임베디드 시스템 개요 및 직렬 통신

임베디드 시스템 개요

• 임베디드 시스템은 하나 또는 두 개의 신호선으로 데이터(1비트)를 주고받는 직렬 통신과, 여러 개의 신호선을 사용하는 병렬 통신의 반대 개념이다.
• 직렬 통신은 동기식과 비동기식 방식으로, Single-ended 및 Differential 방식, 전이중과 반이중 방식으로 구분된다.
• 통신 오류 검출 방식으로는 Hand Shaking, Parity bit, CRC 등이 있다.
• 동기식 통신은 클럭 신호를 사용하여 동기화하고, 비동기식 통신은 통신 속도를 동일하게 설정하여 통신한다.
• 주요 프로토콜로는 I2C, SPI, I2S, UART, RS-422, RS-232C, USB 등이 있다.

직렬 통신(Serial)

• 하나 또는 두 개의 신호선을 이용하여 데이터(1비트)를 주고받는 통신 방식
• 여러 개의 신호선을 사용하는 병렬 통신과 반대 개념
• 논리 값 1(HIGH)과 0(LOW)으로 구성된 데이터
• 동기식 : 클럭 신호를 사용하여 동기화
• 비동기식 : 통신 속도를 동일하게 설정하여 통신
• 전이중 : 송수신 동시 가능
• 반이중 : 송수신 교대로 가능

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

• 병렬 데이터를 직렬 방식으로 변환하여 데이터를 전송하는 방식
• 비동기식 전이중 직렬 통신
• 클럭 신호 없이 Baud rate를 통해 통신 속도 조절
• 디버깅용 문자 출력(printf), 시스템 간 데이터 교환, AT 등에 활용되는 통신 프로토콜
• EIA 통신 표준: RS-232, RS-422, RS-485

I2C 통신

• 두 개의 버스(SCL, SDA)를 사용하는 직렬 데이터 통신 방식
• Master와 Slave로 구분, Master는 통신 주도, Slave는 데이터 제공
• 1:n 연결 가능 (하나의 Master에 여러 개의 Slave 연결 가능)
• SCL(Serial Clock): 클럭을 통한 동기화
• SDA(Serial Data): 데이터 송수신
• Address: 각 Slave를 구분하는 고유 주소

LCD(Liquid Crystal Display)

• ASCII 문자 표시 가능 장치
• 제어 명령어(Clear Display, Return Home, Entry Mode Set 등)를 통해 제어
• 주요 핀: RS, RW, EN, D4~D7, VCC, GND, Backlight
• 다양한 LCD 제어 라이브러리 및 함수 사용 가능

FND(Flexible Numeric Display)

• 7-segment LED 소자를 이용하여 숫자 표현
• VCC와 GND에 연결 방식에 따라 캐소드(Cathode), 애노드(Anode) 타입으로 구분

IR(Infrared)

• 적외선 신호를 수신하는 장치
• NEC 포맷: 주로 리모컨에서 사용, Leader Code(9ms), Space(4.5ms), Data Word(54ms) 시퀀스로 데이터 전송
• PIGPIO: IR 센서 제어를 위한 라이브러리 및 툴
• IR 수신 신호를 처리하고 각각의 명령어를 통해 LCD 또는 다른 디바이스를 제어

과제 9

• FND에 프로그램의 실행 결과(두 정수의 합)를 출력하는 기능 구현
• 키보드 'q' 입력 시, 두 개의 양의 정수 입력 받음
• 'e' 입력 시, 숫자가 하나씩 감소하고 0이 되면 LED 1초간 점등
• 'q' 입력 없이 'e' 입력 시, 아무 동작 없음

과제 10

• IR 센서와 리모컨을 사용하여 프로그램 실행 결과(LCD 문구 및 부저음) 출력
• 1번 버튼: LCD에 'Open the door' 출력 후 1초 지연 삭제, 부저음(도 미 솔) 출력
• 2번 버튼: LCD에 'Close the door' 출력 후 1초 지연 삭제, 부저음(솔 미 도) 출력
• 버튼 누름 시, LCD에 문구 출력과 상응하는 음계 출력