timer-pico-c

Raspberry Pi Pico Timer - C/C++ SDK

• Raspberry Pi Pico Timer
• Raspberry Pi Pico Timer 개요
• Timer와 Alarm을 사용하는 Coding 예
• 자주 사용하는 Registers
• Library Structure와 Library 사용 예 - C/C++ SDK
• Library Structure
• Hardware Structs Library를 이용한 프로그램 예
• Hardware Support Libraries를 이용한 프로그램 예
• Higher-level Libraries를 이용한 프로그램 예
• Raspberry Pi Pico Timer 프로그램 예
• 프로그램 예: Timer interrupt를 이용한 Switch debouncing
• 프로그램 예: Timer counter를 이용한 Pulse period 측정
• Raspberry Pi Pico Timer - C 관련 페이지 보기
• Window 환경에서 C(C++) 시작하기
• Raspberry Pi Pico GPIO Port와 Interrupt - C/C++ SDK

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Raspberry Pi Pico Timer

• Raspberry Pi Pico Timer 개요

참고자료: "RP2040 Datasheet A microcontroller by Raspberry Pi" 4.6.Timer

• RP2040의 Timer

RP2040의 시스템 Timer는 시스템을 위한 마이크로초 타임베이스(microsecond timebase)를 제공하며, 이 타임베이스를 기반으로 Timer 인터럽트를 생성한다.

• RP2040의 시스템 Timer의 중요한 기능은 아래와 같다.
• 매 Microsecond 마다 1씩 증가하는 Single 64-bit counter
• 이 카운터는 32비트 버스를 통해 한 쌍의 래치 레지스터(64-bit를 32-bit 씩 2번 읽음)에서 읽을 수(race-free) 있다.
• 64-bit Counter 값을 읽는 경우 Lower register(TIMELR)를 먼저 읽으면 Higher register(TIMEHR) 값은 Latches 되기 때문에 정확한 64-bit Counter 값을 읽을 수 있다.
• 카운터의 하단 32비트와 일치할 경우 IRQ를 발생 시키는 4개의 Alarm 레지스터를 갖고 있다.
• Microsecond 단위의 시간을 카운트 하는 64-bit 카운터는 수천 년 동안 Overflow 가 발생하지 않기 때문에 아주 용이하게 시간과 관련한 많은 기능을 수행할 수 있다.
• Alarms
• Timer에는 4개의 Alarm 레지스터를 갖고 있으며, 각 Alarm은 별도의 인터럽트를 발생할 수 있다.
• Alarm은 64-bit Counter의 하위 32비트와 일치하는 경우 발생하기 때문에 최대 2³² Microseconds(4295 seconds or 72 minutes) 후에 알람을 발생 시킬 수 있다.
• 만약 더 오랜 시간 후에 Alarm을 발생 시키고자 하는 경우에는 참고자료: "RP2040 Datasheet A microcontroller by Raspberry Pi" 4.8. RTC를 참고 바람.
• Alarm을 Enable 하는 방법
• 사용하려는 Alarm의 Interrupt를 아래 예와 같이 Enable 한다.

hw_set_bits(&timer_hw->inte, 1u << ALARM0);

• Alarm irq의 Interrupt handler를 아래 예와 같이 설정한다.

irq_set_exclusive_handler(ALARM_IRQ, alarm_irq);

• Alarm interrupt를 아래 예와 같이 Enable 한다.

irq_set_enabled(ALARM_IRQ, true);

• Alarm 발생 시간을 아래 예와 같이 설정한다. 이 예는 Alarm 이 64-bit Counter의 하위 32비트와 일치하는 경우의 예 이다.

uint64_t target = timer_hw->timerawl + delay_us;

timer_hw->alarm[ALARM0] = (uint32_t) target;

• Timer와 Alarm을 사용하는 Coding 예
• Reading the time
• RP2040의 Timer counter는 2개의 32 counter(64 bits)로 구성되어 있다. RP2040는 32Bits Data bus를 사용하기 때문에 계속하여 변동하는 Timer counter(64 bits)를 안정적으로 읽기 위하여 Latchs Rg를 사용(TIMELR을 읽는 순간 TIMEHR Rg의 값이 Latchs Rg에 저장되어 변동하지 않도록함)한다.
• 64-bit Timer counter의 값을 읽는 예
static uint64_t get_time(void) { // TIMELR을 읽는 순간 TIMEHR의 값이 Latch Rg에 Latch 된다. uint32_t lo = timer_hw->timelr; // TIMEHR 값을 Latch Rg로 부터 읽는다. uint32_t hi = timer_hw->timehr; // 두개의 32 Bits 변수 값을 64 Bit Unsigned integer로 변환하여 반환한다. return ((uint64_t) hi << 32u) | lo; }
• Alarm 설정하기
• Alarm을 설정하는 Coding 예(전체 프로그램은 "Hardware Structs Library를 이용한 프로그램 예"를 참고 바람)
#define ALARM_NUM 0 static void alarm_in_us(uint32_t delay_us) { // 0번 Alarm interrupt를 Enable 한다. hw_set_bits(&timer_hw->inte, 1u << ALARM_NUM); // Alarm irq가 발생할 경우 실행되는 Interrupt handler를 설정한다. irq_set_exclusive_handler(ALARM_IRQ, alarm_irq); // Alarm irq를 Enable 한다. irq_set_enabled(ALARM_IRQ, true); // Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + delay_us)한다. uint64_t target = timer_hw->timerawl + delay_us; // Alarm Rg에 Target time(lower 32 bits)을 설정한다. timer_hw->alarm[ALARM_NUM] = (uint32_t) target; }
• 자주 사용하는 Registers

