Search

Anahtarlama modlu güçkaynaklarında, filtrelemeye gereksinim duyulmaksızın doğru çıkış gerilimindekigürültülerin azaltılması hedeflenmiştir. Bu amaçla regülatör devre yapısınadoğrusal olmayan devre dinamikleri enjekte edilmiştir. Anahtarlamalı regülatörolarak yükselten ve indiren regülatör devreleri kullanılmıştır. Kaotiksinyaller, otonom yapılardan Kaotik Wien Köprü ve Kaotik Colpitts; otonomolmayan yapılardan Kaotik RLD ve Transistör-Tabanlı Kaotik Devrelerdenüretilmiştir. Güç kaynaklarının kaotik sinyal uygulandıktan sonraki gürültülerikabul edilebilir seviyelere inmiştir.

Bu tezde, FitzHugh Nagumo (FHN) Hindmarsh Rose (HR) ve Izhikevich nöron modelleri kullanılarak nöral topluluklar oluşturulmuştur. Bu nöron modelleri sırasıyla elektriksel ve kimyasal bağlantı türleri kullanılarak çift yönlü bağlantı ile birbirine bağlanmıştır. İlk olarak, elektriksel ve kimyasal bağlantı türleri için ayrı ayrı herhangi bir kontrol yöntemi kullanılmadan, sinaptik ağırlık değişiminin senkron ateşleme üzerindeki etkileri ele alınmıştır. Kuplajlanan nöronlar arasındaki senkronizasyon durumları, standart sapma sonuçları kullanılarak gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, Lyapunov, geri adımlamalı ve geri beslemeli senkronizasyon kontrol yöntemleri hem elektriksel hem de kimyasal olarak eşleştirilmiş nöronlara uyarlanmıştır. Sonrasında, denetleyici yapılarının etkinlikleri için, kuplajlı nöronların membran potansiyelleri arasındaki genlik ve faz farkları, alternatif bir hata fonksiyonu kullanılarak hesaplanmıştır. Son olarak FHN ve Izhikevich nöron modelleri ayrı ayrı alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA) cihazı ile gerçeklenmiştir., In this thesis, neural ensembles were constructed using the FitzHugh Nagumo (FHN), Hindmarsh Rose (HR) and Izhikevich neuron models. These neuron models are interconnected by a bidirectional using electrical and chemical link types, respectively. First, the effects of synaptic junction weight variation on synchronous firing are discussed without using any control method separately for electrical and chemical junction types. The synchronization states between the coupled neurons were observed using the standard deviation results. In this study, Lyapunov, backstepping, and feedback synchronization control methods are applied to both electrically and chemically coupled neurons. Then, the amplitude and phase differences between the membrane potentials of the coupled neurons for the activities of the controller structures were calculated using an alternative error function. Finally, FHN and Izhikevich neuron models were implemented separately with field programmable gate array (FPGA) device.

Kaos dinamik sistemlerin bir davranış çeşididir. Bu davranışta dinamik sistemin çıkışı periyodik değildir ve çıkış rastgele bir işarete benzemektedir. Buna rağmen, çıkış deterministik denklemlerle tamamen öngörülebilmektedir. Ayrıca, kaotik bir sistemin bu tür çıkışları başlangıç şartlarına hassas bağlı olup farklı başlangıç şartları istatistiksel olarak benzer özellikler sergilerler. Kaotik sistemlerin bu özellikleri onları kriptografik uygulamalarda kullanılmak için cazip hale getirmektedir. Bu nedenle literatürde `kaos tabanlı kriptografi` adında yeni bir çalışma alanı doğmuştur. Fakat kaos tabanlı kriptografi ciddi sorunlar içermektedir. En temel sorun ise kaosun dijital platformlarda gerçekleştirimlerinde yaşanmaktadır. Kaotik sistemlerin reel sayılar kümesinde tanımlanmasına karşın dijital platformlarda reel sayıları kullanmak olanaksızdır. Bu ise kaotik sistemlerin dijital platformlarda gerçekleştirimlerinde hatalı ve periyodik çıkışların üretilmesine neden olmaktadır. Bu nedenle, mevcut kaos tabanlı kriptosistemler ya gerçekleştirilmesi mümkün olmayan marjinal tasarımlardır, ya da araştırmacıların çoğunun bu durum dikkate almamasından dolayı güvenli değillerdir. Dolayısıyla, kaos tabanlı kriptosistemlerin dijital olarak gerçekleştirilmelerine yönelik yeni tasarım yaklaşımlarına ihtiyaç vardır. Bu tez çalışmasında bu açığı kapatmak üzere kaotik sistemlerin dijital olarak gerçekleştirilmesi için yeni bir metot geliştirilmiştir. Bu metot ile kaotik sistemlerin gerçek periyodik ve gerçek kaotik yörüngelerinin elde edilmesi sağlanmıştır. Dahası, üretilen bu yörüngelerin kaos tabanlı kriptosistemlerde kullanılabilmesi için yeni bir tasarım yaklaşımı önerilmiştir. Gerçekleştirimler yazılım ve FPGA (Alan Programlanabilir Kapı Dizileri) donanımı üzerinde yapılmıştır. Chaos is one of the behavior types of dynamical systems. In this behavior, the output of the dynamical system is non-periodic, and the output seems a random signal. Nevertheless, the output can be completely determined by deterministic equations. Besides, the outputs of chaotic systems have sensitive dependence on initial conditions and different initial conditions exhibit statistically similar properties. Such properties of chaotic systems make them appealing for cryptographic applications. For this reason, a new field of study called `chaos-based cryptography` has been born in the literature. But, chaos-based cryptography has serious problems. The most fundamental problem is about realizations of chaos on digital platforms. Although the chaotic systems are defined on real number sets, it is not possible to utilize real numbers on digital platforms. This causes the production of erroneous and periodic outputs on digital realizations of chaotic systems. Therefore, existing chaos-based cryptosystems are either marginal designs that are not possible to realize, or they are unsecure because most of the researchers ignore this fact. Accordingly, new design approaches are needed for digital realizations of chaos-based cryptosystems. In this thesis, in order to close this deficiency, a new method is developed for digital realizations of chaotic systems. The obtention of true periodic and true chaotic orbits is made possible by using this method. Moreover, a new design approach is proposed in order to utilize these orbits in chaos-based cryptosystems. The realizations are performed on software and FPGA (Field Programmable Gate Array) hardware. 159

