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센서와 임베디드시스템 개론 컴퓨터공학부 황현석
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Oct 22, 2019

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센서와임베디드시스템

개론

컴퓨터공학부

황 현 석

2

센서란 무엇인가

센서의 정의

인간의 오감에 상당하는 기능이

있는 디바이스를 총칭

대상에 대한 정보를 물리적으로

떨어진 곳으로 전송 가능한 신호

나 부호로 변환하는 기능을 가진

액츄에이터(경보 제어)사지(四肢)동작

센서오감정보의 입력

마이크로 프로세서두뇌사고

로봇(or 모듈)인간기능

3

생체의 감각과 기계의 감각

오감센서

인간이나 생체의 오감을 대체하여 그 기능의 확장 발전을 의도하여 만들어진

기계 부품

생체오감 vs 오감센서

시각청각 센서가 우수

ndash 뱀 박쥐harr적외선 초음파

촉각 동등

ndash 촉각센서 (tactile sensor) 접촉센서 (touch sensor)

미각후각 인간이 우수

ndash 미각의 4 기본 요소 (단맛 쓴맛 짠맛 신맛) + 촉각 후각 온도감각의

복합적 작용

ndash 전자코 멀티 어레이 (multi array) 센서 (인간의 경우 10000가지 이상)

4

오감과 센서의 종류

bull 눈-시각 광 센서광도전소자 CCD 영상(이미지)센서 포토 다이오드

bull 귀-청각 음향센서(마이크로폰 압력소자)

bull 피부-촉각 촉각센서

1 진동센서(스트레인 게이지 반도체 압력소자)

2 온도센서(써미스타 백금 초전 센서)

3 압력센서(다이아프램 감압 필름)

bull 혀-미각 미각센서(백금 산화물 반도체 가스센서 입자센서 산화계열선형 소결 반도체)

bull 코-후각 후각센서(바이오 케미칼 센서 실리콘산 티탄산염)

5

감지와 인지

감지와 인지

감지 대상의 유무 혹은 대상으로부터의 신호를 검출 middot 변환하는 물리적

측면의 개념

인지 상태를 인식하기도 하고 판단하는 정보적 측면 또는 지적 측면의 개념

현재의 기술 컴퓨터를 이용하여 인지의 단계로 발전하는 초보적인 단계

생체오감은 1점의 물리량에 대한 계량이 아닌 시간적 공간적으로 변화하는

상태에 대한 인식

6

센서-트랜스듀서-액츄에이터

트랜스듀서(transducer)와 액츄에이터(actuator)트랜스듀서

변환장치기구

물리량화학량harr전기신호

액츄에이터

구동장치조작기

명령에 의하여 작동하는 구동기

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

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2

센서란 무엇인가

센서의 정의

인간의 오감에 상당하는 기능이

있는 디바이스를 총칭

대상에 대한 정보를 물리적으로

떨어진 곳으로 전송 가능한 신호

나 부호로 변환하는 기능을 가진

액츄에이터(경보 제어)사지(四肢)동작

센서오감정보의 입력

마이크로 프로세서두뇌사고

로봇(or 모듈)인간기능

3

생체의 감각과 기계의 감각

오감센서

인간이나 생체의 오감을 대체하여 그 기능의 확장 발전을 의도하여 만들어진

기계 부품

생체오감 vs 오감센서

시각청각 센서가 우수

ndash 뱀 박쥐harr적외선 초음파

촉각 동등

ndash 촉각센서 (tactile sensor) 접촉센서 (touch sensor)

미각후각 인간이 우수

ndash 미각의 4 기본 요소 (단맛 쓴맛 짠맛 신맛) + 촉각 후각 온도감각의

복합적 작용

ndash 전자코 멀티 어레이 (multi array) 센서 (인간의 경우 10000가지 이상)

4

오감과 센서의 종류

bull 눈-시각 광 센서광도전소자 CCD 영상(이미지)센서 포토 다이오드

bull 귀-청각 음향센서(마이크로폰 압력소자)

bull 피부-촉각 촉각센서

1 진동센서(스트레인 게이지 반도체 압력소자)