참고자료: "RP2040 A microcontroller by Raspberry Pi" 4.6.5.List of Registers

• Timer/Counter Rg
• TIMEHW: Timer counter 63:32 Bits에 쓰기. TIMEHW를 Write 하기 전에 TIMELW를 먼저 Write 하여야 한다.
• TIMELW: Timer counter 31:0 Bits에 쓰기. TIMEHW를 Write 하여야 전제 Timer 값이 Timer counter에 복사된다.
• TIMEHR: Timer counter 63:32 Bits 읽기(Latchs Rg를 사용함). TIMEHR를 Read 하기 전에 TIMELR를 먼저 Read 하여야 한다.
• TIMELR: Timer counter 31:0 Bits 읽기.
• TIMERAWH: Timer counter 63:32 Bits를 Latchs Rg를 사용하지 않고 바로 읽기.
• TIMERAWL: Timer counter 31:0 Bits를 Latchs Rg를 사용하지 않고 바로 읽기.
• Alarm Rg
• ALARM0: Alarm 0의 Alarm 시간(Fire time)을 설정한다.
• ALARM1: Alarm 1의 Alarm 시간(Fire time)을 설정한다.
• ALARM2: Alarm 2의 Alarm 시간(Fire time)을 설정한다.
• ALARM3: Alarm 3의 Alarm 시간(Fire time)을 설정한다.

알람이 설정되면 TIMER_ALARMx == TIMELR 일 때 알람이 발생한다. 알람이 발생하면 자동으로 알람이 해제된다. 알람이 발생하기 전에 ARMED 상태 레지스터를 사용하여 알람을 해제할 수 있다. x 는 0 - 3 값을 갖는다.

• ARMED: 각 알람의 설정/해제 상태를 표시한다. ALARMx 레지스터에 Write가 실행되면 x 번 알람이 자동으로 설정된다. 알람이 발생하면 자동으로 알람 설정이 해제된다. 알람이 발생하기 전에 ARMED 상태 레지스터의 x 번 알람 해당 Bit에 1을 Write 하면 알람이 해제된다.
• Interrupts Rg
• INTR: Raw Interrupts Register
• INTE: Interrupt Enable Register
• INTF: Interrupt Force Register
• INTS: Interrupt status Register

Library Structure와 Library 사용 예 - C/C++ SDK

• Library Structure
• Hardware Registers Library
• Hardware Registers Library는 RP2040 registers 주소를 모두 포함하는 Library 이다. 이 Library는 RP2040 registers를 직접 Access 하는데 사용된다. C/C++ 프로그램에서는 Hardware Registers Library를 직접 사용하는 것 보다 아래 Hardware Structs Library를 사용하는 것이 좀더 C/C++ 프로그램을 읽기 쉽게 한다.
• Hardware Registers Library 예: 이 파일에 RP2040 Timer 관련 Rg 주소가 모두 Define 되어 있다.

참고자료: pico-sdk 설치 폴더(pico-sdk\src\rp2040\hardware_regs\include\hardware\regs\timer.h)의 timer.h를 편집기로 열어 전체 파일을 볼 수 있다.

// ============================================================================= // Register : TIMER_TIMEHW // Description : Write to bits 63:32 of time // always write timelw before timehw #define TIMER_TIMEHW_OFFSET _u(0x00000000) #define TIMER_TIMEHW_BITS _u(0xffffffff) #define TIMER_TIMEHW_RESET _u(0x00000000) #define TIMER_TIMEHW_MSB _u(31) #define TIMER_TIMEHW_LSB _u(0) #define TIMER_TIMEHW_ACCESS "WF" // ============================================================================= // Register : TIMER_TIMELW // Description : Write to bits 31:0 of time // writes do not get copied to time until timehw is written #define TIMER_TIMELW_OFFSET _u(0x00000004) #define TIMER_TIMELW_BITS _u(0xffffffff) #define TIMER_TIMELW_RESET _u(0x00000000) #define TIMER_TIMELW_MSB _u(31) #define TIMER_TIMELW_LSB _u(0) #define TIMER_TIMELW_ACCESS "WF" | |

c 프로그램에서 이 파일을 직접 사용하는 것 보다 아래 Hardware Structs Library를 사용(Hardware Structs Library에서 이 파일을 사용)하여 RP2040 Rg에 접근한다.

