[AVR128DB48] RTC 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 RTC 모듈 개요

Microchip의 AVR128DB48은 AVR DB 시리즈의 8비트 마이크로컨트롤러로, RTC(Real-Time Clock) 모듈을 내장하여 시간 추적, 주기적 인터럽트, 타이머 애플리케이션에 적합합니다. RTC 모듈은 저전력 모드에서 동작하며, 외부 32.768kHz 크리스털 또는 내부 오실레이터를 클럭 소스로 사용할 수 있습니다. 이 문서에서는 AVR128DB48의 RTC 설정 방법, Bitfield 구조를 활용한 레지스터 설정, 그리고 실용적인 예제 코드를 제공하여 초보자와 숙련된 개발자 모두 쉽게 활용할 수 있도록 돕습니다.

주요 사양

클럭 소스:
- 외부 32.768kHz 크리스털 오실레이터 (XOSC32K)
- 내부 32.768kHz 오실레이터 (OSC32K)
동작 모드:
- 실시간 클럭 (RTC)
- 주기적 인터럽트 타이머 (PIT)
주요 레지스터:
- RTC.CTRLA: RTC 제어 설정
- RTC.CLKSEL: 클럭 소스 선택
- RTC.CNT: 카운터 값
- RTC.PER: 주기 값 (오버플로우)
- RTC.CMP: 비교 값 (인터럽트)
- RTC.INTCTRL: 인터럽트 제어
- RTC.PITCTRLA: PIT 제어 설정
인터럽트:
- 오버플로우 인터럽트 (OVF)
- 비교 일치 인터럽트 (CMP)
- PIT 인터럽트
전력 관리: 저전력 모드 (Sleep 모드)에서 RTC 동작 지원
전압 레벨: 1.8V~5.5V 동작 지원

2. RTC Bitfield 설정 상세

AVR128DB48의 RTC 레지스터는 Bitfield 구조로 정의되어 있으며, <avr/io.h> 헤더 파일을 통해 접근합니다. 주요 레지스터는 다음과 같습니다:

2.1 RTC.CTRLA (RTC 제어 레지스터)

bit.RTCEN: RTC 활성화 (1: 활성화)
bit.RUNSTDBY: 스탠바이 모드에서 RTC 동작 (1: 활성화)
bit.PRESCALER: 프리스케일러 설정 (예: 0x0A = DIV32768, 1초 단위)

2.2 RTC.CLKSEL (클럭 소스 선택 레지스터)

bit.CLKSEL:
- 0x00: OSC32K (내부 32kHz 오실레이터)
- 0x02: XOSC32K (외부 32kHz 크리스털)

2.3 RTC.CNT (카운터 레지스터)

16비트 카운터 값 (실시간 클럭 값 저장/읽기)

2.4 RTC.PER (주기 레지스터)

16비트 주기 값 (오버플로우 발생 시점 설정)

2.5 RTC.CMP (비교 레지스터)

16비트 비교 값 (CMP 인터럽트 발생 시점 설정)

2.6 RTC.INTCTRL (인터럽트 제어 레지스터)

bit.OVF: 오버플로우 인터럽트 활성화
bit.CMP: 비교 일치 인터럽트 활성화

2.7 RTC.PITCTRLA (PIT 제어 레지스터)

bit.PITEN: PIT 활성화
bit.PERIOD: PIT 주기 설정 (예: 0x09 = 1초)

3. RTC 설정 절차

시스템 초기화:
- set_system_clock()로 시스템 클럭 설정 (24MHz, XOSC32K 오토튜닝)
- 인터럽트 비활성화 (cli())
RTC 클럭 소스 선택:
- RTC.CLKSEL로 클럭 소스 설정 (XOSC32K 또는 OSC32K)
RTC 활성화:
- RTC.CTRLA로 RTC 활성화 및 프리스케일러 설정
카운터/주기/비교 값 설정:
- RTC.CNT, RTC.PER, RTC.CMP 설정
인터럽트 설정 (필요 시):
- RTC.INTCTRL로 OVF 또는 CMP 인터럽트 활성화
- PIT 사용 시 RTC.PITCTRLA 설정
RTC 실행:
- 설정 후 즉시 동작