2 온도센서(써미스타 백금 초전 센서)

3 압력센서(다이아프램 감압 필름)

bull 혀-미각 미각센서(백금 산화물 반도체 가스센서 입자센서 산화계열선형 소결 반도체)

bull 코-후각 후각센서(바이오 케미칼 센서 실리콘산 티탄산염)

5

감지와 인지

감지와 인지

감지 대상의 유무 혹은 대상으로부터의 신호를 검출 middot 변환하는 물리적

측면의 개념

인지 상태를 인식하기도 하고 판단하는 정보적 측면 또는 지적 측면의 개념

현재의 기술 컴퓨터를 이용하여 인지의 단계로 발전하는 초보적인 단계

생체오감은 1점의 물리량에 대한 계량이 아닌 시간적 공간적으로 변화하는

상태에 대한 인식

6

센서-트랜스듀서-액츄에이터

트랜스듀서(transducer)와 액츄에이터(actuator)트랜스듀서

변환장치기구

물리량화학량harr전기신호

액츄에이터

구동장치조작기

명령에 의하여 작동하는 구동기

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 3: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

3

생체의 감각과 기계의 감각

오감센서

인간이나 생체의 오감을 대체하여 그 기능의 확장 발전을 의도하여 만들어진

기계 부품

생체오감 vs 오감센서

시각청각 센서가 우수

ndash 뱀 박쥐harr적외선 초음파

촉각 동등

ndash 촉각센서 (tactile sensor) 접촉센서 (touch sensor)

미각후각 인간이 우수

ndash 미각의 4 기본 요소 (단맛 쓴맛 짠맛 신맛) + 촉각 후각 온도감각의

복합적 작용

ndash 전자코 멀티 어레이 (multi array) 센서 (인간의 경우 10000가지 이상)

4

오감과 센서의 종류

bull 눈-시각 광 센서광도전소자 CCD 영상(이미지)센서 포토 다이오드

bull 귀-청각 음향센서(마이크로폰 압력소자)

bull 피부-촉각 촉각센서

1 진동센서(스트레인 게이지 반도체 압력소자)

2 온도센서(써미스타 백금 초전 센서)

3 압력센서(다이아프램 감압 필름)

bull 혀-미각 미각센서(백금 산화물 반도체 가스센서 입자센서 산화계열선형 소결 반도체)

bull 코-후각 후각센서(바이오 케미칼 센서 실리콘산 티탄산염)

5

감지와 인지

감지와 인지

감지 대상의 유무 혹은 대상으로부터의 신호를 검출 middot 변환하는 물리적

측면의 개념

인지 상태를 인식하기도 하고 판단하는 정보적 측면 또는 지적 측면의 개념

현재의 기술 컴퓨터를 이용하여 인지의 단계로 발전하는 초보적인 단계

생체오감은 1점의 물리량에 대한 계량이 아닌 시간적 공간적으로 변화하는

상태에 대한 인식

6

센서-트랜스듀서-액츄에이터

트랜스듀서(transducer)와 액츄에이터(actuator)트랜스듀서

변환장치기구

물리량화학량harr전기신호

액츄에이터

구동장치조작기

명령에 의하여 작동하는 구동기

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

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4

오감과 센서의 종류

bull 눈-시각 광 센서광도전소자 CCD 영상(이미지)센서 포토 다이오드

bull 귀-청각 음향센서(마이크로폰 압력소자)

bull 피부-촉각 촉각센서

1 진동센서(스트레인 게이지 반도체 압력소자)

2 온도센서(써미스타 백금 초전 센서)

3 압력센서(다이아프램 감압 필름)

bull 혀-미각 미각센서(백금 산화물 반도체 가스센서 입자센서 산화계열선형 소결 반도체)

bull 코-후각 후각센서(바이오 케미칼 센서 실리콘산 티탄산염)

