AVR ATXMEGA 패밀리 정복(고성능 AVR 정복 시리즈 4)

ATxmega A1/A3/A4 패밀리의 철저한 이해

많은 내장 I/O의 구조와 기능에 대한 이해

외부 메모리 및 I/O 인터페이스 설계



PC에서 PDI를 이용한 프로그램 다운로드

ATxmega128A1의 기본적인 프로그래밍

멀티레벨 인터럽트 프로그래밍 기술

각종 I/O에 대한 제어 프로그래밍 기술

컬러 TFT-LCD 모듈 한글 디스플레이 기술

다양한 TFT-LCD 모듈 응용 프로그래밍 기술



어셈블리 언어를 사용한 프로그래밍 기술

(AVR Studio에서 매크로 어셈블러 사용)

C언어를 사용한 프로그래밍 기술

(AVR Studio에서 WinAVR 컴파일러 사용)

OK-X128A1 키트의 프로그래밍 실습



OK-X128A1 키트 별매



이 책에서 사용하는 예제 프로그램은 본사와 저자의 인터넷 웹사이트 자료실에 제공합니다. 따라서, 독자 여러분께서는 이를 다운로드하여 퍼스널컴퓨터에 설치, 사용하시기 바랍니다. 이 책에서 필요한 소프트웨어는 다음과 같습니다.



◎ C언어 예제 프로그램 OK-X128A1asm.zip 및 OK-X128A1c.zip

◎ 무료 IDE 및 매크로 어셈블러 AVR Studio

◎ 무료 C컴파일러 WinAVR



이 책의 내용이나 OK-X128A1 키트에 관해 기술적인 문의사항이 있으신 분은 본사 또는 저자의 인터넷 웹사이트에 공개적으로 질문하여 주시면 저자가 직접 신속하고 정확하게 답변해 드리겠습니다. 그러나, 어떤 경우에도 이 책이나 키트에 관한 기술적인 문제를 저자에게 개인적으로 전화나 메일을 이용하여 질문하시는 것은 정중히 사절합니다.



◎ 본사 웹사이트 : http://www.ohm.co.kr/

◎ 저자 웹사이트 : http://cpu.kongju.ac.kr/



머 리 말



AVR의 인기가 하늘을 찌르고 있다. 1997년에 Atmel사에서 처음 발표한 AVR 마이크로컨트롤러가 그 짧은 역사에도 불구하고 오늘날 가장 각광받는 8비트 마이크로컨트롤러로서 확고히 자리를 잡았다.

AVR은 하버드 구조를 가지는 고성능의 8비트 RISC형 마이크로컨트롤러인데, 프로그램용 메모리로서 대용량의 플래시 메모리를 내장하고 있으며 이것을 사용자가 쉽게 여러번 반복적으로 프로그래밍할 수 있는 기능을 가지고 있어서 매우 편리하다. 더구나 이러한 플래시 메모리에 프로그램을 다운로드하는 통신 사양이 공개되어 있고 이에 필요한 다운로드 케이블은 사용자가 쉽고 저렴하게 만들어 사용할 수 있다. 또한 Atmel사에서 IDE 소프트웨어인 AVR Studio와 매크로 어셈블러를 무료로 제공하고 있고, C컴파일러도 역시 무료용인 WinAVR을 사용할 수 있다. 결과적으로 AVR을 사용하는데 필요한 하드웨어 개발장비 및 소프트웨어 개발 툴은 거의 모두 무료로 사용할 수 있다는 것이 큰 매력이며 이는 AVR은 곧 무료라는 등식을 만들어냈다.

Atmel사는 2008년초 ATxmega 패밀리를 발표하여 AVR을 더욱 진화시켰다. 이것은 기존의 ATmega 패밀리와 소프트웨어의 호환성을 유지하고 있으나 시스템 클록을 32MHz까지 높이고 CPU 및 주변장치의 성능과 기능을 대폭 강화하여 32비트 ARM에서나 볼 수 있는 우수한 기능들을 사용할 수 있게 되었다. 이 책에서는 한 차원 더 높아진 고성능 ATxmega 패밀리의 AVR 마이크로컨트롤러를 공부한다.