• Hardware Structs Library
• Hardware Structs Library는 RP2040 System address space 상의 RP2040 registers를 직접 Access 할 수 있도록 하는 C 구조체를 제공하기 때문에 이 Library를 사용하여 RP2040 registers를 직접 Access 할 수 있다.
• Timer를 위한 Hardware Structs Library 예:

참고자료: pico-sdk 설치 폴더(pico-sdk\src\rp2040\hardware_structs\include\hardware\structs\timer.h)의 timer.h를 편집기로 열어 전체 파일을 볼 수 있다.

typedef struct { _REG_(TIMER_TIMEHW_OFFSET) // TIMER_TIMEHW // Write to bits 63:32 of time io_wo_32 timehw; _REG_(TIMER_TIMELW_OFFSET) // TIMER_TIMELW // Write to bits 31:0 of time io_wo_32 timelw; | | _REG_(TIMER_ALARM0_OFFSET) // TIMER_ALARM0 // (Description copied from array index 0 register TIMER_ALARM0 applies similarly to other array indexes) // // Arm alarm 0, and configure the time it will fire io_rw_32 alarm[NUM_TIMERS]; // 4 | | } timer_hw_t; #define timer_hw ((timer_hw_t *const)TIMER_BASE)

Hardware Structs Library를 이용하여 Alarm을 설정하는 Coding 예. RP2040 Rg에 접근할 수 있는 구조체를 사용하여 C 언어에서 RP2040 Rg에 직접 R/W 할 수 있다.

uint64_t target = timer_hw->timerawl + delay_us;

timer_hw->alarm[ALARM_NUM] = (uint32_t) target;

• Hardware Support Libraries
• Hardware Support Libraries는 Hardware/peripheral을 용이하게 사용할 수 있도록 Hardware Structs Library에 비교하여 조금 높은 수준의 추상화를 제공한다. C/C++ 함수를 사용하여 RP2040 Rg에 접근하기 때문에 Hardware Structs Library에 비교하여 효율성은 떨어지지만 Hardware에 친숙하지 않은 프로그램어도 용이하게 프로그램을 작성할 수 있다.

참고자료: "Raspberry Pi Pico C/C++ SDK Libraries and tools for C/C++ development on RP2040 microcontrollers" 4.1.23. hardware_timer

• Higher-level Libraries
• Higher-level Libraries는 Hardware Support Libraries에 비교하여 더 높은 수준의 추상화를 제공하기 때문에 일반적으로 C/C++ 프로그램 작성을 더 용이하게 한다. 그러나 효율성은 떨어지기 때문에 높은 수준의 속도와 정밀성을 요구하는 프로그램에는 적합하지 않을 수 있다.

참고자료: "Raspberry Pi Pico C/C++ SDK Libraries and tools for C/C++ development on RP2040 microcontrollers" 4.2.12. alarm, 4.2.13. repeating_timer

• Hardware Structs Library를 이용한 프로그램 예
• Alarm interrupt를 사용하여 일정한 주기를 발생 시키는 프로그램 예: timer-alarm-led-hw-structs.c
#include <stdio.h> #include "pico/stdlib.h" #include "hardware/timer.h" #include "hardware/irq.h" // 0번 Alarm을 사요한다. #define ALARM_NUM 0 #define ALARM_IRQ TIMER_IRQ_0 #define INTERVAL 500000 // [us] #define LED_PIN 25 // LED pin 번호 uint64_t target; // Timer alarm interrupt handler static void alarm_handler(void) { // Clear the alarm irq hw_clear_bits(&timer_hw->intr, 1u << ALARM_NUM); // Toggle LED if(gpio_get(LED_PIN) == false) gpio_put(LED_PIN, 1); else gpio_put(LED_PIN, 0); // 다음 Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + delay_us)한다. target = timer_hw->timerawl + INTERVAL; // Alarm Rg에 Target time(lower 32 bits)을 설정한다. timer_hw->alarm[ALARM_NUM] = (uint32_t) target; } // Timer alarm 초기화 void alarm_init(uint32_t delay_us) { // Enable the interrupt for our alarm hw_set_bits(&timer_hw->inte, 1u << ALARM_NUM); // Set irq handler for alarm irq irq_set_exclusive_handler(ALARM_IRQ, alarm_handler); // Enable the alarm irq irq_set_enabled(ALARM_IRQ, true); // 다음 Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + delay_us)한다. uint64_t target = timer_hw->timerawl + delay_us; // Alarm Rg에 Target time(lower 32 bits)을 설정한다. timer_hw->alarm[ALARM_NUM] = (uint32_t) target; } // Initialize void device_init(void) { stdio_init_all(); // gpio_init() 함수는 GPIO 초기화하고 입력으로 설정한다. gpio_init(LED_PIN); // LED_PIN을 출력으로 설정한다. gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT); // Timer alarm을 초기화 한다. alarm_init(INTERVAL); } int main() { device_init(); while(1){ } return 0; }
• 실험을 위한 준비
• LED: 개발보드에 내장(GPIO25)되어 있기 때문에 별도의 회로를 필요로 하지 않는다.
• 실험 방법
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 timer-alarm-led-hw-structs Project를 생성한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Project 내의 "timer-alarm-led-hw-structs.c"에 저장 한다.
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 Project를 Build 한다.
• "Build 한 프로그램을 Pi Pico 보드에 Load(Flashing) 하고 실행하기"를 참고하여 timer-alarm-led-hw-structs.uf2를 Pi Pico 보드에 Upload 하여 실행한다.
• 실험
• 프로그램이 시작되면 LED가 1초 주기로 점멸한다.