4. RTC 설정 고려사항

클럭 안정화: XOSC32K 사용 시 안정화 대기 필수
프리스케일러: 32.768kHz 클럭에 대해 1초 단위로 설정 권장 (DIV32768)
인터럽트: 다중 인터럽트 사용 시 우선순위 주의
저전력: RUNSTDBY 활성화로 Sleep 모드에서 RTC 동작
정확성: 외부 크리스털(XOSC32K) 사용 시 더 높은 정확도

5. 실용적인 RTC 예제 코드 (Bitfield 구조)

아래는 AVR128DB48 RTC 모듈을 Bitfield 구조로 설정한 3개의 예제 코드입니다. 각 예제는 Atmel Studio 또는 MPLAB X IDE와 AVR-GCC 환경에서 실행 가능합니다.

5.1 예제 1: 기본 RTC 카운터 (1초마다 LED 토글)

// File: rtc_basic_counter.c
// Description: AVR128DB48 RTC 기본 카운터 예제 (1초마다 LED 토글)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일 (레지스터 정의 포함)
#include <avr/interrupt.h> // 인터럽트 처리 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의 (타이밍 계산 정확도를 위해)

void set_system_clock(void) {
    // 외부 32.768 kHz 크리스털 오실레이터(XOSC32K) 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    // CLKCTRL.XOSC32KCTRLA: XOSC32K 제어 레지스터
    // CLKCTRL_ENABLE_bm: XOSC32K 활성화
    // CLKCTRL_RUNSTDBY_bm: 스탠바이 모드에서도 동작 유지
    
    // XOSC32K 안정화 대기
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ; // XOSC32KS_bm 비트가 1이 될 때까지 대기 (안정화 확인)
    }
    
    // 내부 OSCHF를 24 MHz로 설정, XOSC32K 오토튜닝 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    // CLKCTRL.OSCHFCTRLA: 내부 오실레이터 제어 레지스터
    // CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc: 24 MHz 주파수 선택
    // CLKCTRL_AUTOTUNE_bm: XOSC32K 참조 오토튜닝
    
    // 시스템 클럭 소스를 OSCHF로 설정
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    // CLKCTRL.MCLKCTRLA: 시스템 클럭 소스 선택 레지스터
    // CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc: OSCHF 선택
    
    // 클럭 프리스케일러 비활성화 (24 MHz 그대로 사용)
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
    // CLKCTRL.MCLKCTRLB: 프리스케일러 설정 (0 = 비활성화)
}

void rtc_init(void) {
    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm; // PB3 핀을 출력으로 설정 (Curiosity Nano의 LED0)
    
    // RTC 클럭 소스로 XOSC32K 선택
    RTC.CLKSEL = RTC_CLKSEL_XOSC32K_gc; // 외부 32.768 kHz 크리스털 사용
    
    // RTC 주기 설정: 1초 주기 (32768 / DIV32768 = 1Hz)
    RTC.PER = 32767; // 주기 값 (32768 - 1)
    
    // RTC 활성화 및 프리스케일러 설정
    RTC.CTRLA = RTC_RTCEN_bm | RTC_PRESCALER_DIV32768_gc;
    // RTC_RTCEN_bm: RTC 활성화
    // RTC_PRESCALER_DIV32768_gc: 32.768kHz를 1Hz로 분주
    
    // 오버플로우 인터럽트 활성화
    RTC.INTCTRL = RTC_OVF_bm; // OVF 인터럽트 활성화
}

ISR(RTC_CNT_vect) {
    // RTC 오버플로우 인터럽트 서비스 루틴
    PORTB.OUTTGL = PIN3_bm; // PB3 LED 상태 토글 (켜짐/꺼짐)
    RTC.INTFLAGS = RTC_OVF_bm; // 오버플로우 인터럽트 플래그 클리어
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클럭 초기화
    rtc_init();         // RTC 초기화
    sei();              // 글로벌 인터럽트 활성화
    
    while (1) {
        // 무한 루프: 인터럽트로 LED 제어
    }
    return 0; // 프로그램 종료 (실제로는 도달하지 않음)
}