마이크로컨트롤러를 공부하는데는 절대적으로 실무적인 숙달과정이 중요하다. 책만을 가지고 이 분야의 기술을 배우겠다는 것은 무모한 일이며, 마이크로컨트롤러를 익히는데는 반드시 적합한 교육용 키트를 통한 프로그래밍 연습이 필요하다. 이 책에서는 이를 위하여 교육용 OK-X128A1 키트는 물론이고 이와 함께 공부할 수 있는 풍부한 어셈블리 및 C언어의 프로그램 예제를 제공한다. 독자 여러분은 이를 통하여 어셈블리 프로그래밍과 C언어 프로그래밍 기술을 모두 익혀두기 바란다. 어셈블리와 C언어는 어느 하나만을 배타적으로 선택할 수 있는 문제가 아니며, 응용 시스템이나 사용환경에 따라 적절히 선택할 문제이므로 마이크로컨트롤러 응용분야의 엔지니어는 언제나 이 2가지를 모두 구사할 수 있는 기술을 갖추고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 트레이닝 키트를 가지고 실습하면서 공부하다보면 자연히 스스로도 이러한 시스템을 설계하고 자유자재로 활용할 수 있는 능력을 갖추게 될 것이다.

어려운 여건 속에서도 이 책을 출판해주신 Ohm사의 곽종학 사장님과 직원 여러분에게 감사드리며, 원고를 끝까지 꼼꼼하게 검토하고 교정해주신 경기기계공업고등학교 공동실습소의 정종호 선생님께도 마음 속 깊이 감사드리는 바이다.



