라즈베리 파이로 깜박이는 LED 만들기

라즈베리 파이 LED 특징 이미지

라즈베리 파이는 단순한 작은 컴퓨터 그 이상입니다. GPIO 핀을 통해 많은 작업을 수행할 수 있는 강력한 보드입니다. 여기서는 라즈베리 파이를 사용하여 깜박이는 LED를 만드는 방법을 보여줍니다.

LED가 깜박이는 이유

라즈베리 파이의 상단 부분을 살펴보면 약 40개의 금속 핀이 회로 기판에서 튀어나와 있는 것을 볼 수 있습니다. 라즈베리 제로가 있다면 헤더 핀을 납땜할 수 있는 원형 구멍이 있을 것입니다. 두 경우 모두 GPIO 핀(일반 목적 입력/출력)이라고 불립니다.

라즈베리 파이 GPIO 핀

각 GPIO 핀은 주어진 시간에 두 가지 모드 중 하나를 갖도록 설계되었습니다: HIGH와 LOW. 라즈베리 파이의 핀아웃 사양에 따르면, 3.3 V로 충전된 핀은 HIGH 또는 “논리 1”로 간주되며, 약 2.5 V 이하의 값은 LOW 또는 “논리 0”으로 간주됩니다. HIGH와 LOW 출력이 3.3 V에 기반한 보드는 “3.3v 논리”라고 합니다.

핀의 HIGH와 GND 핀 사이에 LED를 연결하면 기본적으로 완전한 회로를 만드는 것입니다. 전기가 흐르기 때문에 LED가 켜져야 합니다.

Lt Spice 회로도 LED 회로

때때로 너무 많은 전류가 흐르면 LED가 연기를 내며 터질 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 저항기를 추가할 수 있습니다. 저항기가 애노드 또는 캐소드 쪽에 있든 상관없이 어느 쪽에든 전류가 감소해야 합니다.

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GPIO 및 기타 핀

여기서 명확히 하자면, 모든 금속 핀이 GPIO로 간주되는 것은 아닙니다. 핀을 HIGH 또는 LOW로 프로그래밍할 수 있는 경우에만 GPIO입니다. 라즈베리 파이에는 전원(3.3v, 5v, GND) 및 EEPROM과 작업하기 위한 핀(ID_SD 및 ID_SC)도 있습니다.

이번에는 GND와 하나의 GPIO 핀을 제외한 다른 핀에 대해 생각할 필요가 없습니다.

GPIO 핀 프로그래밍하기

각 GPIO 핀에 무엇을 할지 어떻게 알려줄까요? 가장 기본적인 수준에서 기계어로 명령을 만들어야 합니다. 이는 초보자에게는 다소 어려울 것입니다.

대신 라즈베리 파이에서는 Python 또는 C++를 사용할 수 있으며, 이는 기계어로 컴파일됩니다.

이 특정 프로젝트에서는 사용하기 쉬운 Python을 사용합니다.

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필요한 것들

Pico가 아닌 모든 라즈베리 파이 모델(이 예제와 같은 라즈베리 파이 3 모델 B+가 바람직하지만 어떤 것이든 작동함), 라즈베리 파이 OS가 설치되어 있어야 합니다.
HDMI 모니터 및 케이블
마우스 및 키보드
라즈베리 파이에 전원을 공급할 전화 충전기
작은 LED
250Ω 저항기(이 값에 가까운 어떤 값도 가능)
납땜이 필요 없는 브레드보드
x2 남성-여성 점퍼 와이어(헤더 모자가 있는 경우 남성-남성)

깜박이는 LED 만들기

한 번에 한 단계씩 진행하여 하나의 LED가 혼자 깜박이도록 만들어 보겠습니다.

터미널을 열고 sudo apt-get install python3-rpi.gpio를 입력하여 Python 3용 RPi.GPIO 모듈을 설치합니다.

터미널 Python GPIO 설치

텍스트 편집기를 열고 다음 코드를 입력합니다:

import RPI.GPIO as GPIO  
from time import sleep  
  
GPIO.setwarnings(False)  
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  
GPIO.setup(7, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)  
  
while True:  
        GPIO.output(7, GPIO.HIGH)  
print("LED 켜짐")  
        sleep(1)  
        GPIO.output(7, GPIO.LOW)  
print("LED 꺼짐")  
        sleep(1)

어딘가에 저장합니다. 확장자는 .py여야 합니다. 제 라즈베리 파이에서는 찾기 쉽게 “rpi-blink.py”라고 이름을 지었습니다.