설명:

기능: RTC를 사용해 1초마다 PB3에 연결된 LED를 토글
설정: PB3 출력, RTC 클럭(XOSC32K), 1초 주기 오버플로우 인터럽트
출력: PB3에 LED가 1초 간격으로 점멸

5.2 예제 2: RTC 비교 인터럽트 (0.5초마다 LED 토글)

// File: rtc_compare_interrupt.c
// Description: AVR128DB48 RTC 비교 인터럽트 예제 (0.5초마다 LED 토글)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일 (레지스터 정의 포함)
#include <avr/interrupt.h> // 인터럽트 처리 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의 (타이밍 계산 정확도를 위해)

void set_system_clock(void) {
    // 외부 32.768 kHz 크리스털 오실레이터(XOSC32K) 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    // CLKCTRL.XOSC32KCTRLA: XOSC32K 제어 레지스터
    // CLKCTRL_ENABLE_bm: XOSC32K 활성화
    // CLKCTRL_RUNSTDBY_bm: 스탠바이 모드에서도 동작 유지
    
    // XOSC32K 안정화 대기
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ; // XOSC32KS_bm 비트가 1이 될 때까지 대기 (안정화 확인)
    }
    
    // 내부 OSCHF를 24 MHz로 설정, XOSC32K 오토튜닝 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    // CLKCTRL.OSCHFCTRLA: 내부 오실레이터 제어 레지스터
    // CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc: 24 MHz 주파수 선택
    // CLKCTRL_AUTOTUNE_bm: XOSC32K 참조 오토튜닝
    
    // 시스템 클럭 소스를 OSCHF로 설정
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    // CLKCTRL.MCLKCTRLA: 시스템 클럭 소스 선택 레지스터
    // CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc: OSCHF 선택
    
    // 클럭 프리스케일러 비활성화 (24 MHz 그대로 사용)
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
    // CLKCTRL.MCLKCTRLB: 프리스케일러 설정 (0 = 비활성화)
}

void rtc_init(void) {
    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm; // PB3 핀을 출력으로 설정 (Curiosity Nano의 LED0)
    
    // RTC 클럭 소스로 XOSC32K 선택
    RTC.CLKSEL = RTC_CLKSEL_XOSC32K_gc; // 외부 32.768 kHz 크리스털 사용
    
    // 비교 값 설정: 0.5초 (32768 / 2 - 1)
    RTC.CMP = 16383; // 0.5초 주기 설정
    
    // RTC 활성화 및 프리스케일러 설정
    RTC.CTRLA = RTC_RTCEN_bm | RTC_PRESCALER_DIV32768_gc;
    // RTC_RTCEN_bm: RTC 활성화
    // RTC_PRESCALER_DIV32768_gc: 32.768kHz를 1Hz로 분주
    
    // 비교 인터럽트 활성화
    RTC.INTCTRL = RTC_CMP_bm; // CMP 인터럽트 활성화
}

ISR(RTC_CNT_vect) {
    // RTC 비교 인터럽트 서비스 루틴
    PORTB.OUTTGL = PIN3_bm; // PB3 LED 상태 토글 (켜짐/꺼짐)
    RTC.INTFLAGS = RTC_CMP_bm; // 비교 인터럽트 플래그 클리어
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클럭 초기화
    rtc_init();         // RTC 초기화
    sei();              // 글로벌 인터럽트 활성화
    
    while (1) {
        // 무한 루프: 인터럽트로 LED 제어
    }
    return 0; // 프로그램 종료 (실제로는 도달하지 않음)
}

설명:

기능: RTC 비교 인터럽트를 사용해 0.5초마다 PB3에 연결된 LED를 토글
설정: PB3 출력, RTC 클럭(XOSC32K), 0.5초 비교 인터럽트
출력: PB3에 LED가 0.5초 간격으로 점멸

5.3 예제 3: RTC PIT (주기적 인터럽트 타이머)

