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 LED를 깜빡이는 예제를 만들어 보겠습니다.

1. 필요한 하드웨어

• 아두이노 보드
• LED
• 220옴 저항

1.1. LED

LED(Light Emitting Diode) 또는 발광 다이오드는 순방향 전압을 가했을 때 빛을 내는 반도체 소자입니다.

[그림 1 : LED]

1.1.1. 정격 전압과 저항

저자는 일반적으로 많이 사용되는 LED를 사용하고 있는데요, 모든 전자부품에는 정격 전압이라는 것이 있습니다.
이게 뭐냐하면, 해당 전자 부품이 동작하는데에 필요한 적정한 값의 전압을 의미합니다.
해당 값보다 낮은 값을 할당해주면 제대로 동작하지 않을 수도 있고, 너무 높은 값을 할당하게 되면 부품이 파손될 수도 있습니다.

LED는 색상마다 정격 전압이 각각 다 다릅니다.
아래의 표는 제조사마다 내용이 달라질 수 있지만, 대략 이것과 비슷한 범위 안에 해당될 것 입니다.

[표 1 : LED 정격 전압 / 전류]

아두이노에서 제공하는 전압은 5V인데요, 적색 LED를 사용한다고 가정했을 때 LED에 걸리는 전압을 2V로 낮춰주기 위해서는 저항을 직렬로 연결해야 합니다. 그렇게해야 전압 강하가 일어나서 LED에 적정 전압이 걸리게 되죠.

필요한 저항을 구하는 식은 다음과 같습니다.

저항값 = (전원 전압 - LED 전압) / LED 전류

예를들어, 적색 LED를 사용한다고 했을 때 저항 값을 구해보죠.

• 아두이노의 전원 전압 = 5V
• LED 전압 = 2V
• LED 전류 = 20mA

저항값 = (5 - 3) / 0.02 = 100[옴]

따라서 적색 LED를 사용할 때에는 100옴 이상의 저항을 사용하면 됩니다. 일반적으로 220옴 저항을 직렬 연결하면 무리없이 사용할 수 있습니다.

1.1.2. 방향성

LED는 PN접합이라는 구조로 되어 있습니다. 그래서 P형 부분에 +전압을 걸어줘야 하고, N형 부분에 -전압을 걸어줘야 합니다.
LED를 자세히 보면 두개의 다리가 길이가 다릅니다.

[그림 2 : Anode / Cathode]

길이가 긴 쪽을 Anode라고 부르며 +전압을 걸어줘야하는 부분이고, 짧은 쪽을 Cathode라고 부르며 -전압을 걸어줘야하는 부분입니다.

주의 : 만약 전압을 반대로 걸어주게 되면 소자가 망가질 위험이 있습니다.

2. 회로 구성

위에서 설명한 것처럼 회로에서 LED와 저항을 직렬로 연결해줘야 합니다.
그림 3과 같이 회로를 구성합니다.

[그림 3 : LED 회로]

LED의 긴쪽을 아두이노 보드의 디지털 13번 핀에 연결하고 LED의 짧은 쪽을 저항과 직렬 연결하여 아두이노 보드의 GND(그라운드)에 연결합니다. 이 때, 저항을 13번 핀 쪽에 연결할지, 그라운드에 연결할지는 전혀 상관없습니다. 어느 쪽에 연결하든 직렬로만 연결하면 됩니다.

3. 코드

const int LED = 13;

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

void loop() {
  digitalWrite(LED, HIGH);   // LED를 켭니다
  delay(1000);               // 1초 동안 멈춥니다
  digitalWrite(LED, LOW);    // LED를 끕니다
  delay(1000);               // 1초 동안 멈춥니다
}

• 1 줄 - 아두이노 보드의 디지털 13번 핀을 LED라는 상수로 정의합니다.
• 3~5 줄 - LED 핀을 출력 모드로 설정합니다.
• 7~12 줄 - 계속 반복 수행되는 코드입니다.
• 8 줄 - LED 핀에 HIGH 값을 넣어 줍니다. HIGH 값을 넣는다는 것은 5V 전압을 가한다는 의미이므로 LED에 전류가 흐르게 되고 따라서 LED가 켜지게 됩니다.
• 9 줄 - 1초 동안 멈춥니다.
• 10 줄 - LED 핀에 LOW 값을 넣어 줍니다. LOW 값을 넣는다는 것은 전압을 가하지 않는다는 의미이므로 LED에 전류가 흐르지 않게 되고 따라서 LED가 꺼지게 됩니다.

4. 결과

결과는 연결된 회로의 LED가 1초 동안 켜졌다가 1초 동안 꺼졌다가를 반복해야 합니다.

[그림 4 : 실제 연결한 회로]

안녕하세요.
지난 포스트에 이어, 오늘은 3색 LED 모듈을 사용하는 방법을 알아볼까 합니다.

1. 3색 LED 모듈

3색 LED 모듈은 R, G, B 3개의 핀으로 입력을 받아서 해당 색상을 LED로 출력해주는 모듈입니다.

[그림 1 : 3색 LED 모듈]

그림 1을 보시면 알겠지만, 이 모듈에는 총 4개의 핀이 있습니다.
각각 R, G, B, - 라고 쓰여져 있습니다.
R은 빨간색을 출력하기 위한 핀이고, G는 녹색을 출력하기 위한 핀, B는 파란색을 출력하기 위한 핀, 마지막으로 -는 그라운드¹에 연결하기 위한 핀입니다.

