《 아두이노 보드 구조 》 아두이노를 가지고 본격적인 제어를 하기전에 먼저 보드 구조에 대해 설명 드립니다.
아두이노 핀 아웃
아두이노는 위 이미지처럼 각각의 역할을 하는 핀(포트,port)으로 구성되어 있습니다. 전원을 연결하는 핀도 있고, 아날로그 신호(0V~5V) 입력 핀과 디지털 신호(0V 또는 5V)를 입력하거나 출력할 수 있는 핀으로 구성되어 있습니다.
핀을 포트(port)라고도 부르는데요, 영어로 항구라는 뜻이며, 항구로 배가 들어오거나 나가듯 신호가 들어오고 나가기 때문에 핀을 포트(port)라고도 부릅니다. 아두이노에서는 코딩을 통해 이런 포트로 신호(전압과 전류)를 출력 시켜 LED를 켜거나 끌 수 있게 됩니다. '아날로그 In핀'은 아날로그 값인 0V에서 5V 사이의 값을 입력받아 처리하는 핀으로 입력만 가능한 핀이며, '디지털 In/Out핀'은 0V 아니면 5V 두 개의 값을 입력하거나 출력이 가능한 핀입니다. 그리고 모든 신호는 각 포트에서 나와서 GND(그라운드, 또는 - 마이너스) 로 흘러 들어가게 연결되어야 합니다. ( 마치, 건전지를 사용할 때, +에서 나온 전기가 전구나 회로를 거쳐 -로 연결되는 구조와 같습니다 ) 따라서 LED 연결을 예로 들면, 전기가 들어가야하는 LED의 + 리드선(다리)과 빠져나가는 - 리드선이 있는데, +리드선을 아두이노의 신호가 나오는 포트에 연결하고, -리드선을 아두이노의 GND로 연결해주게 됩니다.
LED의 +리드선과 -리드선
따라서 기본적으로 아두이노에서 제어하는 형태는, 아날로그 핀으로 들어오는 신호(전압)를 가지고 디지털 핀으로 어떤 다른 신호를 입력 받거나 출력하게 되는 구조이며, 또는 여러개의 디지털 핀중에서 특정 디지털 핀으로 들어오는 신호를 가지고 판단해서(코드의 if문 등으로) 다른 디지털 핀으로 LED를 켜거나 하는 등의 출력을 내보낼 수 있는 형태로 제어하게 됩니다.
참고로, 아두이노는 코딩과 같은 소프트웨어의 개념과 전압/전류/전기신호/전자부품의 이해와 같은 하드웨어적인 부분을 함께 이해해야 제어할 수 있기 때문에, 현재 설명드린 의미를 처음부터 완전하게 이해하기는 쉽지 않을 거예요. 따라서, 우선 설명을 듣고 완전히 이해하지 못하더라도 다음 실습으로 안내를 따라 계속 진행해보세요.
이런 실습들이 계속 경험으로 쌓이다보면, 이전에 이해되지 못하던 부분이 다른 부분에서 퍼즐 맞추어지듯 종합적으로 이해되기 시작할 거예요. 그러니, 초반에 어렵거나 이해못하고 넘어가는 부분에 대해 염려하지 말고, 자신감을 가지고 시작해 보세요. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
13번 포트와 GND가 인접해 있기 때문에 아래 처럼 연결하면 브레드 보드를 이용 하지 않고 손 쉽게 LED를 동작 시켜 볼 수 있다.
▶ 실습 방법 : LED 를 위 그림과 같이 연결하여 아래 프로그램에 의해 1초 마다 ON / OFF 동작을 하도록 실습해 본다.
※ 주의 : LED 극성에 주의, LED의 +단자(보통 긴 다리)를 13번 포트에 연결하고 -단자를 GND에 연결하여야 한다. 본래 전자회로에서 LED를 순방향 연결하여 켤 경우 직렬로 적당량의 저항(100Ω ~ 500Ω) 저항을 연결하여야 LED 및 회로가 보호된다. 그러나 아두이노의 경우 손상이 가지 않도록 포트내부적으로 처리 되어 있기에 LED 하나 정도 직결 하여 간단히 실험하기에는 크게 문제가 없다.
▶ 포인트 : 브레드 보드를 이용하지 않고 저항 연결 없이 그리처럼 GND와 인접한 13번, 12번, 11번 포트 등을 이용하면 된다.
▶ 프로그램 :
const int LED = 13;// LED 는 디지털핀이라 선언
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT); // LED를 출력핀으로 설정
}
void loop() {
repeatedly:
digitalWrite(LED, HIGH); // LED를 켠다
delay(1000);//1초 동안 대기
digitalWrite(LED, LOW); //LED를 끈다
delay(1000);//1초 동안 대기
}
▶ 스케치 프로그램 사용법 :
스케치 화면을 처음 실행 시키면 아래와 같은 화면이 실행 되고, 크게 setup() 함수 영역과 loop() 함수 영역으로 나뉜다. 사용할 함수를 선언하거나, 기본적인 셋팅 사항을 setup() 영역에 입력하고, 실제로 반복루프 형태로 처리되어 실행되어야 할 내용들은 모두 loop() 영역에 입력하면 된다.
