부산대 어드벤쳐디자인 1장 예비보고서

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문서 내 토픽

• 1. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 차이

  마이크로프로세서는 내부에 소량의 데이터를 임시 저장하는 레지스터, 명령어를 해석하여 레지스터나 연산장치를 제어하는 제어장치, 산술연산을 담당하며 제어장치의 제어를 받는 연산장치를 포함하여 연산에 특화된 기능을 갖는 장치이고 마이크로컨트롤러는 하나의 칩에 CPU, 메모리, 입출력장치가 통합되어있는 집적회로이다. 차이점으로는 마이크로프로세서는 컴퓨터 시스템의 핵심이고 마이크로컨트롤러는 임베디드 시스템의 핵심이라는 점, 마이크로 컨트롤러는 입출력 컴포넌트가 외부에 연결되어 회로가 복잡하지만 마이크로컨트롤러는 입출력 구성요소가 내부에 존재해 마이크로 프로세서에 비해 회로가 덜 복잡하다는 점 등이 있다.

• 2. Mega2560의 성능과 핀 구성 및 보드 내 칩들의 역할

  Mega2560은 마이크로 컨트롤러고 작동 전압은 5V, 권장 입력 전압 범위는 7V~12V, 입력 전압은 6V~20V, 디지털 입출력 핀은 54개 이고 이 중 15개가 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 유지) 사용이 가능하다. 아날로그 입력 핀은 16개, 각 입출력핀의 DC 전류는 40mA, 3.3V 핀에 사용되는 DC전류는 50mA이다. 8KB의 플래시 메모리가 부트 로더의 도움으로 사용되는 256KB와 같은 플래시 메모리가 사용되고 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)는 8KB이다. 전기적으로 지울 수 있는 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(EEPROM)는 4KB이다. 클럭 속도은 16MHz이다. USM 호스트 칩은 MAX3421E이다. 길이는 101.52mm, 너비는 53.3mm, 무게는 37g이다.

• 3. 디지털 신호와 아날로그 신호의 차이

  아날로그 신호의 특성으로는 일정 기간동안 변하는 연속파라는 점, 사인파로 표시된다는 점, 진폭, 주기 또는 주파수 및 위상으로 설명할 수 있다는 점, 고정된 범위가 없다는 점, 왜곡되기 쉽다는 점, 파의 형태로 데이터를 전송한다는 점 등이 있고 이와 대비되는 디지털 신호의 특성은 이진 형태로 정보를 전달하는 불연속파라는 점, 구형파로 표현된다는 점, 비트 전송률 및 비트 간격으로 설명할 수 있다는 점, 0과 1사이의 유한 범위를 가진다는 점, 왜곡이 적다는 점, 이진 형식으로 데이터를 전달한다는 점에서 디지털 신호와 아날로그 신호의 차이가 드러난다.

• 4. 플로팅 현상과 풀업/풀다운 저항 회로

  플로팅 현상이란 떠 있다라는 뜻으로 0(LOW)도 아니고 1(HIGH)도 아닌 상태를 말한다. 이를 해결하기 위해 풀업 저항과 풀다운 저항을 사용하는데, 풀업 저항은 스위치가 개방된 상태일 때 input 핀으로 전류가 흘러 5V 전압이 걸려 1(HIGH)로 인식되고, 풀다운 저항은 스위치가 개방되어 있을 때 전류가 GND 쪽으로 흘러 0(LOW)로 인식된다.

• 5. 채터링 현상과 해결 방법

  채터링 현상이란 전자회로 내의 스위치 접점이 닫히거나 열리는 순간에 기계적인 진동에 의해 매우 짧은 시간안에 스위치가 붙었다가 떨어지는 것을 반복하는 현상으로, 이를 해결하는 과정을 디바운스라고 한다. 소프트웨어적 해결 방법으로는 폴링(polling) 방법이 있고, 하드웨어적 해결 방법으로는 RS플립플롭 회로를 이용하는 방법이 있다.

