타이머/카운터

마이크로컨트롤러 오실레이터는 동작을 위해 quartz crystal을 사용하는데 quartz crystal을 사용하는 많은 이유가 있습니다. 이 오실레이터는 주파수를 정교하게 정의할 수 있으며 매우 안정적입니다. 그래서 생성하는 펄스의 길이가 항상 같고 이는 시간 측정을 위해서는 이상적이죠. 그래서 quartz 시계에서도 사용이 되고 있습니다. 두개의 이벤트간에 시간을 측정하는 것이 필요하다면, 이 오실레이터에 의해 생성된 펄스수를 카운트 하는 것으로 충분합니다. 그리고 이러한 동작은 정확히 타이머가 동작하는 방법과 동일합니다.

대부분의 프로그램은 위의 그림과 같은 스탑와치를 사용합니다. 보통 8비트나 16비트 SFR은 오실레이터에서 들어오는 각각의 펄스를 인식하고 숫자를 하나씩 증가 시킵니다. 레지스터의 카운트수가 꽉 차게 되면 인터럽트가 발생되는 것이죠.

만약에 타이머가 내부 quartz 오실레이터를 사용한다면, 이 오실레이터는 두개의 이벤트 사이에 시간을 측정할 수 있습니다. 측정이 시작되는 시간을 T1이라고 하고 측정이 종료되는 시간을 T2라고 할때 두 이벤트 사이의 시간은 T2-T1이 됩니다. 만약 레지스터가 외부 소스에서 오는 펄스를 사용한다면, 타이머는 카운터로 동작 됩니다.

타이머는 어떻게 동작하는가?

실제 quartz 오실레이터 펄스는 각각의 머신 사이클에 한번씩 생성이 되고 이는 회로로 전달이 되어 타이머 레지스터에 저장된 숫자를 하나씩 증가 시킵니다. 만약에 한개의 인스트럭션(머신 사이클)이 4개의 펄스동안 지속 된다면 또 4Mhz의 quartz가 달려있다고 할때 이 저장된 숫자는 초당 백만배(1Mhz) 정도 증가하게 됩니다.

타이머 레지스터가 저장가능한 최대의 수는 256이므로, 위에서 설명한 방법으로 256ms 까지의 짧은 시간 구간은 측정하기가 쉽습니다. 256ms 이상의 측정도 느린 오실레이터를 사용한다던가, 좀더 많은 비트수를 가진 레지스터를 사용한다던가, 프리스케일러나 인터럽트등을 이용하여 쉽게 측정할 수 있습니다. 느린 오실레이터나 비트수 많은 레지스터는 몇몇 약점이 있으므로 프리스케일러나 인터럽트를 사용하는 것을 보통 추천합니다.

타이머 연산에서 프리스케일러 사용

프리스케일러는 미리 정해준 값에 의해 주파수를 줄여주는 요소입니다. 한개의 펄스 출력을 내기 위해서는 1, 2, 4개 이상의 펄스 출력을 입력해 주어야 합니다. 대부분의 마이크로컨트롤러는 한두개의 프리스케일러를 가지고 있으며, 주파수 스케일링 값을 변경할 수 있습니다. 프리스케일러는 긴 시간을 측정할 때 사용되며, 한개의 프리스케일러가 타이머나, 와치독타이머 등에 의해 공동으로 사용될 경우, 각각의 타이머 의해 동시에 사용될수는 없습니다.

타이머 연산에서 인터럽트 사용

타이머 레지스터가 8비트라면 레지스터가 저장할 수 있는 가장 큰 수는 255입니다. 16비트 레지스터라면 65.535가 가장 큰수가 되겠죠. 이 숫자가 넘어가게되면 타이머는 자동적으로 리셋되고 다시 0 부터 카운트를 시작합니다. 이런 조건을 오버플로우라고 하는데요. 이 오버플로우는 인터럽트를 발생시킬 수 있습니다. 타이머 레지스터 인터럽트에 의해 호출된 인터럽트 루틴은 시간을 측정하기 위한 다른 레지스터의 상태를 변경할 수 있습니다.

위의 그림은 타이머 연산에서의 인터럽트 사용을 보여줍니다. 프리스케일러를 타이머에 할당함으로써 쉽게 딜레이를 얻을 수 있습니다.

카운터

타이머가 MCU 입력 핀으로부터 펄스신호를 받는다면, 타이머는 카운터로 변합니다. 카운터는 들어오는 펄스의 수를 셀수 있지만 펄스의 너비까지는 고려하지 않습니다. 그래서 시간을 측정할 수 없지만 조립라인에서 제품을 세거나 회전수를 세거나 승객수를 세는 등의 용도로는 사용이 될 수 있습니다.

와치독 타이머

watchdog timer는 MCU 내부의 별개의 RC 오실레이터에 연결된 타이머 입니다.

만약 와치독 타이머가 활성화 되면, 카운터가 최대값이 되는 매순간마다 MCU 리셋이 발생하고 프로그램 실행은 최초 인스트럭션 위치부터 다시 시작이 됩니다.

프로그램이 길고 짧은 여러 루프 내에서 실행이 될때 특정위치에 와치독 타이머를 초기화하는 명령을 설정합니다. 루프내에서 주기적으로 타이머를 초기화해주기때문에 와치독타이머는 프로그램 실행에 아무런 영향을 미치지 못하지만, 전기적 노이즈 등과 같은 특별한 이유로 프로그램이 멈추어 섰을때 와치독타이머에 의한 리셋이 발생됩니다.



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