스케치 프로그래밍은 C프로그래밍 베이스라고 보면 되는데, C프로그램 작성시 비교적 간단한 프로그램도 디버깅(실행 에러 잡기)으로 인해 몇 일을 헤메는 경우가 많았던 C프로그램과 달리 스케치 프로그래밍은 매우 쉽다. 기존 C 프로그래밍에서 해줘야 했던 세세한 설정이나, 메모리 번지 지정, 자질 구레한 설정들을 내장 함수 및 라이브러리 형태로 대부분 제작되어 있기 때문에 사용자는 프로그램 동작과 직결되는 핵심 구문만 프로그래밍 하면 쉽게 동작이 되도록 하였다. 이런 라이브러리 또한 오픈 소스 형태로 되어 있어, 전세계의 아마추어 및 전문 프로그래머에 의해 지금도 업데이트 되고 있다.
프로그래밍을 실행 시키기 전 반드시 해야 할 것이 있다.
아래 처럼 아두이노 보드를 PC의 USB 포트에 연결하고서 보드 설정(아두이노 우노 일 경우 → "Arduino/Genuino Uno") 과 포트 설정을 올바르게 선택해주어야 한다.
연결 포트는 PC가 달라지거나 아두이노 보드가 바뀌면 달라질 수 있다. 일반적으로 (Arduino/Genuino Uno) 라고 표시가 되어 있는 포트를 선택하면 된다.
아두이노 나노의 경우 이런 표시가 없는데, 보통 com1, com2 이 외 하나의 포트가 나타나고 이를 선택하면 문제가 없다.
또한 매번 설정을 할 필요는 없는데, 동일한 연결을 다시 시도하게 되면 이후에는 자동으로 선택이 되어져 있어 별다른 선택을 할 필요가 없다.
↓ 아두이노 동작을 위해서는 프로그램을 코딩하고 코딩된 내용을 컴파일 및 아두이노 보드로 업로도 하여야 한다.
프로그램 메뉴 이외에 별도의 컴파일 과 컴파일&업로드 버튼이 있으니 간편하게 실행시킬 수 있다.
↓ 아래 처럼 코딩하고 나서 저장 및 업로드 버튼을 눌러 저장해주고
컴파일 버튼과 업로드 버튼을 눌러 주면 된다.
(업로드 버튼은 컴파일 과정을 포함한다)
(단축키)
※ 스케치 메뉴의컴파일(Ctrl+R) & 업로드(Ctrl+U)
▶ 실행 결과(영상) :
13 포트 바로 아래에 칩 형태의 내장된 LED가 있는데, 13번 포트에 연결된 LED와 같은 동작을 한다고 보면 된다. ↓
아두이노는 이탈리아에서 개발한 보드로 “강력한 친구!”라는 뜻을 가지고 있습니다. 우노는 이탈리아어로 ‘1’을 뜻하는데요, 아두이노의 첫 번째 버전인 동시에 지금까지도 가장 많이 애용되고 있는 보드가 되었습니다.
아두이노는 Atmell 사의 Atmega328이라는 프로그래밍이 가능한 칩을 이용해서 만든 오픈소스 기반 마이크로 컨트롤러 보드입니다.
오픈 소스 하드웨어이기 때문에 전세계 여러 곳에서 복제 보드가 탄생하기도 하고, 일부 기능을 제거하여 가격을 낮추거나, 기능을 더 추가한 특색 있는 보드들도 많이 생겨나고 있습니다.
아두이노 자체의 강력한 기능도 있지만 이런 오픈 소스 정책으로 인해 전세계적으로 폭발적인 인기를 얻고 있는 상황입니다.
마지막으로 아두이노는C언어를 기반으로 한, 매우 쉬워진 프로그래밍 툴인 아두이노IDE 개발환경을 제공 하고 있습니다. 또한 다양한 센서와 구동모듈 들을 쉽게 구하고 간편하게 연결한 후 즉시 활용가능 하기 때문에, 전자분야를 전공하지 않은 비전공자들도 매우 쉽게 시작하여 전문가 수준에 이를 수 있습니다.
•아두이노Uno는 ATmega328에 기초한 마이크로 컨트롤러 보드이다.
•아두이노Uno는 디지털 입출력 핀 14개, 아날로그 입력 핀 6개, 16MHz 세라믹
레조네이터, USB 연결, 전원 잭, ICSP헤더와 리셋 버튼이 포함되어있다.
•아두이노는 모든 선행하는 보드와 다르게 FTDI USB to Serial 칩을 사용하지 않고 USB to Serial converter로 ATmega16U2를 사용한다.
•아두이노 우노 R3 세부 사양
아래 보드들은 정식 아두이노 진영에서 출시한 다양한 보드들 입니다.
레오나르도 보드는 PC와 Com포트로 통신하는 키보드와 마우스처럼 , 가상의 Com포트를 지원하기 때문에, PC를 제어할 수 있는 기기를 직접 만들 수 있는 보드입니다.
아두이노나노와 프로 버전 같은 경우 사이즈가 작은 시제품을 만들 때 활용하기가 좋습니다.
MEGA처럼 칩의 메모리나 성능, 입출력 핀을 증가시켜 좀더 강력한 성능을 내는 보드들도 있습니다.
특히, 자작 3D 프린터 제작에 많이 사용된 보드이기도 합니다.
아두이노에서는 자체 보드만으로는 확장성에 한계가 있기 때문에 각종 다양한 기능의 쉴드보드를 제공 하고 있습니다.
쉴드 보드에는 인터넷 연결이 가능한 보드나, SD-카드 사용가능 한 보드와, 모터 구동을 위한 확장 보드 등 다양한 쉴드들이 나와 있습니다.
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