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2015년 11월 4일 수요일

아두이노의 tone() 함수로 멜로디 연주하기

아두이노에는 tone()함수가 제공되는데 부저나 스피커로 음을 발생시킬 수 있는 함수이다. 기본 문법은 다음과 같다.

tone(pin, freq [, duration]);

pin : 부저나 스피커가 연결된 디지털 핀번호
freq : 주파수 (범위 : 31 ~ 65535)
duration : (옵션) 음의 발생 시간

여기서 duration은 주파수 지속시간으로서 이 시간이 지난 후에 noTone()함수가 자동으로 호출되는 것과 같은 효과를 낸다. duration이 생략되면 noTone()함수가 호출될 때까지 음이 계속 발생된다. 예를 들어서 11번 핀에 부저가 연결되었다면 다음과 같이 한다.

tone(11, 262); // ‘도’음 발생

delay(500);

noTone(11);

이 코드는 ‘도’음을 0.5초간 발생시키는데 다음과 같이 할 수 있다.

tone(11, 262, 500);

이렇게 하면 음 발생 직후 다른 작업을 수행할 수 있으며 500ms후에는 내부 인터럽트가 발생하여 음발생이 자동으로 정지된다. 하지만 단음만 생성할 경우에는 상관없지만 연속음을 생성할 경우에는 주의해야 한다.

tone(11, 262, 500); // ‘도’음

tone(11, 294, 500); // ‘레’음

tone(11, 330, 500); // ‘미’음

이렇게 하면 맨 마지막의 ‘미’음만 발생하게 된다. (왜?) 따라서 올바른 동작을 위해서는 다음과 같이 해야 한다.

tone(11, 262); // ‘도’음 발생

delay(500);

tone(11, 294); // ‘레’음 발생

delay(500);

tone(11, 330); // ‘미’음 발생

delay(500);

noTone(11);

tone(11, 262); // ‘도’

delay(500);

tone(11, 294); // ‘레’

delay(500);

tone(11, 330, 500); // ‘미’

tone()함수는 내부적으로 타이머를 사용하므로 다음과 같은 점들을 주의해야 한다.

이 함수를 사용할 경우 3번 11번 핀의 PWM이 정상적으로 동작되지 않는다.
한 번에 하나의 주파수만 발생시킬 수 있으며 여러 핀에 동시에 다른 음을 발생시킬 수 없다.

특정 음에 해당되는 주파수를 일일이 숫자로 기입하는 것은 가독성 면에서 좋지 않으며 이를 개선하기 위해서 아두이노에서는 음의 주파수만을 모아놓은 “pitches.h”라는 헤더파일을 제공한다. 내용은 다음과 같다.

/*************************************************

* Public Constants

*************************************************/

#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_C6 1047

#define NOTE_CS6 1109

#define NOTE_D6 1175

#define NOTE_DS6 1245

#define NOTE_E6 1319

#define NOTE_F6 1397

#define NOTE_FS6 1480

#define NOTE_G6 1568

#define NOTE_GS6 1661

#define NOTE_A6 1760

#define NOTE_AS6 1865

#define NOTE_B6 1976

#define NOTE_C7 2093

#define NOTE_CS7 2217

#define NOTE_D7 2349

#define NOTE_DS7 2489

#define NOTE_E7 2637

#define NOTE_F7 2794

#define NOTE_FS7 2960

#define NOTE_G7 3136

#define NOTE_GS7 3322

#define NOTE_A7 3520

#define NOTE_AS7 3729

#define NOTE_B7 3951

#define NOTE_C8 4186

#define NOTE_CS8 4435

#define NOTE_D8 4699

#define NOTE_DS8 4978

이 헤더파일은 전역 상수 정의로만 이루어져 있으므로 실행 파일의 용량을 증가시키진 않는다. 따라서 이 파일을 폴도에 복사한 후 인클루드시켜서 필요한 주파수를 사용하면 된다.

#include “pitches.h”

…

tone(11, NOTE_C3, 1000); // 3도 ‘도’음을 1초간 발생

...

이렇게 주파수(숫자) 대신 상수 이름을 사용하면 가독성이 높아지게 된다.

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2015년 6월 5일 금요일

아두이노 IDE 1.6.4에서 due 보드 추가하기

오랜만에 아두이노 due 로 프로그래밍할 일이 있어서 새로 나왔다는 arduino ide 1.6.4 버전을 설치하고 프로그래밍을 시작하려는데 보드 메뉴에 새로운 보드들이 몇몇 추가된 것은 보이는데 정작 기존에 있던 arduino due 가 없어서 살짝 당황했다.

조금 헤매다가 도구>보드>boards manger (맨 위에 있음) 옵션으로 타고 들어가니 다음과 같은 메뉴창이 뜬다.

위 그림처럼 Arduino SAM Boards 항목의 우하단에 설치 버튼이 있는데 그걸 눌러서 설치하면 보드 메뉴에 추가된다. (위 그림은 이미 인스톨한 후 캡쳐해서 설치 버튼이 안 보이는데 처음에는 install 버튼이 있다.