`Merkezi desen üreteçleri-MDÜ (Central Pattern Generator-CPG)` canlı vücudundaki yüksek kontrol merkezlerinden ya da sensör geribeslemelerinden herhangi bir ritmik giriş almadan, koordineli ritmik aktivite desenleri üretebilen özel nöral ağlardır. Bu ağ yapıları ilerleyen çalışmalara öncülük edecek nitelikte olması, ritmik aktivitelerin temelini oluşturması ve nöron etkileşimlerinin nispeten daha kolay incelenebilmesi sebebiyle literatürde sıklıkla çalışılan bir konu haline gelmiştir. MDÜ ağ yapılarının en yaygın kullanım alanı bacaklı robot kontrolü çalışmalarıdır. MDÜ'leri detaylı biyofiziksel modellerle, bağlantıcı modellerle ve kuplajlanmış osilatörlerle modellenebilmektedir. Literatürde MDÜ ağı kullanılarak yapılan bacaklı robot kontrollü çalışmalarında, genellikle sinüzoidal ya da benzeri osilatör yapıları kullanılmıştır. Bu yapılar donanımsal gerçekleştirimlerde basitlik sunmalarından dolayı tercih edilmektedir. Bununla birlikte günümüz elektronik teknolojisindeki gelişmelerle, özellikle gömülü sistem donanımlarıyla daha kompleks yapıdaki nöral ağ modellemeleri gerçeklenebilmektedir. Bu bağlamda robot kontrol çalışmalarında MDÜ ağ yapıları için basit osilatörler kullanmak yerine; gerçek nöron davranışlarını yansıtan biyolojik nöron modellerinin kullanılması, donanımsal açıdan gerçeklenebilir bir hedef olarak karşımıza çıkmaktadır. Biyolojik nöron modelleriyle MDÜ ağ yapılarını oluşturmak, bu ağ yapılarındaki nöronların birbirleriyle etkileşimlerini incelemek ve bu modelleri donanımsal olarak bacaklı robot kontrolü gibi uygulamalara aktarmak bu alandaki gelişmeler için özel bir önem arz etmektedir. Literatürde birkaç nörondan oluşan bazı özel MDÜ ağ yapıları için biyolojik nöron modeli tabanlı modelleme çalışmaları yapılmış olmakla birlikte, bu çalışmalar genellikle nümerik benzetim tabanlı olup, gerçek biyolojik nöronların yapısal özelliklerini yansıtan sinaptik kuplajlama fonksiyonlarını içermemektedir. Ayrıca literatürde 2-6 arası nörondan oluşan biyolojik nöron modeli tabanlı MDÜ ağındaki nöron etkileşimlerini donanımsal gerçekleştirim açısından ele alan bir çalışmaya da rastlanılmamıştır.Bu tez çalışmasında MDÜ ağ yapılarının modellenmesi ve donanımsal olarak gerçekleştirimi ile ilgili yukarıda bahsedilen eksikliklerin giderilmesine dönük çalışmaların yapılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, Hindmarsh-Rose ve Izhikevich nöron modellerinin kuplajlanarak 2 ila 6 nörondan oluşan MDÜ ağ yapıları oluşturulmuştur. Bu ağ yapılarındaki sinaptik kuplajlama ağırlıkları optimizasyon algoritmalarından faydalanılarak belirlenmiştir. Elde edilen ağ yapılarının donanımsal gerçekleştirimleri bacaklı robot kontrolü uygulamalarına uyarlanabilir bir formatta yapılmıştır. Nihai donanımsal gerçekleştirim hedefi olarak; biyolojik nöron modeli tabanlı nöromorfolojik MDÜ'leri vasıtasıyla dört bacaklı veya altı bacaklı bir robotun bacak hareketlerinin gerçek zamanlı aksiyon potansiyeli işaretleri kullanılarak kontrol edilmesi amaçlanmıştır ve yapılan çalışmalar sonucunda bu hedef başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında; MDÜ ağ modellemeleri için biyolojik nöron modellerinin kullanılması, ağ yapısında nöronlar arasındaki etkileşimlerin senkronizasyon çalışmalarını da kapsayacak şekilde ayrıntılı olarak ele alınması, ağ parametrelerinin tespiti için `Genetik Algoritma (GA)` ve `Yapay Arı Kolonisi (ABC) Algoritması` gibi yeni ve güncel optimizasyon algoritmalarının kullanılması ve bu ağ yapılarının donanımsal gerçekleştirim çalışmalarında analog ve dijital tabanlı gömülü sistem çözümlerinden yararlanılması tez çalışmasının özgün yönlerini oluşturmaktadır. `Central pattern generators (CPGs)` are the specific neural networks which can produce a coordinated rhythmic activity patterns without any rhythmic introduction from the high control centers or sensor feedback in the living body. These network structures have become an often studied subject in the literature because of having a characteristic that will lead to later work, underlying of the rhythmic activity and the comparatively simple examining the interaction of the neurons. The most common application areas of the CPG network structures are the legged robot control studies. CPGs can be modeled with the detailed biophysical models, the connectionist models and the coupled oscillators. The legged robot control studies made by using CPG network structures in the literature are often used sinusoidal or similar oscillator structures. These oscillators are preferred because they are presented simplicity in terms of hardware realizations. However, thanks to nowadays advances in electronic technology, the more complex neural network modeling can be realized with especially embedded system hardware. In this context, the usage of the biological neuron model which reflects the behaviors of a real neuron instead of using simple oscillators appears as a realizable target for CPG network structures in the robot control studies. To create CPG network structure via biological neuron model, to examine the interaction of the neurons in this network and to transfer these models to hardware for the legged robot control applications offer a particular importance for the developments in this area. In the literature while a few biological neuron model based modeling studies have been made for some specific CPG network structures, which consist of several neurons, they are usually simulation based studies and do not include synaptic coupling functions which reflect the real structural features of biological neurons. In addition, it has not been observed any study in the literature, which offers orderly from 2 to 6 neurons the interactions in the CPG network.In this thesis, it is aimed to overcome the aforementioned shortcomings related