5

감지와 인지

감지와 인지

감지 대상의 유무 혹은 대상으로부터의 신호를 검출 middot 변환하는 물리적

측면의 개념

인지 상태를 인식하기도 하고 판단하는 정보적 측면 또는 지적 측면의 개념

현재의 기술 컴퓨터를 이용하여 인지의 단계로 발전하는 초보적인 단계

생체오감은 1점의 물리량에 대한 계량이 아닌 시간적 공간적으로 변화하는

상태에 대한 인식

6

센서-트랜스듀서-액츄에이터

트랜스듀서(transducer)와 액츄에이터(actuator)트랜스듀서

변환장치기구

물리량화학량harr전기신호

액츄에이터

구동장치조작기

명령에 의하여 작동하는 구동기

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 5: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

5

감지와 인지

감지와 인지

감지 대상의 유무 혹은 대상으로부터의 신호를 검출 middot 변환하는 물리적

측면의 개념

인지 상태를 인식하기도 하고 판단하는 정보적 측면 또는 지적 측면의 개념

현재의 기술 컴퓨터를 이용하여 인지의 단계로 발전하는 초보적인 단계

생체오감은 1점의 물리량에 대한 계량이 아닌 시간적 공간적으로 변화하는

상태에 대한 인식

6

센서-트랜스듀서-액츄에이터

트랜스듀서(transducer)와 액츄에이터(actuator)트랜스듀서

변환장치기구

물리량화학량harr전기신호

액츄에이터

구동장치조작기

명령에 의하여 작동하는 구동기

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

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메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

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IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

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능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

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능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 6: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

6

센서-트랜스듀서-액츄에이터

트랜스듀서(transducer)와 액츄에이터(actuator)트랜스듀서

변환장치기구

물리량화학량harr전기신호

액츄에이터

구동장치조작기

명령에 의하여 작동하는 구동기

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 7: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

7

계측시스템의 구성

측정대상

센서 1

물리량

전압계

센서 2

화학량 전압

전류계전류

Analog

Digital

Instrumentation

Feedback for Control

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 8: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

8

센서의 기본적 특성

본질적 기능

외부로부터 자극이나 신호를 선택적으로 감지

원초적 신호를 유용한 전기적 신호로 변환

기본적 특성

입출력특성 응답속도 선택성 경년변화 내구성 잡음 감도 안정도 복귀도 등

부대요건

기능성 적용성 규격성 생산성 보존성 등

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 9: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

9

센서의 선택시 고려사항

레인지와 스팬 (Range Span)

오차 (Error)

정밀도 (Accuracy)

감도 (Sensitivity)

히스테리시스 (Hysteresis error)

비선형오차 (Nonlinear error)

반복도와 재현도 (Repeatability Reproducibility)

안정도 (Stability)

불감대 불감시간 (Dead band Dead time)

분해능 (Resolution)

스레쉬홀드 (Threshold)

출력 임피던스 (Output Impedance)

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 10: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

10

입출력 특성

감도 센서의 입력에 대한 전기출력의 비 rarr 직선적인 변화특성을 요구

(히스테리시스 현상의 문제)

작동범위 허용한계와 잡음

허용한계 출력의 포화로 상한값을 결정

잡음 측정의 하한값을 결정

증폭기 설계 및 정합

전기적물리적 증폭

전기적물리적 정합

선택성

목적하는 현상만을 검출

각종 보상기법 활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 11: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

11

경년변화 내구성

경년변화 제조시의 특성이 시간에 따라 변화

내구성 수명 정기적 검사와 교정 (calibration)

응답속도

센서에 입력되는 물리량화학량의 변화와 출력신호 사이의 시간지연

과도응답 또는 주파수응답 (예 RC 시정수에 의한 지연)

잡음

외부 또는 내부에서의 교란

신호 대 잡음비 (SN ratio)필터 록인 앰프 (lock-in amp)

전송경로에서 발생하는 노이즈를 해결하기 위하여 출력을 증폭하여 전송

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 12: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

12

신호레벨

프로세스공업에서는 국제적으로 통일화 됨

직류 4~20 mA 1~5 V

바이어스 센서측의 고장유무 판단

신호처리회로나 증폭회로에 전력공급

주파수출력

시간의 차원을 포함한 양의 변환시 용이

노이즈에 강함

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 13: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