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• 1. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 차이

  마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러는 모두 마이크로칩 기반의 컴퓨터 장치이지만, 그 구조와 기능에서 차이가 있습니다. 마이크로프로세서는 주로 범용 CPU로 사용되며, 메모리와 입출력 장치를 외부에 연결하여 사용합니다. 반면 마이크로컨트롤러는 CPU, 메모리, 입출력 장치 등이 하나의 칩에 통합되어 있어 단일 칩으로 완성된 시스템을 구현할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러는 특정 응용 분야에 최적화되어 있어 저전력, 저비용 임베디드 시스템 구현에 적합합니다. 따라서 마이크로프로세서는 범용 컴퓨팅에, 마이크로컨트롤러는 특정 제어 및 모니터링 응용에 주로 사용됩니다.

• 2. Mega2560의 성능과 핀 구성 및 보드 내 칩들의 역할

  Mega2560은 Arduino 보드 중 하나로, ATmega2560 마이크로컨트롤러를 사용합니다. ATmega2560은 8비트 RISC 아키텍처를 가지며, 16MHz의 클록 속도와 256KB의 플래시 메모리, 8KB의 SRAM, 4KB의 EEPROM을 가지고 있습니다. 이를 통해 Mega2560은 다양한 센서와 액추에이터를 제어할 수 있는 성능을 갖추고 있습니다. 보드의 핀 구성은 디지털 입출력 핀, 아날로그 입력 핀, PWM 출력 핀, 통신 인터페이스 핀 등으로 구성되어 있어 다양한 외부 장치와의 연결이 가능합니다. 보드 내부에는 ATmega2560 마이크로컨트롤러 외에도 USB-to-Serial 변환 칩, 전원 관리 회로 등이 포함되어 있어 편리한 사용이 가능합니다.

• 3. 디지털 신호와 아날로그 신호의 차이

  디지털 신호와 아날로그 신호는 신호의 표현 방식에서 차이가 있습니다. 디지털 신호는 0과 1의 이진 값으로 표현되며, 이산적인 값을 가집니다. 반면 아날로그 신호는 연속적인 값을 가지며, 전압이나 전류 등의 물리량으로 표현됩니다. 디지털 신호는 노이즈에 강하고 정확한 데이터 전송이 가능하지만, 아날로그 신호에 비해 정보 손실이 발생할 수 있습니다. 아날로그 신호는 연속적인 값을 가지므로 더 세밀한 정보 표현이 가능하지만, 노이즈에 취약하고 데이터 전송 과정에서 왜곡이 발생할 수 있습니다. 따라서 응용 분야에 따라 디지털 신호와 아날로그 신호를 적절히 활용해야 합니다.

• 4. 플로팅 현상과 풀업/풀다운 저항 회로

  플로팅 현상은 입력 핀이 연결되지 않은 상태에서 발생하는 현상으로, 입력 핀의 전압 레벨이 불안정해지는 것을 말합니다. 이는 노이즈에 의해 입력 값이 변동되어 오작동을 일으킬 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 풀업 저항 또는 풀다운 저항 회로를 사용합니다. 풀업 저항은 입력 핀을 높은 전압 레벨(VCC)에 연결하고, 풀다운 저항은 낮은 전압 레벨(GND)에 연결합니다. 이를 통해 입력 핀의 전압 레벨을 안정화시킬 수 있습니다. 풀업/풀다운 저항 회로는 스위치, 버튼, 센서 등의 입력 신호 처리에 널리 사용되며, 플로팅 현상을 방지하여 안정적인 동작을 보장합니다.

• 5. 채터링 현상과 해결 방법

  채터링 현상은 기계적 스위치나 버튼을 누르거나 놓을 때 발생하는 불안정한 신호를 말합니다. 이는 스위치 접점이 완전히 닫히거나 열리기 전에 잠깐 동안 여러 번 접점이 열리고 닫히는 현상으로 인해 발생합니다. 채터링 현상은 마이크로컨트롤러의 오작동을 유발할 수 있으므로 해결해야 합니다. 채터링 현상을 해결하는 방법으로는 하드웨어적 방법과 소프트웨어적 방법이 있습니다. 하드웨어적 방법으로는 RC 필터 회로나 디바운싱 회로를 사용하여 신호를 안정화시킬 수 있습니다. 소프트웨어적 방법으로는 입력 신호를 일정 시간 지연시켜 안정화시키는 디바운싱 알고리즘을 구현할 수 있습니다. 이러한 방법들을 통해 채터링 현상을 효과적으로 해결할 수 있습니다.