to modeling and realization as hardware of CPG network structures. In this context, the targets of this thesis are given as follows: CPG network structures consisting of 2 to 6 neurons have been obtained by coupling the Hindmarsh-Rose and Izhikevich neuron models. The synaptic coupling weights in these network structures have been determined by using the optimization algorithms. The hardware implementations of the obtained network structures have been done in an applicable format to the legged robot control applications. In the final target hardware performs, it has been aimed to control the locomotion of a four-legged or six-legged robot by using the real-time action potential signals obtained from biological neuron model based neuromorphological CPGs, and this goal has been successfully accomplished as a result of these studies. In this thesis, the usage of the biological neuron models for the CPG network modeling, to be addressed the interactions between neurons in the network structure comprehensively in the manner including the synchronization operations, the use of the new and updated optimization algorithm such as `Genetic Algorithm (GA)` and `Artificial Bee Colony Algorithm (ABC)` in order to determine the network parameters and to take advantage of the analog and digital embedded systems-based solutions in the hardware implementation studies of these network structures constitute the original parts of this thesis. 151

FPAA (Field Programmable Analog Array-Alan Programlanabilir Analog Diziler) tabanlı sistemler esnek mimarileri, yüksek hata toleransları, sıcaklığa karşı kararlılıkları, devre karmaşasını ortadan kaldırmaları, mikrodenetleyici ile çalışmaya elverişli olmaları, birçok transfer fonksiyonunu gerçekleştirebilmeleri ve en önemlisi yeniden programlanabilir olmaları gibi özelliklerinden dolayı, analog devre tasarımlarının donanımsal olarak gerçekleştirilmesi için uygun yapılardır. Günümüzde, Anadigm™ firması tarafından üretilen ikinci ve üçüncü jenerasyon FPAA' ler ve geliştirme platformları akademik ve ticari uygulamalarda en yaygın olarak kullanılan ticari ürünlerdir. Karmaşık devre yapıları için yetersiz kapasite miktarları, mikrodenetleyici tabanlı benzer geliştirme platformlarına nazaran yüksek maliyetleri, platformların birbiri arasında zincir yapısına izin vermemesi ve basit bir uygulama geliştirmek için bile çok sayıda atlama ile konfigürasyon yapılması gerekliliği firma tarafından sunulan geliştirme platformları ile ilgili en sık karşılaşılan problemlerdir.Bu tez projesi kapsamında geliştirilen çok amaçlı FPAA tabanlı sistem geliştirme platformu tasarımı ile çoklu FPAA blokları içeren bir platform oluşturulmuş olup mevcut ticari platformların dezavantajı olarak görülen yüksek maliyet, kapasite limitasyonu ve platform karmaşasının önüne geçilerek platform üzerinde lineer ve lineer olmayan çeşitli analog yapıların uygulanması, FPAA teknolojisinin daha geniş kitlelere ulaşması ve kitleler tarafından daha anlaşılabilir kılınması amaçlanmıştır.Dört bölümden oluşan tez çalışmasının ilk bölümünde FPAA' lere kısa bir giriş yapılmış olup problemin durumu, araştırmanın önemi ve tezin amacı verilmiştir. İkinci bölümde, FPAA' lerin genel mimarisinden, tarihsel gelişiminden, akademik- ticari tasarımlardan ve tez çalışmasında kullanılan Anadigm™ firması tarafından üretilen FPAA' ler ve geliştirme platformlarıyla ile ilgili detaylı bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde, tez çalışması kapsamında tasarımı yapılan FPAA tabanlı sistem geliştirme platformunun donanımsal olarak incelemesi yapılmış olup geliştirilen platform üzerinde farklı test devrelerini içeren deneysel gerçekleştirimler yapılmıştır. Dördüncü ve son bölümde elde edilen sonuçlar tartışılmış ve değerlendirilmiştir. FPAA (Field Programmable Analog Array)-based systems are convenient structures to build hardware that includes analogue circuit designs cause of features that flexible architecture, stability of coefficient temperature, removing complexity of circuit, functional to work with microcontrollers, realizing much transfer functions and especially feature of reconfigurable.Nowadays, second generation and third generation FPAA' s which are produced by Anadigm™ company are most used products in academic and commercial implementations. Development kits from the company have some disadventages which are insufficient capacity sources for complex circuit structures, high costs according to similar microcontroller based development kits, disallowance to creat multi FPAA blocks and need too many jumpers to develop for a simple circuit implementation even.In this thesis project within, design of a FPAA based system developing board have been created which have multi FPAA blocks. This platform brings a solution for disadventages of current commercial development kits which have high costs, capacity limitations and complication of layout on the kits. Bringing solution to problems, implementing various analog circuit structures which are lineer and non-lineer on the board, getting met FPAA technology to wide crowd and getting it more understandable by FPAA based system developing board are aimed.In the first section of this thesis consisting of four sections, a brief knowledges about FPAA' s, situation of problem, consideration of thesis and purpose of thesis are given. In the second section, common architecture of FPAA' s, historical development and academic-commercial projects about FPAA' s and detailed informations about Anadigm products and development boards are given. In the third section, the assemblied FPAA based system developing board is analyzed by hardware and further experimental works about analog circuits had been implemented on the board. In the fourth which is final section, the obtained results are discussed and evaluated. 111

