KR101052950B1 - 펄스폭 변조를 이용한 통신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 입출력 포트의 한 라인을 이용하여, 용이하게 수행가능한 펄스폭 변조 통신방법에 관한 것으로서, 데이터를 듀티비(duty rate)로 변환시키는 단계와; 상기 듀티비에 따라 전송할 펄스신호의 하이레벨 구간과 로우레벨 구간을 결정하는 단계와; 샘플 카운트를 생성하는 단계와; 각 샘플 카운트에 따라 펄스신호를 결정된 하이레벨 구간 또는 로우레벨 구간만큼 유지시키거나 천이시켜 전송하는 단계와; 전송된 펄스신호의 상승엣지와 하강엣지를 통해 듀티비를 검출하고, 그 듀티비에 의해 데이터를 산출하는 단계를 포함하여 이루어진다.

펄스폭변조, 듀티비, 직렬통신, 입출력포트, 카운트

Description

펄스폭 변조를 이용한 통신방법{METHOD FOR COMMUNICATION USING PULSE WIDTH MODULATION}

도1a는 마이컴들 사이의 통신의 예를 보인 예시도.

도1b는 마이컴과 주변장치 간의 통신의 예를 보인 예시도.

도2는 본 발명에 따른 펄스폭 변조 통신방식을 보인 예시도.

도3a는 본 발명에 따른 펄스폭 변조방식에 의한 펄스신호 생성을 보여주는 도면.

도3b는 본 발명에 따른 펄스폭 변조방식에 의한 펄스신호 수신을 보여주는 도면.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

A,C: 펄스신호의 상승엣지 B: 펄스신호의 하강엣지

본 발명은 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation : PWM)를 이용한 통신방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 듀티비(duty rate)를 데이터화시켜 전송하는 펄스폭 변조를 이용한 통신방법에 관한 것이다.

최근, 정보기술(Information Technology: IT)의 발달과 함께 각종 정보의 시각적 전달매체로서 디스플레이(Display)의 중요성이 더 한층 강조되고 있으며, 향후 주요한 위치를 점하기 위해서는 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질화 등의 요건을 충족시켜야 한다.

상기 디스플레이는 자체가 빛을 내는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), 전계발광소자(Electro Luminescence; EL), 발광소자(Light Emitting Diode; LED), 진공형광표시장치(Vacuum Fluorescent Display; VFD), 전계방출디스플레이(Field Emission Display; FED), 플라스마디스플레이패널(Plasma Display Panel; PDP) 등의 발광형과 액정표시장치와 같이 자체가 빛을 내지 못하는 비발광형으로 나눌 수 있다.

액정표시장치는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 기존의 브라운관에 비해 시인성이 우수하고 평균소비전력도 같은 화면크기의 브라운관에 비해 작을 뿐만 아니라 발열량도 작기 때문에 플라스마디스플레이패널이나 전계방출디스플레이와 함께 최근에 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.

액정표시장치는 박막트랜지스터 어레이 기판(thin film transistor array substrate)과 컬러필터 기판(color filter substrate)이 서로 대향하여, 일정한 셀-갭을 유지하도록 합착되고, 그 셀-갭 사이의 공간에 액정층이 구비된 액정패널과, 상기 액정패널을 구동시키는 구동부로 구성된다.

상기 박막트랜지스터 어레이 기판 상에는 종횡으로 복수의 데이터라인과 게이트라인이 수직으로 교차되도록 배열되며, 그 데이터라인들과 게이트라인들이 교 차하여 구획되는 영역들을 각각 화소로 정의한다. 상기 화소들은 화상 표시의 최소 단위로서, 상기 액정패널 상에 매트릭스 형태로 배열된다. 상기 화소들은 상기 게이트라인들 및 데이터라인들과 각각 전기적으로 접속되며, 화소전극을 구비한다. 상기 화소전극은 상기 컬러필터 기판 전면에 형성되는 공통전극과 함께 액정층에 전계를 인가하게 된다.

