컴퓨터정보공학과 권춘우 ARDUINO (센서활용프로그래밍/ICT융합실무) - Buzzer, Serial 통신, 7 Segment LED - Analog 입력/출력 > LED 밝기 조절, 저항/전압 읽기.

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1 컴퓨터정보공학과 권춘우 ARDUINO (센서활용프로그래밍/ICT융합실무) - Buzzer, Serial 통신, 7 Segment LED - Analog 입력/출력 > LED 밝기 조절, 저항/전압 읽기

2 부저(Buzzer) 울리기 : 부저, 멜로디 등 시리얼(RS-232C) 통신 아날로그 입력과 출력
목차 부저(Buzzer) 울리기 : 부저, 멜로디 등 시리얼(RS-232C) 통신 아날로그 입력과 출력 가변 저항으로 LED밝기 조절하기 아날로그 입력으로 전압값 읽기 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동

3 부저(Buzzer) 부저 부저 종류 부저의 활용 전기적으로 금속판 등을 떨리게 하여 소리를 출력
피에조 부저 (piezo buzzer) : 피에조 효과를 이용하여 소리 출력 피에조 효과(압전효과) : 수정이나 세라믹 같은 결정체의 성질을 이용하여 압력을 주면 변형이 일어나면서 표면에 전압이 발생하고, 반대로 전압을 걸어주면 응축,신장을 하는 현상 여기에 얇은 판을 붙여주면 미세한 떨림으로 소리가 발생 장점 : 값이 저렴하고 단순, 2만Hz 이상 높은 주파수 발생 단점 : 큰 소리를 내지 못함 부저 종류 능동 버저(Active Buzzer) 내장 회로가 있어 외부에서 전원만 인가하면 소리 출력 수동 버저(Passive Buzzer) 내장 회로가 없어 외부에서 원하는 주파수의 신호를 입력하여 소리 출력 아두이노 경우 : tone() 함수 사용 부저의 활용 TV, 세탁기, 에어컨 등에서의 Alarm음 도난 경보기, 디지털 도어록 등

4 부저 SM-1205C 세부정보

5 음계와 주파수(Hz) (Hz) octave 1 2 3 4 5 6 7 8 도(C) 도#(C#) 레(D) 레#(D#) 미(E)
도#(C#) 레(D) 레#(D#) 미(E) 파(F) 파#(F#) 솔(G) 솔#(G#) 51.913 라(A) 55 110 220 440 880 1760 3520 7040 라#(A#) 시(B)

6 부저(Buzzer) 울리기(p.69) 실습 내용 디지털 출력으로 부저 울리기
1초에 한번씩 부저를 켰다(ON), 껐다(OFF) 반복 실험에 필요한 준비물

7 부저(Buzzer) 울리기 배선도 : 아두이노-하드웨어 연결 D8

8 부저(Buzzer) 울리기 회로도

9 tone() : 음(音) 발생 tone(pin, frequency, duration)
(Syntax) tone(pin, frequency) tone(pin, frequency, duration) pin : tone을 발생하는 핀번호 frequency : tone 주파수(hertz) unsigned int duration : tone 폭(milliseconds)(optional)-unsigned long 지정 주파수 크기의 Square wave 발생 (50% duty cycle) Tone 폭 지정 가능 : 폭을 지정 않을 경우 noTone() 때 까지 파형은 계속 발생 핀을 Piezo buzzer 또는 Speaker에 연결하여 음(音, tone)을 연주 한번에 한 개의 tone만 발생 가능 (원인 : 한 개만의 타이머/timer를 사용하기 때문) 이미 다른 핀에 음이 연주되고 있을 경우 새로운 tone() 명령은 의미가 없음 동일 핀에 음이 연주되고 있는 경우에는 새로운 tone() 명령은 주파수를 설정함 여러 개 핀에서 다른 높이(pitch) 음을 연주하려면, 연주되는 핀에 대해 noTone()를 실행 한 후 다음 핀(the next pin)에 tone() 명령을 호출함 (Arduino Uno) 31Hz Hz 주파수 생성 가능 (Syntax) noTone(pin) pin : tone()에 의해 생성되는 square wave의 발생을 정지할 핀

