[로봇사이언스몰] ATmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

1. 책 소개

마이크로컨트롤러의 이해와 활용을 위한 친절한 커리큘럼!

ATmega128로 마이크로컨트롤러 시작하기!

이 책은 아트멜의 AVR 시리즈 마이크로컨트롤러 중 하나인 ATmega128을 이해하고 활용하는 방법을 다룬다. ATmega128은 간단한 하드웨어 구조와 프로그래밍 방식으로, 대표적인 8비트 마이크로컨트롤러의 하나로 자리매김하고 있다. 이 책을 통해 독자는 ATmega128 마이크로컨트롤러와 친숙해짐은 물론, 다른 종류의 마이크로컨트롤러를 이해하고 응용할 수 있는 기반을 마련할 수 있으며, 마이크로컨트롤러를 통해 주변 환경과 상호 작용하는 방법을 발견할 수 있을 것이다.

1. 서지 정보

2. 출판사 서평

마이크로컨트롤러의 이해와 활용을 위한 친절한 커리큘럼!

ATmega128로 마이크로컨트롤러 시작하기!

이 책은 아트멜의 AVR 시리즈 마이크로컨트롤러 중 하나인 ATmega128을 이해하고 활용하는 방법을 다룬다. ATmega128은 간단한 하드웨어 구조와 프로그래밍 방식으로, 대표적인 8비트 마이크로컨트롤러의 하나로 자리매김하고 있다. 이 책을 통해 독자는 ATmega128 마이크로컨트롤러와 친숙해짐은 물론, 다른 종류의 마이크로컨트롤러를 이해하고 응용할 수 있는 기반을 마련할 수 있으며, 마이크로컨트롤러를 통해 주변 환경과 상호 작용하는 방법을 발견할 수 있을 것이다.

이 책에서 다루는 내용

· ATmega128 프로그래밍 준비하기

ATmega128을 이해하고, ATmega128을 위한 프로그램을 작성하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어에 대해 알아본다.

· ATmega128 프로그래밍 시작하기

디지털 및 아날로그 데이터 입출력 방법, 다양한 시리얼 통신 방법, 8비트 및 16비트 타이머/카운터, 인터럽트 처리 등 ATmega128에서 제공하고 있는 기본 기능을 알아본다.

· ATmega128 활용하기

ATmega128과 함께 흔히 사용되는 7세그먼트, 텍스트 LCD, 모터, 센서, 블루투스 등 다양한 주변장치의 특징과 사용 방법을 알아본다.

1. 책속으로

ATmega128은 저전력 고성능의 8비트 마이크로컨트롤러로, 아트멜의 AVR 시리즈에 속하는 마이크로컨트롤러 중에서도 흔히 사용되는 마이크로컨트롤러 중 하나다. AVR 시리즈 마이크로컨트롤러는 8비트 마이크로컨트롤러 중에서는 최신의 구조를 반영하여 설계했으므로 다른 8비트 마이크로컨트롤러에 비해 구조가 간단하다. 게다가 다양한 관련 정보를 온·오프라인에서 손쉽게 찾아볼 수 있다는 점 또한 AVR의 대중화를 이끄는 데 한몫했다고 할 수 있다. 이러한 AVR 시리즈 마이크로컨트롤러의 우수성은 최근 오픈소스 마이크로컨트롤러 프로젝트로 주목받고 있는 아두이노에서 AVR 시리즈 마이크로컨트롤러를 채택한 사실에서도 확인할 수 있다.

_67쪽

ATmega128을 위한 프로그램은 C/C++ 언어를 사용하여 작성할 수 있는데 이 책에서는 C 언어를 사용한다. 마이크로컨트롤러의 성능이 높아지면서 32비트 마이크로컨트롤러의 경우 C++ 스타일의 프로그램을 작성하는 경우도 어렵지 않게 볼 수 있지만, 8비트 CPU와 작은 크기의 메모리를 가진 AVR 시리즈 마이크로컨트롤러에서는 C 언어만으로도 충분하다.