상기 액정패널에 각종 제어신호와 화상신호를 인가하여, 화소를 통해 화상이 표시되도록 하는 것이 구동부이다. 상기 구동부는 외부의 시스템으로부터 공급되는 화상신호 및 제어신호들로부터 액정표시장치의 구동에 사용될 각종 제어신호들을 형성하고, 구동부의 각 장치로 인가하는 타이밍제어부와, 상기 타이밍제어부로부터 화상신호를 인가받아 상기 데이터라인들을 통해 상기 화소로 인가하는 데이터구동부와, 상기 타이밍제어부로부터 제어신호들을 인가받아 상기 게이트라인들에 주사신호를 순차적으로 인가함으로써, 상기 화소를 활성화시키는 게이트구동부 등으로 구성된다. 이외에도 구동부 내에는 여러 기능을 수행하는 장치(device)들이 구비된다. 상기 구동부를 구성하는 각 장치들은 서로 유기적으로 결합되어 신호들에 의해 서로의 구동에 영향을 준다. 예를 들어, 상기 타이밍제어부는 상기 게이트구동부 및 데이터구동부에 신호를 인가하여, 상기 게이트구동부 및 데이터구동부를 구동시키며, 또한, 상기 타이밍제어부는 외부의 시스템으로부터 신호를 인가받는다. 이러한 장치들 간의 신호전달은 보통 직렬통신(serial communication) 방식에 의해 이루어진다. 액정표시장치의 구동부를 구성하는 장치들 간의 거리가 크지 않고, 소수의 신호라인만으로도 신호전달이 가능하기 때문에 직렬통신이 주로 이용된다.

한편, 상기와 같이, 장치들 간에만 신호를 주고받는 것이 아니라, 마이컴(Micro computer)간 또는 마이컴과 주변장치간에도 신호의 전달이 일어난다. 상기 마이컴은 마이크로 콘트롤 유닛(Micro Control Unit: MCU)으로 불릴 수도 있으며, 데이터의 연산, 처리를 주로 수행하는 장치이다. 이러한 장치들 간의 신호전달에 대해 알아보면 다음과 같다.

도1a는 마이컴들 사이의 통신의 예를 보인 예시도이고, 도1b는 마이컴과 주변장치 간의 통신의 예를 보인 예시도이다.

직렬 통신은 크게 직렬통신 인터페이스(Serial Communication Interface: SCI)모듈과, 동기식 직렬포트(Synchronous Serial Port : SSP) 모듈이 있다. 상기 직렬통신 인터페이스 모듈은 대부분의 마이컴들이 가지고 있는 범용 동기/비동기식 송수신기(Universal Syncronous Asyncronous Receiver Transmitter : USART)이고, 동기식 직렬포트 모듈은 크게 직렬통신 인터페이스(Serial Peripheral Interface : SPI)와, 내부집적회로(Inter-Integrated Circuit: I²C)로 구성된다.

상기와 같은 직렬통신에서의 다양한 모듈들은 다양한 용도로 사용된다. 예를 들어, 직렬통신 인터페이스(SCI)는 외부 장치와의 직렬통신에 주로 사용되고, 동기식 직렬포트는 다른 마이컴이나 주변장치와 직렬접속을 하는데 사용된다. 3선으로 통신을 하면 직렬통신 모드라고 하고, 2선으로 통신을 하면 내부집적회로(I²C) 모드로 분류된다. 그런데, 속도 면에서도 우월 하고 사용되는 라인 수에서도 더 간략한 내부집적회로(I²C) 모드가 많이 사용된다.

도1a를 참조하면, 제 1마이컴(10)과 제 2마이컴(12) 사이의 통신을 나타낸 것으로서, 각 마이컴(10,12)은 각각 송신부(21,25)와 수신부(22,26)를 구비하여, 데이터를 주고 받는다. 보다 자세하게는, 상기 제 1마이컴(10)과 제 2마이컴(12)은 서로 상대 마이컴(10,12)에 데이터를 전송하기 위한 라인을 하나씩 가지며, 그 라인은 데이터를 일방향으로 전송하는 라인으로서 기능한다. 즉, 도1a에 도시된 통신방식은 상기 라인들을 통해 미리 설정된 보율(baud rate)과 프로토콜(protocol)에 따라 데이터를 전송하는 비동기식 직렬통신 방식이다.

도1b는 마이컴(14)과 그 마이컴(14) 주변에 설치되어 상기 마이컴(14)에서 처리된 신호를 전송받는 주변장치(16)간의 통신을 나타낸 것이다.

