Digital Kumpas uzerine tersine muhendislik - 2

Ilk yazımı yazarken bir yandan da kumpas üzerinde ölçümler yapıyor ve tek yazıda kumpası iliklerine kadar anlayacağımı ve anlatacağımı sanıyordum. Ancak çok sert kayaya çarptım.

Belki 0.2 mm doğruluktaki kumpas 0.02mm doğruluktaki kumpastan daha kolay anlaşılır düşüncesiyle dağıtmak üzere 2. kumpasımı sipariş ettiğimi söylemiştim. 2 kumpas arasında çok da fazla fark yok. birisinde (8x8) 64 elektrot diğerinde (7x8) 56 elektrod var. Hepsi o kadar.

0.2 mm doğruluktaki kumpasın da diğerinde olduğu gibi 8 elektrodu var ve bunlardan 7 sıra peş peşe dizilerek 56 lı grup oluşturulmuş. (Sonuçta paralel bağlılar)

8 kanalın dalga şeklini hafızalı scop ile kaydedip zamanlamalara dikkat ederek  elimle çizdim. (Gürültüleri temizlemiş oldum)

Kmps1

Şekil 1

Yukarıdaki grafiğe tıklarsanız büyür.

Adamlar neden böyle bir dalga şekli seçtiler bu en büyük muamma. Sinyalin pwm ile alakası yok bir kere. Ne sola dayalı yapıya uyuyor, ne saga dayalı yapıyor uyuyor ne de merkezi pwm yapısına uyuyor. (Fakat PWM frekansı çok daha yüksek ise bu durumda grafiğini verdiğim dalga şekilleri Pals modülasyonu ile elde edilmiş olabilir. Nitekim sinyallerdeki gürültüler bunun ipuçlarını veriyor.)

Bu 4 sinyalin lojik invertini alırsak diğer 4 elektrodun sinyallerini elde ediyoruz.

Asağıdaki dalga şekli sinyal toplama elektrodundan çipe giden hattaki sinyal.

kmps2

Şekil 2

Toplama elektrodunun pals genişliği dikkatimi çekti.

Görüntüde mavi yeşil ve sarı renkler sırayla  1, 3 ve 4 nolu elektrodların dalga şeklini gösteriyor. Kırmızı olan ise toplama elektrodundaki sinyal. 2 nolu sinyali scopum 4 kanal olduğu için gösteremedim. Fakat şekil 1 i kağıda basıp 2 kanalın nasıl olması gerektiğini hayal edebilirsiniz.

Göreceksiniz ki toplama elektrodundaki sinyalin pals genişliği çok dar ve 8 kapasitör levhasına uygulanan sinyallerden  elde edilemiyor.

Toplama elektrodundaki sinyalin pals genişliği,  8 kanaldaki voltajın lojik yada arihmetik işlemlerle oluşturulamadığına göre RC pals şekillendirici ile yapılmıştır diye düşündüm. Ancak şekil 3 den de görüleceği üzere RC devresinin çıkışındaki pals eksponansiyel eğime sahip olacaktır. Üstelik düşen kenarda negatife kayan uzantı da oluşacaktır.

kmps3

Şekil 3

Bu durumda palsin darlığı RC devresi ile oluşturulamaz. Çünkü scop görüntüsünde herhangi bir exp form yok.

Acaba toplama elektrodundaki sinyale çip tarafından geri sinyal mi basılıyor sorusuna cevaben scop probu toplama elektroduna bağlı iken parmağımla enjekte ettiğim 50Hz sinyalde herhangi bir daralma low'a çekilme gibi zorlama göremedim.

4 kanaldan birisinin çıkışına kendim RC devresi ekleyip şekil 3 deki devreyi kurdum. Tahmin ettiğim gibi RC çarpanını düşürüp pals süresi daraltıldığında RC devresinin çıkışındaki sinyal exp forma bürünüyordu.

Toplama elektrodundan GND'ye 1M direnç bağladım. Toplama elektrodundaki sinyal şekil 4 de olduğu gibi birden acaipleşti.

kmps4

Şekil 4

Sinyalin aşağıya doğru eğimli kısmındaki merdivenler dikkatimi çekti.

kmps5

Şekil 5

Şekli genişlettiğimde çipin  sinyal toplama elektrodundan gelen sinyale müdahale ettiğini gördüm. Demekki sinyal toplama elektrodu çipin basit bir girişi değil geri beslemeli bir düzeneğin bir parçasıydı.

