초코볼의 inside Tech

1. Arduino 와 LED bar graph

이미 LED bar graph 를 사용해 봤습니다.

아래 글들은 본 포스팅과 관련 있는 글 들입니다.

* Hardware | LED bar graph 를 이용해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-LED-bar-graph

* Hardware | Resistor Network 을 사용해보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Resistor-Network-using

* Hardware | 74HC595 shift register 를 사용해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-74HC595-shift-register

우선 arduino 와 direct 연결과 shift register 1개를 이용해서 연결을 해보기로 합니다.

2. Digital Pin 으로 직접 컨트롤

LED bar graph 의 anode 쪽을 arduino 의 digital Pin 에 직접 연결하여 전원을 공급함과 동시에 LED 를 on/off 하는 방법입니다.

Source code 는 쉽지만, arduino 와 직접 연결되는 선이 많아집니다.

또한, D13 pin 까지 쓰면 더이상 연결할 수가 없습니다.

   LED       |   Arduino
   Bargraph  |   Nano
----------------------------
   anode 2   |     D2
   anode 3   |     D3
   anode 4   |     D4
   anode 5   |     D5
   anode 6   |     D6
   anode 7   |     D7
   anode 8   |     D8
   anode 9   |     D9
   anode 10  |     D10
   anode 11  |     D11
   anode 12  |     D12
   anode 13  |     D13
     GND     |     GND
----------------------------

참고한 사이트는 아래와 같습니다.

- http://www.4tronix.co.uk/arduino/ArduinoLearning.pdf

int timer = 50; // The higher the number, the slower the timing.
int pins[] = { 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 }; // an array of pin numbers
int num_pins = 12; // the number of pins (i.e. the length of the array)

void setup() {
	int i;
	for (i = 0; i < num_pins; i++) // the array elements are numbered from 0 to num pins - 1
	pinMode(pins[i], OUTPUT); // set each pin as an output
}

void loop() {
	int i;

	for (i = 0; i < num_pins; i++) { // loop through each pin...
		digitalWrite(pins[i], HIGH); // turning it on,
		delay(timer); // pausing,
		digitalWrite(pins[i], LOW); // and turning it off.
	}
 
	for (i = num_pins - 1; i >= 0; i--) {
		digitalWrite(pins[i], HIGH);
		delay(timer);
		digitalWrite(pins[i], LOW);
	}
 }

Source code 는 참고한 사이트것을 그대로 사용하빈다.

단순히 digitalWrite 를 이용한 컨트롤 되겠습니다.

연결 사진 입니다.

구동 동영상 입니다.

3. Shift Register 를 이용하는 방법

Shift Register 를 이용하면 data / latch / clock 핀인 3개의 digital pin 만으로 컨트롤이 가능합니다.

여러 sensor 를 사용할 때에는 이 방법이 최선으로 보입니다.

이미 shift register 를 이용하여 확인해 봤습니다만, 이 글에서 한번 더 해봅니다.

* Hardware | 74HC595 shift register 를 사용해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-74HC595-shift-register

우선 74HC595 pin 정보 입니다.

원본 data sheet 는 다음과 같습니다.

- 595datasheet.pdf

참고한 link 는 다음과 같습니다.

- https://www.sqlskills.com/blogs/paulselec/category/shift-registers.aspx

Pin 들의 연결은 다음과 같습니다.

  LED       | Shift Register | Arduino
  Bargraph  |   SN74HC595N   |  Nano
---------------------------------------
  anode 1   | Q1 (pin 1)     |
  anode 2   | Q2 (pin 2)     |
  anode 3   | Q3 (pin 3)     |
  anode 4   | Q4 (pin 4)     |
  anode 5   | Q5 (pin 5)     |
  anode 6   | Q6 (pin 6)     |
  anode 7   | Q7 (pin 7)     |
            | GND (pin 8)    |  GND
            | Vcc (pin 16)   |  3.3V
  anode 0   | Q0 (pin 15)    |
            | DS (pin 14)    |  D11     --> dataPin
            | OE (pin 13)    |  GND
            | ST_CP (pin 12) |  D8      --> latchPin
            | SH_CP (pin 11) |  D12     --> clockPin
            | MR (pin 10)    |  3.3V
----------------------------------------

Layout 입니다.