• Hardware Support Libraries를 이용한 프로그램 예
• Repeating_timer 함수를 사용하여 일정한 주기를 발생 시키는 프로그램 예: timer-alarm-led-hw-support.c
#include <stdio.h> #include "pico/stdlib.h" #include "hardware/timer.h" #include "hardware/irq.h" // Use alarm 0 #define ALARM_NUM 0 #define ALARM_IRQ TIMER_IRQ_0 #define LED_PIN 25 // LED pin# #define INTERVAL 500000 // [us] uint64_t target; // timer handler static void alarm_handler(void) { // Toggle LED if(gpio_get(LED_PIN) == false) gpio_put(LED_PIN, 1); else gpio_put(LED_PIN, 0); // 다음 Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + INTERVAL)한다. target = timer_hw->timerawl + INTERVAL; // Alarm Rg에 Target time을 설정한다. hardware_alarm_set_target (ALARM_NUM, target); } // Initialize void device_init(void) { stdio_init_all(); // gpio_init() 함수는 GPIO 초기화하고 입력으로 설정한다. gpio_init(LED_PIN); // LED_PIN을 출력으로 설정한다. gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT); // Set irq handler for alarm irq hardware_alarm_set_callback (ALARM_NUM, alarm_handler); // 다음 Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + INTERVAL)한다. target = timer_hw->timerawl + INTERVAL; // Alarm Rg에 Target time을 설정한다. hardware_alarm_set_target (ALARM_NUM, target); } int main() { device_init(); while(1){ } return 0; }
• 실험을 위한 준비
• LED: 개발보드에 내장(GPIO25)되어 있기 때문에 별도의 회로를 필요로 하지 않는다.
• 실험 방법
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 timer-alarm-led-hw-support Project를 생성한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Project 내의 "timer-alarm-led-hw-support.c"에 저장 한다.
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 Project를 Build 한다.
• "Build 한 프로그램을 Pi Pico 보드에 Load(Flashing) 하고 실행하기"를 참고하여 timer-alarm-led-hw-support.uf2를 Pi Pico 보드에 Upload 하여 실행한다.
• 실험
• 프로그램이 시작되면 LED가 1초 주기로 점멸한다.
• Higher-level Libraries를 이용한 프로그램 예
• Repeating_timer 함수를 사용하여 일정한 주기를 발생 시키는 프로그램 예: timer-rept-led-hi-level.c
#include <stdio.h> #include "pico/stdlib.h" #define LED_PIN 25 // LED pin 번호 #define INTERVAL 500 // [ms] struct repeating_timer timer; // Timer interrupt handler bool timer_handler( struct repeating_timer *t ) { // Toggle LED if(gpio_get(LED_PIN) == false) gpio_put(LED_PIN, 1); else gpio_put(LED_PIN, 0); return true; } // Initialize void device_init(void) { stdio_init_all(); // gpio_init() 함수는 GPIO 초기화하고 입력으로 설정한다. gpio_init(LED_PIN); // LED_PIN을 출력으로 설정한다. gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT); // Timer interrupt의 주기와 handler를 설정한다. add_repeating_timer_ms( INTERVAL, timer_handler, NULL, &timer ); } int main() { device_init(); while(1){ } return 0; }
• 실험을 위한 준비
• LED: 개발보드에 내장(GPIO25)되어 있기 때문에 별도의 회로를 필요로 하지 않는다.
• 실험 방법
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 timer-rept-led-hi-level Project를 생성한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Project 내의 "timer-rept-led-hi-level.c"에 저장 한다.
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 Project를 Build 한다.
• "Build 한 프로그램을 Pi Pico 보드에 Load(Flashing) 하고 실행하기"를 참고하여 timer-rept-led-hi-level.uf2를 Pi Pico 보드에 Upload 하여 실행한다.
• 실험
• 프로그램이 시작되면 LED가 1초 주기로 점멸한다.