파일 탐색기 Rpi Blink 폴더

라즈베리 파이를 종료하고 모든 전원 공급 장치에서 분리합니다.
회로를 만들기 시작하려면 LED를 저항기와 연결하여 캐소드 또는 애노드 쪽에 저항기가 있도록 한 다음, 캐소드 쪽을 핀 7에, 애노드 쪽을 핀 9(GND)에 연결합니다.

Lt Spice 회로도 LED X1

팁: 핀 번호를 알아내려면 라즈베리 파이를 GPIO 핀이 오른쪽에 오도록 잡습니다. 왼쪽 상단 핀은 핀 1, 오른쪽 상단은 핀 2입니다. 핀 1 아래의 핀은 핀 3이고, 그 오른쪽은 핀 4이며, 계속해서 그렇게 됩니다.

다시 전원을 켜서 Python 스크립트를 실행할 수 있도록 합니다. 터미널을 열고 cd를 사용하여 Python 파일의 폴더로 이동합니다. 입력:

python3 rpi-blink.py

LED가 깜박이게 합니다.

터미널 Rpi Blink 실행 X1

대안: Thonny Python IDE가 있는 경우, “현재 스크립트 실행” 버튼을 클릭하여 IDE에서 직접 실행할 수 있습니다.

Thonny Python IDE 실행 버튼

중지하려면 터미널에서 Ctrl + C를 누릅니다. 그러나 Thonny Python IDE를 사용하는 경우 편집기를 닫기만 하면 됩니다.

라즈베리 파이 깜박이는 LED X1

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코드 작동 방식

작동하는 데 필요한 두 가지가 있습니다: 코드와 회로. 코드를 시작으로 세 부분으로 나누어 보겠습니다:

가져오기 명령
설정 명령
루프 명령

실제로 코드를 작은 함수로 생각하고 이를 그룹화하여 더 큰 함수를 만드는 것이 좋습니다.

가져오기 명령

Python은 일반적으로 GPIO 핀을 프로그래밍하는 것을 이렇게 쉽게 만들지 않습니다. 많은 일이 뒤에서 진행되고 있습니다. 좋은 소식은 이러한 성가신 것들을 처리하는 코드를 가져올 수 있다는 것입니다.

1번과 2번 줄을 살펴보세요:

import RPI.GPIO as GPIO  
from time import sleep

이들은 “Python 모듈”이라고 불리는 것에서 코드를 가져오는 두 줄입니다.

import RPI.GPIO as GPIO는 RPI.GPIO 모듈의 내용을 가져오고 GPIO 키워드를 사용하여 RPI.GPIO와 관련된 함수를 호출할 수 있게 해줍니다.

반면에 from time import sleep는 Python의 내장 시간 모듈에서 sleep() 함수를 가져옵니다. 이는 다음 코드 줄을 주어진 초 수만큼 지연시킬 수 있게 해줍니다.

설정 명령

일부 코드는 “설정”되거나 정의되어야 합니다. 이는 다른 코드에서 복잡한 논리를 수행하는 데 사용됩니다. 이를 설정 명령이라고 부르겠습니다.

가져오기 명령과 달리 설정 명령은 외부 모듈에서 코드를 “가져오지“ 않습니다. 이미 가져온 모듈에서 가져옵니다.

예를 들어, GPIO.setwarnings(False)는 이전에 GPIO로 정의된 RPI.GPIO 모듈에서 .setwarnings() 함수를 가져옵니다. 이 함수는 코드를 실행할 때 트리거 경고를 중지합니다. 기본적으로 True로 설정되어 있습니다.

다른 두 가지를 설명하기 위해 GPIO.setmode(GPIO.BOARD)를 계속하겠습니다. 이는 RPI.GPIO에 사용할 핀아웃 종류를 알려줍니다. 두 가지 유형이 있습니다: BOARD와 BCM. BOARD 핀아웃은 핀 번호를 기준으로 핀을 선택할 수 있게 해줍니다. 반면 BCM 핀아웃은 Broadcom SOC 채널 지정을 기준으로 합니다. 간단히 말해, BOARD는 어떤 라즈베리 파이 모델을 사용하든 항상 동일하기 때문에 사용하기 더 쉽습니다. 반면 BCM은 모델마다 다를 수 있습니다.

마지막으로 GPIO.setup(7, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)가 있습니다. 이는 세 가지를 요청하는 .setup() 함수를 사용합니다: 핀 번호, 지정 및 초기 값. 여기서 사용하고 있는 핀 번호는 7번 핀입니다. 이를 출력 핀으로 설정하고 LOW로 시작하도록 해야 합니다. 이 없이는 라즈베리 파이가 7번 핀으로 무엇을 해야 할지 알 수 없습니다.

루프 명령

이 부분이 멋진 부분입니다. 루프 명령은 라즈베리 파이에게 작업을 수행하도록 지시할 수 있게 해줍니다. 우리는 while True:로 이 루프를 시작하며, 이는 다음 코드 줄을 영원히 반복합니다.