Arduino 에서는 컨트롤 위한 선이 3개만 사용된 것을 보실 수 있을껍니다.

연결된 모습니다.

Source code 입니다.

shiftOut 이라는 명령어를 쓰면 쉽게 동작시킬 수 있으나,

참고한 사이트의 제작자는 오로지 공부를 위해 digitalWrite 명령어를 사용했습니다.

/*
  Driving a 74HC595 shift register
  01/27/2010
*/

// This pin gets sets low when I want the 595 to listen
const int pinCommLatch = 8;

// This pin is used by ShiftOut to toggle to say there's another bit to shift
const int pinClock = 12;

// This pin is used to pass the next bit
const int pinData = 11;

void setup() {
	pinMode (pinCommLatch, OUTPUT);
	pinMode (pinClock, OUTPUT);
	pinMode (pinData, OUTPUT);
	//Serial.begin (56600);
} // setup

// Using my own method with as few instructions as possible
// Gotta love C/C++ for bit-twiddling!
void sendSerialData2 (byte  value) {
	// Signal to the 595 to listen for data
	digitalWrite (pinCommLatch, LOW);
	
	for (byte bitMask = 128; bitMask > 0; bitMask >>= 1) {
		digitalWrite (pinClock, LOW);
		digitalWrite (pinData, value & bitMask ? HIGH : LOW);
		digitalWrite (pinClock, HIGH);
	}
	
	// Signal to the 595 that I'm done sending
	digitalWrite (pinCommLatch, HIGH);
}  // sendSerialData2
  
void loop() {
	for (int counter = 1; counter < 256; counter++) {
		sendSerialData2 (counter);
		delay (75);
	}
} // loop

구동시킨 동영상 입니다.

4. 더 간단하게 사용해 보기

위와 같은 동작을 시키는 좀더 간단한 tutorial 이 있습니다.

- https://www.arduino.cc/en/Tutorial/ShiftOut

shiftOut 이라는 명령어로 쉽게 구현되었습니다.

- https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/advanced-io/shiftout/

//**************************************************************//
//  Name    : shiftOutCode, Hello World                                
//  Author  : Carlyn Maw,Tom Igoe, David A. Mellis 
//  Date    : 25 Oct, 2006    
//  Modified: 23 Mar 2010                                 
//  Version : 2.0                                             
//  Notes   : Code for using a 74HC595 Shift Register           //
//          : to count from 0 to 255                           
//****************************************************************

//Pin connected to ST_CP of 74HC595
int latchPin = 8;
//Pin connected to SH_CP of 74HC595
int clockPin = 12;
////Pin connected to DS of 74HC595
int dataPin = 11;



void setup() {
	//set pins to output so you can control the shift register
	pinMode(latchPin, OUTPUT);
	pinMode(clockPin, OUTPUT);
	pinMode(dataPin, OUTPUT);
}

void loop() {
	// count from 0 to 255 and display the number 
	// on the LEDs
	
	for (int numberToDisplay = 0; numberToDisplay < 256; numberToDisplay++) {
		// take the latchPin low so 
		// the LEDs don't change while you're sending in bits:
		digitalWrite(latchPin, LOW);
		// shift out the bits:
		shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, numberToDisplay);  
		
		//take the latch pin high so the LEDs will light up:
		digitalWrite(latchPin, HIGH);
		// pause before next value:
		delay(50);
	}
}

위의 soruce 는 위의 동영상과 완벽하게 동일한 동작을 합니다.

comment out 라인만 빼면 정말 간단하게 구현되어 있다는 것을 알 수 있죠?

