ARM의 마이크로컨트롤러 시장 공략은 2004년 ARM사에서 Cortex-M3 아키텍쳐를 발표하고 최근에 이에 속하는 제품들이 여러 반도체 회사에서 쏟아져 나오면서 더욱 본격화되었다. 이 책에서는 NXP사의 Cortex-M0+ 모델인 MKL25Z128VLK4 마이크로컨트롤러에 대하여 공부하는데, 저자가 만든 OK-MKL25Z 트레이닝 키트를 가지고 NXP사의 무료 C컴파일러 KDS V3.1.0을 사용하여 C언어로 프로그램을 작성하고, USB Multilink 에뮬레이터를 사용하여 이를 키트에 다운로드하고 실행하는 기술을 익힌다.
제1장 ARM 마이크로프로세서의 개요
1.1 ARM 마이크로프로세서의 역사 및 특징 9
(1) ARM 마이크로프로세서의 역사 및 제품군 9
(2) ARM 마이크로프로세서의 주요 특징 11
(3) ARM 마이크로프로세서의 응용 분야 14
(4) ARM Cortex-M 계열의 마이크로컨트롤러 16
[휴게실] 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 19
1.2 NXP사의 ARM Cortex-M 계열 마이크로컨트롤러 20
(1) Cortex-M0 마이크로컨트롤러 20
(2) Cortex-M0+ 마이크로컨트롤러 22
(3) Cortex-M3 마이크로컨트롤러 26
(4) Cortex-M4 마이크로컨트롤러 28
(5) Cortex-M7 마이크로컨트롤러 31
제2장 MKL25Z128VLK4의 기본 구조
2.1 MKL25Z128VLK4의 특징 33
2.2 MKL25Z128VLK4의 외부 구조 36
2.3 MKL25Z128VLK4의 내부 구조 40
[휴게실] EEPROM과 플래시 메모리 44
2.4 MKL25Z128VLK4의 메모리 구조 45
[휴게실] I/O 제어 레지스터의 비트 속성 52
제3장 OK-MKL25Z 키트의 구조와 기능
3.1 OK-MKL25Z 키트의 개요 및 사양 53
3.2 OK-MKL25Z 키트의 하드웨어 구...조 55
3.3 TFT-32A 보드의 하드웨어 구조 64
3.4 OK-MKL25Z 키트의 조립 및 테스트 70
(1) OK-MKL25Z 키트를 조립할 때의 유의 사항 70
(2) 조립하지 않아도 되는 부품 71
(3) OK-MKL25Z 키트의 동작을 테스트하는 방법 72
(4) OK-MKL25Z 키트의 하드웨어 동작을 테스트하는 프로그램 74
3.5 RS-232C 통신 케이블의 제작 95
제4장 MKL25Z128VLK4의 개발 툴
4.1 하드웨어 및 소프트웨어 개발 툴 97
4.2 USB Multilink Universal 에뮬레이터 102
4.3 Kinetis Design Studio 105
(1) KDS 소프트웨어의 설치 105
(2) KDS 소프트웨어의 업데이트 108
(3) 프로젝트 생성 및 예제 프로그램의 설치 114
(4) KDS 소프트웨어의 환경 설정 119
(5) 예제 프로그램을 컴파일하기 125
(6) 에뮬레이터를 설치하고 사용자 프로그램을 다운로드하는 방법 127
(7) KDS에서 MCU의 I/O 제어 레지스터를 액세스하는 방법 136
(8) KDS 소프트웨어의 스타트업 파일 및 헤더파일 140
제5장 MKL25Z128VLK4의 시스템 제어기
5.1 시스템 모드 제어기(SMC) 227
5.2 전력관리 제어기(PMC, SIM) 232
5.3 리셋 제어 모듈(RCM) 244
5.4 클록 발생 모듈(OSC, MCG) 249
5.5 시스템 제어 블록(SCB) 265
5.6 시스틱 타이머(SysTick) 269
5.7 인터럽트 제어기(NVIC) 271
5.8 기초적인 C언어 프로그램 275
(1) 비능률적인 C언어 프로그래밍 276
(2) 능률적인 C언어 프로그래밍 281
(3) MCU 레지스터 값을 확인하는 프로그램 290
(4) 시간 지연 프로그램 291
5.9 SysTick을 사용한 인터럽트 처리 프로그램 294
(1) SysTick 타이머를 사용한 인터럽트 프로그램 296