루프에는 세 가지 함수가 있습니다: GPIO.output(), print(), 및 sleep().

GPIO.output()은 출력 핀을 가져와 HIGH 또는 LOW로 설정합니다. 라즈베리 파이에서 사용할 핀을 변경하고 싶다면 7을 원하는 핀 번호로 변경해야 합니다.
print()는 콘솔에 무언가를 출력합니다. 문자열, 숫자 또는 이전 두 가지를 포함하는 변수를 입력받습니다.
sleep()은 프로그램 전체를 특정 초 수만큼 일시 중지합니다. 1보다 작은 숫자를 사용하여 1초 미만으로 일시 중지할 수 있습니다.

회로

이제 코드가 어떻게 작동하는지 알았으니 회로를 살펴보겠습니다. 코드는 핀 7을 GND에 연결하여 회로를 만듭니다. 핀 7이 HIGH일 때 3.3V가 저항기와 LED를 통과하여 GND로 들어갑니다. 이것이 완전한 회로가 되며 LED가 켜지는 이유입니다.

Lt Spice 회로도 라즈베리 파이 핀 7 켜짐 및 꺼짐

하지만 핀 7이 LOW일 때는 어떻게 될까요? 3.3V가 약 0V로 떨어집니다. 이렇게 되면 전기가 LED를 통과하지 않으므로 LED가 켜지지 않습니다. 핀 7을 스위치처럼 생각할 수 있으며, 회로를 켜거나 끌 수 있습니다.

더 많은 LED를 깜박이게 해보자!

이제 작동 원리를 알았으니, 코드를 조금 수정하여 두 개의 LED가 깜박이도록 만들어 보겠습니다.

이를 위해서는 색상에 관계없이 LED 두 개와 250Ω 저항기 두 개만 추가하면 됩니다.

코드 편집기를 다시 열고 다음 코드를 붙여넣습니다:

import RPI.GPIO as GPIO  
from time import sleep  
  
GPIO.setwarnings(False)  
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  
GPIO.setup(7, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)  
GPIO.setup(12, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)  
GPIO.setup(37, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)  
  
while True:  
        GPIO.output(7, GPIO.HIGH)  
        GPIO.output(12, GPIO.LOW)  
print("LED 켜짐 @ 핀 7")  
print("LED 꺼짐 @ 핀 12")  
sleep(1)  
        GPIO.output(7, GPIO.LOW)  
        GPIO.output(12, GPIO.HIGH)  
print("LED 꺼짐 @ 핀 7")  
print("LED 켜짐 @ 핀 12")  
sleep(1)  
if x == 1:  
                GPIO.output(37, GPIO.HIGH)  
print("LED 켜짐 @ 핀 37")  
                x = 0  
elif x == 0:  
                GPIO.output(37, GPIO.LOW)  
print("LED 꺼짐 @ 핀 37")  
                x = 1  
else:  
print("논리 오류")  
sleep(1)

저장한 후 라즈베리 파이를 종료합니다.
회로를 연결하려면 각 LED마다 저항기를 직렬로 연결한 후, 캐소드 쪽을 라즈베리 파이에 연결합니다. 핀 7, 핀 12, 핀 37 각각에 대해 하나씩 있어야 합니다. 애노드 쪽은 GND에 연결해야 합니다. 이 핀들 각각은 옆에 GND 핀이 있습니다. 핀 9, 20, 39가 해당 핀입니다.

Lt Spice 회로도 LED X3

팁: 남성-여성 점퍼 와이어가 부족한 경우, 남성-남성과 여성-여성 점퍼 와이어를 연결하여 더 긴 남성-여성 점퍼 와이어를 만들 수 있습니다.

점퍼 핀

완료되면 라즈베리 파이를 켜고 6단계를 반복하여 Python 스크립트를 실행합니다.

라즈베리 파이 깜박이는 LED X3

또한 읽어보세요: 기본 Linux 시스템 관리 및 네트워킹 작업에 Python 활용하는 방법

자주 묻는 질문들

스크립트를 중지할 때 LED가 계속 켜져 있는 이유는 무엇인가요?

라즈베리 파이가 Python 스크립트를 읽을 때, 명령을 실행하기 전에 줄을 읽습니다. 아마도 GPIO.output(7, GPIO.HIGH) 줄을 읽은 직후에 중지했기 때문에 핀을 LOW로 설정할 수 없었습니다. 그대로 두어도 괜찮습니다. 다음에 재부팅할 때 LOW로 돌아갑니다. 또는 핀을 LOW로 설정하는 다른 Python 스크립트를 만들어 실행할 수 있습니다.