Smart Controller

필기 64

실기 36

결과가 나오는대로 업데이트 !

ATmega128A Datasheet(특징 및 메모리)와 WinAVR설치

#1. ATmega128A Datasheet

학습목표 - ATmega128A의 데이터 시트를 보고 특징에 대해 안다.

ATmega128A Datasheet 계속

특별한 마이크로컨트롤러 특징

- 파워 리셋과 브라운 아웃 디텍터

//브라운 아웃 - 입력되는 전원에 따라 칩의 일부만 작동하는 것 - > 표준 전압 이하에서 작동하지 않게 해준다.

- 내부적으로 조정된 RC oscillator(발진기)

// Crystal oscillator와 회로로 주파수를 만들어 낼 수 있다.

// RC oscillator는 저주파수를 만들고 정확도가 떨어진다. 가격은 싸다.

- 내외부의 interrupt

#2. ATmega128A Datasheet

학습목표 - ATmega128A의 데이터 시트를 보고 특징에 대해 안다.

// Interrupt <-> polling

// 기계에 문제가 있을 때 알려주는 것을 ‘interrupt'라고 한다. ex) 가스 누수 경보기

// 문제가 있는 지 찾아보는 것을 ‘polling'이라고 한다. ex) 수동 바이러스 검사

// poling은 CPU core를 사용하여 작동한다.

// 칩에서 비싸다는 의미는 회로를 가지고 있다는 것이다.

- 6가지 슬립 모드

- 소프트웨어로 시간 주파수 선택 가능

- Fuse 조작을 통한 ATmega103 호환모드

// 스위치를 통해 전원이 들어가지 않았을 시

// 합선은 저항이 0일 때 전류가 무한대로 흐를 때를 말한다.

// 전기는 흐르기 쉬운 곳으로 흐른다.

// 저항이 어디 붙어 있느냐에 따라서 풀업/풀다운으로 나뉜다. 풀업/풀다운은 애매한 상태(제 3의 상태)를 없애기 위해 사용된다.

- 풀업 저항으로 한 번에 끌 수 있다.

입출력과 패키지

- 53개의 프로그래밍 가능한 라인

- 64 lead(다리, 핀)

#3. ATmega128A용 compiler 설치

WinAVR을 다운로드 받는다.

WinAVR 가장 최근 버전(WinAVR-20100110...exe)

// Sourceforge는 오픈소스를 제공하는 커뮤니티이다.

AVR Studio에는 compile 기능이 없다. compile 후에 chip에 프로그램을 전송시키는 역할만 한다.

WinAVR을 다운받으면 설치한다.

! 별 특이사항 없이 계속 진행하고, 실행시킨 후 시리얼 넘버를 넣어준다.

실습 - WinAVR로 컴파일)

AVR폴더를 새로 만들어서 기본형에 #include가 빠진 기본형을 만들고 main.c로 저장하자.

#4. ATmega128A Datasheet

학습목표 - ATmega128A의 데이터 시트를 보고 메모리에 대해 안다.

데이터 시트 계속

작동 볼트

- 2.7 - 5.5V (저전압에서 돌아가지만 성능이 떨어진다. 5.5V이상의 전압이 들어가면 타 버린다.)

속도 등급

- 0 - 16MHz

1. Pin Configurations

//작대기가 들어간 핀은 0이 들어가면 동작한다. 64 - 53 = 11개는 작대기가 들어간 핀이다.

7. 메모리

7.1 플래쉬 메모리(PC로 치면 하드 디스크)

//ATmega128A는 3가지 메모리로 구성되어 있다.(FLASH, SDRAM, EEPROM)

//데이터 시트는 16진수를 표시하기 전에 달러 표시로 알려준다. ex) $FFFF

- 플래쉬 메모리 용량은 65,546 -> 64kbyte

// Flash메모리는 한 칸에 2byte이다.

기본 명령어가 2byte 혹은 4byte이다.

Flash는 64K * 2byte로 구성되어 있다. 즉 총 메모리는 128K이다.

7.2 SRAM 메모리(RAM)

일반 모드에서는 4096바이트를 사용 가능하며 외부장치 부착하여 64K 용량 확장 가능

확장된 160개의 입출력 레지스터의 사용 여부에 따라 A와 B로 나뉜다.

지정된 메모리 주소에 값을 입력하면 동작이 실행되는 것을 I/O Mapped Memory 방식이라고 한다.(레지스터가 주소를 가지고 있다!)

이것은 C언어로 레지스터를 건드릴 수 있다는 것을 의미한다.

I/O Mapped I/O는 메모리 address가 없음으로 C로는 직접 프로그래밍 할 수 없고 Assembly어로만 조작이 가능하다.

내일(3/4)은 주소를 이용하여 CPU에 불을 켜 볼 것이다.

