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STM32F4: 디지털 오실로스코프 구현

2024-10-24 20:54:28

재능넷
조회수 281 댓글수 0

STM32F4로 디지털 오실로스코프 만들기: 초보자도 쉽게 따라하는 가이드 🔬🔧

 

 

안녕, 친구들! 오늘은 정말 흥미진진한 주제로 찾아왔어. 바로 STM32F4 마이크로컨트롤러를 이용해서 디지털 오실로스코프를 만드는 방법에 대해 알아볼 거야. 😎 이 프로젝트는 단순히 재미있는 것뿐만 아니라, 실제로 유용한 도구를 만들 수 있는 좋은 기회이기도 해. 그리고 이런 프로젝트를 통해 얻은 지식과 경험은 나중에 재능넷 같은 플랫폼에서 다른 사람들과 공유할 수 있는 귀중한 자산이 될 수 있지. 자, 그럼 시작해볼까?

1. 디지털 오실로스코프란 뭘까? 🤔

먼저, 디지털 오실로스코프가 뭔지 알아보자. 오실로스코프는 전기 신호를 시각화해주는 장비야. 쉽게 말해, 전기가 어떻게 흐르는지 눈으로 볼 수 있게 해주는 거지. 😮

🔍 오실로스코프의 주요 기능:

  • 전압 측정
  • 주파수 분석
  • 신호의 형태 관찰
  • 노이즈 검출

디지털 오실로스코프는 아날로그 오실로스코프와 달리 신호를 디지털로 변환해서 처리해. 이렇게 하면 더 정확하고 다양한 분석이 가능해지지. 우리가 만들 STM32F4 기반 디지털 오실로스코프도 이런 원리로 동작할 거야.

2. STM32F4 소개: 우리의 핵심 두뇌 🧠

STM32F4는 ARM Cortex-M4 프로세서를 기반으로 한 고성능 마이크로컨트롤러야. 이 작은 칩 하나로 정말 다양한 일을 할 수 있어. 오실로스코프 만들기에 딱이지!

📌 STM32F4의 주요 특징:

  • 고속 ADC (아날로그-디지털 변환기)
  • DMA (직접 메모리 접근) 지원
  • 풍부한 주변장치 인터페이스
  • 저전력 모드

STM32F4는 마치 스위스 군용 칼 같아. 다재다능하고 강력하지. 이런 특성 덕분에 우리의 디지털 오실로스코프 프로젝트에 완벽한 선택이 될 거야.

3. 프로젝트 준비: 무엇이 필요할까? 🛠️

자, 이제 본격적으로 프로젝트를 시작해볼까? 먼저 필요한 것들을 준비해보자.

🛒 준비물 목록:

  • STM32F4 개발 보드 (예: STM32F4Discovery)
  • USB 케이블 (보드 연결용)
  • 브레드보드와 점퍼 와이어
  • 저항, 커패시터 등의 기본 전자 부품
  • LCD 디스플레이 (예: 16x2 또는 그래픽 LCD)
  • 프로브 (신호 입력용)

이 정도면 기본적인 준비는 끝났어. 하지만 잠깐, 여기서 중요한 팁 하나! 만약 전자 부품을 구하기 어렵다면, 재능넷에서 관련 전문가를 찾아보는 것도 좋은 방법이야. 때로는 경험 많은 사람의 조언 한마디가 수많은 시행착오를 줄여줄 수 있거든.

4. 하드웨어 설정: 회로를 구성해보자 🔌

이제 하드웨어를 설정할 차례야. 이 부분이 조금 까다로울 수 있지만, 천천히 따라오면 돼.

🔧 하드웨어 설정 단계:

  1. STM32F4 보드에 전원 연결
  2. 신호 입력 회로 구성
  3. LCD 디스플레이 연결
  4. 필요한 경우 추가 버튼이나 LED 연결

신호 입력 회로는 특히 중요해. 우리가 측정하려는 신호를 STM32F4의 ADC가 읽을 수 있는 범위로 조정해주는 역할을 하거든. 보통 전압 분배기와 연산 증폭기를 사용해서 이 부분을 구현해.

신호 입력 회로 다이어그램 입력 전압 분배기 연산 증폭기 출력

이 다이어그램을 보면 신호의 흐름을 이해하기 쉬울 거야. 입력 신호가 전압 분배기를 통과하고, 그 다음 연산 증폭기를 거쳐 STM32F4의 ADC로 들어가는 과정이지.

5. 소프트웨어 개발: 코드를 작성해보자 💻

하드웨어 설정이 끝났다면, 이제 소프트웨어를 개발할 차례야. STM32F4를 프로그래밍하기 위해서는 보통 C 언어를 사용해. 처음에는 어려워 보일 수 있지만, 차근차근 설명할 테니 걱정하지 마!

📝 주요 개발 단계:

  1. 개발 환경 설정 (예: STM32CubeIDE)
  2. ADC 초기화 및 설정
  3. DMA 설정
  4. 타이머 설정
  5. LCD 제어 코드 작성
  6. 메인 로직 구현

먼저, ADC 설정부터 살펴볼까? 여기서 ADC는 아날로그 신호를 디지털로 변환해주는 핵심 부품이야.


// ADC 초기화 코드 예시
void ADC_Init(void) {
    // ADC 클럭 활성화
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;
    
    // ADC 설정
    ADC1->CR1 = 0;
    ADC1->CR2 = 0;
    
    // 12비트 해상도, 연속 변환 모드
    ADC1->CR1 |= ADC_CR1_RES_0;
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CONT;
    
    // 채널 설정 (예: 채널 1)
    ADC1->SQR3 = 1;
    
    // ADC 활성화
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;
}

이 코드는 ADC를 초기화하고 기본적인 설정을 하는 과정이야. 12비트 해상도로 설정했고, 연속 변환 모드를 사용하고 있어. 이렇게 하면 신호를 계속해서 읽을 수 있지.