10 tone() 과 출력 신호 [예제] tone() 명령에 의한 Arduino 핀 출력 파형 pin 8 출력
int buzzer = 8; void setup() { pinMode(buzzer, OUTPUT); Serial.begin(9600); tone(buzzer, 500, 1000); Serial.print("Frequency(Hz) : "); Serial.println(500); } void loop() { } Arduino Uno PC IDE 2 msec = 1000 msec / 500Hz Square wave(duty 50% ) 2 pin 8 출력 • • • • 1000 msec

11 단자에 ‘HIGH(5V)’가 인가되었을 때 부저 음이 발생하는 부저에 대해 사용
부저(buzzer) 울리기 : p.71 스케치(sketch) 프로그래밍 int buzzer = 8; int freq = 440; // 부저 음 주파수(Hz) int duration = 1000; // 부저 음 지속 시간(msec) void setup() { pinMode(buzzer, OUTPUT); } void loop() tone(buzzer, freq, duration); delay(2000); /* digitalWrite(buzzer, HIGH); // Buzzer on delay(1000); digitalWrite(buzzer, LOW); // Buzzer off delay(1000); */ 단자에 ‘HIGH(5V)’가 인가되었을 때 부저 음이 발생하는 부저에 대해 사용

12 (과제) 부저(buzzer) 울리기 과제 내용 부저 동작을 위한 스케치 프로그램을 분석하라.
(과제1) 부저 울리기(1) : Melody() (과제2) 부저 울리기(2) : Melody(도레미..) (과제3) Melody : Plays a melody(Tom Igoe) (과제4) Multiple tone player(Tom Igoe)

13 (과제1) 부저 울리기(1) : Melody()
int speakerPin = 8; int length = 15; // the number of notes char notes[] = "ccggaagffeeddc "; // a space represents a rest int beats[] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 4 }; int tempo = 300; void playTone(int tone, int duration) { for (long i = 0; i < duration * 1000L; i += tone * 2) { digitalWrite(speakerPin, HIGH); delayMicroseconds(tone); digitalWrite(speakerPin, LOW); } void playNote(char note, int duration) { char names[] = { 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'a', 'b', 'C' }; int tones[] = { 1915, 1700, 1519, 1432, 1275, 1136, 1014, 956 }; // play the tone corresponding to the note name for (int i = 0; i < 8; i++) { if (names[i] == note) { playTone(tones[i], duration); void setup() { pinMode(speakerPin, OUTPUT); } void loop() { for (int i = 0; i < length; i++) { if (notes[i] == ' ') { delay(beats[i] * tempo); // rest } else { playNote(notes[i], beats[i] * tempo); // pause between notes delay(tempo / 2);

14 (과제2) 부저 울리기(2) : Melody(도레미..)
int speakerPin = 8; int length = 18; // the number of notes char notes[] = "cdefgabC Cbagfedc "; // a space represents a rest int beats[] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 4 }; int tempo = 400; void playTone(int tone, int duration) { for (long i = 0; i < duration * 1000L; i += tone * 2) { digitalWrite(speakerPin, HIGH); delayMicroseconds(tone); digitalWrite(speakerPin, LOW); } void playNote(char note, int duration) { char names[] = { 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'a', 'b', 'C' }; int tones[] = { 1915, 1700, 1519, 1432, 1275, 1136, 1014, 956 }; // play the tone corresponding to the note name for (int i = 0; i < 8; i++) { if (names[i] == note) { playTone(tones[i], duration); void setup() { pinMode(speakerPin, OUTPUT); } void loop() { for (int i = 0; i < length; i++) { if (notes[i] == ' ') { delay(beats[i] * tempo); // rest } else { playNote(notes[i], beats[i] * tempo); // pause between notes delay(tempo / 2);

