아두이노 - 버튼 | Arduino - Button

버튼은 기본 구성 요소이며 많은 아두이노 프로젝트에서 널리 사용됩니다. 버튼은 보기와는 달리(기계적, 물리적 특성 때문에) 간단하지 않습니다. 초보자들은 이것으로 많은 어려움을 겪을 수 있습니다. 이 튜토리얼은 초보자들이 쉽게 시작할 수 있도록 도와줍니다. 시작해볼까요!

※ NOTE THAT:

버튼에 대해 발표하기 전에, 초보자들이 보통 접하게 되는 두 가지 일반적인 오류에 대해 알아보고자 합니다:

  1. 부유 입력 문제:
    • 증상: 버튼을 Arduino 입력 핀에 연결했을 때, 입력 핀의 상태가 무작위이며 버튼의 누름 상태와 일치하지 않습니다.
    • 원인: 버튼 핀이 풀다운 저항(pull-down resistor)이나 풀업 저항(pull-up resistor)을 사용하지 않습니다.
    • 해결책: 입력 핀에 풀다운 저항이나 풀업 저항을 사용하십시오. 이에 대한 자세한 내용은 이 튜토리얼에서 나중에 설명될 것입니다.
  • 채터링 현상
    • 증상: Arduino의 코드가 버튼의 상태를 읽고 상태 변화(HIGH에서 LOW, 또는 LOW에서 HIGH)를 감지하여 누르기 이벤트를 식별합니다. 실제로 버튼이 한 번만 눌러졌을 때, Arduino 코드는 한 번이 아닌 여러 번 눌린 것으로 감지합니다.
    • 원인: 기계적, 물리적 특성으로 인해 버튼을 한 번 누르면 입력 핀의 상태가 한 번이 아니라 여러 번 LOWHIGH 사이를 빠르게 전환합니다.
    • 해결책: 디바운싱(Debounce). 이에 대한 자세한 내용은 Arduino - Button - Debounce 튜토리얼에서 설명될 것입니다.

    채터링 현상은 누르기 횟수를 정확하게 감지해야 하는 일부 응용 프로그램에서만 오작동을 일으킵니다. 어떤 종류의 응용 프로그램에서는 해가 되지 않습니다.

    준비물

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    버튼에 대하여

    푸시 버튼, 또는 푸시버튼, 촉각 버튼, 순간 스위치로도 알려져 있는 것은 버튼이 눌리고 유지될 때 닫히고, 해제될 때 열리는 스위치의 한 종류입니다. 다양한 종류의 푸시 버튼이 있으며, 대체로 두 그룹으로 분류됩니다:

    • PCB 설치형 푸시 버튼 (브레드보드 장착 가능)
    • 패널 설치형 푸시 버튼
    Arduino Push button

    핀배열

    PCB 장착 버튼은 보통 4개의 핀이 있습니다.

    Button Pinout

    그러나 이 핀들은 내부적으로 쌍으로 연결되어 있습니다. 따라서, 내부적으로 연결되지 않은 네 개의 핀 중 두 개만 사용하면 됩니다.

    버튼에 연결하는 방법은 네 가지입니다(대칭 때문에 실제로는 두 가지 방법입니다) (이미지 참조).

    How To Use Button

    버튼에는 단 두 개의 핀만 사용할 수 있는데, 왜 네 개의 핀이 있을까요?

    PCB(보드)에서 압력을 견디게 하기 위해 견고하게 설치합니다.

    패널 장착 버튼에는 보통 두 개의 핀이 있습니다.

    two-pin push button Pinout
    image source: diyables.io

    작동 원리

    • 버튼이 눌리지 않았을 때, 핀 A는 핀 B에 연결되지 않습니다.
    • 버튼이 눌렸을 때, 핀 A는 핀 B에 연결됩니다.
    How Button Works

    아두이노 - 버튼

    한 버튼의 핀은 VCC 또는 GND에 연결됩니다. 다른 핀은 아두이노 핀에 연결됩니다.

    아두이노의 핀 상태(입력 핀으로 설정됨)를 읽음으로써 버튼이 눌렸는지 아닌지를 감지할 수 있습니다.

    버튼 상태와 누름 상태

    버튼 상태와 누름 상태 간의 관계는 버튼을 아두이노에 어떻게 연결하고 아두이노 핀의 설정을 어떻게 하는지에 따라 달라집니다.

    아두이노와 버튼을 사용하는 방법은 두 가지가 있습니다:

    1. 한 버튼의 핀은 VCC에 연결되어 있고, 다른 하나는 풀다운 저항을 가진 아두이노의 핀에 연결되어 있습니다.
      • 버튼이 눌리면, 아두이노의 핀 상태는 HIGH입니다. 그렇지 않으면, 아두이노의 핀 상태는 LOW입니다.
      • 외부 저항을 반드시 사용해야 합니다.
  • 한 버튼의 핀은 GND에 연결되어 있고, 다른 하나는 풀업 저항을 가진 아두이노의 핀에 연결되어 있습니다.
    • 버튼이 눌리면, 아두이노의 핀 상태는 LOW입니다. 그렇지 않으면, 아두이노의 핀 상태는 HIGH입니다.
    • 내부 또는 외부 저항을 사용할 수 있습니다. 내부 저항은 아두이노 내부에 내장되어 있으며, 아두이노 코드를 통해 설정하기만 하면 됩니다.

