Smart Controller

스마트 컨트롤러 - Atmega 128A데이터 시트와 AVR Studio 세팅

#1. ATmega 128A 데이터 시트

학습목표 - ATmega 128A 데이터 시트에 나와 있는 특징의 주요 내용을 안다.

Intel - CISC/ ATmega - RISC

ATmega128A datesheet 살펴보기

<특징>

RISC(Reduced instruction set computer) 구조

//전통적인 CISC CPU에는 프로그래밍을 돕기 위한 많은 수의 명령어과 주소 모드가 존재했다. 그러나 그중에서 실제로 쓰이는 명령어는 몇 개 되지 않는다는 사실을 바탕으로, 적은 수의 명령어만으로 명령어 집합을 구성한 것이 RISC이다. 그래서, RISC는 CISC보다 구조가 더 단순하다. 복잡한 연산도 적은 수의 명령어들을 조합하는 방식으로 수행이 가능하다.

- 133가지의 명령어가 있다. RISC방식임으로 이것들을 조합하여 사용할 수 있다.

대부분이 단번에 실행된다.

//General Purpose Register - GPR, 범용레지스터(기억용 메모리)

//Peripheral control register - 주변 제어 레지스터

- 범용레지스터 32 X 8, 8bit GPR가 32개와 주변 제어 레지스터가 있다.

- 16MHz, 초당 16만개의 명령어 처리

//MIPS million instruction per second

- 내장 2클럭 곱셈기

높은 내구성 비휘발성 메모리 구역

//비휘발성(non-volatile) - 전원 공급을 중지하여도 메모리가 사라지지 않는 성질

- 자체로 프로그램 삽입이 가능한 플래쉬 메모리

//하드 드라이브에는 저장된 내용을 읽는 header가 있는데 하드 드라이브를 읽을 때 이 헤더가 HDD가까이 이동하게 된다.

//Flash는 SSD가 응집되어 있는 것이다.

#2. ATmega 128A 데이터 시트

학습목표 - ATmega 128A 데이터 시트에 나와 있는 특징의 주요 내용을 안다.

//SSD 사용 시 전기 소모가 줄고 외부충격에 대한 안정성도 높아진다.

//EEP ROM - Electronically Erasable Program ROM

// Flash는 읽을 때 블록 단위로 처리한다. 하지만 HDD는 물리적인 운동으로 메모리를 읽는 반면 flash는 전기적인 신호로 메모리를 읽기 때문에 flash가 처리속도가 빠르다.

// EEPROM은 처리속도가 빠르나 가격이 비싸다. EEPROM은 프로그램을 집어 넣을 때만 사용할 수 있다.

- 4kbytes EEPROM

- 4kbytes 내부 SRAM

- 만 번까지 flash 메모리를 지울 수 있다.(읽는 것은 상관없다.)/EEPROM은 10만번.

- 자가적으로 firmware를 업데이트 할 수 있다.

- 64kbytes의 추가적인 외부 메모리를 달 수 있다.

- 프로그램 코드를 볼 수 없게 보안을 걸어 놓았다.

// Reverse Engineering 만들어 놓은 제품을 분해하여 분석한 후 제조하는 것

- SPI 인터페이스 ->　CPU의 내용을 볼 수 있다.

주변 특징

- 8bit Timer/Counter가 2개 있다.

- 2개의 16bit Timer/Counter가 2개 있다.

// Timer/Counter에 대해서는 다음에 언급하기로 한다.

- Real time Counter가 있다.

- 2개의 8bit PWM(고성능)이 있다.

- 6개의 2 - 16bit PWM(저성능)가 있다.

- 출력 비교 장치가 있다.

- 8개 채널의 10bit ADC

- Byte를 기본으로 한 2개의 TWI

//TWI - Two-wire Interface

- 2개의 프로그램 가능한 USART

- SPI를 지원한다.

- 내부 oscillator와 프로그램을 할 수 있는 watchdog

// Watchdog와 CPU를 연결하여 watch도구에 리셋을 입력할 수 있는 기능을 넣어두고 문제가 발생 시 watchdog가 CPU를 리셋 시킨다.

#3. AVR Studio 설치 및 주소 상수를 활용한 초기화

학습목표 - AVR Studio를 설치하고 주소 상수를 활용하여 실수 값을 초기화 할 수 있다.

** AVR Studio 설치

실습 - 주소 상수를 활용한 초기화)

지난 시간 변수 값을 초기화와 관련한 수업(2/27)에서 썼던 소스를 연다.

float 변수를 만들어서 주소 상수를 활용하여 변수 값을 초기화 시켜보자!

//fP = 0012FF28

1. 주소 상수를 넣어 초기화 시키는 방법

2. #define에 주소 상수를 넣어 초기화 시키는 방법

3. 포인터를 활용하여 초기화 시키는 방법

#4. AVR Studio setting

학습목표 - AVR Studio setting 후에 ATmega에 연결하여 기본 설정을 할 수 있다.

USB port는 컴퓨터 본체에 전원 장치 또한 연결 시켜 준다.

이제 AVR Studio 4를 세팅해 준다.

//port를 연결한 후 뽑을 때 뽑히지 않는다고 흔들게 되면 보드가 빠지거나 망가질 수 있으니 바로 뽑아야 한다.

//핀 또한 적혀져 있는 핀에 일치하게 꼿지 않으면 보드가 나가게 된다.

제어기초 - 미분회로와 적분회로

#1. 미분회로와 적분회로

학습목표 - 캐패시터가 미/적분회로에서 어떻게 작용하는지 이해한다.

빼먹고 지나간 개념이 있어 집고 넘어간다.

