NI ELVIS II를 이용한 실습문제 생성과 마이크로컨트롤러의 개념 강의

Frank Sierens, University College Ghent, Department of Technology

"“NI ELVIS 플랫폼은 많은 실습실 문제들을 해결해주었습니다. 이 플랫폼은 시스템 기반의 전자 회로를 설계하고 테스트하는 데 필요한 모든 툴을 학생에게 제공해주었습니다. 모든 툴이 갖추어져 있기 때문에 교육과정의 핵심초점을 강의내용에 맞출 수 있습니다.”"

- Frank Sierens, University College Ghent, Department of Technology

과제:

실험실용 실습문제 생성이 수월해지고 기본 마이크로컨트롤러 실험 과정에서 발생하는 프로그래밍 문제 파악을 용이하게 하며 하드웨어 디버깅 프로세스에서 신호의 시각화 처리 수행

솔루션:

NI Educational Laboratory and Virtual Instrumentation Suite (NI ELVIS) 플랫폼을 실습 생성 프로세스와 실습 세션에 통합

실습문제 생성

기본 마이크로컨트롤러 실습 과정의 새로운 실습문제를 생성할 때 주요 문제점 중 하나는 전자 실습실과 테스트 장비에 접근하는 데 한계가 있다는 것입니다. 이 같은 장비들은 다른 연구실에서 사용되기도 하기 때문에 특정 시간에 제대로 된 툴을 사용하는 것을 어렵게 합니다. 또한 대부분의 전자 실습실은 강의를 위해 전부 예약되어 있어 실습 과정 동안 테스트와 개발을 어렵게 합니다.

 

지난해 Section Electricity의 Electronics and ICT of the Technology 부서는 10대의 NI ELVIS II 플랫폼에 투자하였습니다. 사전에 NI Multisim 소프트웨어를 이용하여 도식을 도출하고 다른 전자교육 과정에 시뮬레이션으로 사용했습니다. 따라서 하드웨어 구현에 NI ELVIS 플랫폼을 사용한 것은 교수진의 전자교육 과정 개발에 다음 단계로 인식되었습니다.

 

이 플랫폼은 새로운 실습문제와 실험을 개발하는데 창의력을 증진시켜주었습니다. 학생들은 NI ELVIS 플랫폼을 이용하여 전자 실습실 접근에 제약이 없어졌습니다. 이 플랫폼은 소형의 사용하기 편리한 하나의 브레드보드에 모든 계측기를 갖추고 있어 처음부터 회로의 구성이 쉬웠고 각 분기 회로는 단계별로 테스트할 수 있었습니다.  또한 테스트 신호는 어떠한 형태로도 생성할 수 있으며 신호 측정은 매우 간단합니다.

 

이 플랫폼은 실습문제와 실험을 생성하는데 필요한 시간을 단축시켜 실습문제의 품질을 증진시키는데 더 많은 시간을 투자할 수 있었습니다. NI ELVIS는 빠르고 유연하며 휴대성이 강하기 때문에 신속한 소프트웨어 어플리케이션 개발 시스템과 동일한 하드웨어 환경을 제공했습니다.

 


하드웨어 디버깅에서 신호 시각화 처리

입문자용 마이크로컨트롤러 실습 과정에서 핵심 해결과제 중 하나는 디버깅 프로세스입니다. 학생은 하드웨어의 작동방식만을 확인할 수 있기 때문에 진짜 문제 발생위치는 추론을 통해 해결해야 했습니다. 그런데 이 추론방식이 항상 올바른 것은 아닙니다. 문제는 하드웨어 (잘못된 연결)에서도 발생할 수 있고 소프트웨어 (잘못된 프로그래밍)에서도 발생할 수 있습니다. 잘못된 연결에 대한 테스트는 브레드보드에서 수행하면 간단하기 때문에 이 같은 문제를 매우 신속히 처리할 수 있습니다. 그런데 이보다 더 문제가 되는 것은 소프트웨어 문제를 찾는 프로세스입니다. 문제는 회로의 이상한 작동방식으로 인해 의도한대로 작동하지 않을 때입니다. 이 같은 경우의 해결책은 온보드 인디케이터를 이용하여 프로그램 부분들이 실행되었는지 여부를 나타내는 것입니다. 이 방식을 이용하면 프로그램의 흐름을 시각화 처리할 수 있습니다.

 

올해 학생들은 50 Hz의 주파수와 1~2 ms로 제한된 가변 펄스폭을 가진 PWM 신호를 이용하여 R/C 서보모터를 프로그래밍해야만 했습니다. 본 절차 동안 너무 많은 펄스, 너무 적은 펄스, 불량 신호 레벨, 신호 전도, 너무 광대한 펄스 또는 너무 작은 펄스로 인해 일부 테스트가 잘못 수행되었습니다. 하드웨어 작동방식에서 문제 위치를 찾아내는 것은 매우 어려울 수 있습니다. 학생들은 NI ELVIS 플랫폼을 이용하여 신호를 시각화 처리하고 잘못된 위치를 파악할 수 있습니다. NI ELVIS를 이용하면 다른 디바이스의 측정과 이미지를 저장할 수 있고, PC를 이용하여 조작할 수 있어 더 나은 리포트를 작성할 수 있고, 더욱 중요한 것은 문제 해결 기법을 더 잘 이해할 수 있다는 것입니다.

 

NI ELVIS 플랫폼은 여러 가지 실습실 문제를 해결해주었습니다. 이 플랫폼은 체계적 기반으로 전자 회로를 설계하고 테스트하는 데 필요한 모든 툴을 제공해주었습니다. 모든 툴이 갖추어져 있기 때문에 교육과정의 핵심초점을 강의내용에 맞출 수 있습니다.

 

필자 정보:

Frank Sierens
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University College Ghent는 NI ELVIS II 플랫폼을 전자 실습장비로 사용하여 실습문제를 개발하였습니다.
Unversity college Ghent에서는 NI ELVIS II 플랫폼을 이용하여 마이크로컨트롤 서보를 디버깅