    ※ NOTE THAT:

    풀다운 저항 또는 풀업 저항을 사용하지 않으면 버튼이 눌리지 않았을 때 입력 핀의 상태는 "부유" 상태입니다. 이는 상태가 HIGH 또는 LOW(불안정, 고정되지 않음)일 수 있어 잘못된 감지를 초래할 수 있음을 의미합니다.

    • 최악의 방법: 아두이노 핀을 입력으로 초기화(pinMode(BUTTON_PIN, INPUT))하고 외부 풀다운 저항 또는 풀업 저항을 전혀 사용하지 않음.
    • 최선의 방법: 아두이노 핀을 내부 풀업 입력으로 초기화(pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP))합니다. 외부 풀다운 저항 또는 풀업 저항을 사용할 필요가 없습니다.

    초보자들이 쉽게 따라 할 수 있도록 이 튜토리얼은 가장 단순한 방법을 사용합니다: 외부 저항을 사용하지 않고 아두이노 핀을 내부 풀업 입력으로 초기화합니다. 초보자들은 풀업/풀다운 저항을 어떻게 연결해야 하는지 신경 쓸 필요가 없습니다. 초보자들은 단지 아두이노 코드를 사용하기만 하면 됩니다.

    선연결

    아두이노와 PCB 장착 버튼 사이의 배선도

    Arduino Button Wiring Diagram

    이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

    아두이노와 패널 마운트 버튼 간의 배선도

    Arduino two-pin push button Wiring Diagram

    이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

    Arduino two-pin button Wiring Diagram
    image source: diyables.io

    버튼 프로그래밍 방법

    **pinMode()** 함수를 사용하여 아두이노 핀을 내부 풀업 입력으로 초기화합니다. 예를 들어, 핀 7:

    pinMode(7, INPUT_PULLUP);

    digitalRead() 함수를 사용하여 아두이노 핀의 상태를 읽습니다.

    int buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN);

    ※ NOTE THAT:

    널리 사용되는 두 가지 사용 사례가 있습니다:

    • 첫 번째: 입력 상태가 HIGH이면, 무언가를 하세요. 입력 상태가 LOW이면, 반대로 다른 것을 하세요.
    • 두 번째: 입력 상태가 LOW에서 HIGH(또는 HIGH에서 LOW)로 변경되면, 무언가를 하세요.

    응용 프로그램에 따라, 이 중 하나를 선택합니다. 예를 들어, 버튼을 사용하여 LED를 제어하는 경우:

    • 버튼을 눌렀을 때 LED가 켜지고, 버튼을 누르지 않았을 때 LED가 꺼지길 원한다면, 첫 번째 사용 사례를 사용해야 합니다.
    • 버튼을 누를 때마다 LED가 켜지고 꺼지는 것을 토글하길 원한다면, 두 번째 사용 사례를 사용해야 합니다.

    LOW에서 HIGH로의 상태 변화를 감지하는 방법

    // 상수는 변경되지 않습니다. 여기서는 핀 번호를 설정하는 데 사용됩니다: const int BUTTON_PIN = 7; // 푸시버튼 핀의 번호 // 변수는 변경될 것입니다: int lastState = HIGH; // 입력 핀의 이전 상태 int currentState; // 입력 핀에서의 현재 읽기 값 void setup() { // 초당 9600비트의 속도로 직렬 통신을 초기화합니다: Serial.begin(9600); // 풀업 입력으로 푸시버튼 핀을 초기화합니다 // 풀업 입력 핀은 스위치가 열려있을 때 HIGH이고, 닫혀있을 때 LOW입니다. pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP); } void loop() { // 스위치/버튼의 상태를 읽습니다: currentState = digitalRead(BUTTON_PIN); if(lastState == LOW && currentState == HIGH) Serial.println("The state changed from LOW to HIGH"); // 마지막 상태를 저장합니다 lastState = currentState; }

    아두이노 코드

    사용 방법

    • 아두이노를 USB 케이블을 통해 PC에 연결하십시오
    • 아두이노 IDE를 열고, 올바른 보드와 포트를 선택하십시오
    • 아래 코드를 복사하고 아두이노 IDE로 열기
    // 상수는 변경되지 않습니다. 여기서는 핀 번호를 설정하는 데 사용됩니다: const int BUTTON_PIN = 7; // 푸시버튼 핀의 번호 void setup() { // 9600 비트/초로 시리얼 통신 초기화: Serial.begin(9600); // 푸시버튼 핀을 풀업 입력으로 초기화 // 풀업 입력 핀은 스위치가 열려 있을 때 HIGH이고, 스위치가 닫혀 있을 때는 LOW입니다. pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP); } void loop() { // 스위치/버튼의 상태를 읽습니다: int buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN); // 버튼의 상태를 출력 Serial.println(buttonState); }

    Arduino IDE에서 코드를 Arduino에 업로드하려면 Upload 버튼을 클릭하십시오.