Raspberry Pi Pico Timer 프로그램 예

• 프로그램 예: Timer interrupt를 이용한 Switch debouncing

이 예는 Timer를 이용하여 일정한 시간 후에 Interrupt를 발생 시키는 방법과 Callback function의 이해를 위한 것이다. 이 예는 일정한 시간이 지난 다음 발생하는 Interrupt를 이용하여 스위치에서 발생하는 Bouncing 문제를 해결(Debouncing) 하는 예 이다.

아래 그림은 Switch의 금속 접점이 이상적이지 않기 때문에 Switch를 Closed 하거나 Open 하는 순간에 발생하는 Bouncing 현상 예 이다. Bouncing은 Switch의 상태에 따라 대략 5mSec - 10mSec 사이에 발생 한다.

소프트웨어로 Bouncing 문제를 해결(Debouncing) 하는 방법은 처음 Switch 누름을 인지한 다음 약 15mSec - 30mSec 후, Switch 상태를 다시 확인하여 이 때 까지 누름 상태가 지속되는 경우 누름 상태로 판단한다.


• SW Debouncing 프로그램 예: sw_debounc_timer_int.c
// 이 프로그램은 Switch bouncing 현상과 External interrupt, // Timer를 이용한 debouncing 기술을 이해 하기 위한 예 이다. // 실험 방법 // 이 프로그램과 모니터 프로그램을 실행하고 GPIO22 Switch를 누르면 // LED가 Toggle되고 Switch를 누른 회수가 모니터에 출력된다. // 이 프로그램은 Timer를 이용한 debouncing 기능을 포함하였기 때문에 // bouncing 현상이 거의 발생하지 않고 바르게 LED가 Toggle 된다. #include "pico/stdlib.h" #include <stdio.h> #include "hardware/gpio.h" #include "hardware/timer.h" #include "hardware/irq.h" #include "hardware/uart.h" // Pi Pico 보드에 내장된 LED(GPIO25)를 LED_PIN으로 사용한다. #define LED_PIN PICO_DEFAULT_LED_PIN #define SW_PIN 22 // IRQ_enable, IRQ_disable를 매크로 함수로 정의한다. #define IRQ_enable gpio_set_irq_enabled(SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, true); #define IRQ_disable gpio_set_irq_enabled(SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, false); #define DEBOUNCE_Time 16000 // 16mSec(16000uSec) // 0번 Alarm을 사요한다. #define ALARM_NUM 0 #define ALARM_IRQ TIMER_IRQ_0 uint64_t target; volatile uint32_t counter = 0; // Timer alarm interrupt handler static void alarm_handler(void) { // Alarm interrupt를 Clear(Disable) 한다. hw_clear_bits(&timer_hw->inte, 1u << ALARM_NUM); // Alarm irq를 Clear 한다. hw_clear_bits(&timer_hw->intr, 1u << ALARM_NUM); // Toggle LED if(gpio_get(SW_PIN) == false) { counter++; printf("Counter: %d\n\r", counter); // LED의 상태를 Toggle 한다. if(gpio_get(LED_PIN) == false) gpio_put(LED_PIN, 1); else gpio_put(LED_PIN, 0); } IRQ_enable } // Timer alarm 초기화 void alarm_init(void) { // Alarm irq handler를 설정한다. irq_set_exclusive_handler(ALARM_IRQ, alarm_handler); } // Switch를 누를떄(Falling edge) 실행되는 Callback 함수 void callback_sw(uint gpio, uint32_t events) { IRQ_disable // printf("SW Pushed\n\r"); // Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + DEBOUNCE_Time)한다. target = timer_hw->timerawl + DEBOUNCE_Time; // Alarm Rg에 Target time(lower 32 bits)을 설정한다. timer_hw->alarm[ALARM_NUM] = (uint32_t) target; // Alarm interrupt를 Enable 한다. hw_set_bits(&timer_hw->inte, 1u << ALARM_NUM); // Aarm irq를 Enable 한다. irq_set_enabled(ALARM_IRQ, true); } // Initialize void device_init(void) { stdio_init_all(); // gpio_init() 함수는 GPIO 초기화하고 입력으로 설정한다. gpio_init(SW_PIN); gpio_set_dir(SW_PIN, GPIO_IN); // SW_PIN을 Pull up으로 설정한다. gpio_pull_up(SW_PIN); gpio_init(LED_PIN); // LED_PIN을 출력으로 설정한다. gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT); // Switch를 누를떄(Falling edge) External interrupt이 발생하도록 설정한다. gpio_set_irq_enabled_with_callback(SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, true, &callback_sw); alarm_init(); } int main() { device_init(); printf("SW debouncing test\n\r"); while(1){ } return 0; }
• 실험을 위한 준비
• GP22에 Button SW를 연결한다
• Pi Pico 개발보드와 PC의 UART 신호 연결: Default Serial 통신 Port(printf 사용)로 UART0를 사용한다.
• 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 RXD와 Pi Pico 개발보드의 TXD0(GP0: 1번 Pin)를 연결한다.
• 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 TXD와 Pi Pico 개발보드의 RXD0(GP1: 2번 Pin)를 연결한다.
• 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 GND와 Pi Pico 개발보드의 GND를 연결한다.

