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  1. 2015.05.16 마이크로컨트롤러의 I/O 장치들

 디지털 시스템은 프로세서만으로는 구성되지 않는다. 프로세서는 사람으로 비유하면 두뇌의 역할이고 이 프로세서와 데이터를 주고받는 외부 장치들이 있기 마련이다. 이렇게 프로세서와 데이터를 주고받는 외부장치들을 I/O 장치라고 하며 I/O는 입력(input)과 출력(output)의 줄임말로서 디지털 시스템에서 널리 쓰이는 용어이다.


 흔히 볼 수 있는 PC의 예를 들면 D램, HDD, ODD, 키보드, 마우스, 모니터, 프린터 등이 I/O장치에 해당되며 이들 장치는 모두 CPU와 데이터를 주고받으며 특정한 기능을 수행한다. 이 주변장치들은 프로세서 외부에 있을 수도 있고 프로세서와 같이 하나의 칩으로 만들어질 수도 있다.


 uC(microcontroller)에서 주변장치는 크게 메모리와 기타 장치로 구분할 수 있다. 메모리는 사용자가 작성한 프로그램과 데이터를 저장하는데 이용되고, 기타 장치의 예는 입출력포트, 타이머/카운터, analog-to-digital 변환기 (ADC), 직렬통신장치 등이다. 대부분의 프로세서는 위와 같은 주변장치와 통신을 위해서 두 가지로 구분되는 서로 다른 어드레스 영역을 가진다. 여기에서는 기타 장치에 대해서 간략하게 알아보도록 하겠다.


I/O 포트

 I/O 포트(port)는 프로세서와 외부 장치 간 신호를 주고받는 통로를 의미한다. 이 I/O 포트를 통해서 외부의 센서라든지 스위치와 같은 장치에서 발생하는 신호가 프로세서로 전달되며, 혹은 프로세서에서 발생된 신호를 외부 장치로 내보낼 때에도 I/O포트를 이용한다. 보통 uC는 I/O포트가 칩에 내장되어 있는 경우가 많다. AVR의 경우에는 이 I/O포트가 칩에 내장되어 있어 외부에 별도의 장치를 연결할 필요가 없다.

[그림 1] I/O 포트의 역할 개념도


인터럽트(interrupt)

 프로세서가 어떤 작업을 수행하고 있는 도중에 특수한 이벤트가 발생하면 수행 중인 작업을 중단하고 발생한 이벤트를 처리한 다음, 이전에 수행하던 작업으로 되돌아가 나머지 작업을 계속 처리하게 된다. 이러한 ‘즉시 처리해야 하는 특수한 이벤트의 발생’을 인터럽트(interrupt)라고 한다. 인터럽트가 발생하면 uC는 그것을 처리하는 작업들이 수록된 함수로 명령 수행 과정을 옮기게 되는데 이 함수를 인터럽트 서비스 루틴 (interrupt service routine, 이하 ISR)이라고 한다. 인터럽트는 디지털 시스템에서 굉장히 중요한 비중을 차지한다. ATmega8(A)도 외부인터럽트 2개를 포함한 18개의 인터럽트 소스가 있다.


타이머/카운터 (timer/counter)

 타이머(timer)는 시간과 관련된 장치로서 특정한 시간에 신호를 발생한다던가 혹은 정해진 주파수로 이벤트를 발생한다든가 하는데 사용된다. 카운터(counter)는 계수와 관련된 장치로서 펄스의 수를 센다든다 혹은 외부에서 발생하는 이벤트의 횟수를 센다든가 하는데 사용된다. AVR의 경우 대부분 8비트 혹은 16비트 타이머/카운터를 내장하고 있어서 이러한 시간과 관련된 신호를 생성하거나 주기적으로 이벤트를 발생하는데 사용할 수 있다. AVR의 타이머/카운터에 대해서는 7장에서 자세히 다루도록 한다.


A/D 변환기 (analog to digital converter)

A/D변환기는 아날로그(analog)신호를 디지털(digital)신호로 변환하는 장치이다. 디지털 시스템에서는 보통 A/D변환이라고 하면 연속적인 전압값을 디지털값으로 변환하는 것을 말하는 경우가 많다. 자연계나 외부의 물리값(예를 들어 온도, 밝기 등등)을 센서(sensor)를 통해서 이에 비례(반비례)하는 전압을 띠게 하고 이 전압을 A/D변환기를 이용하여 디지털 값으로 변환한 후 프로세서가 사용하게 된다.

 AVR의 경우에는 이러한 A/D변환기를 내장하고 있는 경우가 많아서 외부에 A/D변환기를 별도로 연결할 필요 없이 편리하게 사용할 수 있다. ATmega8(A)의 경우에도 A/D변환기를 내장하고 있다.

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Posted by 살레시오

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