_127쪽

인터럽트는 정상적인 프로그램의 흐름을 벗어나는 비정상적인 사건을 가리킨다. 인터럽트의 가장 큰 특징은 하드웨어에 의해 인터럽트 검사가 이루어지므로 사건의 발생 여부를 프로그램에서 검사할 필요가 없다는 점이다. 하지만 사건의 발생 여부를 자동으로 검사하도록 설정하는 작업은 필요하다. 인터럽트 방식과 비교되는 방식은 폴링 방식으로 프로그램 내에서 특정 사건의 발생 여부를 지속적으로 검사해야 한다.

_290쪽

I2C는 저속으로 적은 데이터를 전송할 때 주로 사용하는 시리얼 통신 방법이다. I2C 외에도 ATmega128에서 사용할 수 있는 시리얼 통신 방법으로는 UART와 SPI가 있다. 이들 세 가지 방법은 모두 시리얼 통신 방법이라는 점은 동일하지만, 각기 장단점을 가지고 있으므로 용도에 맞게 골라 사용하면 된다. I2C의 가장 큰 장점은 슬레이브의 개수에 상관없이 항상 2개의 연결선만을 필요로 하므로 연결이 간단하고 확장성이 뛰어나다는 점이다. 반면 반이중 통신 방식을 사용하여 다른 방법에 비해 전송 속도가 느리다는 점은 단점으로 꼽힌다. 이러한 특징으로 인해 I2C는 적은 데이터를 간헐적으로 전송하는 센서 연결에 주로 사용한다.

_401쪽

7세그먼트 표시장치는 간단한 정보를 나타내는 7개의 세그먼트와 소수점 표시를 위한 세그먼트까지 총 8개의 세그먼트를 바이트 단위 데이터로 제어하는 표시장치의 일종이다. 7세그먼트 표시장치는 구성 방식에 따라 HIGH 값을 출력하는 경우 해당 세그먼트가 켜지는 공통 음극 방식과, LOW 값을 출력하는 경우 해당 세그먼트가 켜지는 공통 양극 방식의 두 가지가 있다. 공통 양극 방식과 공통 음극 방식은 제어 방식이 서로 반대이므로 사용하고자 하는 장치의 데이터시트를 반드시 확인해야 한다.

_421쪽

1. 저자 소개

허경용

연세대학교 전자공학과 학사와 동(同)대학원 석사를 취득하였다. 이후 플로리다대학교(University of Florida)에서 컴퓨터공학 박사를 취득하였으며, 현재 동의대학교 전자공학과 교수로 재직 중

이다. 저서로는 《따라 하면서 배우는 아두이노》(2016), 《사물인터넷을 품은 아두이노》(2016), 《아트멜 스튜디오와 아두이노로 배우는 ATmega328 프로그래밍》(2015), 《핵심 예제로 배우는 아두이노 프로그래밍》(2015), 《아두이노 상상을 스케치하다》(2014)가 있다.