다음으로, DMA 설정을 해볼까? DMA는 CPU의 개입 없이 데이터를 직접 메모리로 전송할 수 있게 해주는 강력한 기능이야.


// DMA 초기화 코드 예시
void DMA_Init(void) {
    // DMA 클럭 활성화
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_DMA2EN;
    
    // 스트림 설정
    DMA2_Stream0->CR = 0;
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_CHSEL_0;  // 채널 0 선택
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_PL_1;     // 우선순위 높음
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_MSIZE_0;  // 메모리 데이터 크기: 16비트
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_PSIZE_0;  // 주변장치 데이터 크기: 16비트
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_MINC;     // 메모리 주소 증가
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_CIRC;     // 순환 모드
    
    // 데이터 개수 설정
    DMA2_Stream0->NDTR = BUFFER_SIZE;
    
    // 주소 설정
    DMA2_Stream0->PAR = (uint32_t)&ADC1->DR;
    DMA2_Stream0->M0AR = (uint32_t)adc_buffer;
    
    // DMA 활성화
    DMA2_Stream0->CR |= DMA_SxCR_EN;
}

이 코드는 DMA를 설정하는 과정이야. ADC에서 읽은 데이터를 자동으로 메모리 버퍼로 전송하도록 설정하고 있어. 이렇게 하면 CPU가 다른 작업을 하는 동안에도 계속해서 데이터를 수집할 수 있지.

이제 타이머 설정을 해볼까? 타이머는 일정한 간격으로 ADC 변환을 트리거하는 데 사용돼.


// 타이머 초기화 코드 예시
void Timer_Init(void) {
    // 타이머 클럭 활성화
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
    
    // 타이머 주기 설정
    TIM2->PSC = 83;  // 프리스케일러
    TIM2->ARR = 999; // 오토 리로드 레지스터
    
    // 출력 비교 모드 설정
    TIM2->CCMR1 = TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;
    TIM2->CCER = TIM_CCER_CC1E;
    
    // 타이머 활성화
    TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

이 코드는 타이머를 설정하는 과정이야. 여기서는 TIM2를 사용해서 주기적으로 ADC 변환을 트리거하도록 설정했어. 이렇게 하면 일정한 샘플링 속도를 유지할 수 있지.

마지막으로, LCD를 제어하는 코드를 작성해볼까? 여기서는 간단한 16x2 문자 LCD를 예로 들어볼게.


// LCD 초기화 및 제어 코드 예시
void LCD_Init(void) {
    // LCD 핀 설정
    // ...

    // LCD 초기화 명령 전송
    LCD_SendCommand(0x33);
    LCD_SendCommand(0x32);
    LCD_SendCommand(0x28);
    LCD_SendCommand(0x0C);
    LCD_SendCommand(0x06);
    LCD_SendCommand(0x01);
}

void LCD_SendCommand(uint8_t cmd) {
    // RS 핀을 Low로 설정 (명령 모드)
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_RS_GPIO_Port, LCD_RS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    
    // 명령 전송
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D4_GPIO_Port, LCD_D4_Pin, (cmd >> 4) & 0x01);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D5_GPIO_Port, LCD_D5_Pin, (cmd >> 5) & 0x01);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D6_GPIO_Port, LCD_D6_Pin, (cmd >> 6) & 0x01);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D7_GPIO_Port, LCD_D7_Pin, (cmd >> 7) & 0x01);
    
    // Enable 펄스 생성
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_EN_GPIO_Port, LCD_EN_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(1);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_EN_GPIO_Port, LCD_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(1);
    
    // 하위 4비트 전송
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D4_GPIO_Port, LCD_D4_Pin, cmd & 0x01);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D5_GPIO_Port, LCD_D5_Pin, (cmd >> 1) & 0x01);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D6_GPIO_Port, LCD_D6_Pin, (cmd >> 2) & 0x01);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D7_GPIO_Port, LCD_D7_Pin, (cmd >> 3) & 0x01);
    
    // Enable 펄스 생성
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_EN_GPIO_Port, LCD_EN_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(1);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_EN_GPIO_Port, LCD_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(1);
}

void LCD_SendData(uint8_t data) {
    // RS 핀을 High로 설정 (데이터 모드)
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_RS_GPIO_Port, LCD_RS_Pin, GPIO_PIN_SET);
    
    // 데이터 전송 (명령 전송과 유사한 방식)
    // ...
}

void LCD_Print(char* str) {
    while (*str) {
        LCD_SendData(*str++);
    }
}

이 코드는 LCD를 초기화하고 문자를 출력하는 기본적인 함수들이야. LCD_Init() 함수로 LCD를 초기화하고, LCD_SendCommand()와 LCD_SendData() 함수로 명령과 데이터를 전송해. LCD_Print() 함수는 문자열을 LCD에 출력하는 데 사용할 수 있어.

자, 이제 이 모든 것을 합쳐서 메인 로직을 구현해볼까?

관련 키워드

  • STM32F4
  • 디지털 오실로스코프
  • ADC
  • DMA
  • 타이머
  • LCD 제어
  • 신호 처리
  • 마이크로컨트롤러 프로그래밍
  • 하드웨어 설계
  • 임베디드 시스템

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