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New NodeMcu v3 아두이노 호환 보드의 내장 LED 및 입력 핀 사용법

지난번에 살펴 본 NodeMcu 보드가,

New NodeMcu v3 아두이노 호환 보드의 기본 개발 환경 구성
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11595

아두이노 호환이라면서 꽤 특이한 구성을 가지고 있는데, 우선 보드의 PIN 구성이 다음과 같습니다.

좌측        우측

A0          D0 (GPIO 16)
G           D1 (GPIO 5)
VU          D2 (GPIO 4) - 미신호 3.3V
S3          D3 (GPIO 0) - 미신호 3.3V
S2          D4 (builtin led, GPIO 2) - 미신호 3.3V
S1          3V3
SC          G 
S0          D5 (GPIO 14)
SK          D6 (GPIO 12)
G           D7 (GPIO 13)
3V          D8 (GPIO 15)
EN          RX 
RST         TX
G           G 
VIN         3V3

ESP8266은 총 17개의 GPIO를 제공한다고 하는데, 다음의 자료를 보면,

The ESP8266 as a microcontroller - Hardware
; https://tttapa.github.io/ESP8266/Chap04%20-%20Microcontroller.html

비어 있는 GPIO 값들이 아래와 같이 이미 할당되어 있어 보드의 핀으로는 제공되지 않는 것입니다.

GPIO 1: TX of the hardware Serial port (UART)
GPIO 3: RX of the hardware Serial port (UART)
GPIO 6 ~ 11: To connect the flash memory chip

GPIO 2번의 내장 LED는 특이하게 HIGH인 경우 점멸하고, LOW인 경우 점등합니다. HIGH인 경우 D4 핀에서 3.3V가, LOW인 경우 0V가 찍히는 걸로 봐서는 기기 고장은 아닌듯 하고, "The ESP8266 as a microcontroller - Hardware" 문서에 따라,

Note: you don’t have to add an external pull-up resistor to GPIO2, the internal one is enabled at boot.

풀업 방식으로 활성화되어 있기 때문에, 신호를 주지 않은 상태가 HIGH이고 신호를 준 상태가 LOW로 바뀌므로 그렇게 동작하는 것 같습니다.

문서를 보면, 아두이노와 동일하게 GPIO 0~15번의 핀들은 모두 내장 풀업 레지스터가 있다고 합니다. 플로팅 상태가 예측 불가능한 면이 있기 때문에 외부 풀업 레지스터를 설정하지 않을 거라면 프로그램에서 미리 INPUT_PULLUP으로 초기화하는 것이 좋습니다.

INPUT_PULLUP으로 초기화된 핀들은 3.3V 전압이 걸려 있습니다. 따라서, 외부에서 스위치 등을 연결해 신호를 ON 시킨다는 것은 전압이 0V로 내려가는 것을 의미합니다. 일례로, D2 데이터 선에 스위치를 연결하고, 이 스위치가 눌리면 내부 LED를 ON하고 누르지 않으면 LED를 끄도록 하고 싶다면 다음과 같은 식으로 배선을 하면 됩니다.

node_mcu_pins_1.png

그리고 아두이노 스케치는 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

const int buttonPin = 4; // GPIO4 - D2
const int ledPin = 2;    // GPIO2 - D4 - builtin led

int buttonState = 0;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
}

void LedOn() {
    digitalWrite(ledPin, LOW); // 내장 LED는 LOW 신호일 때 점등
}

void LedOff() {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  if (buttonState == HIGH) { // 스위치가 열렸으면,
    LedOff();
  } else { // 스위치가 닫혔으면,             
    LedOn();
  }

  delay(1000);
}

처음 시작하면, 풀업 상태의 D2 핀에 HIGH 3.3V 전압이 걸리므로 LedOff 함수가 실행, 내장 LED가 꺼진 상태입니다. 이후, 스위치를 눌러 D2가 GND에 연결되면 내부 풀업 상태의 전압이 GND로 빠지면서 D2는 LOW 상태로 되고 따라서 LedOn 함수가 실행됩니다.




문서에 의하면,

GPIO15 is always pulled low, so you can’t use the internal pull-up resistor. You have to keep this in mind when using GPIO15 as an input to read a switch or connect it to a device with an open-collector (or open-drain) output, like I²C.


GPIP15 번(D8) 핀은 INPUT_PULLUP 옵션에 상관없이 LOW 상태로 시작합니다. 따라서, D8 핀을 스위치로 제어하고 싶다면 눌렸을 때 3.3V 전압을 인가해야 합니다. 따라서 이번에는 다음과 같이 회로를 구성하고,

node_mcu_pins_2.png

이를 이용해 내장 LED를 On/Off하고 싶다면 이번에는 반대로 프로그램을 해야 합니다.

const int buttonPin = 15; // GPIO 15 - D8
const int ledPin = 2;    // GPIO 2 - D4 - builtin led

int buttonState = 0;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // pullup 지정을 해도 pulldown으로 동작
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void LedOn() {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
}

void LedOff() {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  if (buttonState == HIGH) { // 스위치가 닫히면,
    LedOn();
  } else { // 스위치가 열리면,             
    LedOff();
  }

  delay(1000);
}

GPIO 15 번(D8) 핀의 경우 기본적으로 PullDown 기능이 활성화되었다고 볼 수 있는데, 문서에는 GPIO 16 번(D0) 핀에 대해서도 다음과 같이 설명하고 있습니다.

GPIO16 has a built-in pull-down resistor.

To enable the pull-down resistor for GPIO16, you have to use INPUT_PULLDOWN_16.

즉, GPIO 16 번(D0) 핀은 Pull-down 레지스터를 내장하긴 하지만 기본 활성화는 안 되어 있는 것입니다. 따라서 이것을 활성화하려면 명시적으로 다음과 같이 INPUT_PULLDOWN_16을 지정해야 합니다.

pinMode(16, INPUT_PULLDOWN_16);

이후, 사용 방법은 GPIO 15번(D8) 핀과 같습니다.

(첨부 파일은 이 글의 다이어그램 파일 2개와 "A-Beginner's-Guide-to-the-ESP8266.pdf" 매뉴얼을 포함합니다.)




이 글에 사용된 아두이노 회로도 다이어그램은 다음의 프로그램을 이용한 것입니다.

[Arduino] 간편한 회로도 그리기 툴, Fritzing
; http://kaizen8501.tistory.com/2

기본 부품 다이어그램에 NodeMcu는 포함하고 있지 않는데 검색해 보면 다음과 같이 공개되어 있습니다.

NodeMCU V1.0  
; https://github.com/squix78/esp8266-fritzing-parts/tree/master/nodemcu-v1.0

nodemcu-v3-fritzing
; https://github.com/roman-minyaylov/fritzing-parts/tree/master/esp8266-nodemcu-v3




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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 8/9/2018 ]

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