Biyolojik terör, kimyasal kirlilik, uygunsuz gıda maddeleri, hastalık yapıcı mikroorganizmalar gibi konularda madde ayırt etme ve tanıma işlemleri önem arz etmekte olup, bu işlemlerin yerinde hızlı ve yüksek doğrulukta yapılması gerekmektedir. Fotometrik metotlar, madde ayrımı için en çok başvurulan metotlar arasında yer almakta olup, maddenin optik özelliklerini kullanarak madde ayrımını gerçekleştirmektedir.Bu tez çalışmasında; YSA destekli otonom karar mekanizmalı, 365nm-950nm dalgaboyu aralığında 22 LED'li ışık kaynağına ve geniş spektral aralık ile kızılötesi spektral aralığında iki fotodiyotlu ışık dijital dönüştürücüsüne sahip bir fotometrik tabanlı madde tanıma sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir.Tasarlanan sistemin madde tanıma performansının tespit edilmesi amacıyla; süt, su ve etil alkol sıvıları üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Süt ile ilgili deneylerde; sütün markası ve bekleme süresine göre sınıflandırması ele alınmıştır. Su ile ilgili deneylerde ise suyun kaynağına göre sınıflandırma işlemleri denenmiştir. Su ile birlikte etil alkol incelenmiş ve bu deneyler sonucunda tasarlanan sistemin madde ayırımı ve tanıma işlemlerinde başarılı bir performans gösterdiği kanıtlanmıştır. Substance identification and recognition about biologic terror, chemical pollution, inappropriate foods, disease-causing microorganisms etc. is important, and this process must be in-situ, fast and highly accurate. Photo metric methods, which are one of the most applied methods, utilize optic properties to identify the substance. In this thesis work, we designed a photometric based substance identification system which is supported with Artificial Neural Network (ANN) with 22 LEDs, whose spectral range is 350nm to 950nm, and has the light to digital converter (LDC) sensor consists of two photodiodes, the one is for wide bandwidth the second one is for infrared spectral range. To test performance of designed system we conducted the experiments on milk, water and ethyl alcohol. In the first experiment, we tried to classify milk based on brand and waiting time. In the second experiment, we endeavored to label water according to spring. Lastly, we analyzed water versus ethyl alcohol to test limitations. We proved that our system can accurately classify substance based on optical properties. 96

Memristör, elektriksel yük ile manyetik akıyı ilişkilendiren iki uçlu devre elemanı olarak 1971'de Leon Chua tarafından önerilmiş ve fiziksel olarak ilk kez 2008 yılında HP Laboratuvarında üretilmiştir. Fiziksel olarak gerçekleştirilmiş olmasına rağmen ticari olarak üretilen bir memristör elemanı yoktur. Memristör karakteristik özellikleri sayesinde, literatürde bilgisayar mimarileri, nöromorfik sistemler ve dijital devreler gibi birçok memristör tabanlı tasarım uygulamalarında yer almıştır. Dikkat çeken uygulama alanlarından birisi de memristör tabanlı kaotik sistemler olmuştur. Nonlineer özelliğe sahip olması memristörün kaotik devrelerde kullanılabileceğini göstermiştir ve son zamanlarda farklı nonlineer denklemlere sahip memristör tabanlı kaotik devrelerin tasarımı oldukça dikkat çekmektedir. Memristörlerin ticari olarak üretimi henüz mümkün olmadığından, memristör tabanlı kaotik sistemlerin deneysel olarak test edilmesi ve doğrulanması genellikle ayrık elemanlarla gerçekleştirilen farklı emülatör (taklitçi) devreleri ile yapılmaktadır. Bu durum devre tasarımını oldukça karmaşık ve zor hale getirmektedir. Bu nedenle memristör tabanlı kaotik sistemleri en doğru şekilde ve az sayıda eleman kullanarak gerçekleştirmek önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında; memristör tabanlı kaotik sistemlerin literatürde mevcut olan donanım gerçekleştirimlerinin incelenmesi, nümerik benzetim programları aracılığıyla modellerin test edilmesi ve analog programlanabilir elemanlar kullanılarak alternatif gerçekleştirimlerinin ortaya konulması hedeflenmiştir. Bu kapsamda öncelikle memristörler ile ilgili literatürde yer alan tanım, tarihçe, genel uygulama alanları ve emülator devreleri hakkında bilgiler verilmiştir. Daha sonra memristör tabanlı kaotik sistemler ve bu sistemlerle ilgili literatürde yer alan donanım çalışmaları incelenmiştir. Memristör tabanlı kaotik sistemlerin deneysel olarak test edilmesi ve doğrulanması için literatürdeki çalışmalara bir alternatif olması açısından yeniden yapılandırılabilir donanım platformu olarak Alan Programlanabilir Analog Dizi (Field Programmable Analog Array, FPAA) tanıtılmıştır. Bu amaçla üç adet memristör tabanlı kaotik sistem bu platform üzerinde yapılandırılmış ve deneysel olarak davranışları doğrulanmıştır. Bu platformun kullanılmasıyla farklı emülatör devrelerine ihtiyaç duyulmadan programlanabilirlik ve yeniden yapılandırılabilirlik özelliklerinden faydalanılarak farklı nonlineer fonksiyonlarla karakterize edilen memristör tabanlı kaotik sistemlerin tek bir donanım üzerinde gerçekleştirilmesi mümkün hale getirilmiştir. Memristor as two terminal circuit element relating electrical charge and magnetic flux was proposed in 1971 by Leon Chua and was produced physically for the first time in HP Labs in 2008. Although it is physically implemented, there is no memristor element produced commercially. Due to the characteristics of memristor, many memristor based designs such as computer architecture, neuromorphic systems and digital circuits are available in the literature. One of these applications is also memristor based chaotic system. Because of the nonlinear feature of a memristor, it can be used in chaotic system designs and recently the designs of memristor based chaotic circuits which have different nonlinearities have attracted more attention. Since the commercial productions of memristors are not available yet, the experimental testing and verifying of memristor based chaotic systems are performed by emulator circuits generally composed of discrete components. This situation makes the circuit design quite complex and difficult. For this reason, it is important to implement the memristor based chaotic systems in a correct way by using fewer