상기 마이컴(14)과 주변장치(16)는 공통적으로 접속되는 두 개의 라인이 형성되며, 상기 라인들 중 하나는 데이터 전송을 수행하고, 또 하나는 데이터 전송을 동기시키기 위한 클럭 신호를 전송하게 된다. 보통, 하나의 클럭(clock)에 1비트의 데이터를 할당하여 전송한다. 여기서, 데이터 전송은 데이터전송부(SDAT)들을 통해서 수행하고, 클럭전송은 클럭발생부(SCLK)들을 통해서 수행한다. 상기와 같이, 클럭 신호에 따라 데이터를 전송하는 방식은 동기식 통신방식이다.

도1a에서와 같이, 비동기 직렬방식으로 일정한 보율에 따라 데이터가 전송되어야 하며, 두 장치가 동일한 프로토콜에 따라 작동되어야 한다. 그리고, 도1b에서와 같이, 동기 직렬방식으로 데이터를 전송하기 위해서는 데이터 전송을 위한 라인과 클럭 전송을 위한 라인 등 최소한 두 개의 라인을 장치들 간에 연결하여야 한다. 또한, 직렬통신을 위한 별도의 직렬포트가 장치 내에 구비되어야 한다.

따라서, 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명이 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 일반적인 입출력 포트를 사용하여, 하나의 라인을 통해 간단하게 데이터를 전송할 수 있는 펄스폭 변조 통신방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 펄스폭 변조 통신방법은 데이터를 듀티비(duty rate)로 변환시키는 단계와; 상기 듀티비에 따라 전송할 펄스신호의 하이레벨 구간과 로우레벨 구간을 결정하는 단계와; 샘플 카운트를 생성하는 단계와; 각 샘플 카운트에 따라 펄스신호를 결정된 하이레벨 구간 또는 로우레벨 구간만큼 유지시키거나 천이시켜 전송하는 단계와; 전송된 펄스신호의 상승엣지와 하강엣지를 통해 듀티비를 검출하고, 그 듀티비에 의해 데이터를 산출하는 단계를 포함하여 이루어진다.

도2는 본 발명에 따른 펄스폭 변조 통신방법을 나타낸 예시도이다.

도2를 참조하면, 펄스폭 변조 통신을 위한 최소한의 구성은 펄스를 발생시켜 전송하는 제 1마이컴(110)과, 상기 제 1마이컴(110)으로부터 전송되는 펄스를 검출하여, 그 펄스로부터 데이터를 추출하는 제 2마이컴(120)이다.

상기 제 1마이컴(110)과 제 2마이컴(120)은 일방향으로 데이터 전송을 하게된다. 그러나, 상기 제 1마이컴(110)이 데이터를 포함한 펄스신호를 송출하는 송신부가 되고, 상기 제 2마이컴(120)이 상기 제 1마이컴(120)에서 전송된 펄스신호를 수신하는 수신부로 정해지는 것은 아니며, 상기 제 1마이컴(110)의 펄스신호 전송 이 종료되면, 상기 제 2마이컴(120)이 펄스신호를 전송하는 송신부로 변환 사용될 수도 있다. 다만, 하나의 라인을 통해 송수신을 수행하기 때문에 상기 제 1마이컴(110)과 제 2마이컴(120)이 동시에 송신 또는 수신할 수는 없다.

상기 제 1마이컴(110)은 하이 레벨(high level)과 로우 레벨(low level) 두 가지 전위 상태를 갖는 펄스 신호를 상기 제 2마이컴(120)에 전송한다. 상기 펄스신호는 일정한 구간을 갖는 하이 레벨과 마찬가지로 일정한 구간을 갖는 로우 레벨로 이루어진다. 본 발명에서 상기 하이 레벨과 로우 레벨의 합인 전체 주기에 대한 하이 레벨 구간의 비(比)인 듀티비(duty rate)가 데이터화됨으로써, 전송되어진다. 즉, 데이터는 듀티비에 대응된다. 한편, 상기 제 1,2마이컴(110,120)에는 신호 전송 및 수신을 위한 별도의 직렬포트 등이 필요없으며, 일반적으로 장치 내에 구비된 직렬포트나 병렬포트 등 일반적인 입출력포트(I/O port)를 통해서 구현이 가능하다.

상기 제 1,2마이컴(110,120)에서 펄스신호를 발생시키고, 수신하는 방법에 대해 첨부된 도면을 통해 상세히 알아보도록 한다.

