[AVR] External Interrupt(외부 인터럽트) & Ultrasonic 거리 측정

|  External Interrupt

: Interrupt의 한 종류로 주로 다른 Device(컴퓨터, 센서 등)에서 발생하는 특정 신호에 의해 발생한다.

 

들어가기에 앞서..

Signal State 종류 : Low, Rising edge, High, Falling edge

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| AVR External Interrupt

 : AVR ATmega128a에서 지원하는 External Interrupt는 총 8개이며 설정 및 사용방법은 Datasheet application Note 활용

 

● EICRA(External Interrupt Control Register- A) : External Interrupt 제어 레지스터(0 ~ 3 → 4개)

ISCnm ; n : 레지스터 번호, m : n 레지스터 control bit

ISC bit 설정에 따른 Interrupt 발생 종류

• ISCn bit 설정
  1. 0 0 : Low level 일 때 Interrupt
  2. 0 1 : 예약된 동작(아무 동작 안함)
  3. 1 0 : Falling edge 일 때 Interrupt
  4. 1 1 : Rising edge 일 때 Interrupt

● EICRB(External Interrupt Control Register - B) : External Interrupt 제어 레지스터(4 ~ 7 → 4개)

• ISCn bit 설정
  1. 0 0 : Rising edge, Falling edge 일 때 발생 → 상태가 변할 때마다 Interrupt 발생
  2. ...(생략)

▶ EICR : External Interrupt 모드 정의 → 어떤 신호일 때 Interrupt 발생시킬지

 

● EIMSK(External Interrupt Mask Register) : 해당 External Interrupt 활성화(Enable)

사용하고자 하는 Interrupt의 bit를 1로 설정하여 활성화

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|  Ultrasonic(HC-SR04)

 : 초음파 송수신 센서(VCC, Trig, Echo, GND 4개 핀)

1. 최소 10us 이상의 high level signal
2. 8개의 40kHz 초음파를 전송하고 펄스 신호가 돌아오는걸 감지
       - 가청 주파수 : 20Hz ~ 20kHz → Ultrasonic은 사람이 들을 수 없음
3. 신호가 high level로 돌아오면 초음파의 송신부터 수신까지의 시간으로 거리 계산 가능
       - 음속 : 340m/s → 음속과 초음파 전달 시간으로 거리를 구할 수 있음(거리 = 속도 * 시간)

• Ultrasonic 동작 flow
  1. Trigger pulse : MCU → Ultrasonic 10us High Sinal(Start signal)
         - MCU가 Ultrasonic에게 '신호 받을 준비 됐어!'
  2. Tx : 8개의 40kHz 주파수 송신
  3. Echo pulse : Ultrasonic → MCU High signal
         - Ultrasonic이 MCU에게 '주파수 쐈어!'
  4. Rx : 주파수 수신(물체에 반사되어 돌아옴)
  5. Echo pulse : Ultrasonic → MCU Low signal 
         - Ultrasonic이 MCU에게 '주파수 돌아왔어!'

코드 설계
1. Echo pulse가 High로 유지된 시간으로 거리를 구할 수 있음.
    → Timer/Counter의 TCNT register 사용(클럭 신호마다 +1 저장하는 레지스터)
2. Echo pulse의 상태가 변할 때(Falling edge, Rising edge) Interrupt 발생시켜 어떠한 프로세스 실행

▶ Echo pulse가 Low → High로 변했을 때(Rising edge) Interrupt 발생
      시간 측정 시작) Timer/Counter 시작(일정 주기마다 TCNT + 1)
      → Echo pulse가 High → Low로 변했을 때(Falling edge) Interrupt 발생
      → 시간 측정 종료) Timer/Counter TCNT register에 저장된 값으로 시간 측정

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HW  구성

•  AVR PD2에 Ultrasonic Echo 연결

   → External Inerrupt 2 사용

 

 

 

 

 

 

 

 

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SW 구성

External Inerrupt 사용 설정 순서(INT2 사용 가정)

1. EICRA 레지스터 설정 : ISC21, ISC20 bit 설정 → External Interrupt mode 설정(언제 Interrupt 발생시킬지)
2. EIMSK 레지스터 설정 : INT2 bit 설정 → Interrupt 사용 enable
3. sei()
4. ISR()

 

● Timer/Counter 1 사용(16bit) : 시간 count용(Interrupt 사용 X) → TIMSK 설정 할 필요 없음

 

● 1/64 prescaler 설정 : TCCR1B = 0000 0011(2)

Prescaler 설정에 따른 거리 측정 계산법

 

● 1/64 분주기 설정 일때 거리(편도)
= TNCT * 340 * 4 * 0.000001 / 2
= TCNT * 0.00068(단위 : 미터)
= TCNT * 0.068(단위 : cm)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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구현(Distance Detection System using Ultrasonic sensor)

• 물체와의 거리를 cm 단위로 LCD 출력

#define F_CPU 16000000UL
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <stdio.h>

#include "driver/LCD/LCD.h"
#include "driver/Ultrasonic/Ultrasonic.h"

