본문내용
1. 서론
1.1. 부산대 어드벤처디자인 개요
부산대학교는 혁신적인 교육 프로그램인 '어드벤처디자인'을 운영하고 있다. 이 프로그램은 학생들의 창의성과 문제해결 능력을 향상시키기 위해 마이크로컨트롤러를 활용하는 실습 과정으로 구성되어 있다. 학생들은 마이크로컨트롤러의 구조와 동작 원리를 이해하고, 디지털 입출력 기술을 활용하여 다양한 제어 시스템을 설계하고 구현한다. 또한 아날로그 신호와 디지털 신호의 특성을 파악하고, 플로팅 현상과 채터링 현상에 대한 해결 방법을 배운다. 이를 통해 논리 게이트와 디코더 회로 설계 등 전자 회로의 기본 원리를 익히며, 실제 문제 상황에 적용할 수 있는 능력을 기르게 된다. 이러한 실습 중심의 교육 과정은 학생들의 실무 역량 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.
1.2. 마이크로컨트롤러의 이해
마이크로컨트롤러는 하나의 칩에 CPU, 메모리, 입출력장치가 통합되어 있는 집적회로이다. 마이크로프로세서와 달리 마이크로컨트롤러는 임베디드 시스템의 핵심을 이루며, 입출력 구성요소가 내부에 존재하여 회로가 상대적으로 덜 복잡하다. 마이크로프로세서는 연산에 특화된 기능을 갖는 반면, 마이크로컨트롤러는 다양한 입출력 장치를 제어하는 기능이 강조된다.
마이크로컨트롤러의 대표적인 사례인 Mega2560은 5V로 작동하며, 권장 입력 전압 범위가 7V~12V이다. 이 보드에는 54개의 디지털 입출력 핀이 있으며, 그중 15개가 PWM 기능을 지원한다. 또한 16개의 아날로그 입력 핀과 8KB의 플래시 메모리, 8KB의 SRAM, 4KB의 EEPROM을 갖추고 있다. 클럭 속도는 16MHz이며, USB 호스트 기능을 위한 MAX3421E 칩이 탑재되어 있다.
마이크로컨트롤러 보드의 각 핀들은 다양한 용도로 활용된다. 예를 들어 시리얼 통신 핀, PWM 핀, SPI 통신 핀, 외부 인터럽트 핀, LED 핀, TWI 통신 핀 등이 있다. 이러한 핀들의 기능과 역할을 이해하는 것은 마이크로컨트롤러 기반 프로젝트를 수행하는 데 필수적이다.
1.3. 디지털 입출력 소개
디지털 입출력은 디지털 신호를 이용하여 정보를 교환하는 인터페이스이다. 디지털 신호는 일정한 전압 수준으로 정의된 0과 1의 이진수로 표현되며, 이를 통해 마이크로컨트롤러와 주변 장치 사이의 통신 및 제어가 가능하다.
디지털 입력은 마이크로컨트롤러의 입력 핀에 연결된 외부 장치에서 수신된 신호를 인식하는 것이다. 이를 통해 스위치, 센서 등 다양한 디지털 입력 장치와 연동할 수 있다. 디지털 출력은 마이크로컨트롤러의 출력 핀을 통해 전압 신호를 외부 장치로 전달하는 것으로, LED, 릴레이, 모터 드라이버 등의 제어에 활용할 수 있다.
디지털 입출력은 높은 신호 대 잡음비, 빠른 응답 속도, 정확한 신호 전달 등의 장점이 있어 임베디드 시스템에서 널리 사용된다. 또한 디지털 통신 프로토콜인 UART, SPI, I2C 등을 통해 마이크로컨트롤러와 다른 디지털 장치 간 데이터를 교환할 수 있다.
이처럼 디지털 입출력은 마이크로컨트롤러 기반 시스템 구축에 필수적인 기능이며, 전자 회로 설계와 프로그래밍 기술을 통해 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.
2. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러
2.1. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 차이점
마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 차이점은 다음과 같다.
마이크로프로세서는 내부에 소량의 데이터를 임시 저장하는 레지스터, 명령어를 해석하여 레지스터나 연산장치를 제어하는 제어장치, 산술연산을 담당하며 제어장치의 제어를 받는 연산장치를 포함하여 연산에 특화된 기능을 갖는 장치이다. 반면 마이크로컨트롤러는 하나의 칩에 CPU, 메모리, 입출력장치가 통합되어있는 집적회로이다.
마이크로프로세서는 컴퓨터 시스템의 핵심이지만 마이크로컨트롤러는 임베디드 시스템의 핵심이라는 차이가 있다. 또한 마이크로컨트롤러는 입출력 컴포넌트가 외부에 연결되어 회로가 복잡하지만 마이크로컨트롤러는 입출력 구성요소가 내부에 존재해 마이크로프로세서에 비해 회로가 덜 복잡하다.
2.2. Mega2560의 성능 및 핀 구성
Mega2560은 마이크로컨트롤러로, 작동 전압은 5V이며 권장 입력 전압 범위는 7V~12V이고, 입력 전압은 6V~20V이다. 디지털 입출력 핀은 총 54개이며 이 중 15개가 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 유지) 사용이 가능하다. 아날로그 입력 핀은 16개이고, 각 입출력핀의 DC 전류는 40mA이며, 3.3V 핀에 사용되는 DC전류는 50mA이다. 8KB의 플래시 메모리가 부트 로더의 도움으로 사용되는 256KB와 같은 플래시 메모리가 사용되며, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)는 8KB이다. 전기적으로 지울 수 있는 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(EEPROM)는 4KB이고, 클럭 속도은...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10