// File: rtc_pit.c
// Description: AVR128DB48 RTC PIT 예제 (1초마다 LED 토글)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일 (레지스터 정의 포함)
#include <avr/interrupt.h> // 인터럽트 처리 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의 (타이밍 계산 정확도를 위해)

void set_system_clock(void) {
    // 외부 32.768 kHz 크리스털 오실레이터(XOSC32K) 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    // CLKCTRL.XOSC32KCTRLA: XOSC32K 제어 레지스터
    // CLKCTRL_ENABLE_bm: XOSC32K 활성화
    // CLKCTRL_RUNSTDBY_bm: 스탠바이 모드에서도 동작 유지
    
    // XOSC32K 안정화 대기
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ; // XOSC32KS_bm 비트가 1이 될 때까지 대기 (안정화 확인)
    }
    
    // 내부 OSCHF를 24 MHz로 설정, XOSC32K 오토튜닝 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    // CLKCTRL.OSCHFCTRLA: 내부 오실레이터 제어 레지스터
    // CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc: 24 MHz 주파수 선택
    // CLKCTRL_AUTOTUNE_bm: XOSC32K 참조 오토튜닝
    
    // 시스템 클럭 소스를 OSCHF로 설정
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    // CLKCTRL.MCLKCTRLA: 시스템 클럭 소스 선택 레지스터
    // CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc: OSCHF 선택
    
    // 클럭 프리스케일러 비활성화 (24 MHz 그대로 사용)
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
    // CLKCTRL.MCLKCTRLB: 프리스케일러 설정 (0 = 비활성화)
}

void rtc_pit_init(void) {
    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm; // PB3 핀을 출력으로 설정 (Curiosity Nano의 LED0)
    
    // RTC 클럭 소스로 XOSC32K 선택
    RTC.CLKSEL = RTC_CLKSEL_XOSC32K_gc; // 외부 32.768 kHz 크리스털 사용
    
    // PIT 활성화 및 1초 주기 설정
    RTC.PITCTRLA = RTC_PITEN_bm | RTC_PERIOD_CYC32768_gc;
    // RTC_PITEN_bm: PIT 활성화
    // RTC_PERIOD_CYC32768_gc: 1초 주기 (32768 사이클)
    
    // PIT 인터럽트 활성화
    RTC.PITINTCTRL = RTC_PI_bm; // PIT 인터럽트 활성화
}

ISR(RTC_PIT_vect) {
    // RTC PIT 인터럽트 서비스 루틴
    PORTB.OUTTGL = PIN3_bm; // PB3 LED 상태 토글 (켜짐/꺼짐)
    RTC.PITINTFLAGS = RTC_PI_bm; // PIT 인터럽트 플래그 클리어
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클럭 초기화
    rtc_pit_init();     // RTC PIT 초기화
    sei();              // 글로벌 인터럽트 활성화
    
    while (1) {
        // 무한 루프: 인터럽트로 LED 제어
    }
    return 0; // 프로그램 종료 (실제로는 도달하지 않음)
}

설명:

기능: RTC PIT를 사용해 1초마다 PB3에 연결된 LED를 토글
설정: PB3 출력, RTC 클럭(XOSC32K), 1초 PIT 인터럽트
출력: PB3에 LED가 1초 간격으로 점멸

6. 사용 방법

6.1 환경 설정

AVR-GCC 설치: Atmel Studio 또는 MPLAB X IDE에 AVR-GCC 툴체인 설치
헤더 파일: <avr/io.h>, <avr/interrupt.h> 포함
프로젝트 설정: AVR128DB48 타겟으로 프로젝트 생성
클럭 정의: #define F_CPU 24000000UL로 시스템 클럭 설정

6.2 코드 실행

각 예제를 별도의 .c 파일로 저장하거나, main.c에 복사
다른 예제 코드 주석 처리
Atmel Studio/MPLAB X IDE에서 빌드 및 플래싱

6.3 하드웨어 준비

LED 출력: PB3에 LED 및 전류 제한 저항(예: 330Ω) 연결
클럭 소스: 외부 32.768kHz 크리스털(XOSC32K) 연결 권장
전원: 1.8V~5.5V 전원 공급