/*
  Shift Register Example
  Turning on the outputs of a 74HC595 using an array

  Hardware:
  * 74HC595 shift register 
  * LEDs attached to each of the outputs of the shift register
 */

//Pin connected to ST_CP of 74HC595
int latchPin = 8;
//Pin connected to SH_CP of 74HC595
int clockPin = 12;
////Pin connected to DS of 74HC595
int dataPin = 11;

//holders for infromation you're going to pass to shifting function
byte data;
byte dataArray[10];

void setup() {
	//set pins to output because they are addressed in the main loop
	pinMode(latchPin, OUTPUT);
	Serial.begin(9600);
	
	//Binary notation as comment
	dataArray[0] = 0xFF; //0b11111111
	dataArray[1] = 0xFE; //0b11111110
	dataArray[2] = 0xFC; //0b11111100
	dataArray[3] = 0xF8; //0b11111000
	dataArray[4] = 0xF0; //0b11110000
	dataArray[5] = 0xE0; //0b11100000
	dataArray[6] = 0xC0; //0b11000000
	dataArray[7] = 0x80; //0b10000000
	dataArray[8] = 0x00; //0b00000000
	dataArray[9] = 0xE0; //0b11100000
	
	//function that blinks all the LEDs
	//gets passed the number of blinks and the pause time
	blinkAll_2Bytes(2,500); 
}

void loop() {
	for (int j = 0; j < 10; j++) {
		//load the light sequence you want from array
		data = dataArray[j];
		//ground latchPin and hold low for as long as you are transmitting
		digitalWrite(latchPin, 0);
		//move 'em out
		shiftOut(dataPin, clockPin, data);
		//return the latch pin high to signal chip that it 
		//no longer needs to listen for information
		digitalWrite(latchPin, 1);
		delay(300);
	}
}


// the heart of the program
void shiftOut(int myDataPin, int myClockPin, byte myDataOut) {
	// This shifts 8 bits out MSB first, 
	//on the rising edge of the clock,
	//clock idles low
	
	//internal function setup
	int i=0;
	int pinState;
	pinMode(myClockPin, OUTPUT);
	pinMode(myDataPin, OUTPUT);
	
	//clear everything out just in case to
	//prepare shift register for bit shifting
	digitalWrite(myDataPin, 0);
	digitalWrite(myClockPin, 0);
	
	//for each bit in the byte myDataOut
	//NOTICE THAT WE ARE COUNTING DOWN in our for loop
	//This means that %00000001 or "1" will go through such
	//that it will be pin Q0 that lights.
	for (i=7; i>=0; i--) {
		digitalWrite(myClockPin, 0);
		
		//if the value passed to myDataOut and a bitmask result 
		// true then... so if we are at i=6 and our value is
		// %11010100 it would the code compares it to %01000000 
		// and proceeds to set pinState to 1.
		
		if ( myDataOut & (1 << i) ) {
			pinState= 1;
		} else {
			pinState= 0;
		}
	//Sets the pin to HIGH or LOW depending on pinState
	digitalWrite(myDataPin, pinState);
	//register shifts bits on upstroke of clock pin  
	digitalWrite(myClockPin, 1);
	//zero the data pin after shift to prevent bleed through
	digitalWrite(myDataPin, 0);
	}
	
	//stop shifting
	digitalWrite(myClockPin, 0);
}


//blinks the whole register based on the number of times you want to 
//blink "n" and the pause between them "d"
//starts with a moment of darkness to make sure the first blink
//has its full visual effect.
void blinkAll_2Bytes(int n, int d) {
	digitalWrite(latchPin, 0);
	shiftOut(dataPin, clockPin, 0);
	shiftOut(dataPin, clockPin, 0);
	digitalWrite(latchPin, 1);
	delay(200);
	
	for (int x = 0; x < n; x++) {
		digitalWrite(latchPin, 0);
		shiftOut(dataPin, clockPin, 255);
		shiftOut(dataPin, clockPin, 255);
		digitalWrite(latchPin, 1);
		delay(d);
		digitalWrite(latchPin, 0);
		shiftOut(dataPin, clockPin, 0);
		shiftOut(dataPin, clockPin, 0);
		digitalWrite(latchPin, 1);
		delay(d);
	}
}

위 소스는 segment 의 모양을 dataArray 를 사용하여 표현하는 soruce 입니다.