도3a는 본 발명에 따른 펄스폭 변조방식에 의한 펄스신호 생성을 보여주는 도면이고, 도3b는 본 발명에 따른 펄스폭 변조방식에 의한 펄스신호 수신을 보여주는 도면이다.

보통, 장치 내에서 많이 사용되는 제어신호들 중 타이머 인터럽트(timer interupt)가 있다. 상기 타이머 인터럽트를 이용하여 샘플 카운트를 생성할 수 있으며, 지속적으로 발생시켜 펄스신호의 기준 단위시간으로 활용한다. 펄스 신호를 송신할 마이컴 내에서는 송신할 데이터에 대응하여, 듀티비를 미리 결정하게 되고, 그 듀티비와 제 1,2파라미터값에 의해 하이 레벨 카운트값을 계산해낸다.

상기 수학식 1에서 제 1파라미터는 듀티비에 대응시킬 데이터를 가리키고, 제 2파라미터는 샘플 카운트의 총 수를 가리킨다. 상기 제 1파라미터는 보통, 듀티비를 퍼센트(%)로 나타낼 경우에는 100%를 쓰지만, 다양한 파라미터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 액정표시장치(liquid crystal display device)에서 화상을 구현하기 위한 다수의 휘도단계를 계조라고 하는데, 화상신호가 포함하는 계조를 상기 제 1파라미터로 사용할 수 있다. 다양한 계조가 사용되지만, 최근에는 256계조가 주로 사용되므로, 256을 제 1파라미터로 적용하게 되면, 256계조 중 어느 하나의 계조를 상기와 같이 생성되는 펄스 신호의 듀티비로 변환시켜 수신부로 송신할 수 있다. 즉, 듀티비를 데이터화시켜 전송하는 것이다.

즉, 펄스 신호를 송신할 송신장치에서는 듀티비로 변환시켜 전송할 제 1파라미터를 상기 수학식1에 따라 계산하여, 미리 듀티비를 결정하고, 상기 듀티비에 따라 출력할 펄스 신호의 하이레벨 카운트 수와 로우레벨 카운트 수를 결정한다. 로우레벨 카운트 수는 상기 하이레벨 카운트 수가 결정된 다음 상기 제 2파라미터인 총 카운트수에서 상기 하이레벨 카운트수를 제외하면 구할 수 있다. 일정한 시간 간격으로 지속적으로 발생하는 샘플 카운트 파형에서 상승엣지(rising edge) 또는 하강엣지(falling edge)에 동기시켜 송신장치의 출력포트(output port)에서 출력되는 펄스신호를 하이레벨 또는 로우레벨로 출력한다. 도3a에서는 샘플 카운트의 상승엣지에 동기되어 펄스신호의 레벨이 결정된다. 상기 샘플 카운트의 상승엣지, 즉 ,매 인터럽트마다 송신장치 내에서 정해진 하이레벨 카운트수만큼 출력되는 펄스신호의 레벨을 하이레벨로 유지시킨다. 그리고, 결정된 하이레벨 카운트수가 완료되면, 다음 샘플 카운트의 상승엣지에 맞춰 펄스신호가 로우레벨로 출력된다. 또한, 결정된 듀티비만큼 펄스신호의 전송이 완료되면, 다시 다음 데이터에 대응하는 듀티비에 따라 펄스신호가 하이레벨로 천이된다.

상기한 바와 같이, 상기 펄스신호는 전송할 데이터가 치환된 듀티비에 따라 하이레벨 또는 로우레벨 상태로 출력된다.

도3b은 송신장치에서 전송된 펄스신호를 검출하여, 데이터값을 알아내는 수신장치에 관한 것이다. 상기 수신장치 내에도 상기 송신장치와 같이 타이머 인터럽트를 이용하여, 샘플 카운트를 생성하며, 매 인터럽트마다 입력되는 펄스신호의 레벨을 체크한다. 보다 자세하게는, 상기 샘플 카운트의 상승엣지 또는 하강엣지 시점에 일괄적으로 펄스신호의 레벨을 체크하여, 하이레벨 카운트수와 로우레벨 카운트수를 알아낸다.

