마이크로프로세서 ATmega128

ATmega128을 사용하여 시스템을 개발하고자 하는 엔지니어를 위한 참고서



마이크로프로세서는 산업 현장에서 사용되는 제어장치에 널리 쓰이고 있는 반도체 소자 중의 하나이다. 이 책은 세계적으로 많이 사용되고 있는 Atmel社(Atmel Corporation, http://www.atmel.com)의 마이크로프로세서 ATmega128을 사용하여 시스템을 개발하고자 하는 엔지니어를 위한 참고서로, 대학에서 마이크로프로세서 강의를 하기 위한 교재로 사용하기에 적합하도록 구성되어 있다.

이 책은 Atmel사가 제공한, 아래의 데이터시트 내용을 바탕으로 기술하였으며 필자가 다년간 산업체에서 연구개발 업무를 하면서 경험했던 프로그램 내용과 유의해야 할 사항 등을 가미하였으며 엔지니어 간에 통용되는 용어를 사용하여 프로그램 입문자들이 쉽게 이해할 수 있도록 노력하였다.

ATmega128 : 8-bit Atmel Microcontroller 128Kbytes In-System Programmable Flash



또한 저자가 집필한 《마이크로프로세서 프로그램 실습 ATmega128》을 병행 사용하여 관련된 장을 《마이크로프로세서 트레이닝 키트 MTKAT8》로 실습하면 효과적인 학습 결과를 얻을 수 있을 것이다.



이 책의 내용



이 책은 전체 3개의 장과 1개의 부록으로 구성되어 있다.

1장에서는 마이크로프로세서의 기초 지식과, ATmega128을 사용하여 프로그램을 개발하기 위해 필요한 개발 환경에 대해 기술하였다.

2장에서는 ATmega128을 사용하기 위해 필수적으로 알아야 할 내용, 즉 CPU 코어, 메모리, 시스템 클럭, 시스템 제어와 리셋, 인터럽트, 타이머/카운터, SPI, USART, TWI, A/D 변환기, 부트로더에 대해 설명하였고, 사용자가 제품 개발 및 실습에 바로 적용할 수 있는 간단한 프로그램을 추가하였다. 독자는 제시된 샘플프로그램을 사용하면, 전 세계적으로 다양한 응용 분야에 많이 사용되고 있는 마이크로프로세서인 ATmega128을 사용한 프로그램 개발에 쉽게 접근할 수 있을 것이다.

3장에서는 필자가 ATmega128을 사용하여 개발한 간단한 시스템에 대해 설명하였다. 프로그램 개발자는 제시된 프로그램을 기본 구조로 설계한다면 초보자라도 쉽게 구조 설계를 할 수 있고 개발 기간도 단축할 수 있을 것이다.

부록에서는 AVR Studio4에 대해 설명하였다. AVR Studio4는 개발자가 완성한 프로그램 코드(HEX 파일)를 마이크로프로세서에 다운로드하기 위한 툴(tool)의 일종이다. 이 툴은 개발자가 반드시 사용법을 익혀야 할 프로그램이다.

CHAPTER 01 마이크로프로세서와 개발 환경



1. 마이크로프로세서란?



2. 개발 환경

2-1 프로그램 개발 과정

2-2 프로그램 편집기(Program Editor)

2-3 컴파일러(Compiler)

2-4 코드 프로그래머 AVR Studio4(Code Programmer AVR Studio4)

2-5 소스프로그램 작성

2-6 컴파일과 링크

2-7 디버깅

2-8 프로그램의 유지/보수

연습문제

CHAPTER 02 ATmega128



1. ATmega128의 개요



2. AVR CPU 코어

2-1 ALU(Arithmetic Logic Unit)

2-2 상태레지스터(SREG)

2-3 범용레지스터

2-4 X, Y, Z 레지스터

2-5 스택포인터

2-6 RAMPZ(RAM Page Z select Register)

