Arduino 시작하기, RGB LED, PWM

September 1, 2018
Arduino

Arduino#

/image/arduino-01uno.png

Pinout#

Digital & Analog#

/image/arduino-02unopin.png
  • Digital
    • 0~13번 핀
    • PWM:3,5,6,9,10,11번 핀 (8bit로 0~255의 범위를 사용)
  • Analog Input: ADC 10bit로 0~1023의 범위를 사용
  • 스케치 업로드 중에는 0번핀(RX), 1번핀(TX)을 사용할 수 없다.

전원부 V_in#

  • input으로 사용

    • 기본적으로 파워잭을 사용하는 것과 같음
    • 아두이노에 전원을 공급 (6.6V~12V 범위에서 가능)
    • 외부전원이 Vin을 통해 공급되면, USB포트에서 나오는 전원공급은 자동으로 차단됨
    • 최소 전압은 6.6V이나, 다이오드에서의 전압 강하로 인해, 최소 7.2V가 공급되어야 USB포트에서의 전원이 차단되고, 외부전원으로 아두이노가 전원을 공급받기 시작함

  • output으로 사용

    • 파워잭으로 전원을 공급하면, Vin은 자동으로 OUTPUT용도가 됨
    • 5V보다 큰 전압, 전류를 필요로 하는 장치(모터 등)를 연결할 경우, 파워잭으로 전원을 공급하고 Vin으로 출력

Arduino 보드의 종류#

/image/arduino-04arduino.png

브레드 보드 & 점퍼선#

/image/arduino-03breadboard.png

부품, 센서, 모듈, 쉴드#

/image/arduino-05parts.png


Arduino IDE#

Arduino IDE 설치하기#

  • 2021년 9월 현재 최신버전 1.8.60 & 2.0 beta 11 (당분간 1.8.x 버전 설치 추천)
  • 아두이노 홈페이지, www.arduino.cc 에서 다운로드 받아 설치
  • 설치 경로에 한글이 포함되지 않도록 한다.
  • 설치 완료 후, 아두이노 IDE를 실행하면 arduino driver가 설치된다. 모두 설치
  • 호환칩(CH340 or CH341)을 사용하는 아두이노의 경우, 칩제조사 홈페이지에서 별도의 driver를 다운로드 받은 후 추가로 설치해야 한다.

CH340/341 호환칩을 사용하는 아두이노 우노보드의 경우 빨간색으로 된 표시된 부분의 칩이 직사각형인 형태로 되어 있는 경우가 많다. 정품의 경우 FT232칩을 사용하며, 대부분의 경우 동일한 위치에 정사각형 모양의 칩을 가지고 있다. 드라이버 추가 설치이외의 기능상의 차이점은 없다.

/image/arduino-ch341.png

Arduino IDE의 기본 구성#

/image/arduino-06ide.png

Arduino 연결하기#

  1. USB A(M)-B(M) 케이블을 사용하여 PC와 아두이노 우노를 연결한다. (아두이노에 연결하는 포트는 대부분 USB-B(M) type이나, 최근 나오는 일부 호환 보드의 경우 microUSB 포트인 경우도 있다.)

    /image/arduino-07link.png

  1. 툴> 보드> 에서 Arduino 보드를 선택한다. → Arduino/Genuino Uno
    /image/arduino-08board.png

  1. 툴> 포트> 에서 Arduino에 연결되어 있는 포트를 선택한다. → COMx (Arduino/Genuino Uno)
    /image/arduino-09comport.png


Arduino 스케치#

기본 구조#

블록‘I’             // 블록I은 라이브러리, 변수 선언 (필요없는 경우 생략가능)
    
void setup() {     // 블록II 부분을 아두이노 켜질 때 딱 한번 실행
	블록‘II’        // 초기화, pinMode …   
}
    
void loop() {      // 블록III 부분을 반복 실행
	블록‘III’
}


Exercise 1:#

/* 처음 해보는 아두이노 코딩
   LED 깜박이기 */

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);      // digitalWrite 사용시 pinMode 설정해야 함. (플로팅 방지)
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}

void loop() {

}
  • void setup에 모든 명령어가 위치
  • ; (세미콜론)은 문장이 끝났음을 선언
  • **처음 컴파일하는 경우 파일을 저장하는 절차가 수행되며, 이를 위해 파일 이름을 지정해주어야 함 **
  • 주석문 사용 방법 (컴파일시 skip)
    • // ~~~~ 1개의 라인만 주석문 처리
    • /* ~~~~*/ 여러개의 라인을 /** */ 안에 넣어서 주석문을 만들 수 있음