(2) SysTick 타이머를 이용한 스톱워치 프로그램 297
(3) SysTick 타이머를 이용한 디지털 시계 프로그램 299
제6장 병렬 I/O 포트(GPIO)의 활용
6.1 병렬 I/O 포트(GPIO) 305
(1) 병렬 I/O 포트 GPIO와 관련된 I/O 제어 레지스터 306
(2) 병렬 I/O 포트 FGPIO와 관련된 I/O 제어 레지스터 309
6.2 포트 제어 및 인터럽트 모듈(PORT) 311
6.3 키입력 프로그램 314
(1) 키입력의 원리 314
(2) 디바운싱 기능을 갖는 키입력 프로그램 318
6.4 텍스트 LCD 모듈 출력 프로그램 320
(1) 텍스트 LCD 모듈의 구조와 기능 322
[휴게실] 텍스트 LCD 모듈과 그래픽형 LCD 모듈의 차이점 335
(2) 텍스트 LCD 모듈의 기본 출력 프로그램 336
(3) 수치 데이터의 출력 프로그램 337
6.5 TFT-LCD 모듈 영문 ASCII 출력 프로그램 343
(1) TFT-LCD 컨트롤러 HX8347-A 343
(2) 영문 ASCII 문자의 출력 원리 348
(3) 영문 ASCII 문자의 출력 프로그램 354
(4) 수치 데이터의 출력 프로그램 377
(5) Visiting Count 프로그램 381
6.6 TFT-LCD 모듈 한글 출력 프로그램 385
(1) 한글의 구조와 화면표시 기술 386
(2) 큰 글씨를 출력하는 기능 401
(3) 매우 큰 글씨를 출력하는 기능 417
(4) 기본적인 한글 출력 프로그램 431
(5) 큰 글씨, 매우 큰 글씨, 가장 큰 글씨 출력 프로그램 439
6.7 TFT-LCD 모듈 그래픽 출력 프로그램 441
(1) 수학 함수에 의한 그래픽 디스플레이 프로그램 441
(2) 이미지 데이터 그래픽 디스플레이 프로그램 446
제7장 A/D 컨버터(ADC)의 활용
7.1 ADC의 구조와 기능 451
7.2 A/D 컨버터 응용 프로그램 467
(1) A/D 컨버터의 단일 변환 모드를 사용한 프로그램 468
(2) A/D 컨버터의 하드웨어 평균처리 모드를 사용한 프로그램 470
제8장 D/A 컨버터(DAC)의 활용
8.1 DAC의 구조와 기능 473
8.2 D/A 컨버터 응용 프로그램 477
(1) 인터럽트를 사용한 삼각파 출력 프로그램 477
(2) 인터럽트를 사용한 여러가지 파형 출력 프로그램 480
제9장 주기적인 인터럽트 타이머(PIT)의 활용
9.1 PIT의 구조와 기능 483
9.2 PIT를 사용한 인터럽트 처리 프로그램 488
(1) PIT를 사용한 주기적인 인터럽트 발생 프로그램 488
(2) PIT를 이용한 스톱워치 프로그램 490
9.3 TV 리모컨 응용 프로그램 492
(1) TV 리모컨의 구조와 기능 492
(2) SysTick 타이머를 이용한 TV 리모컨 수신 프로그램 500
제10장 타이머 및 PWM 모듈(TPM)의 활용
10.1 TPM의 구조와 기능 513
10.2 TPM의 응용 프로그램 525
(1) 1채널 PWM 출력 프로그램 525
(2) 2채널 PWM 출력 프로그램 526
제11장 비동기 직렬통신 포트(UART0)의 활용
11.1 UART0의 구조와 기능 529
11.2 RS-232C 직렬통신 538
(1) RS-232C의 전기적 사양 539
(2) RS-232C 신호의 기능 및 컨넥터 구조 539
(3) RS-232C 신호선의 접속 541
(4) RS-232C 신호 레벨의 변환 543
[휴게실] ASCII 코드 545
11.3 RS-232C 직렬통신 프로그램 547
(1) UART0의 루프백 테스트 547
(2) 폴링 방법에 의한 비동기 전송 550
(3) 인터럽트 방법에 의한 비동기 전송 553
제12장 동기 직렬통신 포트(SPI)의 활용
12.1 SPI의 구조와 기능 555
12.2 TFT-LCD 모듈 터치 스크린 입력 프로그램 564
(1) 터치 스크린의 구조와 기능 565
(2) 터치 스크린 컨트롤러 ADS7846 569