components. In this thesis, it is aimed to examine the available hardware implementations of the memristor based chaotic systems in the literature, to test the systems via numerical simulation programs and to present alternative implementations of the systems by using an analog programmable device.In this context, firstly the detailed informations available in the literature about the memristor element such as the definition, the historical background, the general field of applications and the emulator circuits were given. Then, memristor based chaotic systems and their hardware implementations in the literature were examined. Field Programmable Analog Array (FPAA) as a reconfigurable hardware platform in terms of being an alternative to the studies in the literature is introduced for experimental testing and verifying of memristor based chaotic systems. For this purpose, three memristor based chaotic systems were constructed on this platform and their behaviors were verified experimentally. By using this platform, it is possible to implement several memristor based chaotic systems characterized with different nonlinear functions on a unique hardware in a reconfigurable and programmable manner without the need for different emulators. 124

Kaos teorisi ile kriptografi arasındaki yakın ilişki neticesinde pek çok kaos tabanlı sözde rastgele sayı üreteci literatüre sunulmuştur. Bu üreteçler genel olarak simetrik ve açık anahtarlamalı kriptografide akış ya da blok şifreleyici olarak kullanılmak üzere önerilmişlerdir. Kaotik haritalar, ayrık zamanlı yapıları ve kolay gerçekleştirim olanakları sayesinde bu üreteçlerin yapısında sıklıkla tercih edilmiştir. Fakat bu tür rastgele sayı üreteçlerinin donanım gerçekleştirimleri kaos teorisinin tüm özelliklerini taşımamaktadır. Sonlu çözünürlük altında kısa periyotların oluşması ve farklı başlangıç şartları için birebir aynı periyotların elde edilmesi gibi problemlerle karşılaşılmaktadır. Bu problemlerin çözümü için bit çözünürlüğünü arttırma, kaotik haritaları kaskat bağlama ve pertürbasyon gibi çeşitli çözümler önerilmiştir. Bu sorunların göz ardı edildiği ve herhangi bir çözümün sunulmadığı bir kaos tabanlı rastgele sayı üreteci tasarımının donanımsal olarak gerçekleştirimi beklenenin aksine oldukça güvensiz ve verimsiz olacaktır.Bu tez çalışmasında tüm bu unsurlar dikkate alınarak kaos tabanlı bir rastgele sayı üretecinin ne tür özellikleri sağlaması gerektiği, hangi tür haritaların iyi bir tercih olacağı, belirtilen problemlerin çözümü için hangi metodun uygulanması gerektiği gibi konular tartışılmaktadır. Elde edilen sonuçlara bağlı olarak literatürdeki üreteçler arasından gereksinimleri en iyi şekilde karşılayanlardan birinin FPGA (Field Programmable Gate Array) kullanılarak donanımsal gerçekleştirimi ve görüntü şifrelemede kullanımı sunulmuştur. Son olarak ise sürekli zamanlı kaotik sistemlerin ayrıklaştırılmasıyla elde edilmiş bir sözde rastgele sayı üreteci tasarımı önerilmiş ve kaotik haritaların kullanıldığı üreteçlere göre avantaj ve dezavantajları tartışılmıştır. Many chaos based pseudo random number generators are presented into the literature due to the close relationship between chaos and cryptography. These generators are usually proposed to be used as stream or block ciphers in symmetric and public key cryptography. Mostly, chaotic maps are preferred in the structures of these generators because of their discrete time nature and easy implementation possibilities. However, hardware implementations of such random number generators do not possess all the aspects of chaos theory. Under finite precision, problems such as occurrence of short cycles and obtaining identical cycles for different initial conditions are encountered. Different remedies like increasing bit resolution, cascading multiple chaotic maps and perturbation are proposed for the solution of these problems. Implementation of a chaos based random number generator design which ignores these problems and does not propose a solution will be quite unsecure and inefficient contrary to expectations.In this thesis, with considering all these facts, issues such as what properties a chaos based random number generator should provide, which type of chaotic maps would be a good choice, which method should be applied for solution of specified problems are discussed. Depending on the obtained results, one of the generators that satisfy the requirements to the best is implemented as hardware using FPGA (Field Programmable Gate Array) and its usage in an image encryption application is presented. Finally, design of a pseudo random number generator obtained by discretization of continuous time chaotic systems are proposed and its advantages and disadvantages according to the generators that use chaotic maps are discussed. 117

Nöronların davranışlarını, fizyolojik yapılarını ve bilgi transfer mekanizmalarını etkileyen parametrelerin değişimlerinin incelenmesi veya nöronlar arasındaki etkileşimlerin canlı vücudu dışında ele alınması amacıyla literatürde farklı biyolojik nöron modelleri yer almıştır. Hodgkin-Huxley, FitzHugh-Nagumo, Morris-Lecar, Hindmarsh-Rose, ve Izhikevich Nöron Modeli gibi modeller bunlardan bazılarıdır. Biyolojik nöron modellerinin aktiviteleri simülasyon araçları ya da deneysel düzeneklerden yararlanılarak test edilmektedir. Bu modellerin simülasyon incelemeleri nöral özellikleri yansıtırken, donanım gerçekleştirimleri hem bu özellikleri yansıtmakta hem de elde edilen gerçek zamanlı işaretler robotik uygulamalar ve CPG (Central Pattern Generator) gibi çalışmalarda kullanılmaktadır. Bu sebeple biyolojik nöron modellerini en doğru şekilde, az sayıda eleman kullanarak ve hassas parametre ayarı yapacak şekilde gerçeklemek önemlidir. Bu tez çalışmasında nöronların ve nöral yapıların literatürde mevcut olan donanım gerçekleştirimlerinin incelenmesi, nümerik benzetim programları aracılığıyla modellerin test edilmesi, analog ve dijital programlanabilir