pinMode(13, OUTPUT);#

  • 13번 핀을 출력 모드로 설정 (※입력 모드로 사용하려면 OUTPUT 대신 INPUT or INPUT_PULLUP 사용)
  • pinMode는 digitalRead, digitalWrite를 사용하는 핀에만 선언
  • 즉, 0과 1의 입출력에만 사용하는 핀에 선언하며, PWM사용핀은 pinMode 선언이 불필요하다.
  • INPUT은 입력핀으로 사용시, OUTPUT은 출력핀으로 사용시

digitalWrite(led, HIGH);#

  • 디지털 핀의 전압을 LOW(0의 값) 또는 HIGH(1의 값)로 설정
    • LOW : 0V (전기가 통하지 않음)
    • HIGH : 5V (전기가 통함)

delay(1000);#

  • 특정 시간 동안 아두이노를 멈추게 하는 명령 (ms 단위)
    • 1초 : 1000
    • 5초 : 5000

  • 그러므로 위 예제는,
    • 아두이노 보드에 있는 13번 LED가 1초가 켜졌다가 꺼짐
    • void loop에서 수행할 반복 명령이 없으므로, LED가 꺼진 상태를 그대로 유지


Exercise 2:#

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}
  • void setup
    • pinMode는 digitalWrite를 사용하는 pin을 설정하여 플로팅을 방지하는 선언이므로, 한번만 실행하면 됨
  • void loop에 의해
    • 1초간 켜졌다가, 1초간 꺼지는 것을 반복


Exercise 3: 변수 설정#

int led = 13;

void setup() {
	pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
  	digitalWrite(led, HIGH);
   	delay(1000);
   	digitalWrite(led, LOW);
   	delay(1000);
}

int led = 13;#

  • led 라는 integer (정수) 변수를 선언
  • led 변수의 값을 13으로 지정


Exercise 4: 상수로 설정하는 경우(1)#

#define led 13

void setup() {
	pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
  	digitalWrite(led, HIGH);
   	delay(1000);
   	digitalWrite(led, LOW);
   	delay(1000);
}

#define led 13#

  • int led = 13; 을 사용하는 대신 #define으로 상수 선언을 해도 됨
  • 상수 형태로 선언하면 컴파일시에 정의된 값을 참조하여 대체하므로 메모리를 차지하지 않음
  • #define을 사용하는 경우, 문장 종료 기호인 ;(세미콜론)을 사용하지 않음!


Exercise 5: 상수로 설정하는 경우(2)#

const int led = 13;

void setup() {
	pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
  	digitalWrite(led, HIGH);
   	delay(1000);
   	digitalWrite(led, LOW);
   	delay(1000);
}

const int led = 13;#

  • const int led = 13; 형태로 상수 선언을 해도 됨
  • 단, 문장종료 기호인 ;(세미콜론)을 사용함!


파일> 예제> 01.Basics> Blink

/*
   (주석문 생략)
*/

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                       // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                       // wait for a second
}

Exercise#

  1. 켜고 끄는 시간을 시간을 2초로 설정해본다.


신호등 LED#

/image/3led.png

Exercise#

빨간색 5초 → 노란색 1초 → 초록색 5초씩 번갈아가면서 점등되도록 만들어 보자.



RGB LED#

RGB LED의 3색을 교대로 점멸하기#


schematic#

/image/arduino-10rgbled.png

sketch: RGB LED 모듈의 핀이 **(GND,R,G,B)**형태로 구성되어 있는 경우#

  • digitalWrite를 사용하는 경우: HIGH 켜짐, LOW 꺼짐
  • analogWrite를 사용하는 경우: 0 꺼짐, 255 켜짐
int pin_ledR = 9; 
int pin_ledG = 10; 
int pin_ledB = 11; 

void setup() {
	pinMode(pin_ledR, OUTPUT);
	pinMode(pin_ledG, OUTPUT);
	pinMode(pin_ledB, OUTPUT);
}
    
void loop() {
	digitalWrite(pin_ledR, HIGH);
	delay(1000);
	digitalWrite(pin_ledR, LOW);
	digitalWrite(pin_ledG, HIGH);
	delay(1000);
	digitalWrite(pin_ledG, LOW);
	digitalWrite(pin_ledB, HIGH);
	delay(1000);
	digitalWrite(pin_ledB, LOW);
}


주의사항: RGB LED 모듈의 핀이 (VCC,R,G,B)형태로 구성되어 있는 경우#

  • 255에서 각 Color 코드값을 뺀 값으로 사용해야 한다!!! (주의할 것)