위의 소스를 구동시킨 동영상 입니다.

FIN

12 segments LED bar graph 를 한개만 써서 하는 것은 확인해 봤습니다.

1 개의 shift register 만 사용하면 8개까지만 사용이 가능하니, 12 segments 을 모두 활용하지 못했습니다.

Shift register 를 daisy chain 으로 추가 엮어 주면 가능하다고 합니다.

따로 글을 작성해 보겠습니다.

1. LED bargraph

LED bargraph 를 이용하여 progress bar 를 표현할 수 있습니다.

바로 Aliexpress 에서 구매해서 놀고 있었습니다.

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-LED-bar-graph

LED bargraph 는 LED 들을 하나의 뭉치로 만든 제품이지만,

LED 의 특성상 전압/전류를 제한하기 위해 필수로 저항을 달게 되어 있습니다.

그래서 LED bargraph 에는 다리 하나하나에 저항을 달아줘야 합니다.

당연히 아래와 같이 붙여주거나 전선의 스파게티화를 볼 수 있습니다.

그러던 중, 응?!!!!!

아래와 같은 사진을 접하게 됩니다.

이리 깔끔해 질 수 있다니!!!

확인해보니, "Resistor Network" 이라는 부품이었습니다.

예전 90년대의 PC mainboard 에도 많이 보았던 부품이 이것이었구나... 라고 추억에 젖어 봅니다.

점이 있는 부분이 공통선이고, 각각의 다리가 하나의 저항 역할을 합니다.

머리를 잘 쓴 제품이네요.

Resistor network 을 일반 저항을 이용해서 만들면 다음과 같다고 하네요.

2. 주문

바로 AliExpress 에서 제품을 찾아 봅니다.

LED 에는 보통 220 Ohm 이나 330 Ohm 이 많이 쓰이는 것 같습니다.

220 / 330 짜리를 주문합니다.

330 짜리는 나중에 LED 8x8 matrix 에서도 사용해야 해서 미리 주문해 놓습니다.

위의 제품은 331J 라고 표시된 제품인데, 의미는 330 Ohm 에 5% 의 오차라는 뜻이라 합니다.

3. 스펙

잠깐 스펙에 대해서 알아보도로 하죠.

참고한 문서는 다음과 같습니다.

-  L-373215.pdf

Resistor network 은 단순한 "-1 Circuit Based" 와 각각을 짝으로 맟준 "-3 Circuit Isolated" 가 있고,

"-5 Circuit Dual Terminator" 등이 있다고 합니다.

넘버링의 의미는 다음과 같습니다.

마지막 숫자는 맨 뒤에 "0" 이 몇개가 오는지와, "J" 는 5% 의 의미랍니다.

새로운 것을 또 공부하게 됩니다. 즐겁네요.

4. 도착

부품이 도착하여 여러가지 확인해 봤습니다.

50개 단위가 적당할 것 같아서 50개 묶음을 주문했더랬습니다.

낱개의 사진입니다. 쪼만쪼만한게 귀엽네요.

220 Ohm 사진도 올려 봅니다.

330 Ohm 의 실제 저항을 측정해 봤습니다.

일반 저항보다 정도가 더 좋습니다.

아마 허용 와트(W) 용량은 작겠지만, 정도는 정말 좋네요.

5. 연결해 보자

LED bargraph 에 연결해 봤습니다.

한번에 하나밖에 점등을 못시켰는데, 이제는 한꺼번에 LED 를 킬 수 있습니다!

역시 좋네요.

GND 연결선들도 복잡하여 모두 resistor network 으로 대체해 봅니다.

전류나 전압이 떨어지겠지만 LED 점등에는 문제 없을것 같아, +/- 모두 resistor network 를 연결해 봅니다.

완전 깔끔해 졌습니다. 맙소사.

FIN

74HC595 칩이 도착하면, 이제 대망의 arduino 와 연결하여 컨트롤 해볼 예정입니다.

아... 너무 즐겁습니다.