Timer를 활용하여 특정 파형간 간격 측정방법

임베디드/MCU 2015.03.25 00:02

 아날로그 회로를 사용할 때 알고 싶은 정보들 중 하나로 특정 파형 간의 간격을 시간으로 구하는 것일겁니다. 그런데 이 파형이 간헐적이라면 사람의 감으로 대략적으로 알 수 있겠습니다만 1MHz 정도 되는 파형으로는 절대 사람의 힘으로는 알 수 없을 것입니다. 이러한 파형을 측정하기 위해 사용되는 것이 바로 MCU에서 사용되는 Timer와 Counter이지요.


 2015년 현재 웨어러블이 주목받고 있습니다. 사람의 몸에 직접 착용하여 사용하는 기기이다 보니 사람의 생체를 활용한 기능들이 속속 선보이고 있습니다. 삼성전자의 갤럭시워치에는 심전도 측정 기능이 등장하였는데요 심박수를 측정할 때도 이 Timer가 쓰이는 것이지요.



  

 2015년 현재의 대표적인 상징물이라 할 수 있는 스마트워치

심전도, 만보계 등 생체를 활용한 기능들이 활용되고 있다.


 이번 포스팅에서는 특정 파형에서 원하는 구간을 측정하여 해당 구간의 시간 간격을 타이머로 구하는 방법에 대해 이야기하려 합니다. 파형으로 심전도 측정값을 활용하여 진행해 보도록 하겠습니다.




 다음과 같이 특정한 파형이 있다고 가정해 봅시다. 우리는 위 파형에서 보이고 있는 Peak 값을 구해볼 것입니다. MCU에서 해당 부분만 검출하기 위해서 아날로그 비교기(Analog Comparator)를 통해 검출해내 보겠습니다.


 여기서 잠시 Analog Comparator의 동작 방식에 대해 간단하게 이해를 하고 넘어가겠습니다.


 Analog Comparator은 기본적으로 2개의 입력과 1개의 출력으로 구성되어 있습니다. 이 때 Vin+을 Input1로, Vin-을 Input2라 가정합니다. 쉽게 설명하자면 Input1과 Input2의 전압차이가 +일 경우 Output의 값은 1이 되며 Input1과 Input2의 전압차이가 -가 될 경우 Output의 값은 0이 됩니다. 아래는 Analog Comparator을 사용한 입출력값과 결과값을 나타냅니다.




 출력결과를 확인하시면 우리들이 흔히 접하는 0과 1의 디지털 파형이 되는 것을 보실 수 있습니다. 이제 이 Output값을 이용해서 우리는 각 1이되는 값 사이의 간격을 측정해 볼 것입니다. 여기서 Output의 파형을 상세하게 보도록 하겠습니다.



 아날로그 파형에서 자신이 측정하고자 하던 파형 사이의 간격은 다음과 같이 측정하면 될 것입니다. 이 때 파형을 측정하는 방법을 다음과 같이 4가지로 보실 수 있습니다.


1. 파형이 1이 될 때

2. 파형이 0이 될 때

3. 파형이 Positive Edge(0에서 1로 올라가는 순간)이 될 때

4. 파형이 Negative Edge(1에서 0으로 내려가는 순간)이 될 때


 Interrupt를 공부하신 분이라면 이 부분에서 '아하!'하고 이해하실 수 있을 것입니다. 그렇습니다. 출력 부분을 Interrupt 처리가 가능한 입력 부분에 연결하실 후 Positive Edge가 발생하는 순간부터 Timer를 동작시켜 시간을 측정하신 후 그 다음 Interrupt가 들어오는 순간 Timer의 동작을 종료시킨 후 해당 값을 확인하시면 파형간 간격을 측정하실 수 있으실 것입니다.