제어기초 - 제어기초 시험공부

#1. 시험공고 및 시험공부

수요일 1,2교시는 제어기초의 마지막 시간이 될 것이다.

3,4교시는 시험을 치겠다.

/* 실기 : 반파 정류회로 구성(20점), 전파 정류회로 구성(16점)

필기 : AVR 특성 (20점),  ARM 특성(20점), 레지스터 개념(12점), 정류 개념(12점) */

브레드보드를 획득!

0.3inch(브레드보드에 있는 간격)는 IC회로의 정규규격이다.

구멍과 구멍간의 간격 100mil.

#2. 시험공부

전원공급 장치를 설계해 보자!(시험대비용)

전원입력 DC 9V ~

입력 2pin header + - 표시

출력 DC 9V. 5V. 3V +전압

#3. 시험공부

sine파에서 -반파를 넣어주기 위해서는

Capacitor로 정류를 하여도 ripple이 여전히 존재하는 경우에는 capacitor의 값을 높여 주면 된다!

#4. 시험공고

/* 3/4일 제어기초 시험

평가목적 - 회로에 대한 지식과 동작 원리에 대한 지식 평가 및 보완

평가방법 - 회로 제출(실기, 60분), 객관식 14문항(필기, 주관식, 60분)

평가내용 - CPU 기초 이론, 전기전자 기초이론, RLC회로 구성 능력

실기 : 반파 정류회로 구성(20점), 전파 정류회로 구성(16점)

필기 : AVR 특성 (20점),  ARM 특성(20점), 레지스터 개념(12점), 정류 개념(12점)

평가활용

- 실기 반파 정류 회로 10점 이하 : 관련 내용 재작성 및 재평가

- 실기 정파 정류 회로 8점 이하 : 관련 내용 재작성 및 재평가

- 필기 32점 이하 : 필기 시험 항목 관련 보고서 제출 및 재시험

//시험 문제를 고루 분포하는 유형

//이번 시험에는 강조했던 부분이 많이 나올 것이다.

*/

//제너 다이오드란?

제어기초 시험 정리

<실 기>

<필 기>

1. AVR 특성  

AVR 특징

-프로그램을 다운로드하여 저장할 수 있는 2k ~ 128k 바이트의 플래시 메모리를 내장

- 내부 EEPROM 용량: 128에서 512byte까지 가능

- 내부 Ocillator에 의해 동작하는 watchdog timer와 full duplex 방식의 다양한 외부 접속 장치를 내장

- 다양한 인터럽트 소스와 파워 절약 모드, 외부 메모리 추가가 가능

- 내장 Device

- Timer/Counter, 직렬 통신 장치, 아날로그 비교기, 외부 데이터 장치 인터페이스, 입출력 포트, SPI, 아날로그 디지털 변환기(ADC)

2. ARM 특성

ARM의 특징

- 소비 전력이 적다.

- 빠른 속도에도 발열이 적다.

- 베터리를 전원으로 사용하는 모바일 기기에서 가장 각광받는 요인이 됨.

- 칩 면적이 작다.

-소형화에 유리

-발열 문제 적음

- 고성능 32비트 RISC프로세서이다.

- 캐쉬메모리를 내장하여 파이프 라인 처리 방식으로 명령을 실행(1명령/1cycle)

- 명령 패치와 데이터 액세서를 동시에 수행할 수 있도록 개선

- 명령 처리 구조 단순화를 위해 모든 데이터 처리나 연산 명령은 내부 레지스터를 중심으로 이루어 지며 레지스터와 메모리 사이에 데이터 이동은 별도의 로드 및 스 토어 명령으로 수행한다.

- 많은 범용 레지스터와 효율적인 명령 세트를 가지고 있다.

- 명령 세트를 확장하기가 매우 용이한 구조(ISA ; Instruction Set Architecture) 로 되어 있다.

- Endian Mode 지원

- ARM사는 반도체 제조사가 아니다.

- 가격이 저렴하다.

3. 레지스터 개념

저항기(한자: 抵抗器, 영어: resistor)는 저항 성질을 띠는 회로 소자이다. 저항기는 여러 방법으로 종류를 나누는데, 가장 일반적으로 나누는 방법은 저항기가 소모할 수 있는 최대 전력으로 분류하는 것이다. 저항기에서 소모되는 전력은 다음과 같이 구할 수 있다.

  = 저항기에서 소모되는 전력

  = 저항기 양단에 걸린 전압

  = 저항기를 통해 흐르는 전류

 = 저항기의 저항

저항기에 따라 최대 허용전력이 다른 이유는, 저항기에서 소모되는 전력이 열 에너지로 전환되기 때문이다. 이 열 에너지 때문에 저항기의 온도가 상승하게 되는데, 저항기의 허용 온도를 초과하는 경우 저항기가 타버리게 된다.