주의: 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 전원 전압(Vdd)과 Pi Pico 개발보드의 전원 전압(Vdd)은 서로 연결하지 않는다. USB --> UART와 Pi Pico 개발보드의 전원 전압(Vdd)은 서로 다를 수 있다.

• 실험 방법
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 sw_debounc_timer_int Project를 생성한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Project 내의 "sw_debounc_timer_int.c"에 저장 한다.
• UART0를 printf의 출력으로 사용하기 때문에 "sw_debounc_timer_int.c"이 있는 폴더의 CMakeLists.txt 파일에서 pico_enable_stdio_uart"를 아래와 같이 설정 하여야 한다.

pico_enable_stdio_uart(sw-debounc-timer-int 1)

• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 Project를 Build 한다.

주: 처음 Project를 생성한 다음 nmake를 실행하면 AhnLab V3 바이러스 프로그램이 설치된 경우 malware/Win.Generic.C4992917 바이러스가 발견되었다는 메세지가 출력되고 Fatal error 가 발생하여 컴파일이 중단된다. 그러나 Error 메세지를 무시하고 한번더 nmake를 실행하면 컴파일이 잘 진행된다.

주: AhnLab V3 바이러스 프로그램의 Home -> 보안 상태 설정에서 PC 실시간 검사를 Off 상태로 하면 이 문제가 발생하지 않음.

• "Build 한 프로그램을 Pi Pico 보드에 Load(Flashing) 하고 실행하기"를 참고하여 sw_debounc_timer_int.uf2를 Pi Pico 보드에 Upload 하여 실행한다.

주: PC에서 모니터 프로그램이 실행 중인 상태에서 Pi Pico 보드에 sw_debounc_timer_int.uf2를 Upload 하면, 오류가 발생할 수 있기 때문에 프로그램을 Pi Pico 보드에 Upload 한 다음 PC에서 모니터 프로그램을 실행하여야 한다.

• PC에서 모니터 프로그램(예: OC-Console, Tera Term)을 설치(이미 설치되어 있는 경우에는 실행만 하면됨)하고 실행한다.
• 모니터 프로그램에서 USB --> UART(RS232) 변환 모듈의 Serial Port를 확인하고 필요한 설정(Serial Port와 Baudrate(115200) 등을 설정)을 한다.
• 실험
• GP22에 연결된 Button SW를 누르면 SW를 누른 회수가 모니터에 출력된다.


• 프로그램 예: Timer counter를 이용한 Pulse period 측정

펄스폭 주기 측정을 위한 회로 구성 예



이 예는 펄스 신호의 주기 측정기술 이해하기 위한 예 이다.