13

센서의 분류

역학량에 따른 분류

감지대상 센 서

변위 길이차동트랜스 스트레인게이지 이미지센서

콘덴서(정전형) 변위계

속도 가속도 회전형 속도계 동전형 가속도계

회전수 진동 로터리 엔코더 스코프 압전형 검출기

압 력 다이어프램 로드셀 수정압력계

힘 토크 저울 천칭 툐션바(비틀림 바)

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 14: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

14

물리량에 따른 분류

감지대상 센 서 주요효과구 분

온 도 열전대 서미스터 온도계 열저항 열복사

빛 색 광전도 광결합형 이미지센서포토다이오드

광전도 패러데이필터

자 기 홀(hall)소자 자기저항소자 HallJosephoson

전 류 분류기 변류기 전류의 크기 변화

자외선 방사선 조도계 광량계 GM계수계

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 15: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

15

화학량에 따른 분류

감지대상 센 서 효 과구 분

습 도 세라믹센서 고분자막센서저항

유전율의 변화

가 스매연센서 반도체 가스 센서

동성가스센서저항 변화 기전력 변화

이 온 PH전극센서 이온선택 기전력 저항

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 16: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

16

센서와 신호

신호의 정의

입력신호 대상의 상태에 대응하는 정보를 측정한 양

출력신호 입력신호가 센서에 의해 전기량으로 바뀐 양

공기나 빛의 경우도 출력신호로 이용 (광통신 등)

아날로그 출력과 디지털 출력

아날로그 출력

전압 전류 임피던스 주파수 광 등

대부분의 센서 출력 (입력이 아날로그)

디지털 출력

이산적 수치나 부호

회로부 ADC를 통한 양자화

온오프형 센서 스위치 접점

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 17: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

17

센서 출력의 전송

증분 전송 vs 절대치 전송

증분 전송 증분값만을 전송 기구적으로 간단

절대치 전송 절대값을 전송

센서 ADC 증분추출 수신 메모리 절대치

증분전송

2가닥

센서 ADC 수신 절대치

절대치전송

다수 가닥

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 18: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

18

임베디드시스템이란 무엇인가

임베디드 시스템의 정의

다른 시스템의 일부로 내장된 마이크로 프로세서 기반 디지털 시스템

범용 컴퓨터와 달리 특정 목적의 기기에 내장된 시스템

임베디드 기기의 분류

전통적인 실시간 기기

자동제어시스템 의료시스템 등

가전기기

셋탑박스 DTV 디지털카메라 등

통신기기

게이트웨이 엑세스 포인트

유비쿼터스 기기

센서 액티브 뱃지

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 19: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

19

컴퓨터 시스템

분류

데스크탑 컴퓨터

범용적 다양한 기능 수행

임베디드 컴퓨터

특정 시스템을 제어 감시하기 위해 내장하는 컴퓨터

프로세서 메모리 존재

입출력 지원

기본 구성 요소

하드웨어

프로세서 메모리 입출력 디바이스hellip

소프트웨어

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 20: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

20

임베디드 컴퓨터 아키텍처

임베디드 컴퓨터 블록도

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 21: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

21

프로세서

프로세서(Processor)

프로세서는 컴퓨터에서 가장 중요한 부분

일련의 명령어 지시 방식으로 데이터를 조작

어셈블리 언어(Assembly language)

프로세서가 인식할 수 있는 기계어와 일대일로 대응되는 언어

장점

ndash 프로세서 하드웨어 성능 최대화 코드 크기 작다

단점

ndash 이종 프로세서로 이식이 어렵다

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 22: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

22

프로세서 기능

ALU (Arithmetic Logic Unit)데이터에 대한 수학적 연산 수행

레지스터

프로세서 내의 범용 저장소

종류

색인 레지스터

프로그램 카운터

상태 레지스터

제어레지스터 그림자 레지스터

스택

외부 메모리에서 임시 저장소 기능

팝(pop) 푸시(push)

