Computer Supported FPGA Based Digital Systems Experiment Set Design

Year 2021, Volume: 14 Issue: 3, 301 - 312, 31.07.2021

Mevlüt Ersoy , Cem Deniz Kumral

https://doi.org/10.17671/gazibtd.759242

Cited By: 2

Abstract

Physical places such as laboratories should be created for applied teaching activities in educational institutions. In order for the students participating in such teaching activities to understand the subject better, creating experimental environments related to the subject increases the level of understanding of the topics. The existence of experiment sets related to the subject of application while creating these experimental environments is effective in increasing the quality of education. The experiment sets used today are both insufficient in content and costly to educational institutions. In this study, it is aimed to carry out the applications of these courses in a more effective and more understandable level on a single set of experiments in high school and university level institutions that teach Digital Communication, Digital Electronics and Logical Design courses. The logical operations of the developed experiment set take place on the FPGA platform. FPGAs can be used in many fields such as digital communication, logical circuits, designs of combinational circuits and control circuits. With the created design, applications containing different courses and subjects, experimental elements or integrated circuit designs were designed on FPGA by VHDL and gathered on a single experiment set. As a result of the work carried out, an integrated experiment set design has been created, which will reduce the financial resources allocated by educational institutions for laboratory materials, ergonomic, portable, user-friendly and the instructor can follow the student remotely from the network environment.

Keywords

experiment set design, fpga, vhdl, digital systems

Bilgisayar Destekli FPGA Tabanlı Sayısal Sistemler Deney Seti Tasarımı

Abstract

Eğitim kurumlarında gerçekleştirilen uygulamalı öğretim faaliyetleri için laboratuvar gibi fiziki mekanların oluşturulması gerekmektedir. Bu tür öğretim faaliyetlerine katılan öğrencilerin konuyu daha iyi anlamaları için konu ile ilgili deney ortamlarının oluşturulması konuların anlaşılma seviyesini arttırmaktadır. Bu deney ortamları oluşturulurken uygulama konusuyla ilgili deney setlerinin mevcut olması eğitimin kalitesini artırmada etkili olmaktadır. Günümüzde kullanılan deney setleri gerek içerik olarak yetersiz kalmakta gerekse eğitim kurumlarına maliyetli olmaktadır. Bu çalışmada, Sayısal İletişim, Sayısal Elektronik ve Mantıksal Tasarım derslerinin eğitimini veren lise ve üniversite düzeyindeki kurumlarda söz konusu derslerin uygulamalarını tek bir deney seti üzerinde daha etkin ve daha anlaşılabilir bir düzeyde gerçekleştirmek amaçlanmıştır. Geliştirilen deney setinin mantıksal işlemleri FPGA platformu üzerinde gerçekleşmektedir. FPGA’lar sayısal iletişim, mantıksal devreler, kombinasyonel devrelerin tasarımları ve kontrol devreleri gibi birçok alanda kullanılabilmektedir. Oluşturulan tasarım ile farklı dersler ve konuları içeren uygulamaların, deney elemanlarının veya tümleşik devre tasarımlarının FPGA üzerinde VHDL aracılığıyla tasarımları yapılarak tek bir deney seti üzerinde toplanması sağlanmıştır. Gerçekleştirilen çalışma sonucunda, eğitim kurumlarının laboratuvar malzemeleri için ayırmış oldukları mali kaynakları azaltacak ergonomik, taşınabilir, kullanıcı dostu ve eğitmenin öğrenciyi ağ ortamından uzaktan takip edebileceği tümleşik bir deney seti tasarımı oluşturulmuştur.