  • digitalWrite를 사용하는 경우

    • HIGH 꺼짐
    • LOW 켜짐

  • analogWrite를 사용하는 경우

    • 원래 값이 “0"인 경우 LED가 꺼지는 것이 정상이지만, VCC/R/G/B LED의 경우는

      255 - 0 = 255 일때, LED가 꺼짐

    • 원래 값이 “255"인 경우 LED가 켜지는 것이 정상이지만, VCC/R/G/B LED의 경우는

      255 - 255 = 0 일때 LED가 켜짐

    • Red LED의 세기를 “153"으로 주고 싶을 경우, VCC/R/G/B LED에서는

      255 - 153 = 102 의 값을 주어야 함


(수정된) sketch: (VCC,R,G,B로 구성된 모듈의 경우)#

int pin_ledR = 9; 
int pin_ledG = 10; 
int pin_ledB = 11; 

void setup() {
	pinMode(pin_ledR, OUTPUT);
	pinMode(pin_ledG, OUTPUT);
	pinMode(pin_ledB, OUTPUT);
}
    
void loop() {
	digitalWrite(pin_ledR, LOW);
	delay(1000);
	digitalWrite(pin_ledR, HIGH);
	digitalWrite(pin_ledG, LOW);
	delay(1000);
	digitalWrite(pin_ledG, HIGH);
	digitalWrite(pin_ledB, LOW);
	delay(1000);
	digitalWrite(pin_ledB, HIGH);
}


PWM#

Arduino PWM 출력#

  • analogWrite() : 8bit를 사용하므로 0~255 범위에서 센서값을 출력
  • GND,R,G,B로 구성된 모듈의 경우 * analogWrite(pin_ledR, 0); pin_ledR에 연결된 LED를 “켬” * analogWrite(pin_ledR, 255); pin_ledR에 연결된 LED를 끔
  • PWM 출력이 가능한 디지털핀(3,5,6,9,10,11)을 사용하여 출력
  • pinMode 선언 불필요
    • 예를들어, pinMode(9, OUTPUT); → 9번 핀으로 PWM 출력을 한다면 불필요한 선언임

sketch: (GND,R,G,B로 구성된 모듈의 경우)#

int pin_ledR = 9; 
int pin_ledG = 10; 
int pin_ledB = 11; 

void setup() {      // pinMode 필요없음
}
    
void loop() {
	analogWrite(pin_ledR, 255);
	delay(1000);
	analogWrite(pin_ledR, 0);
	analogWrite(pin_ledG, 255);
	delay(1000);
	analogWrite(pin_ledG, 0);
	analogWrite(pin_ledB, 255);
	delay(1000);
	analogWrite(pin_ledB, 0);
}

여러가지 색깔 만들어보기#

16진수 및 10진수 Color Table#

/image/color_table01.png
/image/color_table02.png
/image/color_table03.png
/image/color_table04.png

※ 색깔이 미묘하게 다를 수 있다.


sketch: 006699 (R:000, G:102, B:153) 색깔 만들기#

int pin_ledR = 9; 
int pin_ledG = 10; 
int pin_ledB = 11; 

void setup() {
}
    
void loop() {
	analogWrite(pin_ledR, 0);
	analogWrite(pin_ledG, 102);
	analogWrite(pin_ledB, 153);
}

Exercise: 무지개 색깔 만들기#

  • 1초마다 빨-주-노-초-파-남-보 순서대로 색깔이 출력되도록 만들어 본다. (색상표에서 가장 비슷한 색깔 선택)

  • 각 색깔을 출력한 뒤

  • delay(1000); 을 추가하여야 1초간 해당 색깔이 유지된다.

    빨주노초파남보
    R color code
    G color code
    B color code

RGB Gradation: 그라데이션 효과를 주어 색깔 바꿔보기#

  • 빨간색 (R:255, G:0, B:0)에서 초록색 (R:0, G:255, B:0)으로 색깔 바꾸기
    • R값이 255에서 시작하여 0까지 감소하는 동안
    • G값은 0에서 시작하여 255까지 감소하면 된다.
    • B는 0 유지

for문 사용하기#

  • 기본 문법

    for(초기값; 조건; 증감) {
    반복처리문;
}

  • 예를들어

    for(R=255; R>=0; R--) {
    반복처리문;
}
    • R값이 255부터
    • 0보다 크거나 같을 때(0)까지
    • R값을 1씩 감소시키면서
    • 반복처리문을 실행
    • 즉, 반복처리문을 256회 실행

Color값 변화시키기#

  • 먼저 변화하는 값을 저장할 변수를 설정하고, 초기값으로 0을 지정 (초기값은 지정하지 않아도 됨)

    int R = 0;
int G = 0;
int B = 0;

