LED에 대해서 알아보고 아두이노를 통해서 LED로 불빛을 내는 방법에 대해서 알아봅니다.
사전 준비
- 아두이노 보드
- 아두이노와 연결 가능한 PC와 IDE
- 브레드보드
- RGB LED 소자
배우게 될 것
- LED란 무엇인가
- LED를 켜는 회로와 프로그램 만드는 방법
전류가 흐르면 빛이 나는 반도체 소자!
"A light-emitting diode (LED) is a semiconductor device that emits light when an electric current flows through it. When current passes through an LED, the electrons recombine with holes emitting light in the process."
"발광 다이오드(LED)는 전류가 흐르면 빛을 발하는 반도체 소자입니다. 전류가 LED를 통과하면 전자가 정공과 재결합하여 빛을 발산합니다."
회도로에서 심볼은 삼각형으로 표시합니다. 삼각형의 꼭짓점이 빛이 나는 방향을 나타냅니다.
LED는 다이오드의 한 종류로써 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있습니다. P형 반도체와 N형 반도체를 합쳐서 만들어진 소자인데, 자세한 동작원리가 궁금하다면 아래 링크를 참고하세요.
LED에 전류가 너무 많이 흐르면 소자가 망가질 수 있어요. 적정량의 전류를 흐르게 하기 위해서 저항과 함께 연결해야 합니다.
저항의 전기가 흐르는 것을 방해하는 정도를 뜻하지만, 전류의 양을 조절하기 위한 저항소자도 보통 저항이라고 부릅니다.
"전기저항(電氣抵抗, electrical resistance)은 도체에서 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 물리량이다. 국제단위계 단위는 옴이고 Ω\Omega 로 나타낸다. 전기 회로 이론에서는 간단히 줄여 저항이라고 부른다. - 전기저항 위키백과"
저항소자는 다양한 종류가 있지만 우리가 사용하는 것은 아래와 같이 생긴 띠 저항이며, 색을 통해서 저항의 크기를 확인 할 수 있습니다.
준비한 LED의 필요 전압은 2V이며, 소모 전류는 25mA입니다. 아두이노에서 나오는 전압은 5V이기 때문에 필요한 저항은 120Ω 정도 된다는 것을 다음 옴의 법칙의 공식을 통해 계산할 수 있습니다.
V(전압) = I(전류) x R(저항)
다음과 같이 저항과 LED, 전지를 직렬로 연결하면 원하는 양의 전류를 LED에 흐르게 할 수 있습니다.
아래와 같이 회로를 구성하면 아두이노에서 나오는 5V 전원을 이용해서 LED를 켤 수 있습니다.
*아두이노에 전원을 연결해 줘야합니다. 컴퓨터와 USB연결
RGB LED 부품은 아래 그림과 같은 붉은색, 녹색, 파란색의 LED와 저항을 하나의 부품으로 만든것입니다. 자세히 보면 LED에서 나온 다리가 4개이고, 저항도 R1, R2, R3 세개가 붙어 있어요.
아래와 같이 각 핀을 아두이노 보드의 번호에 맞게 연결해 줍니다.
하나의 부품으로 되어 있지만 사실 아래와 같이 LED와 3개의 저항을 각각 연결한 것과 같습니다. 11번 핀에는 빨간색 Red, 12번 핀은 녹색 Green, 13번 핀은 파란색 Blue, 그리고 접지라고 하는 GND 핀도 연결해 줍니다. 이렇게 회로가 만들어졌습니다.
이제 아두이노 보드의 11, 12, 13, GND 핀에 맞게 RGB LED 소자를 꽂은 회로를 동작하는 프로그램을 만들어 보겠습니다.
아두이노에 전원을 연결해 줘야합니다. 컴퓨터와 USB연결해주세요.
컴퓨터에 아두이노 IDE를 실행합니다. IDE는 프로그램을 작성하고, 작성된 프로그램을 기계 언어로 만들어서 아두이노에 저장(업로드) 할 수 있는 컴퓨터 프로그램입니다.
우선 1개 색을 깜빡이는 프로그램을 만들어 볼께요. 미리 작성된 프로그램을 입력하거나 복사해서 붙여 넣으면 되는데, 아래와 같이 파일을 불러와도 됩니다. led-one.ino 파일을 불러 옵니다.
아래와 같은 프로그램을 확인 할 수 있어요.