    Arduino IDE - How to Upload Code
    • 시리얼 모니터 열기
    • 버튼을 여러 번 누르고 놓기
    • 시리얼 모니터에서 결과 보기:
    COM6
    Send
    1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1
    Autoscroll Show timestamp
    Clear output
    9600 baud  
    Newline  

    1은 HIGH이고, 0은 LOW입니다.

    코드 설명

    위의 아두이노 코드의 주석 라인에 설명을 찾을 수 있습니다.

    아두이노 코드 수정하기

    코드를 수정하여 누르기 및 릴리스 이벤트를 감지하도록 합시다.

    사용 방법

    아래와 같이 코드를 수정하세요.

    /* * 이 Arduino 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다 * 이 Arduino 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다. * 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요: * https://newbiely.kr/tutorials/arduino/arduino-button */ // 상수는 변경되지 않습니다. 핀 번호를 설정하는 데 여기서 사용됩니다: const int BUTTON_PIN = 7; // 푸시버튼 핀의 번호 // 변수는 변경될 것입니다: int lastState = LOW; // 입력 핀의 이전 상태 int currentState; // 입력 핀에서의 현재 읽기 값 void setup() { // 초당 9600비트의 속도로 시리얼 통신을 초기화합니다: Serial.begin(9600); // 풀업 입력으로 푸시버튼 핀을 초기화합니다 // 풀업 입력 핀은 스위치가 열려있을 때 HIGH이고, 스위치가 닫혔을 때 LOW입니다. pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP); } void loop() { // 스위치/버튼의 상태를 읽습니다: currentState = digitalRead(BUTTON_PIN); if(lastState == HIGH && currentState == LOW) Serial.println("The button is pressed"); else if(lastState == LOW && currentState == HIGH) Serial.println("The button is released"); // 마지막 상태를 저장합니다 lastState = currentState; }

    아두이노 IDE에서 코드를 아두이노에 업로드하려면 Upload 버튼을 클릭하세요.

    Arduino IDE Upload Code
    • 시리얼 모니터 열기
    • 버튼을 누른 다음 놓으세요
    • 시리얼 모니터에서 결과를 확인하세요
    COM6
    Send
    The button is pressed The button is released
    Autoscroll Show timestamp
    Clear output
    9600 baud  
    Newline  

    ※ NOTE THAT:

    버튼을 한 번만 누르고 놓았음에도 불구하고, 시리얼 모니터의 출력에서는 여러 번 누르고 놓는 이벤트가 표시될 수 있습니다. 이것은 버튼의 정상적인 동작입니다. 이러한 동작을 "차터링 현상"이라고 합니다. Arduino - 버튼 디바운스 튜토리얼에서 더 자세히 알아볼 수 있습니다.

    ※ NOTE THAT:

    초보자들, 특히 여러 버튼을 사용할 때 훨씬 더 쉽게 만들기 위해, 우리는 ezButton이라는 라이브러리를 만들었습니다. 여기서 ezButton 라이브러리에 대해 알아볼 수 있습니다.

    동영상

    비디오 제작은 시간이 많이 걸리는 작업입니다. 비디오 튜토리얼이 학습에 도움이 되었다면, YouTube 채널 을 구독하여 알려 주시기 바랍니다. 비디오에 대한 높은 수요가 있다면, 비디오를 만들기 위해 노력하겠습니다.

    도전해보세요

    • 버튼을 누르면 LED를 켜고, 버튼을 누르지 않을 때 LED를 끕니다.
    • 버튼을 누를 때마다 LED를 켜고 끄는 것을 전환합니다.

    추가 지식

    입력 핀에 풀다운/풀업 저항을 언제 사용해야 하며 언제 사용하면 안 되는가?

    센서가 닫힘( VCCGND에 연결) 또는 열림(아무것도 연결되지 않음) 상태를 가지고 있는 경우, 이러한 상태를 LOW HIGH의 두 상태로 만들기 위해 풀업 또는 풀다운 저항이 필요합니다. 예를 들어, 푸시 버튼, 스위치, 자기 접촉 스위치(문 센서) 등이 있습니다.

    센서에 두 개의 정의된 전압 레벨(LOW와 HIGH)이 있는 경우, 풀업 또는 풀다운 저항이 필요하지 않습니다. 예를 들어, 모션 센서, 터치 센서 등이 있습니다.

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