아두이노로 LED 제어

학습 목표

• 아두이노 보드의 디지털입출력 핀을 통하여 2진 디지털 값(HIGH, LOW)을 출력하여 LED를 제어하는 방법을 이해한다.

• LED를 다양한 방법으로 제어하는 예제들을 통하여 아두이노 스케치를 작성하는 방법을 배운다.

  

실습준비물

• 베이스보드 + Uno 보드, 전원연결선 1개, 연결선 4개

  

• 베이스 보드 구성

  

1. 변수 사용하기

• 변수를 사용하여 디지털입출력 핀의 번호나 지연시간을 쉽게 변경할 수 있다.

1.1 하드웨어 구성

• 전원 및 LED 연결

  • 전원연결선의 붉은색을 5V로, 검은색을 GND로 연결
  • 연결선을 이용하여 Uno 보드의 디지털입출력 핀 10번에 베이스보드 JP1의 0번(LED0)을 연결
  

1.2 변수 사용전 코드

• 디지털핀 10번에 연결된 LED를 1초 동안 켜고 1초 동안 끄기를 반복하는 스케치 코드

  void setup() {
      pinMode(10,OUTPUT);
  }
  
  void loop() {
      digitalWrite(10,HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(10,LOW);
      delay(1000);
  }

• 문제점

  • 디지털핀 10번 대신에 13번을 사용하고자 하는 경우, 코드의 3개의 줄이 수정되어야 함.
  • 당연히, 연결선도 디지털핀 10번 대신에 디지털핀 13번에서 베이스보드 JP1의 0번(LED0)으로 연결이 이루어져야 함.

1.3 변수

• 변수는 나중에 프로그램에서 사용할 데이터(예 : 센서의 데이터 또는 계산에 사용 된 중간 값)를 저장하는 이름이 있는 저장소 임.

• 변수를 사용하기 전에 모든 변수를 선언해야 함.

  • 변수가 저장할 데이터의 유형과 변수의 이름을 정의
  • 선택적으로 초기 값 설정

  int inputVariable1;
  int inputVariable2 = 0;

• 참고자료: https://www.arduino.cc/en/Reference/VariableDeclaration

1.4 변수 사용 예제

• 변수 k의 초기값을 원하는 디지털입출력 핀의 번호로 설정

  

• 정수형 변수 dTime 를 사용하여 지연시간 쉽게 변경

  

• 결과 코드

  /*
  변수를 사용하여 디지털 핀 출력과 지연 시간을 설정
  */ 
  
  int k=10;
  int dTime=500;
  
  void setup() {
      pinMode(k,OUTPUT);    
  }
  
  void loop() {
      digitalWrite(k,HIGH);
      delay(dTime);
      digitalWrite(k,LOW);
      delay(dTime);
  }

1.5 매크로 사용하기

• #define은 특정 값에 이름을 붙일 수 있는 매크로 정의 구문이다.

  • 사용 방법

    #define 매크로이름 값

• 앞의 변수 사용 예제를 아래와 같이 #define 문을 이용하여 변경할 수 있다.

  /*
  #define 매크로를 사용하여 디지털 핀 출력과 지연 시간을 설정
  */ 
  
  #define k 10
  #define dTime 500
  
  void setup() {
      pinMode(k,OUTPUT);    
  }
  
  void loop() {
      digitalWrite(k,HIGH);
      delay(dTime);
      digitalWrite(k,LOW);
      delay(dTime);
  }

• 변수사용과의 차이점

  • 매크로를 사용하면 프로그램 컴파일 전에 전처리기를 거쳐 내부적으로 소스코드가 일괄 변환됩니다.
  • 변수를 사용하게되면 프로그램 실행 시에 변수를 위한 저장공간을 따로 마련하게 되고, 변수의 값을 프로그램 실행 중에 다른 값으로 변경할 수 있습니다.

2. 함수 만들기

• 프로그램에서 반복적으로 사용되는 부분을 함수로 만들어 사용

2.1 하드웨어 구성

• 디지털입출력 핀 4개를 사용하여 LED 4개를 연결

  

2.2 함수 사용전 코드

• DigitalPin 8~11에 연결된 LED를 1초씩 번갈아가면서 켜고 끄는코드

  /*
      DigitalPin 8~11에 연결된 LED를 1초씩 번갈아가면서 켜고 끄는코드 
  */
  
  void setup() {
      pinMode(8, OUTPUT);
      pinMode(9, OUTPUT);
      pinMode(10, OUTPUT);
      pinMode(11, OUTPUT);  
  }
  
  void loop() {
      digitalWrite(8,HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(8,LOW);
      delay(1000);
  
      digitalWrite(9,HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(9,LOW);
      delay(1000);
  
      digitalWrite(10,HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(10,LOW);
      delay(1000);
  
      digitalWrite(11,HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(11,LOW);
      delay(1000);
  }

• 문제점

  • 여러 개의 LED의 on/off 상태를 1초 간격으로 제어하는 유사한 코드가 반복됨

2.3 함수

• 모듈화된 코드 블록

  • 형식

    반환타입 함수이름(파라미터,...)