• Timer counter를 이용한 Pulse Width 측정 예: pulse-period-measure.c
#include "pico/stdlib.h" #include <stdio.h> #include "hardware/gpio.h" #include "hardware/timer.h" #include "hardware/irq.h" #include "hardware/uart.h" // Pi Pico 보드에 내장된 LED(GPIO25)를 LED_PIN으로 사용한다. #define LED_PIN PICO_DEFAULT_LED_PIN #define PULSE_OUT_PIN 20 #define PULSE_IN_PIN 19 #define UP_SW_PIN 21 #define DOWN_SW_PIN 22 // IRQ_enable, IRQ_disable를 매크로 함수로 정의한다. #define IRQ_enable_up gpio_set_irq_enabled(UP_SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, true); #define IRQ_disable_up gpio_set_irq_enabled(UP_SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, false); #define IRQ_enable_down gpio_set_irq_enabled(DOWN_SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, true); #define IRQ_disable_down gpio_set_irq_enabled(DOWN_SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, false); #define DEBOUNCE_Time 16000 // 16mSec(16000uSec) // 0번 Alarm: Pulse 주기의 발생에 사용 사용한다. #define PULSE_GEN_ALARM_NUM 0 #define PULSE_GEN_ALARM_IRQ TIMER_IRQ_0 #define PULSE_WIDTH_MAX 4000000 // 4000mSec #define PULSE_WIDTH_MIN 250000 // 250mSec #define PULSE_STEP 100000 // 100mSec // 1번 Alarm: Switch debouncing에 사용한다. #define SW_DEB_ALARM_NUM 1 #define SW_DEB_ALARM_IRQ TIMER_IRQ_1 uint64_t target; volatile uint32_t pusePeriod = 0; volatile uint32_t pulseWidth = 500000; // [us], 500mSec volatile uint32_t timeLo, timeHi; volatile uint64_t lastTime, currentTime; // Timer alarm interrupt handler // 피측정 신호를 발생 시킨다. static void pulse_gen_alarm_handler(void) { // Alarm irq를 Clear 한다. hw_clear_bits(&timer_hw->intr, 1u << PULSE_GEN_ALARM_NUM); // 다음 Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + delay_us)한다. target = timer_hw->timerawl + pulseWidth; // Alarm Rg에 Target time(lower 32 bits)을 설정한다. timer_hw->alarm[PULSE_GEN_ALARM_NUM] = (uint32_t) target; // Output Pulse를 발생(Toggle) 시킨다. if(gpio_get(PULSE_OUT_PIN) == false) gpio_put(PULSE_OUT_PIN, 1); else gpio_put(PULSE_OUT_PIN, 0); // LED의 상태를 Toggle 한다. if(gpio_get(LED_PIN) == false) gpio_put(LED_PIN, 1); else gpio_put(LED_PIN, 0); } // Pulse period 설정 static void debounc_alarm_handler(void) { // Alarm interrupt를 Clear(Disable) 한다. hw_clear_bits(&timer_hw->inte, 1u << SW_DEB_ALARM_NUM); // Alarm irq를 Clear 한다. hw_clear_bits(&timer_hw->intr, 1u << SW_DEB_ALARM_NUM); // UP SW가 눌린 경우 펄스 주기를 증가 시킨다. if(gpio_get(UP_SW_PIN) == false) { pulseWidth += PULSE_STEP; if(pulseWidth > PULSE_WIDTH_MAX) pulseWidth = PULSE_WIDTH_MAX; printf("pulseWidth: %d\n\r", pulseWidth); } // DOWN SW가 눌린 경우 펄스 주기를 감소 시킨다. if(gpio_get(DOWN_SW_PIN) == false) { pulseWidth -= PULSE_STEP; if(pulseWidth < PULSE_WIDTH_MIN) pulseWidth = PULSE_WIDTH_MIN; printf("pulseWidth: %d\n\r", pulseWidth); } IRQ_enable_up IRQ_enable_down } // Timer alarm 초기화 void alarm_init(void) { // Enable the interrupt for pulse alarm hw_set_bits(&timer_hw->inte, 1u << PULSE_GEN_ALARM_NUM); // Set irq handler for alarm irq irq_set_exclusive_handler(PULSE_GEN_ALARM_IRQ, pulse_gen_alarm_handler); // Enable the alarm irq irq_set_enabled(PULSE_GEN_ALARM_IRQ, true); // 현재 Timer 값을 읽는다. timeLo = timer_hw->timelr; timeHi = timer_hw->timehr; lastTime = ( (uint64_t) timeHi << 32) | timeLo ; // Alarm Rg에 Pulse toggle time(lower 32 bits)을 설정한다. // 첫 Pluse의 Rising edge가 한 주기(T: 2 * pulseWidth) 후에 발생하도록 한다. timer_hw->alarm[PULSE_GEN_ALARM_NUM] = (uint32_t) (lastTime + 2 * pulseWidth); gpio_put(PULSE_OUT_PIN, 0); // Debouncing Alarm irq handler를 설정한다. irq_set_exclusive_handler(SW_DEB_ALARM_IRQ, debounc_alarm_handler); } // GPIO interrupt가 발생할 때 실행되는 Callback 함수 // 이 함수에서 GPIO 번호와 Events Type에 따라 필요한 제어를 한다. void callback_timer_sw(uint gpio, uint32_t events) { // Switch 입력인 경우 Debouncing timer를 Enable 한다. if((gpio == UP_SW_PIN) || (gpio == DOWN_SW_PIN)) { if(gpio == UP_SW_PIN) { IRQ_disable_up // printf("Up SW %d\n\r", gpio); } if(gpio == DOWN_SW_PIN) { IRQ_disable_down // printf("DOWN SW %d\n\r", gpio); } // Alarm 발생 시간을 계산(timerawl + DEBOUNCE_Time)한다. target = timer_hw->timerawl + DEBOUNCE_Time; // Alarm Rg에 Target time(lower 32 bits)을 설정한다. timer_hw->alarm[SW_DEB_ALARM_NUM] = (uint32_t) target; // Alarm interrupt를 Enable 한다. hw_set_bits(&timer_hw->inte, 1u << SW_DEB_ALARM_NUM); // Aarm irq를 Enable 한다. irq_set_enabled(SW_DEB_ALARM_IRQ, true); } // Pulse input port에 입력(Rising edge)이 발생하면 주기를 계산하여 출력한다. if(gpio == PULSE_IN_PIN) { timeLo = timer_hw->timelr; timeHi = timer_hw->timehr; currentTime = ( (uint64_t) timeHi << 32) | timeLo ; // 주기를 계산하고 시간 단위를 mSec로 변환한다. pusePeriod = (uint32_t) (currentTime - lastTime) / 1000; lastTime = currentTime; printf("Pulse Period: %d\n\r", pusePeriod); } } // Initialize void device_init(void) { stdio_init_all(); // UP_SW 설정 // gpio_init() 함수는 GPIO 초기화하고 입력으로 설정한다. gpio_init(UP_SW_PIN); gpio_set_dir(UP_SW_PIN, GPIO_IN); // SW_PIN을 Pull up으로 설정한다. gpio_pull_up(UP_SW_PIN); // DOWN_SW 설정 gpio_init(DOWN_SW_PIN); gpio_set_dir(DOWN_SW_PIN, GPIO_IN); gpio_pull_up(DOWN_SW_PIN); // LED_PIN을 출력으로 설정한다. gpio_init(LED_PIN); gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT); // PULSE_OUT_PIN을 출력으로 설정한다. gpio_init(PULSE_OUT_PIN); gpio_set_dir(PULSE_OUT_PIN, GPIO_OUT); // PULSE_IN_PIN을 입력으로 설정한다. gpio_init(PULSE_IN_PIN); gpio_set_dir(PULSE_IN_PIN, GPIO_IN); // GPIO Interrupt handler를 설정한다. // Pulse input(Rising edge) External interrupt이 발생하도록 설정한다. gpio_set_irq_enabled_with_callback(PULSE_IN_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_RISE, true, &callback_timer_sw); // Switch를 누를떄(Falling edge) External interrupt이 발생하도록 설정한다. gpio_set_irq_enabled(DOWN_SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, true); gpio_set_irq_enabled(UP_SW_PIN, GPIO_IRQ_EDGE_FALL, true); // Timer alarm을 초기화 한다. alarm_init(); } int main() { device_init(); printf("Pulse period measure testing\n\r"); while(1){ } return 0; }
• 실험을 위한 준비
• 피 측정 Pulse 신호(GPIO20)와 측정 신호 입력(GPIO19) Pin을 연결 한다.
• GP21과 GP22에 Button SW를 연결한다.
• Pi Pico 개발보드와 PC의 UART 신호 연결
• 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 RXD와 Pi Pico 개발보드의 TXD1(GP4)를 연결한다.
• 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 TXD와 Pi Pico 개발보드의 RXD1(GP5)를 연결한다.
• 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 GND와 Pi Pico 개발보드의 GND를 연결한다.