Keywords

Deney seti tasarımı, FPGA, VHDL, sayısal sistemler

References

• I. Colak, E. Irmak, E. Kabalci, F. Issi, “Design and implementation of a remote laboratory platform using Matlab Builder for NE”, Computer Application in Engin. Education, 22 (4), 617–629, 2014.
• C. Kubat, A. Kiraz, “The modeling of tensile test in virtual laboratory design using artificial intelligence”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 27 (1), 205-209, 2012.
• J.A. Suul, D. Salvatore, G. Giuseppe, “Virtual synchronous machine-based control of a single-phase bi-directional battery charger for providing vehicle-togrid services”, IEEE Transactions on Industry Applications, 52 (4), 3234-3244, 2016.
• Ç. Elmas, O. Özkaraca, “Güç Elektroniği Dersi için Hazırlanmış İnternet Üzerinden Eğitim Uygulaması”, Bilişim Teknolojileri Dergisi, 1 (2), 11-14, 2010.
• Internet: Sciencetech Inc., http://www.sciencetech-inc.com, 13.05.2020.
• Internet: Yıldırım Elektronik, http://www.yildirimelektronik.com, 13.05.2020.
• B. Kobak, Bir Temel Deney Setinin Tasarımı ve İmali, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.
• N. B. Yavuzçelik, Web Tabanlı Elektronik Deney Seti Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
• R. Günaydın, Uzaktan Erişimli Web Tabanlı Mikrodenetleyici Deney Seti Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014.
• M. Özbek, Temel Haberleşme Laboratuvarı İçin Bilgisayar Destekli Modülasyon Demodülasyon Deney Seti, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014.
• P. Musik, “Development of Computer-Based Experiment Set on Simple Harmonic Motion of Mass on Springs”, Turkish Online Journal of Educational Technology-TOJET, 16(4), 1-11, 2017.
• R. Köksal, H. Öztekin, F. Temurtaş, “Eğitim Amaçlı Mikrobilgisayar Sistemleri İçin I2C Seri Haberleşme Protokolü ile Analog Arayüz Tasarımı”, Elektrik, Elektronik, Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 789-793, 2014.
• Y. Sarı, “Elektronik ve Otomasyon Laboratuvarında Pratik Eğitim Amacıyla PLC Kontrollü Bir Sistem Uygulaması”, Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(1), 65-71, 2016.
• S. Karthik, N. Srividya, L. Swetha, J. Shilpa, “Improving Testability of Design in FPGA using Raspberry Pi”, Indian Journal of Science and Technology, 9(1), 1-4, 2016.
• İ. Işık, M.E. Tağluk, “FPGA Tabanlı Dijital Haberleşme Sistemlerinin System Generator Aracı ile Analizi”, Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(2), 255-265, 2018.
• İ. Arıcı, M. Tenruh, “Labvıew Tabanlı Bir Elektronik Deney Seti Geliştirilmesi”, Akademik Bilişim Konf., Mersin, 323-329, 2014.
• Internet: Waveshare Elektronik, https//www.waveshare.com/Open3S500E, 10.05.2020.
• Internet: Spartan-3E FPGA Family Data Sheet, https://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds312.pdf, 17.05.2020.
• Internet: Pi4J, https://pi4j.com/1.2/index.html, 20.05.2020.
• Şimşek, M. A., Taşdelen, K., “Arduino ile Tasarlanmış Sistemlerin İnternet Tabanlı Kontrolü ve İzlenmesi”, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 8(1), 20-33, 2019.
• E. Irmak, A. Calpbinici, “E-laboratuvarlar İçin Yeni Bir Tasarım: Eş Zamanlı Erişilebilen Deneysel Uygulama Platformu”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32(2), 363-375, 2017.
• S. Kaçar, A. F. Boz, B. Arıcıoğlu, H. Tekin, “PID Denetleyici Uygulamaları İçin Yeni Bir Online Deney Seti Tasarımı”, Sakarya University Journal of Science, 21(1), 34-46, 2017.
• A. Çakir, Ü. Çitak, "Simulation of Logic Circuit Tests on Android Based Mobile Devices”, Logical Methods in Computer Science, arXiv preprint arXiv:1805.12473, 2018.
• E. Özdemirci, Ç. Ersin, M. R. Canal, “Arduino Uno Uygulama Setinin Gerçekleştirilmesi”, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8(1), 127-133. 2019.