  • 예

    • void setup()
    • int myMultiplyFunction(int x, int y)
    

• 참고자료: https://www.arduino.cc/en/Reference/FunctionDeclaration

2.4 함수 사용 예제

1. 공통적으로 반복되는 부분을 함수로 정의
   • LED가 1초 간격으로 켜졌다가 껴지는 기능 --> blink_ft() 함수 제작

2. blink_ft() 함수를 loop() 에서 호출

   

• 결과 코드

  /*
      함수를 사용하여 4개의 LED를 순차적으로 깜박이기
  */
  
  void setup() { // 디지털입출력 핀 8, 9, 10, 11번을 출력으로 설정
      pinMode(8, OUTPUT);
      pinMode(9, OUTPUT);
      pinMode(10, OUTPUT);
      pinMode(11, OUTPUT); 
  }
  
  void loop() {  // 내부의 명령이 무한 반복
      blink_ft(8);  // blink_ft( ) 함수를 호출, 변수 pin의 값으로 8 전달 
      blink_ft(9);
      blink_ft(10);
      blink_ft(11);
  }
  
  void blink_ft(int pin) { // 디지털입출력 핀 pin번을 1초 간격으로 on/off
      digitalWrite(pin, HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(pin, LOW);
      delay(1000);
  }

3. FOR 문 활용하기

3.1 앞 예제의 문제점

• 같은 구조의 스케치가 반복적으로 사용됨

  void setup() { 
      pinMode(8, OUTPUT);
      pinMode(9, OUTPUT);
      pinMode(10, OUTPUT);
      pinMode(11, OUTPUT); 
  }
  ...
  void loop() {  
      blink_ft(8);   
      blink_ft(9);
      blink_ft(10);
      blink_ft(11);
  }

3.2 for 문

• for 문은 초기값을 증가(또는 감소) 시키면서 조건이 만족하는 동안 지정된 블록의 코드를 반복하는 명령문

  

3.3 for 문 적용 예제

/*
  for 문과  함수를 사용하여 4개의 LED를 순차적으로 깜박이기
*/
int k;

void setup() {
  for (k=8; k<12; k++) {
    pinMode(k, OUTPUT);
  } 
}

void loop() {
  for (k=8; k<12; k++) {
    blink_ft(k);
  }  
}

void blink_ft(int pin) { // 디지털입출력 핀 pin번을 1초 간격으로 on/off
  digitalWrite(pin, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(pin, LOW);
  delay(1000);
}

4. Array 문 활용하기

4.1 앞 예제의 문제점

• for문의 인텍스 변수 k가 디지털입출력 핀의 번호를 직접 나타냄

  int k;
  
  void setup() { 
      for (k=8; k<12; k++) { // k는 디지털 핀 번호를 나타냄
          pinMode(k, OUTPUT);
      } 
  }
  ...

• 연속적이지 않은 디지털입출력 핀을 LED에 연결한 경우에는 for문을 사용하기 힘듦

  • 예, 디지털핀 6,9,10,11을 LED에 연결할 경우
    

4.2 배열 (Array)

• 배열은 여러 개의 변수를 묶어서 하나의 이름을 부여하고, 배열 내의 각 변수를 번호(인덱스)를 통해 접근

  

4.3 배열문 적용 예제

• 배열과 for문을 사용
  • 필요한 부분을 간단하게 반복실행 가능
  • 사용하고자 하는 디지털 입출력 핀을 배열에 저장
  • for문을 사용하여 호출

/*
  배열, for 문, 함수를 사용하여 4개의 LED를 순차적으로 깜박이기
*/
int pinLED[] = {6,9,11,12};
int k;

void setup() {
  for (k=0; k<4; k++) {
    pinMode(pinLED[k], OUTPUT);
  } 
}

void loop() {
  for (k=0; k<4; k++) {
    blink_ft(pinLED[k]);
  }  
}

void blink_ft(int pin) { // 디지털입출력 핀 pin번을 1초 간격으로 on/off
  digitalWrite(pin, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(pin, LOW);
  delay(1000);
}

5. 실습 과제

하드웨어 구성

• 2.1 하드웨어 구성과 동일

기본 시작 코드

int pinLED[] = {6,9,11,12};
int k;

void setup() {
  for (k=0; k<4; k++) {
    pinMode(pinLED[k], OUTPUT);
  } 
}

void loop() {
   // 이 부분에 코드를 추가 하세요. 
}

과제 세부 내용

• 앞에서 제시된 기본 시작 코드를 바탕으로 다음 4 개의 문제를 각각 구현하시오.

1. LED 4개가 모두에 켜졌다가 1초 후에 4개가 모두 꺼지도록 구성

   실행 동영상

2. LED가 1개씩 오른쪽에서 왼쪽으로 순차적으로 켜지다가 4개가 다 켜지면, 오른쪽에서 왼쪽으로 순차적으로 1개씩 꺼지도록 구성

   실행 동영상

3. LED가 1개씩 왼쪽에서 오른쪽으로 순차적으로 켜지다가 4개가 다 켜지면, 오른쪽에서 왼쪽으로 순차적으로 1개씩 꺼지도록 구성

   실행 동영상

4. LED가 1개씩 오른쪽에서 왼쪽으로 순차적으로 1초 간격으로 켜졌다 꺼지도록 구성

   실행 동영상

6. 연습 과제

1. 4개의 LED가 다음 그림과 같이 2개씩 번갈아가며 on/off 되는 스케치를 작성하여 보자

   

2. 4개의 LED가 다음 그림과 같이 오른쪽에서 왼쪽으로 순차적으로 2개씩 on되는 스케치를 작성하여 보자.