처음에 다운로드 받은 설치 프로그램 이전 버전보다 용량이 많이 줄어서 의아했었는데 이런 식으로 필요한 컴포넌트를 다운로드 받아서 설치하도록 구조가 바뀌어서 그런가 보다하는 짐작이 든다.

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2015년 5월 4일 월요일

아두이노Due와 Scilab의 시리얼 통신

아두이노Due 와 Scilab 사이에 baudrate 250000 속도로 안정적으로 통신이 됨을 실험으로 확인하였다. Scilab의

아두이노Due : Serial.begin(250000)

Scilab : h=openserial(7,"250000,n,8,1")

아두이노Due에서는 50msec 마다 데이터를 보내도록 하였는데도 데이터 처리가 밀리지 않고 잘 수행되었다. 사실 Scilab쪽에서는 계산보다는 통신하는데 더 시간이 많이 소요되기때문에 고속으로 통신을 수행하는 것이 복잡한 연산이 필요한 경우 무척 중요해질 것 같다.

보레이트를 460800 으로 높여도 안정적으로 통신이 됨을 확인했다. 아래 그림은 아두이노Due 와 Scilab을 연결하여 이 속도로 로터리 엔코더의 각도값을 실시간으로 받아오는 화면을 캡쳐한 것이다.

아래는 아두이노Due 쪽의 소스코드이다.

[edit]

2015년 4월 27일 월요일

[00101] 아두이노 두에 (arduino due)의 PWM

아두이노 두에 (arduino due) 의 PWM 핀은 다음 그림의 핀맵에 나온 바와 같이 같이 D2부터 D13까지 12개를 사용할 수 있다. 따라서 우노보다 더 많은 핀을 PWM출력으로 사용할 수 있다.

단순히 핀 수만 많은 것이 아니라 우노와 달리 최대 해상도를 12비트까지 지정해 줄 수 있다. 따라서 우노는 [0, 255]범위의 출력(8비트)을 사용했었는데 두에의 숫자 범위는 최대가 [0, 4095] 이다.

PWM의 해상도를 조절하려면 다음과 같은 함수를 사용해야 한다.

---------------------------------------------
analogWriteResolution(nBits);
---------------------------------------------

입력인수는 몇 비트를 사용할 것인가를 지정해주면 되며 기본값은 8비트이다. 만약 12비트로 해상도를 높이고 싶다면 다음과 같이 하면 된다.

---------------------------------------------
analogWriteResolution(12);
---------------------------------------------

그런 다음 analogWrite()함수를 사용하면 된다. 예를 들어서

---------------------------------------------
analogWrite(6, 4095); // 6번핀에 4095값을 내보낸다.
---------------------------------------------

만약 어떤 아날로그 센서의 입력이 [0, 1023] 범위의 값인데 이것을 [0. 4095]범위의 값으로 변환하고 싶다면 map()이라는 함수를 사용하면 된다.

---------------------------------------------
map(sVal, sMin, sMax, cMin, cMax);
---------------------------------------------

이 함수는 sVal 값을 원래의 범위인 [sMin, sMax] 에서 변환하고자 하는 범위 [cMin, cMax]에 해당하는 값으로 바꾸는 함수이다. 만약 (0, 1023)범위의 센서값을 [0,4096]값으로 바꾸고 싶다면 다음과 같이 하면 된다.

---------------------------------------------
map(sVal, 0, 1023, 0, 4095);
---------------------------------------------

이 함수들을 사용해서 PWM을 12비트 해상도로 변경하고 [0,1023]범위의 센서값을 PWM 으로 매핑하는 예는 다음과 같다.

---------------------------------------------

analogWriteResolution(12);
analogWrite(12, map(sensorVal, 0, 1023, 0, 4095));

---------------------------------------------

여기서 sensorVal 변수에는 10비트 아날로그 센서값이 저장되었다고 가정한다.
[#00101]

[00099] 아두이노두에(arduino due)의 기본 동작

아두이노 두에(이하 두에)보드에는 USB연결단자가 두 개가 있는데 기본적으로 DC잭에 가까운 마이크로USB포트와 PC를 연결하면 전원이 공급되며 프로그램을 업로드할 수 있는 환경이 된다. 이 경우 별도로 DC잭으로 전원을 공급할 필요는 없으나 필요할 경우 7V~12V를 연결해야 한다. (참조페이지)

한 가지 주의할 점은 기존 아두이노보드들은 5V로 구동되는데 비해서 이것은 구동 전압이 3.3V라는 것이다. 입출력 핀에 5V신호를 인가하면 보드에 손상이 올 수 있으니 주의해야 한다. 장점은 라즈베리파이와 같은 리눅스보드의 GPIO핀과 직결할 수 있다는 점이다.

두에를 프로그래밍하려면 아두이노 IDE 1.5이상의 버전을 사용해야 한다. PC와 USB를 연결하고 스케치를 실행한 후 도구>보드>아두이노Due(Programming port)를 선택하고 도구>포트>COM? 에서 올바른 포트를 선택하면 일단 환경설정이 끝난 것이다. 예제의 Blink 를 열어서 업로드하면 보드상의 LED 가 깜빡이는 것을 볼 수 있다.