elemanlar kullanılarak alternatif gerçekleştirimlerin ortaya konulması amaçlanmıştır.Bu kapsamda, literatürde sıkça çalışılan biyolojik nöron modelleri nümerik olarak analiz edilmiştir. Modellerin daha önce önerilen donanım çalışmaları incelenmiştir. FitzHugh-Nagumo, Izhikevich, Hindmarsh-Rose Nöron Modelleri, literatürde bulunan çalışmalara bir alternatif olması açısından FPAA (Field Pragrammable Analog Array) ve FPGA (Field Programmable Gate Array) elemanları ile programlanabilir olarak gerçeklenmiştir. Programlanabilirlik ve yeniden yapılandırılabilirlik özellikleriyle FPAA ve FPGA elemanları tasarımların karmaşıklığını azaltan esnek tasarım özellikleri, gerçek zamanlı modifikasyon, yazılımla kontrol gibi kolaylıklar sunmaktadır. Biyolojik nöron modellerinin FPAA ve FPGA tabanlı gerçekleştirimlerinin ardından; nöronların senkronizasyon davranışı incelenmiş ve iki Hindmarsh-Rose nöronun senkronizasyonu bu elemanlar kullanılarak elde edilmiştir. Biyolojik nöron modellerinin yanı sıra, gerçek bir biyolojik nöronun kaotik cevapları gibi dinamik davranışlara sahip olan Kaotik Nöron Modeli ve iki kaotik nöron arasındaki etkileşim de FPAA elemanı kullanılarak gerçeklenmiştir. Several biological neuron models were reported in the literature for the purpose of the examination of the parameter changes, which affect the behaviors, physiological structures and information transfer mechanisms of the neurons, or the investigation of the interaction between neurons outside the living body. Hodgkin-Huxley, FitzHugh-Nagumo, Morris-Lecar, Hindmarsh-Rose, and Izhikevich Neuron Models are some of them. The activities of the biological neuron models are tested utilizing the simulation tools or experimental setups. While the software examinations of the biological neuron models simulate the neural features, the hardware implementations of them both emulate these features and the obtained real time signals are used in studies such as robotic applications and CPG (Central Pattern Generators). For these reasons, it is important to implement the biological neuron models by using minimum number of components and allowing high precision parameter setup in a most accurate way. In this thesis, it is aimed to examine the available hardware implementations of neurons and neural structures in the literature, to test the models via the numerical simulation programs and to present the alternative implementations of them by using the analog and digital programmable devices.In this context, the frequently studied biological neuron models in the literature were analyzed numerically. Previously proposed hardware implementations of the models were examined. FitzHugh-Nagumo, Izhikevich, Hindmarsh-Rose Neuron Models were implemented with FPAA (Field Programmable Analog Array) and FPGA (Field Programmable Gate Array) devices in a programmable manner, in terms of being an alternative to the studies in literature. With the programmability and reconfigurability features, FPAA and FPGA devices offer the conveniences such as flexible design possibilities of reducing the complexity of design, real-time modification, software control and adjustment within the system. After the FPAA and FPGA based realizations of the biological neuron models, the synchronization behaviors of the neurons were examined and the synchronization of two HR neurons were obtained by using these devices. In addition to the biological neuron models, chaotic neuron model, which have the dynamical behaviors such as the chaotic responses of a real biological neurons, and also the interactions of two chaotic neurons were implemented by using FPAA device. 101

Son yıllarda elektronik devre tasarımında tasarım esnekliği sağlayan Analog DiziElemanlarına dayalı yeni devre tekniklerinin kaotik osilatör tasarımına dauygulanması, kaotik devre modellerini ve bu modellerin kullanıldığı uygulamaları çokdaha esnek ve kullanışlı kılacaktır. Bu tez çalışmasında; kaos tabanlı uygulamalar içinyeni ve programlanabilir kaotik işaret üreteç devre modellerinin deneysel olaraktasarlanması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Alan Programlanabilir AnalogDizi Elemanına (Field Programmable Analog Array, FPAA) dayalı devre düzeneklerikullanılarak analog devre tasarımına uygun, yeniden yapılandırılabilir veprogramlanabilir kaotik işaret üreteç devre yapıları tasarlanmıştır. Ayrıca buprogramlanabilir kaotik osilatör devrelerinin senkronizasyon uygulamaları daincelenmiştir. Tez çalışması kapsamında kaotik osilatörlerle ilgilenen araştırmacılar,lisans ve lisansüstü öğrenciler için faydalı bir eğitim materyali olan AnadigmCHAOSarayüzü geliştirilmiştir.Altı bölümden oluşan tez çalışmasının ilk bölümünde FPAA' lara kısa bir girişyapılarak tezin amacı verilmiştir. İkinci bölümde FPAA' lar, FPAA' ların tarihselgelişimi ve tez çalışmasında kullanılan FPAA ile ilgili detaylı bilgi verilmiştir. Üçüncübölümde, tez çalışması kapsamında programlanabilir ve yeniden yapılandırılabilirolarak tasarımı yapılan kaotik osilatörlerin klasik devre modelleri üzerinde durulmuşolup, FPAA' lı eşdeğerleri ile karşılaştırma yapılabilmesi için nümerik analizleri veayrık deneysel gerçekleştirimleri yapılmıştır. Dördüncü bölümde, bir önceki bölümdeverilen kaotik osilatör devre modellerinin FPAA-tabanlı tasarım ve gerçekleştirimleri ilebu yapıların senkronizasyon uygulamaları üzerinde durulmuştur. Beşinci bölümdeFPAA' nın yazılım programı olan AnadigmDesigner 2 programından ve programda yeralan AnadigmFilter ve AnadigmPID yardımcı araçlarından bahsedilmiştir. Bu yardımcıaraçlar arasında yer alabilecek kaotik sistem tasarımına dönük AnadigmCHAOS isimliyeni bir uygulama geliştirilmiştir. Altıncı ve son bölümde elde edilen sonuçlartartışılmış ve değerlendirilmiştir. Of late years analogue array units provides design flexibility in the area of electroniccircuit design. Analogue array units based new circuit design techniques which areapplied on the design of chaotic oscillators make flexible