상기 샘플 카운트에 의해 입력된 펄스신호의 듀티비를 검출해내는 방법은 다음과 같다. 도시된 바와 같이, 샘플 카운트의 상승엣지에서 펄스신호를 체크하여, 그 펄스신호가 상승엣지 상태(A)일 경우 수신장치에서는 펄스신호의 하이레벨 상태를 카운트하기 시작하며, 이후 샘플 카운트의 상승엣지에서 펄스신호가 하강엣지 상태(B)일 경우 상기 수신장치에서는 펄스신호의 하이레벨 카운트를 정지하고, 로우레벨 카운트를 시작한다. 또한, 다음 샘플 카운트의 상승엣지에서 펄스신호가 다시 상승엣지 상태(C)일 경우에 상기 수신장치는 입력된 펄스신호의 한 주기로 판단하고, 체크된 하이레벨 카운트수와 로우레벨 카운트수를 조합하여, 듀티비를 산출해낸다.

상기 수학식 2에서와 같이, 상기 수신장치에서 체크된 하이레벨 카운트수와 로우레벨 카운트수 및 제 1파라미터만으로 듀티비를 산출할 수 있다.

상기 송신장치에서 전송되는 펄스신호는 주기가 일정할 필요가 없으며, 가변적인 펄스신호를 전송한다해도 상기 수신장치에서는 샘플 카운트에 의한 펄스신호의 상승엣지 또는 하강엣지 상태만 체크함으로써, 펄스신호의 듀티비를 알아낼 수 있다. 따라서, 상기 수신장치에서는 펄스신호의 주기에 상관없이 정확한 듀티비를 알아낼 수 있기 때문에 상기 송신장치에서는 시스템의 상태에 따라 데이터의 전송시기를 유동적으로 조절하여 전송할 수도 있다. 한편, 상기 수신장치에서는 상기 송신장치에서 전송되는 펄스신호의 주기가 완료될 때마다 듀티비를 통해 데이터를 검출하여, 펄스신호의 주기마다 데이터를 업그레이드시킨다.

상기와 같이, 본 발명에 의한 펄스폭 변조 통신방법은 하나의 라인에 의해 데이터를 전송할 수 있으며, 추가적인 직렬포트 없이도 통신이 가능하다. 그리고, 일반적인 동기, 비동기 통신방법에 있어서, 동기식 통신방식에서는 데이터 전송시 별도의 클럭신호가 필요하고, 비동기식 통신방식에서는 전송되는 비트들로 데이터를 전송하기 때문에 전송오류시에 데이터에 큰 왜곡이 발생할 수 있지만, 본 발명에 따라 데이터를 듀티비로 변환시켜 전송할 경우에는 펄스신호의 소수의 카운트에서 레벨이 잘못전송되어도 전체적인 듀티비에 있어서 미세한 영향만을 미치게 되므로, 일반적인 동기, 비동기 통신방식에 비해 데이터를 정확하게 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 펄스폭 변조 통신방법은 하나의 라인만으로 데이터를 전송할 수 있으며, 일반적인 입출력포트를 사용하여, 간단하게 데이터를 전송할 수 있다.

그리고, 전송할 데이터를 펄스의 듀티비로 변환시켜 전송함으로써, 신호 오류 발생시에도 데이터를 정확하게 전송할 수 있다.

Claims (8)

1. 영상의 휘도단계를 표시하는 계조인 데이터를 듀티비(duty rate)로 변환시키는 단계와; 상기 듀티비에 따라 전송할 펄스신호의 하이레벨 구간과 로우레벨 구간을 결정하는 단계와; 샘플 카운트를 생성하는 단계와; 각 샘플 카운트에 따라 펄스신호를 결정된 하이레벨 구간 또는 로우레벨 구간만큼 유지시키거나 천이시켜 전송하는 단계와; 전송된 펄스신호의 상승엣지와 하강엣지를 통해 듀티비를 검출하고, 검출된 상기 듀티비에 의해 상기 데이터를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스신호의 주기는 가변적인 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스신호는 상기 샘플 카운트의 상승엣지 또는 하강엣지에 동기시켜 레벨을 유지 또는 천이시키는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스신호는 일반 입출력 포트를 통해 송수신되는 것 을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 펄스신호는 직렬포트 또는 병렬포트를 통해 송수신되는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 샘플 카운트는 타이머 인터럽트에 의해 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터는 상기 펄스신호의 한 주기마다 업그레이드(upgrade)되는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 통신방법.

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