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 23: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

23

CISC ndash RISC - DSP

CISC 프로세서단일 처리 유닛

외부 메모리

상대적으로 적은 레지스터 군

수백 가지 명령어

예인텔 x86 모토롤라 68xxx 내셔널 세미컨덕터 32xxx hellip

RISC 프로세서거대한 레지스터 군이 있어 프로세서가 주 메모리를 참조하는 횟수 감소

뛰어난 계산 능력 낮은 전력 소모로 임베디드 분야에 활용

예모토롤라 PowerPC MIPS SPARC ARM AVR 마이크로 칩 PIC hellip

DSP (디지털 신호처리 장치)배열 데이터 연산을 처리하기 위해 최적화한 아키텍처와 명령어 집합을 지원

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 24: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

24

버스

같은 기능을 가진 신호선 묶음

컴퓨터 시스템 각 부분 사이에 전기적인 신호를 전달

대부분의 마이크로프로세서는 3버스 시스템 아키텍처

주소 버스 데이터 버스 제어 버스

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 25: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

25

메모리

프로세서가 사용할 데이터와 소프트웨어를 저장하는데 사용

종류

워드-구성(word-organized) 비트-구성(bit-organized)

RAM(Random Access Memory)휘발성

종류

정적 RAM동적 RAM

ROM(Read-Only Memory)비휘발성

종류

EPROMEEPROM플래시

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 26: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

26

IO

주변 기기(peripheral)라고도 부르는 이들 IO 디바이스는 프로세서가 외부

세계와 통신하는 데 사용

데이터를 외부 세계와 교환하는 방법

프로그램 IO

인터럽트 구동 IO

메모리 직접참조(DMA)

일반 블록 전송

요청 모드 전송

고속 직접 전송

자료 연쇄 전송

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 27: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

27

능동수동 소자 - 저항 (12)

저항 (Registor)

옴(Ohms 단위기호 Ω 수식기호 R)으로 측정

옴의 법칙(Ohms Law)

V = I R

기호

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 28: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

28

능동수동 소자 - 저항 (22)

응용

풀업 저항과 누름 단추

- 신호를 특정 전압으로 끌어올리거나(pull up) 떨어 뜨리는데

(pull down) 사용

전압 분배기(voltage divider)

-전압을 적당한 값으로 고정하는데 사용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 29: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

29

능동수동 소자 - 축전기 (13)

축전기(capacitor)

전기용량은 패러데이(Faraday 단위기호 F 수식기호 C)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dv dt (dvdt는 시간 당 전압 변화량)

기호

30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

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30

능동수동 소자 - 축전기 (23)

충전

축전기에 전압을 걸면 충전

방전

전원을 없애고 전류가 흘러갈 길을 터주면 전하를 방전

격리 작용(decoupling)

전원에서 전기적 잡음을 제거하기 위해 흔히 사용하는 기술

직렬과 병렬 연결

직렬 연결 C총합 = C1 + C2

병렬 연결 C총합 = C1 C2 (C1 + C2)

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 31: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

31

능동수동 소자 - 축전기 (33)

축전기 종류

세라믹 (ceramic)

- 크기가 작고 가격도 저렴

- 집적회로에서 전력 핀에 달아 격리 축전기로 사용

- 수정 발진기 회로에서 우회 축전기(bypass capacitor)로 사용

전해 (electrolytic)

- 오래 쓸수록 성능은 더 나빠진다

- 대용량으로 충전용으로 많이 쓰임

탄탈 (tantalum)

- 전원 부 격리용으로 사용

- 전해 축전기보다는 정확한 용량

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 32: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

32

능동수동 소자 ndash RC 회로 (13)

저항기와 축전기 병렬 연결

저항기와 축전기 병렬 연결 병렬 RC 회로 방전

응용

축전기 방전 속력을 제한

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 33: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

33

능동수동 소자 ndash RC 회로 (23)

