on GSM using Programmable System on Chip (PSOC)”, Chennai and Dr.MGR
University Second International Conference on Sustainable Energy and Intelligent System (SEISCON 2011) ,
Dr. M.G.R. University, Maduravoyal, Chennai, Tamil Nadu, India. July. 20-22, 2011.
[4]. Dang Thanh Bui,Toan Thang Pham, Van Yem Vu, Bernard Journet B. 2012. ” Improving Opto-Electronic
Oscillator Stability by Controlling the Electro-Optic Modulator”, Communications and Electronics (ICCE), 2012
Fourth International Conference on, 1-3 Aug. 2012.
[5] Barylo G.I. Gotra Z.Yu. Zazulyak A.M., Kozhuhar O.T., Kus N.I., 2013. “Stimulating Light System to
Create a Controlled Effect Relaxation”, 2013 IEEE XXXIII International Scientific Conference Electronics and
Nanotechnology (ELNANO)
[6]. Malvin Nkomo, Member of SAIEE and Michael Collier,2006. ”AColor-Sorting SCARA Robotic
Arm”,Emerging Technologies and Factory Automation, 2006. ETFA '06. IEEE Conference on, 20-22 Sept. 2006
[7]. Cypress Semiconductor and Microsystems İnternet adresi Erişim: http://www.cypress.com
[8]. Cypress PSoC® 4: PSoC 4200 Family Datasheet
[9]. Erol, Y., “Akım Regüleli LED Test Cihazı Tasarımı”, ELECO'2010 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar
Mühendisliği Sempozyumu, Bursa, 370-374, 2-5 Aralık 2010.
[10] Liu S., Luo X., LED Packaging for Lighting Applications: Design, Manufacturing, and Testing, John Wiley
and Sons, 2011.
[11] http://www.antrak.org.tr/gazete/022007/tolga-tastan.html (Erişim Tarihi : 16.05.2012)
Download

105