Bu herşeyi daha da karmaşıklaştırdı. Büyük olasılıkla toplama elektrodu çipin içindeki ADCnin bir parçası.

Aman Allahım bu nasıl bir kaya. Nerden bulaştım bu işe. Elimdeki scop sadece 4 kanalı aynı zamanda gösteriyor. İlave olarak da bir analog kanalı gözlemem lazım.  8 kanal Digital Lojik analiser + 1 kanal analog scop özellikli bir şey lazım.

5 Dolara aldığım kumpasın çalışma prensibini anlamak için deliriyorum. Gözüme uyku girmiyor. Kumpasla yatıyor kumpasla kalkıyorum.

Kafayı yemek üzereyim.

Allahım ben bu kumpası STM32F103C8 ile yapabilecekmiyim? Çinli yapabildiyse benim de yapabilmem lazım.

Aslında ölçüm yoluyla yapılabilecek fazla da bir şey kalmadı. Teoriler, modeller üretip kağıt kalemle çalışıyorum fakat tıkandım kaldım.

Dedim ya soru soruyu doğuruyor. Eğer çip toplama elektrodundan gelen sinyale müdahale ediyorsa (Bu artık kesinleşti) neden parmağımla enjekte ettiğim 50Hz sinyalde bozulmaya neden olmadı?

8 kanala uygulanan voltajlardan birisini 10pF gibi bir kapasitör üzerinden toplama elektroduna enjekte edersem pals şekli scopta verdiğim ilk dalga şekline çok benzerken (çip müdahale edebiliyor) parmağımı direnç gibi kullanarak aynı sinyali enjekte ettiğimde çipin gene müdahale ettiğini fakat dalga şeklinin çok bozulduğunu farkettim. Kumpasdaki çipin eti ne budu ne. 1.5v pille çalışan bir CMOS. Üstelik toplama elektrodunun DC seviyesi nerede ise 1.5 civarında. Bu noktaya DC müdahalede bulunmak çipi dellendiriyordur.

Şimdilik hiç bir işe yaramayacak gollerimizi sıralayalım.

1. gol. Tarama elektrodlarına verilen sinyal kapasitif sensorden geçip  çipe ulaştığında çip bu sinyale de müdahalede bulunuyor.

2. gol Şekil 5 den dolayı kapasitif sensör, çipin ADC devresinin bir parçası ve bu ADC, R-2R yada kapasitif eşdeğeri yöntemle çalışmıyor. Delta modülasyonu tekniği var gibi hissettim.(?)

3. gol Scopumun pals genişlik süresine bağımlı tetikleme özelliği olduğunu yeni öğrendim. Ekranda durağan bir görüntü elde ettim ve artık kumpasın hareketlı elektrodunu elimle hareket ettirdiğimde toplama elektrodundaki sinyal nasıl değişiyor görebiliyorum. Bu eminim ki çok ilerleme sağlayatacak.

En büyük cevapsız soru.  Neden 8 kanaldan garip bir sinyal basılıyor?

Biraz önce Saleae nin Logic Pro 16 modelini sipariş ettim. Böylece 8 kanaldaki palsleri ve toplama elektrodundaki analog sinyali herberaber görebileceğim.

Önemli bir ip ucu yakaladım sanırım. Aşağıdaki linkteki videoyu izlerseniz kumpasın hareketli aksamının yer değiştirmesi durumunda toplama elektrodundaki sinyalin nasıl değiştiğini görebilirsiniz.

8 sinyalle uyarılan yapıda kumpas çene açıklığı değiştiğinde bazı bölgelerdeki sinyal genlikleri düşerken diğer bölgelerde kademeli olarak yükselmektedir. Aşağıda linkini verdiğim videoyu izlerseniz toplama elektrodunda endüklenen gerilimin yürüyen dalga formunda olduğunu göreceksiniz.

https://www.youtube.com/watch?v=r4tAsn1NEz8

Ve bingo. Kumpas çözüldü.

Devamı gelecek.

Bu yazı 2- Arm ve Asm kategorisine gönderilmiş. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin.