[AVR128DB48] ZCD 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 ZCD 모듈 개요

Microchip의 AVR128DB48은 AVR DB 시리즈의 8비트 마이크로컨트롤러로, ZCD(Zero-Cross Detection) 모듈을 통해 AC 신호의 영점 교차를 감지하여 전원 주파수 동기화, 디밍 제어, 또는 전력 관리 애플리케이션에 적합합니다. ZCD 모듈은 AC 신호의 전압이 0V 근처를 통과할 때 이벤트를 감지하며, 인터럽트 또는 출력 신호를 통해 이를 처리할 수 있습니다. 이 문서에서는 AVR128DB48의 ZCD 설정 방법, Bitfield 구조를 활용한 레지스터 설정, 그리고 실용적인 예제 코드를 제공하여 초보자와 숙련된 개발자 모두 쉽게 활용할 수 있도록 돕습니다.

주요 사양

ZCD 모듈 수 : 2개 (ZCD0, ZCD1)
핀 : PA7(ZCD0), PC7(ZCD1)
기능 :
- 영점 교차 감지 (상승/하강 에지)
- 인터럽트 지원
- 출력 신호 생성 (외부 핀 또는 내부 이벤트 시스템 연결)
- 입력 필터링 (노이즈 제거)
클럭 소스 : 시스템 클럭 (최대 24MHz, OSCHF 내부 오실레이터)
인터럽트 : ZCDx_INT (x=0~1)
주요 레지스터 :
- ZCDx.CTRLA: ZCD 제어 레지스터 A
- ZCDx.CTRLB: ZCD 제어 레지스터 B
- ZCDx.STATUS: 상태 레지스터
전력 관리 : 저전력 모드에서 ZCD 동작 지원
전압 레벨 : 1.8V~5.5V 동작 지원

2. ZCD Bitfield 설정 상세

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

2.1 ZCDx.CTRLA (제어 레지스터 A)

bit.ENABLE : ZCD 활성화 (1: 활성화)
bit.RUNSTDBY : 스탠바이 모드에서 ZCD 동작 (1: 활성화)
bit.INVERT : 출력 반전 (1: 반전)

2.2 ZCDx.CTRLB (제어 레지스터 B)

bit.FILTEN : 입력 필터 활성화 (1: 활성화, 노이즈 제거)
bit.OUTEN : 출력 핀 활성화 (1: ZCD 출력이 핀에 나타남)
bit.EVGEN : 이벤트 시스템 출력 활성화 (1: 활성화)

2.3 ZCDx.STATUS (상태 레지스터)

bit.ZC : 영점 교차 감지 플래그 (1: 감지됨, 쓰기 시 클리어)
bit.BUSY : ZCD 동작 상태 (1: 동작 중)

3. ZCD 설정 절차

시스템 초기화 :
- set_system_clock()로 시스템 클럭 설정 (24MHz, XOSC32K 오토튜닝)
- 인터럽트 비활성화 (cli())
ZCD 모듈 활성화 :
- ZCDx.CTRLA.bit.ENABLE을 설정하여 ZCD 활성화
입력 필터 및 출력 설정 :
- ZCDx.CTRLB.bit.FILTEN으로 입력 필터 활성화
- ZCDx.CTRLB.bit.OUTEN으로 출력 핀 활성화 (필요 시)
인터럽트 설정 (필요 시) :
- ZCDx.CTRLA.bit.INTEN과 ZCDx.STATUS.bit.ZC로 인터럽트 설정
- 글로벌 인터럽트 활성화 (sei())
ZCD 실행 :
- 설정 후 즉시 동작 (별도 활성화 불필요)

4. ZCD 설정 고려사항

입력 신호 : ZCD 핀(PA7, PC7)에 AC 신호 입력, 최대 입력 전압은 VDD(1.8V~5.5V) 준수
필터링 : 노이즈가 많은 환경에서는 FILTEN 활성화 권장
인터럽트 : 다중 ZCD 인터럽트 시 우선순위 주의
출력 핀 : OUTEN 활성화 시 ZCD 출력이 해당 핀에 나타남
멀티플렉싱 : ZCD 핀은 GPIO 또는 다른 주변 장치와 충돌 가능성 주의
저전력 : RUNSTDBY로 스탠바이 모드에서 ZCD 동작 가능
외부 회로 : 직렬 저항(RSERIES)으로 전류 제한, 노이즈 완화를 위한 커패시터 권장

5. 실용적인 ZCD 예제 코드 (Bitfield 구조)

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

5.1 예제 1: 기본 ZCD 출력 (LED 표시)

// File: zcd_basic_output.c
// Description: AVR128DB48 ZCD 기본 출력 예제 (ZCD0으로 LED 점멸)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일
#include <util/delay.h>    // 지연 함수 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의

void set_system_clock(void) {
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ;
    }
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
}

void zcd_init(void) {
    // ZCD0(PA7) 설정
    ZCD0.CTRLA = ZCD_ENABLE_bm;         // ZCD0 활성화
    ZCD0.CTRLB = ZCD_OUTEN_bm | ZCD_FILTEN_bm; // PA7에 ZCD 출력 및 필터 활성화
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm;             // PB3(LED0)를 출력으로 설정
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클록 설정
    zcd_init();         // ZCD 설정

    while (1) {
        if (ZCD0.STATUS & ZCD_ZC_bm) {  // 영점 교차 감지
            PORTB.OUTTGL = PIN3_bm;     // PB3 LED 토글
            ZCD0.STATUS = ZCD_ZC_bm;    // ZC 플래그 클리어
        }
        _delay_ms(10); // 안정적인 동작을 위한 대기
    }

    return 0;
}

설명 :

기능 : ZCD0(PA7)에서 영점 교차 감지 시 PB3 LED를 토글
설정 : ZCD0 활성화, 출력 핀(PA7) 및 필터 활성화, PB3 출력
출력 : AC 신호의 영점 교차마다 LED 점멸

5.2 예제 2: ZCD 인터럽트 (LED 토글)

// File: zcd_interrupt.c
// Description: AVR128DB48 ZCD 인터럽트 예제 (ZCD0으로 LED 토글)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일
#include <avr/interrupt.h> // 인터럽트 처리 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의

volatile uint8_t led_state = 0; // LED 상태 저장

void set_system_clock(void) {
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ;
    }
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
}

void zcd_init(void) {
    // ZCD0(PA7) 설정
    ZCD0.CTRLA = ZCD_ENABLE_bm | ZCD_INTEN_bm; // ZCD0 활성화 및 인터럽트 활성화
    ZCD0.CTRLB = ZCD_FILTEN_bm;                // 입력 필터 활성화
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm;                    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
}

ISR(ZCD0_ZCD_vect) {
    led_state ^= 1;                  // LED 상태 토글
    if (led_state) {
        PORTB.OUTSET = PIN3_bm;      // PB3 High (LED 켬)
    } else {
        PORTB.OUTCLR = PIN3_bm;      // PB3 Low (LED 끔)
    }
    ZCD0.STATUS = ZCD_ZC_bm;         // ZC 플래그 클리어
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클록 설정
    zcd_init();         // ZCD 설정

    sei(); // 글로벌 인터럽트 활성화

    while (1) {
        // 무한 루프: 인터럽트로 LED 제어
    }

    return 0;
}

설명 :

기능 : ZCD0(PA7)의 영점 교차 시 인터럽트로 PB3 LED 토글
설정 : ZCD0 활성화, 인터럽트 및 필터 활성화, PB3 출력
출력 : AC 신호의 영점 교차마다 LED 상태 토글

5.3 예제 3: 다중 ZCD 출력 (LED 패턴)

// File: zcd_multi.c
// Description: AVR128DB48 다중 ZCD 출력 예제 (ZCD0, ZCD1으로 LED 패턴)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일
#include <util/delay.h>    // 지연 함수 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의

void set_system_clock(void) {
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ;
    }
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
}

void zcd_init(void) {
    // ZCD0(PA7), ZCD1(PC7) 설정
    ZCD0.CTRLA = ZCD_ENABLE_bm;         // ZCD0 활성화
    ZCD0.CTRLB = ZCD_FILTEN_bm;         // ZCD0 필터 활성화
    ZCD1.CTRLA = ZCD_ENABLE_bm;         // ZCD1 활성화
    ZCD1.CTRLB = ZCD_FILTEN_bm;         // ZCD1 필터 활성화
    PORTA.DIRSET = PIN0_bm | PIN1_bm;   // PA0, PA1를 출력으로 설정 (LED 연결)
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클록 설정
    zcd_init();         // ZCD 설정

    while (1) {
        if (ZCD0.STATUS & ZCD_ZC_bm) {  // ZCD0 영점 교차 감지
            PORTA.OUTSET = PIN0_bm;     // PA0 LED 켬
            PORTA.OUTCLR = PIN1_bm;     // PA1 LED 끔
            ZCD0.STATUS = ZCD_ZC_bm;    // ZC 플래그 클리어
        }
        if (ZCD1.STATUS & ZCD_ZC_bm) {  // ZCD1 영점 교차 감지
            PORTA.OUTSET = PIN1_bm;     // PA1 LED 켬
            PORTA.OUTCLR = PIN0_bm;     // PA0 LED 끔
            ZCD1.STATUS = ZCD_ZC_bm;    // ZC 플래그 클리어
        }
        _delay_ms(10); // 안정적인 동작을 위한 대기
    }

    return 0;
}

설명 :

기능 : ZCD0(PA7)와 ZCD1(PC7)의 영점 교차 감지에 따라 PA0, PA1 LED 패턴 제어
설정 : ZCD0, ZCD1 활성화, 필터 활성화, PA0/PA1 출력
출력 : ZCD0 감지 시 PA0 ON/PA1 OFF, ZCD1 감지 시 PA1 ON/PA0 OFF

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>, <util/delay.h> 포함
프로젝트 설정 : AVR128DB48 타겟으로 프로젝트 생성
클럭 정의 : #define F_CPU 24000000UL로 시스템 클록 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

ZCD 입력 : PA7(ZCD0), PC7(ZCD1)에 AC 신호 입력 (예: 50Hz/60Hz AC 신호, 직렬 저항 RSERIES 사용)
LED 출력 : PB3, PA0, PA1에 LED 및 전류 제한 저항(예: 330Ω) 연결
전원 : 1.8V~5.5V 전원 공급
안전 : AC 신호 입력 시 절연 회로(옵토커플러 또는 소형 변압기) 권장

6.4 디버깅

Atmel Studio/MPLAB X IDE의 디버거 사용
ZCDx.STATUS 레지스터 확인
오실로스코프 또는 로직 분석기로 ZCD 핀 및 출력 신호 점검

7. 추가 팁

클럭 설정 : set_system_clock()로 XOSC32K 안정화 및 24MHz 설정 확인
노이즈 감소 : FILTEN 활성화 및 외부 커패시터 추가 (예: ZCDxIN 핀에 10nF)
Microchip 리소스 : AVR128DB48 데이터시트, Technical Brief (TB3138), Application Notes (AN)
문제 해결 :
- 출력 없음: ZCDx.CTRLA 및 ZCDx.CTRLB 설정 확인
- 인터럽트 실패: ZCDx.STATUS 및 인터럽트 플래그 확인
- 입력 신호 불안정: 직렬 저항 값 조정(예: 1MΩ) 또는 외부 필터 추가
커뮤니티 : Microchip Community, AVR Freaks 포럼 참고

8. 결론

이 문서는 AVR128DB48 ZCD 모듈의 설정 방법과 Bitfield 구조를 활용한 예제 코드를 제공하여 AC 신호의 영점 교차 감지 애플리케이션에 적용 가능하도록 구성했습니다. 초보자는 기본 ZCD 출력 예제부터 시작하고, 숙련자는 인터럽트 및 다중 ZCD를 활용하여 복잡한 시스템을 구현할 수 있습니다.

키워드 : AVR128DB48, ZCD, Zero-Cross Detection, AVR, 마이크로컨트롤러, Atmel Studio, MPLAB X IDE, AC 신호, 인터럽트, 입력 필터, LED 제어

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[AVR128DB48] ZCD 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 ZCD 모듈 개요

주요 사양

2. ZCD Bitfield 설정 상세

2.1 ZCDx.CTRLA (제어 레지스터 A)

2.2 ZCDx.CTRLB (제어 레지스터 B)

2.3 ZCDx.STATUS (상태 레지스터)

3. ZCD 설정 절차

4. ZCD 설정 고려사항

5. 실용적인 ZCD 예제 코드 (Bitfield 구조)

5.1 예제 1: 기본 ZCD 출력 (LED 표시)

5.2 예제 2: ZCD 인터럽트 (LED 토글)

5.3 예제 3: 다중 ZCD 출력 (LED 패턴)

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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[AVR128DB48] ZCD 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 ZCD 모듈 개요

주요 사양

2. ZCD Bitfield 설정 상세

2.1 ZCDx.CTRLA (제어 레지스터 A)

2.2 ZCDx.CTRLB (제어 레지스터 B)

2.3 ZCDx.STATUS (상태 레지스터)

3. ZCD 설정 절차

4. ZCD 설정 고려사항

5. 실용적인 ZCD 예제 코드 (Bitfield 구조)

5.1 예제 1: 기본 ZCD 출력 (LED 표시)

5.2 예제 2: ZCD 인터럽트 (LED 토글)

5.3 예제 3: 다중 ZCD 출력 (LED 패턴)

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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