and useful those chaoticcircuits and the realizations of those models. In this thesis it is aimed that new andprogrammable chaotic signal generator models which can be used in chaos basedapplications are practically designed. For this purpose chaotic signal generators whichare reconfigurable, programmable and suitable for analogue circuit design, are designedby use of Field Programmable Analog Array, (FPAA) based circuit modules. Beside thesynchronization applications of those reprogrammable chaotic oscillator circuits are alsoinvestigated. In addition a user interface program named as AnadigmCHAOS anduseful for researchers, undergraduate and graduate students interested in chaoticoscillators have been developed.In the first section of this thesis consisting of six sections brief information aboutFPAA?s is given and the aim of this thesis is explained. In the second section, thedetailed information about FPAA?s, historical development and structure of FPAA?s isgiven. In the third section, classical circuit models of chaotic oscillators which haveprogrammable and reconfigurable design technique are insisted on in the context of thisthesis. In addition to compare the performance of equivalent FPAA-based designsnumerical analysis and practical implementations of classical circuit models of chaoticoscillators have been made. FPAA-based design and implementation of chaoticoscillators, mentioned in previous section, are presented in the fourth section. Besidessynchronization applications of FPAA-based chaotic oscillators are also studiedcarefully. In fifth section some information about AnadigmDesigner 2 that is softwareof FPAA and the subtools of this program that are AnadigmFilter and AnadigmPID arementioned. A new software application that is related to chaotic system design, namedas AnadigmCHAOS and can be considered among these subtools of AnadigmDesigner2 is developed. In the sixth and the final section the obtained results are discussed andevaluated. 217

RFID (Radio Frequency Identification - Radyo Frekansı ile Kimliklendirme), içerisinde mikroişlemci, RF blok ve anten bulunan etiketi taşıyan bir nesnenin, kimliklendirilmesini sağlayan teknolojiye verilen addır. Radyo Frekanslı Tanıma Sistemleri'nin günümüzde kullanımı giderek artmaktadır. Bu teknoloji sayesinde kolay envanter sayımı, güvenli geçiş sistemleri, hasta tanımlama gibi insan hayatını kolaylaştıran önemli uygulamalar yapılmıştır. RFID'nin erişim kontrolü ve güvenlik amacıyla kullanımına örnek olarak hava limanları, okullar, laboratuar gibi güvenlik nedeniyle erişimin kontrollü olarak uygulandığı alanlar verilebilir.RFID'nin kullanım alanında, birden fazla RFID okuyucu içeren uygulamalar maliyeti ciddi anlamda arttırmaktadır. Tezde bu tip uygulamalarda hem montaj kolaylığı sağlamak hem de maliyeti düşürmek için sisteme uzun mesafe kontrolünü sağlayacak RF modüller eklenmiştir. RF modüllerle yapılan kablosuz kontrolün RFID ile birlikte kullanımının sonraki dönemlerde yapılacak çalışmalara örnek olması amaçlanmıştır. Tezde kontrolün sağlanacağı ana geçiş noktası tanımlanarak bu noktaya, bir tane RFID okuyucu ve bir de RF verici yerleştirilmiştir. Uzak geçiş noktalarına ise RF alıcı üniteleri yerleştirilmiştir. Bu geçiş noktasının artırılabilir olması maliyetin daha da azalabileceğini göstermektedir. Tasarımda maksimum ihtiyaç ve optimum maliyet esas alınmıştır.Bu tez çalışmasının birinci bölümünde RFID'nin yer aldığı uygulamalar ve tezin amacı belirtilmiştir. İkinci bölümde radyo frekansı ve RF modüller hakkında genel bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde RFID sistem bileşenlerinden bahsedilmiştir. Dördüncü bölüm, tezde tasarlanan RFID okuyucu bloğu, RF verici ve RF alıcı bloklarının şemaları ve çalışma şekli anlatılmıştır. Beşinci bölümde ?Uzun Mesafe Kablosuz İletişim Kontrollü RFID Uygulaması? adlı bu tez çalışmasında beş farklı kontrollü geçiş noktasının güvenli bir şekilde kullanımı sağlanmıştır. Sonuç olarak daha neler yapılabileceği, sistemin avantajı ve dezavantajından bahsedilmiştir.Anahtar Kelimeler: RF; RFID; RFID Etiket RFID (Radio Frequency Identification) is the name of technology which is provided identification one object that carrying label including microprocessor, RF block and antenna. Usage of the RF defining systems is getting increase nowadays. Owing to this technology important application was made which makes human life easy like easy inventory counting, secure passing systems, patient defining. On account of the security reason access limited places like airports, schools and laboratories can be given as example of RFID application of access control and security.In RFID applications including more than one RFID, seriously increase the expenses. In this thesis, RF technology is added to system at those types of application for both decrease the cost and easy mounting. The aim of the usage of RF and RFID as an assembly is to be a future model workout for the next term. Main transition point, where the control is provided, is described and one RFID reader and one RF transmitter is installed. RF receiver units are installed at remote transition points. The availability of increasing these transition points is sign of the possibility of reducing the cost. On this design, maximum necessity and optimum cost are the previously attention point.In the first Chapter, RFID Applications and the aim of the thesis is stated. In the Second Chapter general information is given about Radio Frequency and RF modules. RFID system components are mentioned in the Third Chapter. In the Chapter Fourth RFID reader block, thesis design, running methods and diagrams of RF transmitter and RF receiver blocks are explained. Secure usage of five different controlled transition points are provided, in this thesis named as ?Long range wireless communication controlled RFID application?, in Chapter Five. As a consequence, anything else that can be done, advantages and disadvantages of the system is mentioned.Keywords: RF; RFID; RFID Tag 83