2010년 6월 저자 尹 德 鏞 씀

제1장 ATxmega 패밀리의 구조와 기능



1.1 AVR 마이크로컨트롤러의 개요 11

1. AVR 마이크로컨트롤러의 탄생 및 특징 11

2. AVR 마이크로컨트롤러의 종류 13

3. ATxmega 패밀리에서 달라진 사항 요약 20



1.2 ATxmega 패밀리의 기본 구조와 기능 25

1. ATxmega 패밀리의 특징 25

2. ATxmega 패밀리의 외부 구조 28

3. ATxmega 패밀리의 내부 구조 31

4. ATxmega 패밀리의 메모리 구조 47

5. ATxmega 패밀리의 메모리 프로그래밍 63

6. ATxmega 패밀리의 외부 버스 인터페이스 83



1.3 ATxmega 패밀리의 명령 세트 97

1. ATxmega 패밀리의 데이터 표현 97

2. ATxmega 패밀리의 어드레싱 모드 99

3. ATxmega 패밀리의 명령 세트 108



1.4 ATxmega 패밀리의 기본 하드웨어 123

1. 시스템 리셋 123

2. 시스템 클록 129

3. 전력관리 및 슬립 모드 142

4. 워치독 타이머 147

[휴게실] ATxmega 패밀리에서 소비전력 최소화 방법 152



1.5 ATxmega 패밀리의 인터럽트 처리 154

1. 인터럽트의 개요 154

2. ATxmega128A1의 인터럽트 처리 동작 160

[휴게실] 인터럽트 플랙 비트의 클리어 165

3. ATxmega128A1의 인터럽트 벡터 정리 165



1.6 DMA 컨트롤러 및 이벤트 시스템 168

1. DMA 컨트롤러 168

2. 이벤트 시스템 178



제2장 ATxmega 패밀리의 내장 I/O 기능



2.1 병렬 I/O 포트 189

1. 병렬 I/O 포트의 기본 동작 189

2. 병렬 I/O 포트의 부수적인 동작 195

3. 병렬 I/O 포트의 I/O 제어 레지스터 201

[휴게실] 병렬 I/O 포트와 부수적인 기능을 사용할 때 주의사항 209



2.2 타이머/카운터 210

1. 타이머/카운터의 개요 210

2. 타이머/카운터의 동작 212

3. 타이머/카운터의 I/O 제어 레지스터 226

4. 타이머/카운터의 파형 발생 확장 모듈 233

5. 타이머/카운터의 고해상도 확장 모듈 241



2.3 리얼타임 카운터 243

1. 리얼타임 카운터의 개요 243

2. 리얼타임 카운터의 동작 245

3. 리얼타임 카운터의 I/O 제어 레지스터 245



2.4 USART 직렬통신 포트 249

1. USART 직렬통신 포트의 개요 249

2. USART 직렬통신 포트의 동작 250

3. USART 직렬통신 포트의 I/O 제어 레지스터 261

4. RS-232C 직렬통신 265

[휴게실] ASCII 코드 272

5. IRCOM 모듈 274



2.5 SPI 직렬통신 포트 277

1. SPI 직렬통신 포트의 개요 277

2. SPI 직렬통신 포트의 동작 279

3. SPI 직렬통신 포트의 I/O 제어 레지스터 283



2.6 TWI 직렬통신 포트 285

1. TWI 직렬통신 포트의 개요 285

2. TWI 직렬통신 포트의 동작 289

3. TWI 직렬통신 포트의 I/O 제어 레지스터 302



2.7 A/D 컨버터 309

1. A/D 컨버터의 개요 309

2. A/D 컨버터의 동작 310

3. A/D 컨버터의 I/O 제어 레지스터 327



2.8 D/A 컨버터 335

1. D/A 컨버터의 개요 335

2. D/A 컨버터의 동작 336

3. D/A 컨버터의 I/O 제어 레지스터 341



2.9 아날로그 비교기 346

1. 아날로그 비교기의 개요 346

2. 아날로그 비교기의 동작 347

3. 아날로그 비교기의 I/O 제어 레지스터 349



제3장 OK-X128A1 키트 및 개발 툴



3.1 OK-X128A1 키트의 구조와 기능 355

1. OK-X128A1 키트의 개요 및 사양 355

2. OK-X128A1 키트의 하드웨어 구조 357

3. TFT-32HX 보드의 하드웨어 구조 366

4. OK-X128A1 키트의 조립 및 테스트 371

5. RS-232C 통신 케이블의 제작 377



3.2 AVR ISP 다운로드 케이블의 사용 379

1. 하드웨어 및 소프트웨어 개발 툴 379

[휴게실] AVR 관련 업체 및 홈페이지 리스트 385

2. AVRISP mkII 다운로드 케이블 385

3. AVR Studio에서의 프로그램 다운로드 387



3.3 AVR Studio와 WinAVR의 설치 393

1. AVR Studio와 WinAVR의 설치 393

2. 예제 프로그램의 설치 399

3. 프로그램 작성 과정의 요약 399



3.4 AVR Studio의 매크로 어셈블러 403

1. 매크로 어셈블러의 개요 403

2. 데이터의 표현과 연산자 406

3. 매크로 어셈블러의 지시어 409

4. 매크로 어셈블러의 선행처리기 421

5. 기본적인 인클루드 파일 426



3.5 GCC 계열의 WinAVR 컴파일러 450

1. WinAVR의 개요 450

2. WinAVR의 주요 기능 요약 452

[휴게실] WinAVR C컴파일러에서 변수를 사용할 때의 유용한 팁 463

3. 기본적인 헤더 파일 및 라이브러리 함수 요약 463

[휴게실] Atmel사의 프로그래밍 힌트 493

4. 컴파일러 옵션 및 makefile에 대하여 494

[휴게실] 인텔 HEX 파일의 형식 504



제4장 어셈블리와 C언어 프로그래밍



4.1 ATxmega128A1 어셈블리 프로그램 기초 507

4.2 ATxmega128A1 C언어 프로그램 기초 561

4.3 기본적인 프로그래밍 기법 609

4.4 TFT-LCD 모듈 영문 ASCII 출력 프로그램 640

4.5 TFT-LCD 모듈 한글 출력 프로그램 680

4.6 TFT-LCD 모듈 그래픽 출력 프로그램 724

4.7 TFT-LCD의 터치 스크린 입력 프로그램 735

4.8 ATxmega128A1 응용 프로그램 모음 760

4.9 키입력 및 인터럽트 처리 프로그램 784

4.10 타이머를 이용한 인터럽트 프로그램 799

4.11 TV 리모컨 응용 프로그램 812

4.12 타이머를 이용한 디지털 시계 프로그램 834

4.13 타이머를 이용한 음악연주 프로그램 848

4.14 타이머를 이용한 PWM 제어 프로그램 863

4.15 RS-232C 직렬통신 프로그램 873

4.16 DS1307 RTC 응용 프로그램 879

4.17 TCN75 온도센서 응용 프로그램 913

4.18 A/D 컨버터 응용 프로그램 924

4.19 D/A 컨버터 응용 프로그램 948

4.20 TFT-LCD를 이용한 게임 프로그램 959

4.21 SD 카드를 이용한 전자앨범 프로그램 991

4.22 MP3 플레이어 프로그램 1052

4.23 재미있는 응용 프로그램 1104



<부록1> ATxmega128A1의 데이터 시트 1133

<부록2> 키트 테스트 프로그램 kit_test.c의 소스 1146

윤덕용