6.4 디버깅

Atmel Studio/MPLAB X IDE의 디버거 사용
RTC.CNT, RTC.INTFLAGS, RTC.PITINTFLAGS 레지스터 확인
오실로스코프 또는 로직 분석기로 LED 신호 점검

7. 추가 팁

클럭 안정화: XOSC32K 사용 시 CLKCTRL.MCLKSTATUS로 안정화 확인
저전력: RTC.CTRLA.RUNSTDBY 활성화로 Sleep 모드에서 RTC 동작
Microchip 리소스: AVR128DB48 데이터시트, Application Notes (AN), AVR-GCC 예제
문제 해결:
- RTC 동작 안 함: RTC.CTRLA.RTCEN, RTC.CLKSEL 확인
- 인터럽트 실패: RTC.INTCTRL, RTC.PITINTCTRL, 플래그 확인
- 부정확한 타이밍: XOSC32K 연결 및 안정화 확인
커뮤니티: Microchip Community, AVR Freaks 포럼 참고

8. 결론

이 문서는 AVR128DB48 RTC 모듈의 설정 방법과 Bitfield 구조를 활용한 예제 코드를 제공하여 시간 추적 및 주기적 타이머 애플리케이션에 적용 가능하도록 구성했습니다. 초보자는 기본 카운터 예제부터 시작하고, 숙련자는 비교 인터럽트 및 PIT를 활용하여 복잡한 시스템을 구현할 수 있습니다.

키워드: AVR128DB48, RTC, Real-Time Clock, AVR, 마이크로컨트롤러, Atmel Studio, MPLAB X IDE, 인터럽트, XOSC32K, PIT, 저전력

저작자표시 비영리 변경금지 (새창열림)

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회로 설계자의 노트

[AVR128DB48] RTC 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 RTC 모듈 개요

주요 사양

2. RTC Bitfield 설정 상세

2.1 RTC.CTRLA (RTC 제어 레지스터)

2.2 RTC.CLKSEL (클럭 소스 선택 레지스터)

2.3 RTC.CNT (카운터 레지스터)

2.4 RTC.PER (주기 레지스터)

2.5 RTC.CMP (비교 레지스터)

2.6 RTC.INTCTRL (인터럽트 제어 레지스터)

2.7 RTC.PITCTRLA (PIT 제어 레지스터)

3. RTC 설정 절차

4. RTC 설정 고려사항

5. 실용적인 RTC 예제 코드 (Bitfield 구조)

5.1 예제 1: 기본 RTC 카운터 (1초마다 LED 토글)

5.2 예제 2: RTC 비교 인터럽트 (0.5초마다 LED 토글)

5.3 예제 3: RTC PIT (주기적 인터럽트 타이머)

6. 사용 방법

6.1 환경 설정

6.2 코드 실행

6.3 하드웨어 준비

6.4 디버깅

7. 추가 팁

8. 결론

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1. AVR128DB48 RTC 모듈 개요

주요 사양

2. RTC Bitfield 설정 상세

2.1 RTC.CTRLA (RTC 제어 레지스터)

2.2 RTC.CLKSEL (클럭 소스 선택 레지스터)

2.3 RTC.CNT (카운터 레지스터)

2.4 RTC.PER (주기 레지스터)

2.5 RTC.CMP (비교 레지스터)

2.6 RTC.INTCTRL (인터럽트 제어 레지스터)

2.7 RTC.PITCTRLA (PIT 제어 레지스터)

3. RTC 설정 절차

4. RTC 설정 고려사항

5. 실용적인 RTC 예제 코드 (Bitfield 구조)

5.1 예제 1: 기본 RTC 카운터 (1초마다 LED 토글)

5.2 예제 2: RTC 비교 인터럽트 (0.5초마다 LED 토글)

5.3 예제 3: RTC PIT (주기적 인터럽트 타이머)

6. 사용 방법

6.1 환경 설정

6.2 코드 실행

6.3 하드웨어 준비

6.4 디버깅

7. 추가 팁

8. 결론

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