2. 3색 LED 모듈을 아두이노 보드에 연결

그림 2처럼 아두이노 보드와 3색 LED 모듈을 연결합니다. 빵판을 통해서 연결하셔도 되지만, 워낙 간단한 연결이라서 점퍼 케이블로 빵판을 거치지 않고 직접 연결했습니다.

[그림 2 : 3색 LED 모듈과 아두이노 보드의 연결]

3색 LED 모듈의 각 핀과 아두이노 보드의 각 핀 연결은 표1에 다시 정리를 해 두었으니 참고 바랍니다.

[표1 : 3색 LED 모듈과 아두이노 보드의 핀 연결]

그림 3은 fritzing을 이용해서 회로 연결을 다이어그램으로 표현한 모습입니다.
3색 LED 모듈은 제품마다 핀의 위치가 다를 수 있습니다. 실제로 제가 가지고 있는 모듈은 왼쪽부터 R, G, B, -의 순서지만, 그림 3의 모듈은 왼쪽부터 B, -, G, R의 순서입니다. 따라서 여러분이 가지고 있는 모듈에 맞게 연결을 하시면 됩니다.

그림 3 - 3색 LED 모듈 연결 다이어그램

3. 스케치 작성

회로 연결은 여기까지 보고, 코드를 작성해 보겠습니다.

const int LED_R = 2;    // 디지털 2번 핀 = Red
const int LED_G = 3;    // 디지털 3번 핀 = Green
const int LED_B = 4;    // 디지털 4번 핀 = Blue

void setup() {
  pinMode(LED_R, OUTPUT);
  pinMode(LED_G, OUTPUT);
  pinMode(LED_B, OUTPUT);
}

void loop() {
  turnOnAndOff(LED_R, 500, 500);
  turnOnAndOff(LED_G, 500, 500);
  turnOnAndOff(LED_B, 500, 500);
}

void turnOnAndOff(int pin, unsigned long onDuration, unsigned long offDuration) {
  digitalWrite(pin, HIGH);
  delay(onDuration);

  digitalWrite(pin, LOW);
  delay(offDuration);
}

• 1~3 줄 - 아두이노 보드에 연결한 핀을 상수로 정의합니다. 이렇게 상수로 정의를 하면 코드를 읽기가 더 편해집니다.
• 5 줄 - setup() 함수에서 단 한번 수행할 작업들을 정의합니다.
• 6~8 줄 - pinMode() 함수를 이용해서 각 핀을 출력 모드로 설정해줍니다. pinMode()는 앞으로 많이 보게될 함수이므로 확실히 이해하고 넘어가는 것이 좋겠습니다. 이 함수에는 총 2개의 매개변수를 받는데, 첫번째 매개변수는 핀 번호이고 두번째 매개변수는 해당 핀을 어떤 모드로 사용할 것인지를 나타냅니다. 여기에서는 2번 핀(LED_R), 3번 핀(LED_G), 4번 핀(LED_B)을 모두 출력모드(OUTPUT)로 설정하고 있습니다. OUTPUT이라는 상수는 아두이노에서 미리 정의하고 있는 상수입니다.
• 11 줄 - loop() 함수에서 무한 반복할 코드를 정의합니다.
• 12~14 줄 - 제가 정의한 함수는 turnOnAndOff()를 LED_R, LED_G, LED_B 각각의 핀에 대해서 한번씩 호출해줍니다.
• 18 줄 - digitalWrite() 함수를 이용해서 매개변수로 들어온 pin에 디지털 신호를 보냅니다. 이 함수는 두개의 매개변수를 받는데, 첫번째가 핀 번호, 두번째가 디지털 신호 값입니다. 핀 번호를 말 그대로 아두이노 보드에 연결한 핀의 번호를 넣으면 되고, 디지털 신호 값은 아두이노에서 미리 정의하고 있는 HIGH 또는 LOW를 사용하면 됩니다. 디지털 신호이기 때문에 HIGH가 1을 의미하고(5v 회로에서는 5v가 들어가고, 3.3v 회로에서는 3.3v가 들어갑니다), LOW는 0을 의미합니다.
• 19 줄 - delay() 함수를 이용해서 다음에 나오는 코드를 지연시킵니다. 이 함수는 미리 세컨드(ms) 단위의 값을 받아서 해당 ms만큼 딜레이시킵니다.
• 17~23 줄 - 첫번째 매개변수인 pin을 두번째 매개변수인 onDuration만큼 켠 후, 세번째 매개변수인 offDuration만큼 끄는 함수를 정의했습니다.
• 최종적으로 이 스케치에서 하는 일을 정리해보면, 아두이노 보드의 2, 3, 4번 핀을 출력 모드로 설정한 후 2번, 3번, 4번 핀을 차례대로 500ms 동안 켰다가 500ms 동안 끄는 작업을 무한 반복하게 됩니다.

이렇게 3색 LED 모듈 실습을 해보았는데요, 저는 코드에서 한번에 하나의 색상만 켰지만, 실제로는 동시에 2개 이상의 색상을 켤 수도 있습니다. 이런 실험들은 직접해보시는게 모듈을 이해하는데 더 많은 도움이 될 것 입니다. 오늘 포스트는 이것으로 정리하겠습니다.