15 (과제3) Melody : Plays a melody(Tom Igoe)
/* Melody : Plays a melody circuit: 8-ohm speaker on digital pin 8 created 21 Jan 2010, modified 30 Aug 2011, by Tom Igoe This example code is in the public domain. */ #include "pitches.h" // notes in the melody: int melody[] = { NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, 0, NOTE_B3, NOTE_C4 }; // note durations: 4 = quarter note, 8 = eighth note, etc.: int noteDurations[] = { 4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4 void setup() { // iterate over the notes of the melody: for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) { // to calculate the note duration, take one second // divided by the note type. //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc. int noteDuration = 1000 / noteDurations[thisNote]; tone(8, melody[thisNote], noteDuration); // to distinguish the notes, set a minimum time between them. // the note's duration + 30% seems to work well: int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30; delay(pauseBetweenNotes); // stop the tone playing: noTone(8); } void loop() { // no need to repeat the melody.

16 (과제3) Melody : Plays a melody(Tom Igoe)
/************************* * Public Constants * (pitches.h) *************************/ #define NOTE_B0 31 #define NOTE_C1 33 #define NOTE_CS1 35 #define NOTE_D1 37 #define NOTE_DS1 39 #define NOTE_E1 41 #define NOTE_F1 44 #define NOTE_FS1 46 #define NOTE_G1 49 #define NOTE_GS1 52 #define NOTE_A1 55 #define NOTE_AS1 58 #define NOTE_B1 62 #define NOTE_C2 65 #define NOTE_CS2 69 #define NOTE_D2 73 #define NOTE_DS2 78 #define NOTE_E2 82 #define NOTE_F2 87 #define NOTE_FS2 93 #define NOTE_G2 98 #define NOTE_GS2 104 #define NOTE_A2 110 #define NOTE_AS2 117 #define NOTE_B2 123 #define NOTE_C3 131 #define NOTE_CS3 139 #define NOTE_D3 147 #define NOTE_DS3 156 #define NOTE_E3 165 #define NOTE_F3 175 #define NOTE_FS3 185 #define NOTE_G3 196 #define NOTE_GS3 208 #define NOTE_A3 220 #define NOTE_AS3 233 #define NOTE_B3 247 #define NOTE_C4 262 #define NOTE_CS4 277 #define NOTE_D4 294 #define NOTE_DS4 311 #define NOTE_E4 330 #define NOTE_F4 349 #define NOTE_FS4 370 #define NOTE_G4 392 #define NOTE_GS4 415 #define NOTE_A4 440 #define NOTE_AS4 466 #define NOTE_B4 494 #define NOTE_C5 523 #define NOTE_CS5 554 #define NOTE_D5 587 #define NOTE_DS5 622 #define NOTE_E5 659 #define NOTE_F5 698 #define NOTE_FS5 740 #define NOTE_G5 784 #define NOTE_GS5 831 #define NOTE_A5 880 #define NOTE_AS5 932 #define NOTE_B5 988 #define NOTE_C #define NOTE_CS6 1109 #define NOTE_D #define NOTE_DS6 1245 #define NOTE_E #define NOTE_F #define NOTE_FS6 1480 #define NOTE_G #define NOTE_GS6 1661 #define NOTE_A #define NOTE_AS6 1865 #define NOTE_B #define NOTE_C #define NOTE_CS7 2217 #define NOTE_D #define NOTE_DS7 2489 #define NOTE_E #define NOTE_F #define NOTE_FS7 2960 #define NOTE_G #define NOTE_GS7 3322 #define NOTE_A #define NOTE_AS7 3729 #define NOTE_B #define NOTE_C #define NOTE_CS8 4435 #define NOTE_D #define NOTE_DS8 4978