ISR(INT2_vect)		// Rising edge 발생하면 실행
{
	DRIVER_Ultransonic_ISR_Process();
}

int main(void)
{
	DRIVER_Ultrasonic_init();
	DRIVER_LCD_init();
	
	sei();
	
	uint8_t distance;
	char buff[30];
	
    while (1) 
    {
		DRIVER_Ultrasonic_trigger();	// Low level 10us
		
		if(DRIVER_Ultrasonic_getCompltFlag())			// complete flag가 있다 == 시간 측정 끝
														// -> 외부 Interrupt 발생 시(Rising edge) 시행
		{
			DRIVER_Ultrasonic_clearCompltFlag();		// 이전 정보 삭제위해 clear
			distance = DRIVER_Ultrasonic_getDistance();
			
			sprintf(buff, "distance : %03d", distance);
			DRIVER_LCD_writeString_XY(0, 0, buff);		// LCD 출력
		}
    }
}

#include "Ultrasonic.h"

uint8_t Ultrasonic_distanceFlag;			// 거리측정 완료 미완료 저장 변수 -> 0 or 1

void DRIVER_Ultrasonic_init()
{
	// 초기화 설정
	USONIC_DDR &= ~(1<<USONIC_ECHOpin);		//  Echo pin Input Mode
	USONIC_DDR |= (1<<USONIC_TRIGpin);		// Trigger pin Output Mode
	
	EICRA |= ((1<<ISC21) | (1<<ISC20));		// Risging edge Interrupt
	EIMSK |= (1<<INT2);						// INT2 외부 Interrupt Enable
	
	Ultrasonic_distanceFlag = 0;
}

void DRIVER_Ultransonic_ISR_Process()
{
	if (USONIC_PIN & (1<<USONIC_ECHOpin))	// Rising edge 모드 일때() 참
											// Echo pin masking data = 1이면 Rising edge
											// -> Rising edge에서만 실행되는 코드
	{
		DRIVER_Ultransonic_timerStart();		// Interrupt 발생 시(Rising edge) TimerCounter 통해서 시간 count 시작
		DRIVER_Ultransonic_switchInterrupt(FALLING_EDGE);		// Falling edge일 때 Interrupt 발생하도록 스위칭
	}
	else										// Fllaing edge에서만 실행되는 코드
	{
		DRIVER_Ultransonic_timerStop();			// Interrupt 발생 시(Falling edge) 시간 count 정지
		DRIVER_Ultrasonic_setCompltFlag();		// 시간 측정 끝났다고 저장
		DRIVER_Ultransonic_switchInterrupt(RISING_EDGE);		// Rising edge 모드로 스위칭
	}
}




void DRIVER_Ultrasonic_trigger()
{
	USONIC_PORT |= (1<<USONIC_TRIGpin);
	_delay_ms(15);		// 15us Low level signal
	USONIC_PORT &= ~(1<<USONIC_TRIGpin);
}

void DRIVER_Ultransonic_timerStart()
{
	TCNT1 = 0;		// TCNT register 값 초기화
	// TinerCounter - 16bit, TCNT1, Interrupt는 사용하지 않기때문에 Prescaler만 설정
	// Prescaler 1/64 -> 4us마다 TCNT register +1
	TCCR1B |= ((0<<CS12) | (1<<CS11) | (1<<CS10));
}
void DRIVER_Ultransonic_timerStop()
{
	TCCR1B &= ~((1<<CS12) | (1<<CS11) | (1<<CS10));		// TimerCounter NO CLOCK 설정 (cs bit 0 설정)
}

uint16_t DRIVER_Ultrasonic_getDistance()		// 거리 계산
{
	/*
	1/64 분주기 설정 일때 거리(편도)
	= TNCT * 340 * 4 * 0.000001 / 2
	= TCNT * 0.00068(단위 : 미터)
	= TCNT * 0.068(단위 : cm)
	*/
	return USONIC_TCNT * 0.068;
}

void DRIVER_Ultransonic_switchInterrupt(uint8_t mode)
{
	if (mode == FALLING_EDGE)
	{
		EICRA &= ~((1<<ISC21) | (1<<ISC20));		// 이전 정보 지우기 위해 초기화
		EICRA |= ((1<<ISC21) | (0<<ISC20));			// Falling edge Interrupt 세팅
	}
	else
	{
		EICRA &= ~((1<<ISC21) | (1<<ISC20));
		EICRA |= ((1<<ISC21) | (1<<ISC20));			// Rising edge Interrupt 세팅
	}
}

uint8_t DRIVER_Ultrasonic_getCompltFlag()
{
	return Ultrasonic_distanceFlag;
}
void DRIVER_Ultrasonic_setCompltFlag()
{
	Ultrasonic_distanceFlag = 1;
}
void DRIVER_Ultrasonic_clearCompltFlag()
{
	Ultrasonic_distanceFlag = 0;
}

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동작 영상

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전체 소스 코드

Ultrasonic.zip

0.09MB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Made By Minseok KIM