안녕하세요. 오늘은 시리얼 모니터와 가변저항을 사용하는 방법을 배워보겠습니다.

1. 시리얼 모니터

시리얼 모니터는 아두이노 보드와 PC간에 시리얼 데이터를 주고 받을 수 있는 별도의 분리된 창입니다.
아래의 그림 1과 같이 시리얼 모니터 버튼은 아두이노 소프트웨어의 오른쪽 상단에 돋보기 모양의 아이콘으로 있습니다.

[그림 1 : 시리얼 모니터 버튼의 위치]

시리얼 모니터 버튼을 누르면 그림 2와 같이 시리얼 모니터가 팝업 형태로 뜨게 됩니다.

[그림 2 : 시리얼 모니터]

여기에는 입력할 수 있는 인풋 필드와 출력을 위한 텍스트 필드, 그리고 데이터 전송 속도 설정인 baud를 선택하는 팝업 리스트를 볼 수 있습니다. 처음부터 모든 것을 다 알려고 하면 힘드니까, 오늘은 출력 부분과 baud 설정만 살펴보도록 하죠.

1-1. 시리얼 모니터 출력 부분

출력 부분은 말 그대로 아두이노에서의 보내는 시리얼 데이터를 출력하는 곳 입니다.
Serial.print() 또는 Serial.println()을 이용해서 시리얼 모니터에 출력할 수 있습니다.
이 둘은 함수의 인자로 들어온 변수 값을 출력하는 일을 하는데, Serial.println()은 마지막에 라인엔딩을 추가해서 줄내림을 해줍니다. 이 두 함수에 사용되는 인자는 아두이노에서 정의하고 있는 모든 데이터 타입이 가능합니다.

숫자를 출력할 경우에는 특별히 2번째 인자를 사용해서 숫자의 출력 포맷을 결정할 수 있습니다.
포맷에는 DEC, HEX, OCT, BIN 이렇게 4가지 종류가 있는데 각각은 다음과 같습니다.

• DEC - 십진수로 표현합니다.
• HEX - 16진수로 표현합니다.
• OCT - 8진수로 표현합니다.
• BIN - 2진수로 표현합니다.

백문이 불여일견이라고, 실제로 사용하는 방법을 살펴보도록 하죠.

int x = 0;    // variable

void setup() {
  Serial.begin(9600);      // open the serial port at 9600 bps:    
}

void loop() {  
  // print labels 
  Serial.print("NO FORMAT");       // prints a label
  Serial.print("\t");              // prints a tab

  Serial.print("DEC");  
  Serial.print("\t");      

  Serial.print("HEX"); 
  Serial.print("\t");   

  Serial.print("OCT");
  Serial.print("\t");

  Serial.print("BIN");
  Serial.println("\t"); 

  for(x=0; x< 64; x++){    // only part of the ASCII chart, change to suit

    // print it out in many formats:
    Serial.print(x);       // print as an ASCII-encoded decimal - same as "DEC"
    Serial.print("\t");    // prints a tab

    Serial.print(x, DEC);  // print as an ASCII-encoded decimal
    Serial.print("\t");    // prints a tab

    Serial.print(x, HEX);  // print as an ASCII-encoded hexadecimal
    Serial.print("\t");    // prints a tab

    Serial.print(x, OCT);  // print as an ASCII-encoded octal
    Serial.print("\t");    // prints a tab

    Serial.println(x, BIN);  // print as an ASCII-encoded binary
    //                             then adds the carriage return with "println"
    delay(200);            // delay 200 milliseconds
  }
  Serial.println("");      // prints another carriage return
}

위의 예제 코드는 아두이노 사이트의 Serial.print()문서에서 참고한 코드입니다.
0부터 시작해서 63까지의 값을 출력하는데, 순서대로 기본 포맷, 십진수, 16진수, 8진수, 2진수로 출력해줍니다.
실제로 실행해보면 다음과 같은 결과를 볼 수 있습니다.

[그림 3 : 숫자 출력 포맷]

1-2. 시리얼 모니터 baud 설정

[그림 4 : baud 설정]

그림 4와 같이 시리얼 모니터 창에는 baud를 설정할 수 있는 팝업 리스트가 있습니다.
baud rate는 보레이트라고 읽고, 이는 시리얼 통신의 속도를 의미합니다.
기본적으로 디버깅의 용도로 시리얼 모니터를 사용하는 경우에는 9600을 사용합니다.
필요에 따라 다른 baud를 사용하기도 하는데, 아직은 정확히 그 용도를 모르겠습니다.

시리얼 모니터를 사용할 때 주의해야할 점은, 아두이노 스케치(코드)에서 설정한 baud와 시리얼 모니터 창에서의 baud값이 같아야 서로 통신을 할 수 있다는 점입니다.
위에서 보여줬던 코드의 setup부분을 보면 Serial.begin(9600);을 쓰고 있습니다.
이는 앞으로 9600 baud rate로 시리얼 데이터를 송수신하겠다는 의미입니다.
따라서 아래 그림 5와 같이 시리얼 모니터에서도 baud rate를 9600으로 맞춰줘야 합니다.