(3) 터치 스크린 활용 프로그램 574
(4) 터치 스크린을 이용한 메뉴방식 프로그램 580
12.3 DS3234를 이용한 시계 프로그램 590
(1) DS3234 RTC의 구조와 기능 590
(2) 텍스트 LCD 모듈에 표시하는 디지털 시계 597
(3) TFT-LCD 모듈에 표시하는 디지털 시계 605
(4) TFT-LCD 모듈에 표시하는 아날로그 시계 631
제13장 터치 검출 입력(TSI)의 활용
13.1 TSI의 구조와 기능 641
13.2 TSI의 응용 프로그램 647
(1) TSI 입력을 실시간 그래픽으로 표시하는 프로그램 647
(2) 원 터치 기능이 없는 TSI 입력 프로그램 651
(2) 원 터치 기능이 있는 TSI 입력 프로그램 653
★ 참고문헌 및 저자소개 656
머 리 말
ARM 마이크로프로세서의 위세가 날로 확장되고 있다. 1990년대 초에 발표된 이후 급속한 진화를 거쳐서 1990년대 후반부터 널리 소개되기 시작한 ARM은 32비트 RISC 구조의 고성능이면서도 가격이 매우 싸고 소비전력이 적다는 등의 장점을 가지고 있어서 이 분야의 시장에 진입한지 불과 10년도 지나지 않아 고성능 임베디드 프로세서 시장을 거의 장악하였다. ARM이 이처럼 경쟁력이 있는 것은 ARM사가 공통의 CPU 코어를 공급하고 각 반도체 회사에서 여기에 필요한 I/O 기능을 추가하여 소자를 제조함으로써 설계 개발에 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있었기 때문이다.
그동안 ARM 마이크로프로세서는 소비전력이 적고 고성능이라는 장점 때문에 휴대용 기기나 통신기기에 압도적으로 많이 사용되어 왔다. 그러나, ARM은 2000년대에 들어서면서 기능과 패키지를 간소화하고 저가격이라는 장점을 앞세워 기존의 16비트나 심지어는 8비트의 마이크로컨트롤러 시장까지 파고들었다. ARM7TDMI 제품군을 중심으로 한 이러한 스마트 ARM 마이크로컨트롤러는 가격 대비 성능이나 성능 대비 소비전력 측면에서의 우월성을 바탕으로 일반 MCU 시장에 쉽게 진입하였다.
ARM의 마이크로컨트롤러 시장 공략은 2004년 ARM사에서 Cortex-M3 아키텍쳐를 발표하고 최근에 이에 속하는 제품들이 여러 반도체 회사에서 쏟아져 나오면서 더욱 본격화되었다. Cortex-M3는 처음부터 32비트 마이크로컨트롤러로서 설계되었기 때문에 명령처리 속도는 물론이고 인터럽트 처리 기능이나 다양한 I/O 기능이 기존의 마이크로컨트롤러 제품들을 압도하였다. 여기에 2009년에 초저가형의 Cortex-M0 시리즈를 추가되고, 2010년에는 부동소수점 연산장치를 내장한 Cortex-M4 시리즈, 2012년에 초저전력형의 Cortex-M0+ 시리즈, 2014년에는 Cortex-M4를 더욱 고성능화한 Cortex-M7 시리즈를 발표함으로써 이제는 ARM이 아래로는 8비트 MCU 시장에서부터 위로는 DSP 시장까지도 차례로 점령해나가고 있다.
이 책에서는 NXP사의 Cortex-M0+ 모델인 MKL25Z128VLK4 마이크로컨트롤러에 대하여 공부하는데, 저자가 만든 OK-MKL25Z 트레이닝 키트를 가지고 NXP사의 무료 C컴파일러 KDS V3.1.0을 사용하여 C언어로 프로그램을 작성하고, USB Multilink 에뮬레이터를 사용하여 이를 키트에 다운로드하고 실행하는 기술을 익힌다.
이 마이크로컨트롤러는 원래 산업용 및 자동차용 마이크로컨트롤러 시장에서 강자로 군림하였던 미국의 Freescale사에서 개발 판매하였으나 2015년에 이 회사가 네덜란드의 NXP사에 인수 합병되면서 이제부터는 NXP사의 제품으로 바뀌었다. 이 회사들이 서로 통합하기 이전부터 Freescale은 ARM Cortex-M0+/M4/M7 제품을 생산하고 있었고, NXP도 역시 ARM Cortex-M0/M0+/M3/M4 제품을 생산해왔는데, 통합 이후에도 이들 각 제품의 브랜드를 그대로 유지하겠다고 NXP사는 밝히고 있다.