저항기와 축전기 직렬 연결

저항기와 축전기 직렬 연결 직렬 RC 회로 충전

응용

신호에 들어 있는 고주파 잡음을 제거

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

설계 시작 시 시스템 기본 요구사항을 정리

제조 업체 웹 사이트를 방문하여 기술자료 구하기

데이터시트 오류 목록이 최신 자료인지 항상 확인

디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 34: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

34

능동수동 소자 ndash RC 회로 (33)

RC 필터

저항기와 축전기 직렬 연결

응용

고대역 필터(high-pass filter)이며 고주파만을 출력으로

통과시킨다

35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

데이터 시트 읽기

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35

능동수동 소자 - 유도기

유도기 (inductor)

전기용량은 헨리(Henry 단위 기호는 H 수식기호는 L)

전류 전기 용량 전압 사이의 관계

I = C dI dt (dIdt는 시간 당 전류 변화량)

기호

36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

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36

능동수동 소자 - 변압기

변압기(transformer)

자기적으로 밀접하게 묶인 전선 코일 두 개로 구성

특성

일차 코일과 이차 코일을 감은 횟수 비가 전압 배율을 결정

코일을 감은 횟수 비율이 n이면 임피던스는 n2로 증가

기호

37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

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37

능동수동 소자 - 다이오드 (12)

다이오드 (Diode)

전류를 한 방향으로만 통과시키고 다른 방향으로는 막아버림

특성

전류가 흐르면 순방향 전압 강하(forward voltage drop)가 생김

신호에서 음 전압을 없애는 데 사용

기호

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

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디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 38: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용

38

능동수동 소자 - 다이오드 (22)

응용

정류(rectification) 구성

- 다이오드 네 개를 결합하여 브리지 정류기(bridge rectifier)를

만들 수 있다

LED (Light-Emitting Diode)

- 빛을 발산하는 다이오드

제너 다이오드(Zener diode)

- 기준 전압(reference voltage)을 제공하는 데 사용

쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 전력공급 회로와 신호 정류에 사용

39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

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디바이스가 동작 원리 이해

- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

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39

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (11)

수정 발진기(crystal)

사인 곡선을 생성하는 진동기(oscillator)를 만들어 마이크로

프로세서와 기타 디지털 회로에서 타이밍 신호(timing signal)를

생성하는 데 사용

특성

수정 발진기가 발진하려면 구동회로(drive circuit)가 필요

기호

40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

44

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40

능동수동 소자 ndash 수정 발진기 (22)

응용

클럭과 발진기

- 클럭(clock)은 발진기에서 나오는 출력값

- 클럭 속력은 프로세서가 소프트웨어를 얼마나 빨리 실행할

수 있는지에 영향을 미친다

- 클럭을 생성하는 방법 중 발진기 모듈(oscillator module)사용

내부 발진기를 위한 수정 회로

41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

다른 시트에 있는 소자와 연결하는 경우

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41

회로도 이해 (13)

회로도 내용

소자 이름과 종류를 표시

선 소자 사이 연결

신호선과 소자

42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

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44

데이터 시트 읽기

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42

회로도 이해 (23)

다양한 핀을 제공하는 소자 도면

핀1은 일반적인 핀

핀2는 로우 에서 활성(active low)

핀 3 삼각형은 모서리 변이에 따른 입력(edge-triggered input)

핀 4와 8은 각각 접지(GND)와 전원(VCC)

핀 5는 NC 연결 없음(No Connect)

핀 6은 로우에서 활성인 출력 핀이며 반전출력(inverted output)

핀7은 하이에서 활성인 출력 핀

43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

버스와 같이 서로 관련이 있는 신호선은 버스 선으로 표시

포트(port) 연결

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44

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43

회로도 이해 (33)

버스선 연결

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- 전압 기본 타이밍(timing) 그 외 시스템에 관련 있는 모든 사항

전문서적 참조

Page 45: 센서와 임베디드시스템 - download.sdu.ac.krdownload.sdu.ac.kr/files/Board_Files/Home_C32_ProLec/Home_C32_ProLec/... · ¾뛰어난계산능력, 낮은전력소모로임베디드분야에활용