적분 회로, 미분 회로.

앞으로 싸인파를 정현파, 톱니모양의 파형을 삼각파라고 부르며, 클럭형의 파를 구형파라고 부른다.

위의 회로에서 주목할 것은 캐패시터의 역할이다.

캐패시터는 크게 두 가지 역할을 한다. 하나는 직류를 차단하고 교류신호를 통과시킴으로써, 캐패시터를 중심으로 양쪽의 회로를 분리시키는 동시에 교류신호를 넘겨주는 역할이다.

다른 하나는 한쪽을 접지와 연결해두고서 입력 신호의 전압이 높으면 일단 빨아들여서 충전해 두었다고 입력 전압이 낮아지면 다시 흘러나가게 하는 충전지로서의 역할이다. 이것은 전원회로에서 안정된 전원을 공급할 수 있게 해준다.

전압이 상승되면, 즉 전자를 빨아당기는 힘이 증가하면, 캐패시터의 한쪽 전극의 입력에 전자를 빼앗기고 강한 + 상태가 된다.

일단 (+) 입력신호가 들어오면(=입력측에서 전자를 당기는 힘이 증가하면), 저항을 통해서 전자가 흐르면서 캐패시터의 한쪽 전극쪽에서 전자를 빼앗기게 된다. 전자를 채우거나 빼앗길 수 있는 능력은 캐패시터의 용량값에 따른 것이므로, 캐패시터 용량이 큰 것일 수록 더 많은 전자를 제공해 줄 수 있다. 

이 때, 캐패시터의 양단에 걸리는 캐패시터 양단에 걸리는 전압이 출력전압이 된다. 그런데, 전자를 내주는 속도가 일정하다면 캐패시터 양단에 걸리는 전압이 바뀌는 속도는 캐패시터 용량값에 따라 달라지게 된다.

즉 R과 C의 단위가 커지면 커질수록 클록의 모양이 완만해지게 된다. 이를 활용하여 삼각파를 만들 수 있다.

#2. 미분회로와 적분회로

학습목표 - 캐패시터가 미/적분회로에서 어떻게 작용하는지 이해한다.

적분회로에서 저항과 캐피시터의 자리를 바꾼 모양이다.

이 출력신호의 꼬리는 바로 캐패시터 용량과 저항의 크기에 따라 달라진다.

입력신호가 증가하는 경우면, 오르막이면, (+)신호로 출력이 되고, 감소하는 경우면, 내리막이면 (-)신호로 출력이 된다. 교류만 통과한다는 것이 바로 이러한 작용을 말하는 것이다.

 위의 출력파형 그림들 중에서 RC값이 펄스폭보다 매우 작은 경우를 말한다. 출력신호의 파형이 입력신호가 변화하는 부분만을 잘 보여주기 때문에, 수학적인 의미에서 기울기, 변화량만을 보여주는 미분과 같은 역할을 한다는 뜻에서 붙인 이름이다.

적분회로에 미분회로를 달아보자!

적분 후 다시 미분을 거치기에 원래의 입력 파형이 나와야 정상이지만 적분상수로 인해 파형이 완만해져 있음을 볼 수 있다.

#3. 버퍼와 인버터, RC회로 기초

학습목표 - 버퍼와 인버터의 기능을 이해하고 RC회로의 기초를 활용하여 문제를 풀 수 있다.

미/적분 회로를 거친 것이 원래의 파형을 갖도록 만들어주려면 버퍼를 사용하면 된다.

// 인터넷 속도와 CPU의 영상처리 속도에 차이로 인해(인터넷의 회선 속도 < PC에서 영상을 // 처리하는 속도) 영상이 지연될 때 이를 버퍼링 중이라고 한다.

데이터를 이동시킬 때 거리가 멀어지다보면 신호가 약해지는 현상이 일어난다. 이 때 신호를 증폭시켜주는 것이 버퍼이다.

// 버퍼의 반대되는 개념은 인버터(Inverter)이다.

//인버터 종류 7414

http://recipes.egloos.com/5831328 에서 각 회로도의 전압 값을 구해보자!

앞의 문제들에 대한 답은 아래와 같다.

(1)~(6) : ① +5V  ② 0 V

(7) : ① +5V ② +2.5 V ③ 0 V

(8) : ① +5V ② +2.5 V ③ 0 V

(9) : ① +5V ② +  5 V ③ 0 V

(10): ① +5V ② + 0 V ③ 0 V

// 전압은 저항이 있어야 인가된다. 저항이 ‘0’인 도선에 전압이 0이 걸리는 이유는 저항이 0이기 때문이다.

답에 대한 설명은 해당 사이트를 참조하면 된다.(http://recipes.egloos.com/5831328)

#4. RC회로 - 스위칭 특성과 시상수

학습목표 - 미/적분 회로의 원리를 이해한다.

http://recipes.egloos.com/5831386의 RC회로 - 스위칭 특성과 시상수

위의 그림에서 스위치가 ON/OFF일 때 전압의 변화를 알아보자.

1. 스위치가 off에서 on으로 바뀌는 경우

2. 스위치가 on에서 off로 바뀌는 경우.

위의 내용들을 바탕으로 미/적분회로를 이해할 수 있다.

/*펄스 폭이란 clock이 인가되어 전압이 유지되는 환경에서 일정 전압을 유지하는 시간과 같다.

예를 들어 60Mhz같은 경우 1초에 신호가 60번 바뀜을 의미한다. 이 때 신호가 바뀌는 것이 일정하다고 가정하면 펄스 폭은 이것의 2배인 120번이 된다.*/