본문내용
1. AVR ATmega128 기초
1.1. ATmega128 개요
ATmega128은 고성능의 저전력 8비트 마이크로컨트롤러이다. AVR 아키텍처를 기반으로 하는 ATmega128은 진보된 RISC 구조를 갖추고 있어 대부분의 명령어가 단일 클럭 사이클에서 실행된다. 32개의 8비트 범용 레지스터와 16MHz의 클럭 속도를 지원하여 16MIPS의 처리 성능을 보여준다. 또한 2 사이클에서 실행되는 고속 곱셈기를 내장하고 있어 복잡한 연산 처리에 효과적이다.
ATmega128은 128KB의 ISP 방식의 프로그래밍이 가능한 플래시 메모리와 4KB의 EEPROM, 4KB의 SRAM을 제공한다. 이를 통해 대용량의 프로그램 코드와 데이터를 저장할 수 있으며, 전원이 차단되어도 EEPROM에 저장된 데이터를 유지할 수 있다. 또한 부트 코드 영역과 소프트웨어 보호를 위한 프로그래밍 락 기능을 제공하여 보안성이 우수하다.
특히 ATmega128은 JTAG 인터페이스를 지원하여 온-칩 디버깅이 가능하며, 플래시 메모리와 EEPROM, 퓨즈 및 락 비트를 JTAG 인터페이스를 통해 설정할 수 있다. 이를 통해 개발 및 테스트 과정에서 편의성이 높다.
그 외에도 ATmega128은 다양한 주변장치를 내장하고 있다. 7개의 I/O 포트와 타이머/카운터, ADC, USART, SPI, TWI 등의 인터페이스를 제공하여 다양한 센서와 액추에이터를 연결할 수 있다. 또한 PWM 출력, 인터럽트, 슬립 모드 등의 기능을 지원하여 다양한 응용 분야에 활용할 수 있다.
종합적으로 ATmega128은 우수한 성능과 다양한 주변장치를 갖추고 있어 산업용, 가전용, 로봇용 등 광범위한 임베디드 시스템 분야에서 활용되고 있다. 고성능, 저전력, 풍부한 주변장치 등의 특징을 바탕으로 다양한 응용 제품 개발에 활용되고 있는 것이다.
1.2. ATmega128의 특징 및 내장 기능
ATmega128은 고성능의 저전력 8비트 마이크로컨트롤러이다. 진보된 RISC 구조를 가지고 있어 대부분의 명령어가 단일 클럭 사이클에서 실행되며, 총 133개의 명령어를 제공한다. 또한 32개의 8비트 범용 레지스터를 보유하고 있어 16MHz에서 최대 16MIPS의 처리 성능을 발휘할 수 있다. 특히 2 사이클에서 실행되는 곱셈기를 내장하고 있어 고속 연산이 가능하다.
ATmega128은 ISP(In-System Programming) 방식의 128KB 플래시 메모리를 내장하고 있어 10,000회 이상 재기입이 가능하며, 4KB의 EEPROM과 4KB의 SRAM을 제공한다. 또한 소프트웨어를 보호하기 위한 프로그래밍 락 기능도 지원한다.
이 외에도 ATmega128은 JTAG(Joint Test Action Group) 인터페이스를 지원하여 온-칩 디버깅이 가능하고, JTAG 인터페이스를 통해 플래시, EEPROM, 퓨즈 및 락 비트를 설정할 수 있다.
주변장치로는 7개의 8비트 I/O 포트와 2개의 16비트 타이머/카운터, 2개의 PWM 채널, 8채널의 10비트 ADC, 2개의 USART, SPI 직렬 인터페이스, 바이트 지향 TWI(Two-Wire Interface) 등이 포함되어 있다.
또한 전원 온 리셋, 저전압 감지 기능의 Brown-out 검출기, 외부 및 내부 인터럽트 소스, 슬립 모드 등 다양한 특수 기능도 지원한다.
전원 및 속도 측면에서는 ATmega128L 모델의 경우 2.7~5.5V 전압과 0~8MHz 클럭 주파수를 지원하며, ATmega128 모델은 4.5~5.5V 전압과 0~16MHz 클럭 주파수를 지원한다. [1,2,3]
1.3. ATmega128의 핀 구성
ATmega128의 핀 구성은 다음과 같다.