17 (과제4) Multiple tone player(Tom Igoe)
/* Multiple tone player Plays multiple tones on multiple pins in sequence circuit: * 3 8-ohm speaker on digital pins 6, 7, and 8 created 8 March 2010, by Tom Igoe based on a snippet from Greg Borenstein This example code is in the public domain. */ void setup() { } void loop() { // turn off tone function for pin 8: noTone(8); // play a note on pin 6 for 200 ms: tone(6, 440, 200); delay(200); // turn off tone function for pin 6: noTone(6); // play a note on pin 7 for 500 ms: tone(7, 494, 500); delay(500); // turn off tone function for pin 7: noTone(7); // play a note on pin 8 for 500 ms: tone(8, 523, 300); delay(300); }

18 시리얼(RS-232C) 통신(p73)

19 시리얼(RS232) 통신 소개 □ RS232 통신은 주로 IBM 호환 PC에서 쓰이는 시리얼 통신방법
□ 아두이노는 보드에서 기본으로 제공하는 USB포트를 이용해서 RS232 통신 가능

20 아두이노 시리얼(RS232) 통신 포트 □ 아두이노 UNO R3의 가상 COM 포트 기능

21 아두이노 시리얼(RS232) 통신 포트 □ 아두이노 UNO R3와 PC의 USB 연결

22 아두이노 시리얼(RS232) 통신 포트 □ 아두이노는 보드에서 기본으로 제공하는 USB포트를 이용해서 RS232 통신 가능

23 PC와 시리얼(RS232) 통신하기 □ 아두이노에서는 RS232통신으로 데이터가 오기를 기다리고
재전송하는 실험 □ 아두이노 입장에서 생각해 보면 PC에서 데이터가 도착하는 것을 RX데이터 □ 아두이노 보드에서 PC로 데이터를 전송하는 것을 TX 데이터라고 한다.

24 PC와 시리얼(RS232) 통신하기 - 스케치 void setup() { Serial.begin(9600);
Serial.println(“Hello Arduino.”); } void loop() char read_data; if (Serial.available()) read_data = Serial.read(); Serial.print(read_data); delay(10);

25 PC와 시리얼(RS232) 통신하기 - 실행결과 아두이노 시리얼 모니터 실행

26 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 □ RS232 통신을 이용해서 아두이노에 연결된 2개의 LED를 제어해 보자.
□ 아두이노 시리얼 모니터에서 “1” or “2” 를 입력 □ “1” 을 입력하면 파란색 LED를 토글 한다. □ “2” 을 입력하면 붉은색 LED를 토글 한다.

27 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 - 배선도

28 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 - 회로도

29 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 - 스케치
int led1 = 7; int led2 = 6; int led1_status = LOW; // LED1 상태 int led2_status = LOW; // LED2 상태 void setup() { pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); Serial.begin(9600); }

30 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 - 스케치
void loop() { char read_data; if (Serial.available()) read_data = Serial.read(); if( read_data == '1' && led1_status == LOW) digitalWrite(led1, HIGH); led1_status = HIGH; Serial.println("LED1 ON"); } else if( read_data == '1' && led1_status == HIGH ) digitalWrite(led1, LOW); led1_status = LOW; Serial.println("LED1 OFF");

31 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 - 스케치
if( read_data == '2' && led2_status == LOW) { digitalWrite(led2, HIGH); led2_status = HIGH; Serial.println("LED2 ON"); } else if( read_data == '2' && led2_status == HIGH ) digitalWrite(led2, LOW); led2_status = LOW; Serial.println("LED1 OFF"); delay(10);

32 시리얼(RS232) 통신으로 LED 제어하기 - 실행결과

33 아날로그 입력과 출력(p.85)

34 아날로그 입력 □ ADC(Analog Digital Converter)라는 기능을 이용
신호로 변환하는 장치 □ ADC는 온도, 압력, 음성, 영상신호, 전압 등을 실생활에서 연 속적인 아날로그 신호를 측정하여 그 신호를 컴퓨터로 입력하고 디지털로 변환