어려운 여건 속에서도 이 책을 출판해주신 Ohm사의 곽종학 사장님과 직원 여러분에게 감사드리는 바이다.
2016년 2월 저자 尹 德 鏞 씀
윤덕용 [저]
(1) 학력 1981. 2. 서울대학교 전기공학과 졸업 1983. 2. 서울대학교 대학원 전기공학과 졸업(공학석사) 1995. 2. 단국대학교 대학원 전기공학과 졸업(공학박사)
(2) 주요 경력 1982. 12.～1984. 5. 삼성전자(주) 종합연구소 근무 1984. 6. ～1985. 2. 한독(주) 컴퓨터기술연구소 근무 1985. 3. ～2006. 2. 국립 천안공업대학 전자계산기과/제어계측과 교수 2005. 3. ～현재 국립 공주대학교 천안공과대학 전기전자제어공학부 교수
(3) 저서 마이크로프로세서 응용실습 (1988, 자유아카데미) 16비트 마이크로프로세서 및 IBM PC 하드웨어 입문 (1991, 조원사) 마이크로프로세서 응용 -Z80 MASTER- (1998, Ohm사) DSP 마스터 시리즈 ① - TMS320C31 마스터 (1998, Ohm사) DSP 마스터 시리즈 ② - TMS320C32 마스터 (1999, Ohm사) 어셈블리와 C언어로 익히는 80C196KC 마스터(I) (2000, Ohm사) 어셈블리와 C언어로 익히는 80C196KC 마스터(II) (2000, Ohm사) 어셈블리와 C언어로 익히는 8051 마스터 (2001, Ohm사) 어셈블리와 C언어로 익히는 AT89S52 마스터 (2006, Ohm사) 프로세서 응용 시리즈 ① - LCD 모듈의 철저 활용 (2002, Ohm사) 프로세서 응용 시리즈 ② - LCD 모듈 활용 마스터 (2004, Ohm사) 프로세서 응용 시리즈 ③ - ATmega128을 활용한 졸업작품 만들기(I) (2005, Ohm사) 프로세서 응용 시리즈 ④ - 졸업작품 만들기(VII) TFT-LCD 모듈 활용 마스터 (2009, Ohm사) AVR 마스터 시리즈 ① - AVR ATmega128 마스터 (2004, Ohm사) AVR 마스터 시리즈 ② - AVR ATmega162 마스터 (2004, Ohm사) AVR 마스터 시리즈 ③ - AVR ATmega8515 마스터 (2004, Ohm사) 고성능 AVR 정복 시리즈 ① - AVR ATmega128 정복 (2006, Ohm사) 고성능 AVR 정복 시리즈 ② - AVR ATmega1281/2561 정복 (2006, Ohm사) 고성능 AVR 정복 시리즈 ③ - AVR ATmega1280/2560 정복 (2006, Ohm사) 고성능 AVR 정복 시리즈 ④ - AVR ATxmega 패밀리 정복 (2010, Ohm사) 고성능 AVR 정복 시리즈 ⑤ - AVR ATmega128A 바이블 (2011, Ohm사) ARM 시작하기 시리즈 ① - ARM7TDMI AT91SAM7S256으로 시작하기 (2007, Ohm사) ARM 시작하기 시리즈 ② - ARM Cortex-M0 STM32F051 마스터 (2013, Ohm사) 실용 모터제어 시리즈 ① - 직류전동기 제어 기술 (2015, Ohm사) 실용 모터제어 시리즈 ② - BLDC 모터 제어 기술 (2015, Ohm사) NXP사의 ARM Cortex-M0+ MKL25Z128VLK4 활용 (2016, Ohm사) ARM Cortex-M 시리즈 ① - ARM Cortex-M0 STM32F091 정복 (2016, Ohm사) ARM Cortex-M 시리즈 ② - ARM Cortex-M7 STM32F767 정복 (2017, Ohm사) ARM Cortex-M 시리즈 ③ - ARM Cortex-M3 STM32F103 정복 (2018, Ohm사)
(4) 주 관심 분야 벡터제어 인버터를 이용한 유도전동기 및 동기전동기 서보제어 시스템 설계 마이크로프로세서를 이용한 자동화 시스템 및 제어계측 시스템 설계 기타 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 및 DSP 응용 시스템 개발 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 기초 및 응용분야 교육
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