주의: 컴퓨터(USB --> UART(RS232) 변환 모듈)의 전원 전압(Vdd)과 Pi Pico 개발보드의 전원 전압(Vdd)은 서로 연결하지 않는다. USB --> UART와 Pi Pico 개발보드의 전원 전압(Vdd)은 서로 다를 수 있다.

• LED는 Pi Pico 개발보드의 LED(GP25)를 사용한다.
• 실험 방법
• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 pulse-period-measure Project를 생성한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Project 내의 "pulse-period-measure.c"에 저장 한다.
• UART0를 printf의 출력으로 사용하기 때문에 "pulse-period-measure.c"이 있는 폴더의 CMakeLists.txt 파일에서 pico_enable_stdio_uart"를 아래와 같이 설정 하여야 한다.

pico_enable_stdio_uart(pulse-period-measure 1)

• "새 Project를 생성하고 Build 하기"를 참고하여 Project를 Build 한다.
• "Build 한 프로그램을 Pi Pico 보드에 Load(Flashing) 하고 실행하기"를 참고하여 pulse-period-measure.uf2를 Pi Pico 보드에 Upload 하여 실행한다.

주: PC에서 모니터 프로그램이 실행 중인 상태에서 Pi Pico 보드에 pulse-period-measure.uf2를 Upload 하면, 오류가 발생할 수 있기 때문에 프로그램을 Pi Pico 보드에 Upload 한 다음 PC에서 모니터 프로그램을 실행하여야 한다.

• PC에서 모니터 프로그램(예: OC-Console, Tera Term)을 설치(이미 설치되어 있는 경우에는 실행만 하면됨)하고 실행 한다.
• 모니터 프로그램에서 USB --> UART(RS232) 변환 모듈의 Serial Port를 확인하고 필요한 설정(Serial Port와 Baudrate(115200) 등을 설정)을 한다.
• 실험
• 프로그램이 실행되면 측정된 펄스 주기가 PC 모니터의 출력된다.
• GPIO21 버튼을 누르면 펄스 주기가 증가하고, GPIO22 버튼을 누르면 펄스 주기가 감소한다.
• 펄스 주기에 따라 LED가 점멸한다.

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