[그림 5 : 시리얼 모니터 baud 9600]

2. 가변 저항

가변 저항은 말그대로 저항의 값이 바뀔 수 있는 저항을 의미합니다.
가변 저항의 종류에도 여러가지가 있지만, 오늘은 회전형 가변 저항을 알아 보겠습니다.

[그림 6 : 회전형 가변 저항]

그림 6과 같이 연결 핀이 3개가 있고, 회전할 수 있는 기다란 막대가 하나 있습니다.
3개의 핀을 차례대로 1번, 2번, 3번 핀이라고 하겠습니다.
가변 저항의 전체 저항 값은 정해져있고, 회전 막대를 어느 방향으로 회전하냐에 따라, 1번과 2번 사이의 저항 값과 2번과 3번 사이의 저항 값이 변하게 됩니다.

즉, 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
(전체 저항) = (1번과 2번 사이의 저항) + (2번과 3번 사이의 저항)

전체 저항 값이 고정되어 있기 때문에 1번과 2번 사이의 저항 값과 2번과 3번 사이의 저항 값은 회전 막대의 회전 정도에 따른 비율에 따라 저항 값이 결정됩니다.
이해를 돕기 위해 그림으로 살펴보도록 하겠습니다.

[그림 7 : 가변 저항 0%]

그림 7은 가변 저항을 가장 왼쪽으로 돌린 경우라고 볼 수 있습니다. 이러한 경우에 1-2번 사이의 저항 값은 전체 저항의 0%값이 되고, 2-3번 사이의 저항 값은 전체 저항의 100%가 됩니다.

[그림 8 : 가변 저항 50%]

그림 8은 가변 저항을 가운데 쯤으로 돌린 경우라고 볼 수 있습니다. 이러한 경우에 1-2번 사이의 저항 값과 2-3번 사이의 저항 값은 각각 50%씩 갖게 됩니다.

[그림 9 : 가변 저항 100%]

그림 9는 가변 저항을 가장 오른쪽으로 돌린 경우라고 볼 수 있습니다. 이러한 경우에 1-2번 사이의 저항 값은 전체 저항의 100%가 되고, 2-3번 사이의 저항 값은 전체 저항의 0%가 됩니다.

이렇듯 가변 저항은 1-2번 값이 커지면 2-3번의 값이 작아지고, 1-2번 값이 작아지면 2-3번 값이 커지는 성질을 가지고 있습니다.

3. 실습

기본적인 이론을 살펴봤으니 이제 가변저항과 시리얼 모니터를 이용한 실습을 해보도록 하겠습니다.

3-1. 회로

먼저 회로도를 살펴보겠습니다.
아두이노 보드에 가변 저항만 연결하면 되므로 회로는 정말 간단합니다.

[그림 10 : 가변 저항 연결 회로도]

[그림 11 : 아두이노에 가변 저항 연결]

가변 저항의 1번 핀을 그라운드에, 2번 핀의 값을 확인하기 위해 A0에, 3번 핀은 5V에 연결했습니다.
이렇게 함으로써 코드 상에서 1-2번 사이에 걸리는 전압을 확인할 수 있을 것 입니다.

3-2. 스케치

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

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(A0);

  float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
  
  Serial.print("sensorValue = ");
  Serial.print(sensorValue);
  Serial.print(", voltage = ");
  Serial.println(voltage);
}

• 1~3 줄 : 9600 baud rate로 시리얼 통신을 시작합니다.
• 6 줄 : 아두이노의 A0 핀에서 아날로그 값을 읽습니다.
• 8 줄 : 6줄에서 읽은 센서 값을 전압으로 변환합니다. analogRead()의 반환 값이 0~1023의 범위이기 때문에 1023으로 나눠주게 되면 0에서 1사이의 값을 가지게 되고, 여기에 회로에서 연결한 5v 값을 곱해주면 0~5v 사이의 값을 얻을 수 있습니다.
• 10~13 줄 : 센서 값과 전압 값을 출력합니다.

3-3. 결과

먼저, 스케치를 업로드하고 시리얼 모니터를 켭니다.
가변 저항을 왼쪽과 오른쪽으로 돌려보면, 그림 12과 같이 센서 값과 전압 값이 시리얼 모니터에 출력되는 것을 볼 수 있습니다.

[그림 12 : 가변 저항 시리얼 모니터 결과]

안녕하세요. 오늘은 지난 시간에 배운 PWM을 활용해서 LED의 밝기를 조절하는 것을 해볼까 합니다.

1. PWM을 사용할 수 있는 핀

아두이노 보드의 모든 핀이 PWM을 지원하고 있는 것은 아닙니다. 어떤 보드이냐에 따라 PWM을 사용할 수 있는 핀이 달라지게 되는데요, 저는 제가 사용하고 있는 UNO 보드를 기준으로 설명 드리겠습니다.

[그림 1 : UNO 보드 PWM 표시]

아두이노 UNO보드의 경우 그림 1과 같이 디지털 핀 부분을 살펴보면 DIGITAL(PWM~)이라고 되어 있습니다.
여기에 배치되어 있는 핀들은 모두 디지털 핀들인데, 특히 ~(물결) 표시가 되어 있는 핀은 PWM핀이라는 의미입니다.