35 가변 저항으로 LED밝기 조절하기(p.97) □ 가변 저항의 값을 읽어서 LED 의 밝기 조절하기 □ 가변저항이란 ?
□ 저항의 값이 고정되어 있지 않고 회전 스위치 등을 이용해서 임의의 저항값으로 변경 가능한 저항

36 가변 저항으로 LED밝기 조절하기 - 배선도 A0 D9

37 가변 저항으로 LED밝기 조절하기 - 배선도

38 가변 저항으로 LED밝기 조절하기 - 스케치 int sensorPin = A0; // select the input pin for the potentiometer int led = 9; // the pin that the LED is attached to void setup() { pinMode(led, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() int sensorValue = 0; sensorValue = analogRead(sensorPin); analogWrite(led, sensorValue); Serial.println(sensorValue); delay(10); analogRead() 결과값의 범위 : 0~1023(10bit, 210) analogWrite(핀, 값) PWM 출력에서 값의 범위 : 0~255(8bit, 28) 2개의 범위를 매핑(mapping)하는 함수 map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh) (예) y = map(x, 1, 50, 50, 1); analogWrite(led, map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255)); y 255 PWM출력을 위한 값 x sensorValue 1023

39 가변 저항으로 LED밝기 조절하기 - 실행결과

40 아날로그 입력으로 전압값 읽기(p.102) □ 아누이노의 아날로그 입력 기능을 이용
□ 아날로그 데이터를 Voltage 값으로 변환

41 아날로그 입력으로 전압값 읽기 - 배선도 A0 D9 3.3V

42 아날로그 입력으로 전압값 읽기 - 스케치 int sensorPin = A0; // select the input pin for the potentiometer int led = 9; // the pin that the LED is attached to void setup() { pinMode(led, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() int sensorValue = 0; float voltage = 0.0; sensorValue = analogRead(sensorPin); voltage = ((float)sensorValue/1023.0)*5.0; Serial.print(sensorValue); Serial.print(", "); Serial.println(voltage); analogWrite(led, sensorValue); delay(10);

43 아날로그 입력으로 전압값 읽기 - 실행결과

44 7 세그먼트(Seven Segment) LED
7 세그먼트 LED (FND : flexible numeric display) 여러 개의 막대모양 LED를 배열하여 각 LED의 점멸을 이용하여 숫자 또는 글자를 표시 세그먼트(segment) : 막대 모양 LED 종류 common anode type(A형) : 각 LED의 Anode 단자들이 공통으로 Vcc(+5V)에 연결 common-cathode type(K형) : 공통으로 GND에 연결 각 입력단자는 저항을 하나씩 직렬로 연결한 후 사용

45 7 세그먼트(Seven Segment) LED

46 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동
7 Segment Common Cathode FND (flexible numeric display) 7 10 6 9 1 2 4 5

47 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동
7 Segment Common Cathode FND (flexible numeric display)

48 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동
#define SEG_START 11 // 시작 글자 모양 (11번) // 7 Segment FND의 각 Segment 지정 : led 불이 켜지는 숫자 지정 a #define SEG_A // Segment a ******* #define SEG_B // Segment b f * * b #define SEG_C // Segment c * g * #define SEG_D // Segment d ******* #define SEG_E // Segment e e * * c #define SEG_F // Segment f * * #define SEG_G // Segment g ******* * h(DP) #define SEG_H // Segment h d void fnd(unsigned char n) { //display_number 함수를 지정 : 숫자모양 생성 switch (n) { case 0: // Number 0 digitalWrite(SEG_A, HIGH); digitalWrite(SEG_B, HIGH); digitalWrite(SEG_C, HIGH); digitalWrite(SEG_D, HIGH); digitalWrite(SEG_E, HIGH); digitalWrite(SEG_F, HIGH); digitalWrite(SEG_G, LOW); digitalWrite(SEG_H, LOW); break; case 1: // Number 1 digitalWrite(SEG_A, LOW); digitalWrite(SEG_D, LOW); digitalWrite(SEG_E, LOW); digitalWrite(SEG_F, LOW); case 2: // Number 2 digitalWrite(SEG_A, HIGH); digitalWrite(SEG_B, HIGH); digitalWrite(SEG_C, LOW); digitalWrite(SEG_D, HIGH); digitalWrite(SEG_E, HIGH); digitalWrite(SEG_F, LOW); digitalWrite(SEG_G, HIGH); digitalWrite(SEG_H, LOW); break; case 3: // Number 3 digitalWrite(SEG_C, HIGH); digitalWrite(SEG_E, LOW); digitalWrite(SEG_F, LOW ); case 4: // Number 4 digitalWrite(SEG_A, LOW); digitalWrite(SEG_D, LOW); digitalWrite(SEG_F, HIGH );