ATmega128은 총 64개의 핀을 가지고 있다. 전원 및 접지 핀인 Vcc와 GND가 각각 2개씩 있다. 그리고 총 7개의 I/O 포트로 구성되어 있는데, 포트 A, B, C, D, E, F가 각각 8비트이고 포트 G는 5비트이다. 따라서 ATmega128은 총 53개의 프로그래밍 가능한 I/O 포트 핀을 가지고 있다.
리셋 핀인 RESET도 있으며, 오실레이터 입력 XTAL1과 출력 XTAL2가 있다. 또한 A/D 컨버터의 전원 공급 핀인 AVCC와 기준 전압 핀인 AREF가 있다.
프로그래밍을 위한 PEN 핀과 포트 A를 통해 하위 어드레스 버스와 데이터 버스로 사용되도록 하는 ALE 핀, 외부 메모리 쓰기와 읽기를 위한 WR와 RD 핀도 존재한다.
이처럼 ATmega128은 다양한 핀 구성을 가지고 있어 폭넓은 입출력과 제어, 통신 기능을 수행할 수 있다. 이를 통해 다양한 응용 분야에서 효과적으로 활용될 수 있다.
1.4. ATmega128 코어 및 메모리 구조
AVR 코어는 프로그램 카운터가 가리키는 메모리 주소에서 명령어를 인출하고 해독하는 부분과 ALU, 32개의 범용 레지스터, 상태 레지스터, 스택 포인터와 데이터 메모리 및 인터럽트 처리기 등으로 구성되어 있다. ALU는 32개 범용 레지스터와 연결되어 산술연산, 논리연산과 비트연산을 수행한다. 범용 레지스터는 별도의 누산기가 없고 32개의 8비트 레지스터(R0~R31)가 있다. X, Y, Z 레지스터는 주로 데이터 메모리의 16비트 주소를 간접지정하는 주소 포인터로 사용된다. 상태 레지스터 SREG는 ALU에서 가장 최근에 실행된 산술 연산 결과에 대한 상태를 나타내며, 스택 포인터는 스택에 저장하는 번지값을 가지는 16비트 레지스터이다. RAMPZ 레지스터는 64KB RAM 페이지를 선택할 때 사용된다.
ATmega128은 128KB의 플래시 메모리를 가지고 있으며, 각 메모리 주소는 16비트로 구성되어 있다. 따라서 전체 메모리 구조는 128KB가 된다. 모든 명령어는 16비트 또는 32비트로 되어 있어 각 명령어는 프로그램 메모리에서 1~2개의 주소를 차지한다. 데이터 메모리는 SRAM, EEPROM, 32개의 레지스터 파일, 64개의 I/O 레지스터(메모리), 160개의 확장 I/O 레지스터(메모리), 4KB의 내부 SRAM 등으로 구성된다. 외부 메모리 인터페이스 소자에 따라 0~3개의 웨이트 사이클을 설정할 수 있으며, 외부 메모리를 2개의 섹터로 분할하고 각각에 다른 웨이트 사이클을 설정할 수 있다. 또한 필요한 상위 어드레스 비트만을 사용하도록 설정할 수 있고, 데이터 버스 핀의 전류 소비를 줄이는 버스 키퍼 기능을 설정할 수 있다.
2. ATmega128 입출력 포트
2.1. ATmega128의 I/O 포트
ATmega128은 8비트 마이크로컨트롤러로 총 7개의 I/O 포트를 가지고 있다. 포트 A부터 포트 G까지 각각 8비트, 8비트, 8비트, 8비트, 8비트, 8비트, 5비트의 입출력 핀으로 구성되어 있다. 이들 I/O 포트는 디지털 입출력, 아날로그 입력, 특수 기능 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.
각각의 I/O 포트는 데이터 방향을 설정하는 DDRx 레지스터, 포트 핀의 출력 값을 설정하는 PORTx 레지스터, 포트 핀의 입력 값을 읽는 PINx 레지스터로 구성된다. DDRA, PORTA, PINA와 같은 형식으로 각 포트의 레지스터에 접근할 수 있다. 포트 핀은 내부 풀업 저항이 내장되어 있어 별도의 외부 풀업 저항이 필요 없으며, 소프트웨어로 풀업 기능을 쉽게 설정할 수 있다.
I/O 포트의 핀은 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하드웨어적으로 구현되어 ...
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