2. 차례

PART I ATmega128 프로그래밍 준비하기

Chapter1 마이크로컨트롤러 3

1.1 마이크로컨트롤러란 무엇인가? 3

1.2 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 6

1.3 마이크로컨트롤러는 어디에 사용할 수 있을까? 7

1.4 마이크로컨트롤러를 공부하기 위해서는 무엇이 필요할까? 10

1.5 주변장치와 어떻게 데이터를 교환하나? 14

1.6 프로그램은 어떻게 만들어지나? 19

1.7 마이크로컨트롤러가 꼭 필요한가? 21

1.8 마이크로컨트롤러의 CPU vs. 데스크톱 컴퓨터의 CPU 23

1.9 요약 32

연습 문제 33

Chapter2 ATmega128 소개 34

2.1 AVR 마이크로컨트롤러 34

2.2 ATmega128의 외형적 특징 40

2.3 레지스터 45

2.4 ATmega128의 내부 구조 50

2.5 요약 67

연습 문제 68

Chapter3 개발 환경 설정 69

3.1 아트멜 스튜디오 설치 69

3.2 첫 번째 ATmega128 프로그래밍 72

3.3 요약 86

연습 문제 87

Chapter4 마이크로컨트롤러를 위한 C 언어 88

4.1 C 언어 테스트 환경 89

4.2 프로그램의 기본 구조 94

4.3 마이크로컨트롤러를 위한 C 언어 96

4.4 비트 연산자 117

4.5 요약 127

연습 문제 128

Chapter5 ATmega128 보드 129

5.1 ATmega128 보드의 구성 요소 129

5.2 ATmega128 보드 133

5.3 ATmega128 보드 사용 139

5.4 주변장치 연결 143

5.5 요약 148

연습 문제 149

Chapter6 DIY ATmega128 150

6.1 ATmega128 보드 제작 151

6.2 퓨즈 설정 160

6.3 프로그램 테스트 161

6.4 요약 164

연습 문제 164

PART II ATmega128 프로그래밍 시작하기

Chapter7 디지털 데이터 출력 167

7.1 ATmega128의 데이터 핀 167

7.2 디지털 데이터 출력을 위한 레지스터 169

7.3 블링크 171

7.4 LED 패턴 나타내기 174

7.5 요약 180

연습 문제 180

Chapter8 디지털 데이터 입력 181

8.1 풀업 저항과 풀다운 저항 182

8.2 버튼 입력 186

8.3 버튼으로 LED 시프트하기 191

8.4 디바운스 193

8.5 요약 198

연습 문제 199

Chapter9 UART 시리얼 통신 200

9.1 UART 201

9.2 UART 통신을 위한 레지스터 212

9.3 UART 라이브러리 만들기 221

9.4 문자열 수신 229

9.5 printf와 scanf 함수 사용하기 232

9.6 요약 234

연습 문제 235

Chapter10 아날로그-디지털 변환 236

10.1 ATmega128의 ADC 236

10.2 가변저항 읽기 241

10.3 아날로그-디지털 변환을 위한 레지스터 244

10.4 가변저항으로 LED 제어하기 253

10.5 AVCC는 5V인가? 255

10.6 요약 258

연습 문제 259

Chapter11 아날로그 비교기 260

11.1 아날로그 비교기 260

11.2 아날로그 비교기를 위한 레지스터 263

11.3 2개의 아날로그 입력 비교 267

11.4 요약 268

연습 문제 269

Chapter12 인터럽트 270

12.1 폴링 방식과 인터럽트 방식 270

12.2 인터럽트 272

12.3 인터럽트 처리 275

12.4 인터럽트 사용에서의 주의 사항 281

12.5 외부 인터럽트 284

12.6 요약 290

연습 문제 291

Chapter13 8비트 타이머/카운터 292

13.1 타이머/카운터 292

13.2 오버플로 인터럽트 294

13.3 비교 일치 인터럽트 299

13.4 파형 출력 301

13.5 ASSR 레지스터 306

13.6 실행 시간 알아내기 309

13.7 요약 312

연습 문제 313

Chapter14 16비트 타이머/카운터 314

14.1 16비트 타이머/카운터 314

14.2 오버플로 인터럽트 315

14.3 비교 일치 인터럽트 320

14.4 파형 출력 324

14.5 입력 캡처 329

14.6 요약 333

연습 문제 334

Chapter15 PWM 335

15.1 펄스폭 변조 335

15.2 8비트 타이머/카운터의 PWM 모드 342

15.3 16비트 타이머/카운터의 PWM 모드 347