49 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동
case 5: // Number 5 digitalWrite(SEG_A, HIGH); digitalWrite(SEG_B, LOW); digitalWrite(SEG_C, HIGH); digitalWrite(SEG_D, HIGH); digitalWrite(SEG_E, LOW); digitalWrite(SEG_F, HIGH); digitalWrite(SEG_G, HIGH); digitalWrite(SEG_H, LOW); break; case 6: // Number 6 digitalWrite(SEG_A, LOW); digitalWrite(SEG_E, HIGH); case 7: // Number 7 digitalWrite(SEG_B, HIGH); digitalWrite(SEG_D, LOW); digitalWrite(SEG_F, LOW); digitalWrite(SEG_G, LOW); case 8: // Number 8 digitalWrite(SEG_A, HIGH); digitalWrite(SEG_B, HIGH); digitalWrite(SEG_C, HIGH); digitalWrite(SEG_D, HIGH); digitalWrite(SEG_E, HIGH); digitalWrite(SEG_F, HIGH); digitalWrite(SEG_G, HIGH); digitalWrite(SEG_H, LOW); break; case 9: // Number 9 digitalWrite(SEG_D, LOW); digitalWrite(SEG_E, LOW); case 10: // POINT digitalWrite(SEG_A, LOW); digitalWrite(SEG_B, LOW); digitalWrite(SEG_C, LOW); digitalWrite(SEG_F, LOW); digitalWrite(SEG_G, LOW); digitalWrite(SEG_H, HIGH);

50 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동
case 11: // MINUS digitalWrite(SEG_A, LOW); digitalWrite(SEG_B, LOW); digitalWrite(SEG_C, LOW); digitalWrite(SEG_D, LOW); digitalWrite(SEG_E, LOW); digitalWrite(SEG_F, LOW); digitalWrite(SEG_G, HIGH); digitalWrite(SEG_H, LOW); break; case 12: // BLANK digitalWrite(SEG_G, LOW); } void setup() { pinMode(SEG_A, OUTPUT); pinMode(SEG_B, OUTPUT); pinMode(SEG_C, OUTPUT); pinMode(SEG_D, OUTPUT); pinMode(SEG_E, OUTPUT); pinMode(SEG_F, OUTPUT); pinMode(SEG_G, OUTPUT); pinMode(SEG_H, OUTPUT); } void loop() { int i; fnd(SEG_START); //처음 시작은 가운데에만 빨간불을 켜 준다(11로 시작) delay(2000); for(i = 0; i<11; i++) fnd(i); delay(1000);

51 (과제) 7 세그먼트 LED 과제 내용 7 세그먼트 LED에서 다음 동작을 위한 스케치를 작성하라.
(과제1) 스위치(1개)를 눌렀을 때 1씩 증가 (과제2) 스위치(2개)를 설치하고 1개는 증가, 다른 1개는 감소

52 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동 (old)
7 Segment Common Anode FND (flexible numeric display)

53 7 세그먼트(Seven Segment) LED 구동(old)
7 Segment Common Anode FND (flexible numeric display)

54 감사합니다. Thank You !