핀의 구조를 도시한 다이어그램은 쉽게 찾을 수 있다.

D49번 핀에 부저의 (+)를 연결하고 GND를 연결한 후 실험을 진행했다.

------------------------------------------------

int led = 13;

int buzz = 49;

void setup() {

pinMode(led, OUTPUT);

pinMode(buzz, OUTPUT);

}

void loop() {

digitalWrite(led, HIGH);

delay(500);

digitalWrite(led, LOW);

delay(500);

digitalWrite(buzz, HIGH);

delay(50);

digitalWrite(buzz, LOW);

}

------------------------------------------------

LED가 한 번 깜박일 때마다 (약 1초 간격으로) 삑- 삑- 거리는 프로그램이다.
[#00099]

[00098] 아두이노 두에(due)의 성능 테스트

아두이노 두에의 성능 테스트를 위해서 간단한 프로그램을 작성해서 실행해 보았다. 프로그램은 다음과 같이 2번 핀을 연속적으로 on/off 시키는 것이다. 그리고 이 핀의 주파수가 어떻게 나오는가를 스코프로 찍어보는 것이다.

--------------------------------------------------------

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

while(1) {

digitalWrite(2, HIGH);

digitalWrite(2, LOW);

}

-----------------------------------------------------

2번 핀을 스코프로 찍어서 본 결과는 다음과 같다. 화질이 안 좋지만 세로 줄 한 칸이 1us이므로 구형파의 한 주기가 5us 이다. 따라서 주파수는 200kHz라는 것을 알 수 있다. 가로줄은 한 칸이 1V이므로 on 상태에서 3.3V 의 값을 갖는것을 알 수 있다.

그런데 똑같은 프로그램을 아두이노 우노에 집어 넣고 실행 시킨 결과 구형파의 한 주기가 8us 가 나왔다. 주파수로 따지면 125kHz이다.

이것만으로 단순하게 성능비교를 하기에는 무리지만 두에가 우노보다 약 1.6배의 성능을 보여준다. 우노의 클럭주파수가 16MHz 이고 두에가 84MHz이다. 내부적인 연산 속도는 5배 이상(실수 연산의 경우에는 더 높은 성능을 기대할 수 있을 것이다.)의 성능을 가질 것으로 짐작할 수 있으나 디지털 핀과 같은 하드웨어를 제어하는 경우에는 우노에 비해서 5배 이상의 성능을 기대한다는 것이 무리라는 결론이 나온다.
[#00098]

2015년 4월 26일 일요일

[00094] 아두이노 듀(due) 보드의 스펙

아두이노 보드 중에 아두이노 Due 가 있다. 이탈리아어로 due 는 두에 라고 읽고 '둘'이라는 뜻이다. (숫자 1, 2, 3 이 uno, due, tre ... 이다.) 보통 아두이노는 AVR 프로세서를 사용해서 최대 클럭 속도(16MHz)나 배정도(double) 실수 사용에 제약이 있으나 이것은 ARM Cortex-M3 프로세서를 사용하여 훨씬 높은 성능을 가지고 있다.

일단 클럭주파수가 84 MHz이고 우노와(16MHz) 클럭으로만 비교하자면 6배의 성능을 가진다. 내부적으로 동작 전압이 3.3V이다. 또한 DAC도 내장하고 있으며 프로그램에서 64bit double형도 다룰 수 있다고 한다. 우노에서는 float형이나 double형이나 4바이트(32비트)이므로 배정도 실수 계산이 불가능하지만 두에는 그렇지 않다. 성능이 높은 만큼 가격은 비싼 편이다.

스펙은 다음과 같다.

Microcontroller : AT91SAM3X8E
Operating Voltage : 3.3V
Input Voltage (recommended) : 7-12V
Input Voltage (limits) : 6-16V
Digital I/O Pins : 54 (of which 12 provide PWM output)
Analog Input Pins : 12
Analog Outputs Pins : 2 (DAC)
Total DC Output Current on all I/O lines : 130 mA
DC Current for 3.3V Pin : 800 mA
DC Current for 5V Pin : 800 mA
Flash Memory : 512 KB all available for the user applications
SRAM : 96 KB (two banks: 64KB and 32KB)
Clock Speed : 84 MHz

동작 클럭이 84MHz이므로 단순히 비교하면 우노보드보다 5배 이상 성능이 높으며 디지털 핀수가 굉장히 많다. PWM 개수도 우노보드보다 더 많으며 해상도도 12bit까지 지정할 수 있다. 그리고 ADC가 두 개 있다는 점과 모든 디지털핀에 인터럽트를 설정해 줄 수 있다는 것도 큰 장점이다. 우노의 경우 두 개의 외부 인터럽트만 사용할 수 있다.

핀 동작 전압이 3.3V이므로 레별 변환기 없이 라즈베리파이와 같은 보드와 직결할 수 있다는 점도 장점이다. 우노보드는 디지털포트 전압이 5V라서 라즈베피라이의 핀과 직결할 수 없다.
[#00094]