연습문제



3. AVR ATmega128 메모리

3-1 플래시 프로그램 메모리

3-2 SRAM 데이터 메모리

3-3 EEPROM 데이터 메모리

3-4 입출력 데이터 메모리

3-5 외부 메모리 인터페이스

연습문제



4. 시스템 클럭

4-1 클럭의 종류

4-2 외부 크리스탈 오실레이터

4-3 외부 저주파 크리스탈 오실레이터

4-4 외부 RC 오실레이터

4-5 내부 RC 오실레이터

4-6 외부 클럭

연습문제



5. 전력제어와 슬립모드

5-1 Idle 모드

5-2 A/D 변환기 잡음제거 모드

5-3 파워다운 모드

5-4 파워절약 모드

5-5 대기 모드

5-6 확장 대기 모드



6. 시스템 제어와 리셋

6-1 리셋 종류

6-2 파워온 리셋

6-3 외부 리셋

6-4 브라운아웃 리셋

6-5 워치독(Watchdog) 리셋

6-6 MCU 제어 및 상태레지스터: MCUCSR

6-7 워치독 타이머

연습문제



7. 입출력 포트

7-1 특수기능 입출력 레지스터: SFIOR(Special Function I/O Register)

7-2 방향설정 레지스터: DDR(Data Direction Register)

7-3 포트 레지스터: PORTxn(Port Register)

7-4 포트 입력 핀 레지스터: PINx(Port x Input Pin Register)

7-5 범용 입출력 포트의 부가 기능

7-6 포트A

7-7 포트B

7-8 포트C

7-9 포트D

7-10 포트E

7-11 포트F

7-12 포트G

7-13 입출력 포트용 레지스터

연습문제



8. 인터럽트

8-1 인터럽트 벡터

8-2 외부 인터럽트

연습문제



9. 8비트 타이머/카운터

9-1 8비트 타이머/카운터 개요

9-2 타이머/카운터 동작모드

9-3 타이머/카운터 타이밍도

9-4 타이머/카운터 레지스터

9-5 타이머/카운터의 비동기 동작

9-6 타이머/카운터 프리스케일러

9-7 8비트 타이머/카운터2와 PWM

9-8 출력비교 변조기(OCM1C2)

연습문제



10. 16비트 타이머/카운터

10-1 16비트 타이머/카운터1,3 레지스터

10-2 16비트 레지스터 엑세스

10-3 타이머/카운터 클럭 소스

10-4 동작 모드

10-5 타이머/카운터 타이밍도

10-6 16비트 타이머/카운터 레지스터

10-7 타이머/카운터1,2,3 프리스케일러

연습문제



11. SPI

11-1 마스터모드 동작

11-2 슬레이브모드 동작

11-3 SPI 레지스터

11-4 SPI 클럭 동기

연습문제



12. USART

12-1 USART 개요

12-2 클럭 발생

12-3 USART 초기화

12-4 USART 송신

12-5 USART 수신

12-6 USART 멀티-프로세서 통신모드

12-7 USART 레지스터

12-8 전송속도 설정 예시

연습문제



13. TWI(I2C 통신)

13-1 TWI 모듈 개요

13-2 데이터 전송 파형

13-3 여러 개의 마스터 버스 시스템, 중재와 동기화

13-4 TWI 모듈의 구조

13-5 TWI 레지스터

13-6 TWI 동작

연습문제



14. 아날로그 비교기

14-1 아날로그 비교기의 입력 신호 선택

14-2 레지스터



15. A/D 변환기

15-1 A/D 변환기 기능

15-2 A/D 변환기 동작

15-3 프리스케일링과 변환 시간

15-4 A/D 변환기 레지스터

연습문제



16. 부트로더

16-1 응용프로그램 영역과 부트로더프로그램 영역

16-2 RWW(Read-While-Write) 영역과 NRWW(No Read-While-Write) 영역

16-3 부트로더 락비트(Lock Bits)

16-4 부트로더 프로그램 넣기

16-5 부트로더 프로그래밍

16-6 메모리 프로그래밍

16-7 직렬 다운로드

16-8 JTAG 인터페이스로 프로그래밍 하기

16-9 부트로더 프로그램 예시



CHAPTER 03 ATmega128을 이용한 간단한 전체 프로그램



1. 간단한 전체 프로그램

1-1 회로도

1-2 기능

1-3 프로그램 파일



2. 회로도



3. 프로그램 파일

3-1 헤더 파일

3-2 메인 루틴(main.c)

3-3 clib.c

3-4 eeprom.c

3-5 init.c

3-6 packet_fsk1.c

3-7 packet_fsk2.c

3-8 packet_gui.c

3-9 packet_inter.c

3-10 ST16C554.c

3-11 TWIInit.c



부록 AVR Studio4 사용법

이창주 저자 이창주

서울대학교 전자공학과 학사

서울대학교 전자공학과 석사

한국방송공사 기술연구소 연구원

서울대학교 전자공학과 박사

현재 동양미래대학교 정보통신과 교수