15.4 PWM을 이용한 LED 밝기 제어 354

15.5 요약 356

연습 문제 357

Chapter16 SPI 358

16.1 SPI 358

16.2 SPI 방식의 EEPROM 363

16.3 요약 378

연습 문제 378

Chapter17 I2C 380

17.1 I2C 380

17.2 DS1307, RTC 칩 384

17.3 요약 401

연습 문제 401

PART III ATmega128 프로그래밍 활용하기

Chapter18 7세그먼트 표시장치 405

18.1 한 자리 7세그먼트 표시장치 405

18.2 네 자리 7세그먼트 표시장치 412

18.3 네 자리 7세그먼트 표시장치에 시간 표시 417

18.4 요약 421

연습 문제 422

Chapter19 디지털 입출력 확장 423

19.1 입출력 확장 423

19.2 74595 칩 425

19.3 74165 칩 431

19.4 MCP23017 436

19.5 요약 441

연습 문제 441

Chapter20 LED 매트릭스 442

20.1 LED 매트릭스 442

20.2 LED 매트릭스 제어 448

20.3 74595 직렬 입력 병렬 출력 이동 레지스터 453

20.4 요약 458

연습 문제 459

Chapter21 키 매트릭스 460

21.1 키 매트릭스 461

21.2 4×4 키 매트릭스 465

21.3 요약 469

연습 문제 470

Chapter22 텍스트 LCD 471

22.1 텍스트 LCD 471

22.2 8비트 모드 텍스트 LCD 제어 475

22.3 4비트 모드 텍스트 LCD 제어 482

22.4 요약 489

연습 문제 490

Chapter23 모터 제어 492

23.1 모터 492

23.2 DC 모터 493

23.3 서보 모터 500

23.4 스텝 모터 504

23.5 요약 515

연습 문제 516

Chapter24 릴레이 517

24.1 릴레이 517

24.2 전기기계식 릴레이 519

24.3 반도체 릴레이 523

24.4 요약 524

연습 문제 524

Chapter25 센서 525

25.1 온도 센서 526

25.2 조도 센서 530

25.3 적외선 거리 센서 533

25.4 초음파 거리 센서 536

25.5 요약 540

연습 문제 541

Chapter26 블루투스 542

26.1 블루투스 모듈 설정 543

26.2 스마트폰 설정 548

26.3 블루투스 통신 552

26.4 요약 553

연습 문제 554

Chapter27 GPS 555

27.1 GPS 555

27.2 NMEA 데이터 분석 559

27.3 요약 565

연습 문제 565

Chapter28 그래픽 LCD 567

28.1 그래픽 LCD 567

28.2 그래픽 LCD 라이브러리 571

28.3 요약 581

연습 문제 582

Chapter29 적외선 통신 584

29.1 적외선 584

29.2 적외선 데이터 포맷 586

29.3 적외선 데이터 디코딩 589

29.4 리모컨으로 LED 제어 593

29.5 요약 595

연습 문제 596

Chapter30 스피커 597

30.1 특정 주파수의 구형파 생성 597

30.2 CTC 모드를 사용한 멜로디 재생 599

30.3 위상 및 주파수 교정 모드를 사용한 멜로디 재생 602

30.4 요약 604

연습 문제 605

Chapter31 EEPROM 606

31.1 EEPROM 레지스터 607

31.2 EEPROM 라이브러리 610

31.3 요약 615

연습 문제 616

Chapter32 워치도그 타이머 618

32.1 워치도그 타이머 618

32.2 워치도그 타이머를 위한 레지스터 621

32.3 워치도그 타이머 사용하기 623

32.4 요약 628

연습 문제 628

Chapter33 퓨즈 비트 630

33.1 하이 퓨즈 631

33.2 로 퓨즈 633

33.3 확장 퓨즈 636

33.4 퓨즈 프로그래밍 637

33.5 요약 639

연습 문제 640

Chapter34 아두이노 641

34.1 아두이노 641

34.2 부트로더 644

34.3 스케치 – 아두이노를 위한 프로그램 647

34.4 아두이노 개발 환경 설치 650

34.5 아두이노 프로그래밍 653

34.6 ISP 방식 스케치 업로드 656

34.7 아두이노 환경에서 ATmega128 사용하기 659

34.8 요약 663

연습 문제 664

부록A ATmega128 레지스터 669

부록B 마이크로컨트롤러를 위한 전자공학 678

미 주 716

찾아보기 720