  • R값을 255부터 0까지 감소시키면서, G값은 0에서 255까지 감소시킴

    for(R=255; R>=0; R--) {
    G = 255 - R;
}

  • 여기에 analogWrite를 추가하고, 색깔이 일정한 시간동안 나타난 뒤 바뀌도록 delay를 추가

    for(R=255; R>=0; R--) {
	G = 255 - R;
	analogWrite(pin_ledR, R);
	analogWrite(pin_ledG, G);
	analogWrite(pin_ledB, 0);
	delay(10);
}

빨간색>초록색 그라데이션 코드 완성하기#

int R = 0;
int G = 0;
int B = 0;

int pin_ledR = 9; 
int pin_ledG = 10; 
int pin_ledB = 11; 

void setup() {
}
    
void loop() {
	for(R=255; R>=0; R--) {
		G = 255 - R;
		analogWrite(pin_ledR, R);
		analogWrite(pin_ledG, G);
		analogWrite(pin_ledB, 0);
		delay(10);
	}
}

Exercise: 빨간색>초록색>파란색>(반복)» 그라데이션#



Analog 신호의 처리#

가변저항 값을 시리얼모니터에 출력하기#

ANALOG IN(A0~A5) 핀의 역할#

  1. 아날로그 입력으로 사용 : analogRead()
    • analogRead()는 pinMode 선언 불필요
    • 예를들어, pinMode(A0, INPUT); → 불필요한 선언임
  2. PWM을 사용하는 디지털 입력으로 사용 :
  3. analogRead()
    • analogRead() : 10bit를 사용하므로 0~1023 범위에서 센서값을 읽음

schematic#

/image/arduino-11potentiometer.png

sketch#

int value_potentiometer = 0;      // potentiometer value

void setup() {
	Serial.begin(9600); 
}

void loop() {
	value_potentiometer = analogRead(A0);       // 10bit (0~1023)
	Serial.println(value_potentiometer);
	delay(100);
}


가변저항 값에 따라 LED 밝기 조절하기#

schematic#

/image/arduino-12rgbled_potentiometer.png

sketch#

int pin_ledB = 11;                // Blue LED for PWM
int value_potentiometer = 0;      // potentiometer value

void setup() {
	Serial.begin(9600);  
}

void loop() {
	value_potentiometer = analogRead(A0);                             // 10bit (0~1023)
	value_potentiometer = map(value_potentiometer, 0, 1023, 0, 255);  // 10bit → 8bit
    analogWrite(pin_ledB, value_potentiometer);
	Serial.print("illumination level: "); 
	Serial.println(value_potentiometer);
	delay(100);
}


시리얼 모니터 사용하기#

void setup() {
	Serial.begin(9600);         // 시리얼 모니터 사용 선언, 출력속도 지정 9600 Baud rate
}

void loop() {
    Serial.print("A");          // print   출력
    Serial.println("B");        // println 출력 후 줄바꾸기
    Serial.print("C");
    Serial.println("D");
    Serial.println();
    
    for(int i=1; i<11; i++) {
        Serial.println(i);      // 변수값 출력
    }
    delay(5000);
    
    Serial.println();
}

Excercise 1.#

  • 시리얼 모니터에 출력해보기
**********
**********
**********
**********
**********
**********
**********
**********
**********
**********
void setup() {
	Serial.begin(9600);         // 시리얼 모니터 사용 선언, 출력속도 지정 9600 Baud rate
}

void loop() {
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
	Serial.println("**********");
    delay(5000);
}

  • for문을 사용하여 위 모양대로 출력해보기
void setup() {
  Serial.begin(9600);         // 시리얼 모니터 사용 선언, 출력속도 지정 9600 Baud rate
}

void loop() {
  for(int i=1; i<=10; i++) {   // 1 ~ 10행
      Serial.println("**********");
  }
  Serial.println();
  delay(5000);
}

Excercise 2.#

  • 시리얼 모니터에 출력해보기
*
**
***
****
*****
******
*******
********
*********
**********
void setup() {
  Serial.begin(9600);         // 시리얼 모니터 사용 선언, 출력속도 지정 9600 Baud rate
}

void loop() {
  Serial.println("*");
  Serial.println("**");
  Serial.println("***");
  Serial.println("****");
  Serial.println("*****");
  Serial.println("******");
  Serial.println("*******");
  Serial.println("********");
  Serial.println("*********");
  Serial.println("**********");
  delay(5000);
  Serial.println();
}

  • for문을 사용하여 위 모양대로 출력해보기
void setup() {
  Serial.begin(9600);         // 시리얼 모니터 사용 선언, 출력속도 지정 9600 Baud rate
}

void loop() {
  for(int i=1; i<=10; i++) {   // 1 ~ 10행
    for(int j=1; j<=i; j++) {  // 1 ~ 10열
      Serial.print("*");
    }
    Serial.println();
  }
  delay(5000);
  Serial.println();
}