저항의 두 가지 연결 방법

4. 정류 개념

정류 회로(Rectifier Circuit)는 가장 널리 쓰이는 다이오드 회로다. 정류 회로는 교류를 직류로 바꿔주는 것으로, 대부분의 전자 부품을 쓰기 위해 필요한 회로이다. 정류 회로는 다이오드가 '순방향 바이어스 전압'이 걸렸을 때만 전류를 흘려주는 특징을 이용한 것이다.

전원으로 사용하는 교류는 + 전압과 - 전압이 번갈아가면서 나온다. 교류 전압/전류를 나타내는 표현은 아주 많은데, 순간적으로 '최대'를 찍는 전압/전류 값을 '첨두값(Peak)'이라고 한다. 또, 단순히 평균을 낸 값을 '평균값(Average)'이라고 하고, 같은 에너지에 해당하는 값을 '실효값(RMS, Root Mean Square)'이라고 한다. 보통 교류에서 딱히 말을 안 했을 경우, 실효값을 기준으로 한다.

이 중에서 +나 -하나만 뽑아내는 것을 반파 정류(Half Wave Rectifier), +와 -를 모두 사용하는 것을 전파 정류(Full Wave Rectifier)라고 한다. 당연히 반파 정류가 효율이 좋지만, 회로가 복잡해진다. 순수하게 다이오드만 쓰는 건 아니고, 출력을 안정화시키는 필터를 꼭 단다.

꼭 알아둬야 할 점이 하나 있는데, 정류 회로는 '역방향 전압'도 걸리게 되므로, 다이오드에 걸릴 '최대 역방향 전압(PIV, Peak Inverse Voltage)'보다 에벌랜치 항복 전압이 더 큰 것을 써야 한다. 안 그러면 터지거나 타버린다.

반파 정류

회로가 아주 간단하다는 장점이 있지만, 원래 입력받은 에너지의 절반은 무조건 날리고 시작한다. 물론 그 사이에서 생기는 손실을 제외했을 때 50%가 날아간다.

코일건 만들 때 쓰는 부스트 컨버터 등 그닥 정교할 필요가 없고 복잡하게 회로를 짜기 곤란할 때나 쓰지, 실제 전원용으로 반파 정류를 쓰는 미친 회로는 없다. 다이오드가 하나 있으므로, 정류 출력 전압 변압기 출력 전압에 0.7V만 빼면 된다. 또한 다이오드에 걸리는 PIV는 변압기의 출력 전압과 같다.

전파 정류

전파 정류는 +와 -를 모두 뽑아서 쓰는 것으로, 반파 정류에 비해서 복잡하다. 전파 정류는 크게 3가지 방식이 있는데, 모두 상황에 따라 다르게 사용한다.

1. 중간 탭 전파 정류(Center Tap Full Wave Rectifier)는 변압기(Transformer) 출력 쪽에 다리가 3개 달린 것만 쓸 수 있다. 중간 탭 전파 정류 회로는 +- 기준이 중간 다리가 된다. 때문에 출력 전압 값이 1/2배가 된다. 여하튼 +를 한 번 출력할 때 다이오드를 1개 거치므로, 정류 출력 전압은 변압기 출력 전압에 0.7V를 뺀 만큼 나온다. 다이오드에 걸리는 PIV는 변압기의 출력 전압의 2배다. 변압기의 0점 기준은 중간이지만, 다이오드 입장에선 +와 -까지 걸리기 때문이다. 장점은 회로가 간단하다는 장점이 있지만, 다리 3개짜리 변압기를 써야된다는 조건이 붙는데다 전압이 1/2배로 작아지기 때문에 여러가지 귀찮은 일이 생긴다.

2. 브리지 전파 정류(Bridge Full Wave Rectifier)는 가장 많이 쓰이는 정류 회로로, 다이오드 4개를 교묘하게 다리처럼 배치했다. 중간 탭 방식처럼 다리 3개가 필요한 것도 아니고, 다이오드만 있으면 되니깐 쓰기엔 편하다. 하지만 다이오드를 4개나 쓰니깐 어떤 의미로 귀찮기도 하다. 다른 정류회로와 달리, 정류된 전류는 다이오드를 2개 지난다. 따라서 정류 출력 전압은 변압기 출력 전압에서 1.4V를 까면 된다. PIV는 변압기 출력 전압과 같다.

3. 양전원 브리지 전파 정류(Dual Comlementary Rectifier)는 + 전압과 - 전압을 모두 만들 수 있는 고급 전원 장치에 쓰인다. 모양은 그냥 브리지 정류 회로에서 중간 탭을 달고 0V 기준을 거기다가 잡아주는 것. 중간탭을 달면, 원래보다 변압기 출력이 1/2배가 됨을 알아두자. 다이오드에 걸리는 PIV는 변압기 출력의 2배가 된다.

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.*/