3, 5, 6, 9, 10, 11번 핀의 숫자 왼쪽을 보면 ~(물결) 표시가 되어 있는 것을 알 수 있습니다. 따라서 이 핀들이 PWM을 사용할 수 있는 핀입니다.

2. analogWrite()함수

위에서 우리가 사용하게 될 PWM 핀들이 모두 디지털 핀임을 알게 되었습니다. 그런데 우리는 digitalWrite()가 아닌 analogWrite()를 사용해야 한다는 점에 유의해 주세요.

digitalWrite()는 HIGH 또는 LOW의 값만 넣어 줄 수 있는 함수이고, analogWrite()는 0~255까지의 값을 넣어 줄 수 있는 함수입니다.(그리고 PWM 핀에서만 사용할 수 있는 함수임에 꼭 유의해주세요!)
analogWrite()를 호출해주면, 해당 핀은 정해진 duty cycle의 square wave¹를 계속해서 출력하게 됩니다.

3. 회로

[그림 2 : LED Fade 회로]

그림 2와 같이 회로를 구성합니다.
LED와 220옴 저항을 직렬로 연결하고 LED의 긴쪽(anode)을 디지털 3번 핀에 연결합니다. LED의 짧은 쪽(cathode)는 그라운드(GND) 핀에 연결합니다.

4. 코드

const int LED_PIN = 3;

int brightness = 0;
int fadeAmount = 5;

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

void loop() {
  analogWrite(LED_PIN, brightness);

  brightness += fadeAmount;

  if(brightness <= 0 || brightness >= 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount;
  }

  delay(30);
}

• 1번 줄 : 3번 PWM핀을 사용합니다.
• 6~8번 줄 : 3번 핀을 출력모드로 설정합니다.
• 11번 줄 : 3번 핀에 brightness 값을 아날로그 출력으로 보냅니다.
• 13번 줄 : brightness에 fadeAmount 값을 더해줍니다.
• 15~17번 줄 : brightness값이 경계값(0또는 255)에 도달한 경우에 fadeAmount 값의 부호를 바꿔줘서 반대로 동작하게 해줍니다. 예를들어 점점 밝아지고 있는 상황에서는 fadeAmount값이 5일 것이고, brightness가 255에 도달하게 되면 경계값이므로 fadeAmount는 -5로 변하게 됩니다. 그 후로는 brightness값이 점점 줄어들면서 LED가 점점 어두워지고 brightness값이 0이 되면 다시 fadeAmount가 5가 되면서 점점 밝아지는 로직으로 변하게 됩니다. 이러한 동작을 무한 반복하게 됩니다.
• 19번 줄 : 30ms 동안 대기합니다. (현재 LED의 밝기를 30ms 동안 유지하는 것입니다.)

5. 결과

[그림 3 : LED fade 결과]

안녕하세요. 오늘은 PWM(Pulse Width Modulation)에 대해 알아보고자 합니다.

이러한 기본 이론은 아두이노 뿐만 아니라 다른 곳에서도 사용될 수 있는 개념이므로 잘 알아두시는게 좋습니다.

PWM은 디지털 신호를 아날로그적인 의미로 해석하는 방법이라고 볼 수 있습니다. 우리가 알고있는 디지털 신호는 0(LOW)또는 1(HIGH)의 값만을 가지고 있습니다.
그런데 이런 이진값을 가지고 어떻게 아날로그 값처럼 보이게 할 수 있을까요?

답은 시간(주기)에 있습니다. 이를 전문용어(?)로 Duty Cycle이라고 부는데요, 한마디로 1을 유지하는 시간과 0을 유지하는 시간의 비율이라고 생각하시면 됩니다.

[그림 1 : Pulse Width Modulation]

아두이노에서 analogWrite()함수를 사용할 때에 0~255사이의 정수 인자를 넣을 수 있습니다.

그림 1에서 0% Duty Cycle은 analogWrite(0)을 사용한 결과입니다. 0%라는 것은 1의 비율이 0%임을 의미합니다. 그래서 한 주기 동안 1이 한번도 나오지 않죠.
참고로 그림 1에서 초록색 수직선이 하나의 주기가 됩니다.

25% Duty Cycle은 analogWrite(64)를 사용한 결과가 됩니다. analogWrite()의 인자 범위가 최대 255이기 때문에 64 / 255가 대략 25가 나오게 됩니다. 여기에서는 1의 비율이 25%에 달합니다. 실제로 그림 1을 보면 1와 0의 비율이 25 : 75라는 것을 알 수 있습니다.

나머지 Duty Cycle도 마찬가지 원리로 설명이 가능합니다.
이렇게 한 주기동안 1과 0의 비율을 이용해서 디지털 신호를 마치 아날로그 신호인 것처럼 여러 단계의 값으로 사용할 수 있습니다.
PWM에 대한 이론적인 배경은 이것으로 끝내고 다음 시간에는 오늘 배운 이론을 바탕으로 LED를 점점 밝게, 점점 어둡게 하는 방법을 배워보겠습니다.