Bilgisayar ve mikroişlemci teknolojilerindeki gelişmeler elektrik-elektronikmühendisliği eğitiminde ve bu kapsamda kullanılan geleneksel eğitim setleri üzerindebüyük değişimlere neden olmuştur. Bilgisayar ve birlikte kullanılan ek yazılım vedonanım sistemlerinin sınıflarda ve laboratuarlarda kullanılmaya başlaması ile dahaetkin ve daha verimli eğitim-öğretim ortamı oluşturulmuş ve birçok probleminanlaşılması daha kolay bir hale gelmiştir.Bu tez çalışmasında öğrencilerin, amaç, yöntem ve teorik ilişkiler üzerinde daha fazlaodaklanmasını sağlayacak, ölçüm, kontrol, simülasyon ve deney öncesi önbilgilere aynıyerden ulaşmayı sağlayan bilgisayar tabanlı ölçüm ve uygulama deney konsolu tasarımıve gerçekleştirilmesi üzerinde çalışılmıştır.Dört bölümden oluşan bu tez çalışmasının ilk bölümünde, elektrik-elektronikmühendisliğinde kullanılan geleneksel ve bilgisayar tabanlı deney düzenekleritanıtılmıştır.İkinci bölümde tasarlanan konsolun devre yapıları ve kullanıcı yazılımı tanıtılmıştır.Üçüncü bölümde lisans ve lisansüstü seviyede gerçekleştirilen örnek deneyleranlatılmıştır.Son bölümde ise tez çalışmasında elde edilen sonuçlar tartışılmakta vedeğerlendirilmektedir.Anahtar Kelimeler: Bilgisayar Destekli Eğitim, Elektronik Ölçüm Sistemleri,Bilgisayar Destekli Ölçme, Bilgisayar Destekli Kontrol, Deney Seti Tasarımı Computers and microprocessors have changed much of electrical-electronicsengineering education as well as changing the traditional experimental sets in highereducation. When digital computers and various software and hardware tools are used inlaboratories and classrooms, they can provide much more effective and efficientenvironments in teaching and learning periods and make many problems to beunderstood easily. This research thesis aimed to design a computer-based applicationand measurement console which has capable of measurement, control, introductoryinformation for the experiments and simulation of electronic-based systems to makestudents more focused on results, concepts, relations to theories,In the first chapter of the thesis which consists of four chapters, traditional andcomputer based experimental systems for electrical-electronic engineering wereintroduced.In the second chapter, the circuit building blocks and user software of the designedconsole were introduced.In the third chapter, sample experiments using designed console for the graduate andundergraduate education programs in electrical and electronics engineering were given.Results obtained in thesis work were discussed and evaluated in the last chapter.Keywords: Computer Assisted Education, Electronic Measurement Systems, ComputerAided Measurement, Computer Aided Control, Experiment Module Design 87

IIIMÜHEND SL KTEK KAOT K DEVRELER VE S STEMLER NARAŞTIRILMASI Ç N ELEKTRON K TABANLI EĞ T M SETLER N NTASARIMI VE GERÇEKLEŞT R LMESBarış KARAUZErciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri EnstitüsüYüksek Lisans Tezi, Haziran 2006Tez Danışmanı: Doç. Dr. Recai KILIÇÖZETKarmaşık ve lineer olmayan bir davranış olarak nitelendirilip kısaca düzensizliğin düzenişeklinde tanımlanan kaos olayına ve kaotik sistem dinamiğine yönelik geçen 15-20 yıllıksüreç içerisinde çok büyük bir ilgi olmuştur. Yaygın bir uygulama alanı olan kaotiksistemlerle ilgili yapılan çalışmaların çoğu akademik düzeydedir. Literatürdeki çalışmalardaha çok lisansüstü tez kapsamındaki araştırmalar ile desteklenmektedir. Bu tezde,literatürde kaotik sistemlerle ilgili bu boşluğu doldurmaya yönelik mühendislik lisans velisansüstü eğitim programlarında kaotik devreler ve sistemlerin araştırılmasına dönükelektronik tabanlı eğitim setlerinin tasarımı ve gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır.Dört bölümden oluşan tez çalışmasının ilk bölümünde kaos ve kaotik sistemlerininözellikleri, uygulama alanları ve elektronik devrelerde kaosun gelişimi anlatılmaktadır.kinci bölümde, tasarımı yapılan iki Kaotik Eğitim Setinin devre yapıları ve kaotikdavranışları bilgisayar simülasyonları ile tanıtılmaktadır.Üçüncü bölümde, tasarlanan Kaotik Eğitim Setlerinin fiziksel olarak gerçekleştirilmesi elealınmış olup bu setlerle yapılan deneysel çalışmalar sunulmaktadır.Son bölümde tez çalışmasında elde edilen sonuçlar tartışılmakta ve değerlendirilmektedir.Anahtar Kelimeler: Kaos, Kaotik Davranış, Kaotik Devreler, Kaotik Sistemler, KaotikEğitim Seti IVDESIGN AND IMPLEMENTATION OF ELECTRONIC-BASED TRAININGSETS FOR INVESTIGATION OF CHAOTIC CIRCUITS AND SYSTEMS INENGINEERINGBarış KARAUZErciyes University, Graduate School of Natural and Applied SciencesM. Sc. Thesis, June 2006Thesis Supervisor: Assoc. Prof. Recai KILIÇABSTRACTOver the past two decades, chaos phenomenon and chaotic systems defined as anonlinear behavior have received a great deal of attention. Most of the studies related tochaotic systems, which have widespread application area, have been prepared inacademic level. The works in literature are generally supported by graduate thesisinvestigations. In this research thesis for meeting this requirement in this area, it isaimed to design and implementation of electronic-based training sets for investigationof chaotic circuits and systems scheduled in engineering graduate and undergraduateprograms.In the first chapter of the thesis which consists of four chapters, the features andapplications of chaos and chaotic systems and development of electronic chaoticsystems have been introducedIn the second chapter, the circuit building blocks and chaotic behaviours of the designedtwo Chaotic Training Boards have been introduced by using computer simulations.In the third chapter, the implementation issues of the proposed Chaotic Training Boardsare considered and laboratory experiments via these boards are presented.Results obtained in thesis work have been discussed and evaluated in the last chapter.Keywords: Chaos, Chaotic Behaviour, Chaotic Circuits, Chaotic Systems, ChaoticTraining Board 79