#define LED_RED_PIN 13 // LED의 R 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
#define LED_GREEN_PIN 12 // LED의 G 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
#define LED_BLUE_PIN 11 // LED의 B 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
void setup() { //setup은 처음 한 번 실행되는 함수 입니다.
pinMode(LED_RED_PIN, OUTPUT); // LED의 R 핀을 출력으로 설정
pinMode(LED_GREEN_PIN, OUTPUT); // LED의 G 핀을 출력으로 설정
pinMode(LED_BLUE_PIN, OUTPUT); // LED의 B 핀을 출력으로 설정
}
void loop() { //loop는 계속 반복 실행되는 함수 입니다.
digitalWrite(LED_RED_PIN, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
delay(100); // 0.1초(100밀리초) 동안 대기
digitalWrite(LED_RED_PIN, LOW); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
delay(100); // 0.1초(100밀리초) 동안 대기
}
프로그램에 대해서 간단하게 설명할께요.
void setup()은 아두이노를 켰을때 한 번 실행되며, void loop()는 계속 반복 실행됩니다.
pinMode를 통해서 LED와 연결한 핀을 출력으로 설정합니다. LED를 켜기 위해서 전류를 흘려보내기 위함입니다.
digitalWrite를 통해서 연결된 핀의 출력을 설정합니다. HIGH로 설정하면 5V의 전압으로 핀에 전류가 흐르기 때문에 LED가 켜지고, LOW로 설정하면 꺼집니다.
delay는 전달받은 숫자의 ms(밀리세컨드)만큼 프로그램 진행을 잠시 대기합니다. 프로그램은 한 줄씩 차례대로 실행되는데, delay를 만나면 다음 줄로 넘어가지 않고 기다리는 것과 같습니다.
ms milliseconds는 1/1000 초 입니다. 따라서 1000ms는 1초입니다.
그럼 이제 프로그램을 아두이노에 넣어 볼께요. 우선 아두이노가 컴퓨터와 잘 연결되었는지 확인해 봅니다. 연결이 안되어 있으면 아래와 같이 연결된 아두이노를 선택해서 연결해요.
아두이노에 프로그램을 넣는 것을 업로드라고 합니다. 연결된 아두이노를 선택한 다음 왼쪽위에 업로드 버튼을 눌러서 업로드 해보세요.
이제 아두이노에 연결된 빨간색 LED가 0.1초 간격으로 깜빡이는 것을 확인 할 수 있습니다!
프로그램을 수정해서 다른 동작도 해볼까요? 다른 빨간색과 파란색을 동시에 켜면 어떻게 될까요? led-mix.ino 파일을 불러와서 업로드 해보세요.
#define LED_RED_PIN 13 // LED의 R 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
#define LED_GREEN_PIN 12 // LED의 G 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
#define LED_BLUE_PIN 11 // LED의 B 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
void setup() { //setup은 처음 한 번 실행되는 함수 입니다.
pinMode(LED_RED_PIN, OUTPUT); // LED의 R 핀을 출력으로 설정
pinMode(LED_GREEN_PIN, OUTPUT); // LED의 G 핀을 출력으로 설정
pinMode(LED_BLUE_PIN, OUTPUT); // LED의 B 핀을 출력으로 설정
}
void loop() { //loop는 계속 반복 실행되는 함수 입니다.
digitalWrite(LED_RED_PIN, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
digitalWrite(LED_BLUE_PIN, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
}
RGB LED가 차례대로 켜지고 꺼지게 만들어 볼까요? led.ino 파일을 불러와서 업로드 해보세요.
#define LED_RED_PIN 13 // LED의 R 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
#define LED_GREEN_PIN 12 // LED의 G 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
#define LED_BLUE_PIN 11 // LED의 B 핀과 연결된 아두이노 핀 번호
void setup() { //setup은 처음 한 번 실행되는 함수 입니다.
pinMode(LED_RED_PIN, OUTPUT); // LED의 R 핀을 출력으로 설정
pinMode(LED_GREEN_PIN, OUTPUT); // LED의 G 핀을 출력으로 설정
pinMode(LED_BLUE_PIN, OUTPUT); // LED의 B 핀을 출력으로 설정
}
void loop() { //loop는 계속 반복 실행되는 함수 입니다.
digitalWrite(LED_RED_PIN, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
delay(1000); // 1초(1000밀리초) 동안 대기
digitalWrite(LED_RED_PIN, LOW); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
digitalWrite(LED_GREEN_PIN, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 0V로 설정
delay(1000);
digitalWrite(LED_GREEN_PIN, LOW); // LED와 연결된 핀에 전압을 0V로 설정
digitalWrite(LED_BLUE_PIN, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 0V로 설정
delay(1000);
digitalWrite(LED_BLUE_PIN, LOW); // LED와 연결된 핀에 전압을 0V로 설정
}
코드에 설명을 보고 이해한 다음, 프로그램을 내 마음대로 바꿔서 동작시켜보세요.
아두이노와 브레드보드, RGB LED를 이용해서 간단한 프로그래밍을 해보았습니다.
처음 배운것이 많아서 복잡해 보이지만 사실 매우 간단합니다.
- LED는 전기가 흐르면 빛이 나도록 만든 반도체 소자다.
- 반도체를 통해서 신호를 마음대로 프로그래밍 할 수 있는 전자제품을 만들 수 있다.
- 그리고 그것들을 이용해서 LED를 깜빡거리게 할 수 있다.
