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ESP8266/ESP32 Timer와 PWM(Pulse width modulation) - MicroPython

• ESP8266/ESP32 Timer와 PWM
• Timer object(class Timer) – control hardware timers
• 프로그램 예: LED 점멸 주기 제어
• 프로그램 예: SW Debouncing
• ESP8266/ESP32 PWM(Pulse width modulation)
• PWM object(class PWM)
• 프로그램 예: LED 밝기 제어(PWM)
• 프로그램 예: time_pulse_us() 함수를 이용한 Pulse Width 측정
• 프로그램 예: utime.ticks_us() 함수를 이용한 Pulse Width 측정
• DC Motor를 이용한 Event counting과 Pulse width 측정
• ESP8266/ESP32 Timer 관련 페이지 보기
• MicroPython의 이해와 개발 환경
• ESP8266/32 Module의 이해와 개발 환경

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ESP8266/ESP32 Timer와 PWM(Pulse width modulation)

• Timer object(class Timer) – control hardware timers
• Timer object 생성자(Constructors): class machine.Timer(id, ...)
• id: Timer 식별자로 필수 인수(다른 인수는 선택 사항)이다.
• id 가 -1인 경우에는 Virtual timer(Software Timer)를 생성(보드에서 지원하는 경우)한다. ESP8266 보드는 Virtual timer 기능을 지원하고 ESP32 보드(Hardware timer가 4개 있음)에서는 지원하지 않는다. ESP32 보드에서 id 가 -1인 경우 Timer 3 가 선택(-1 -> 0b1111_1111에서 우측 2Bit를 취하면(0b0000_0011 로 Masking 하면) 0b11 -> 3이)된다. ESP8266 보드는 2개의 Timer(Timer0, Timer1)가 있지만 Timer0는 WiFi function에서 사용하기 때문에 WiFi를 사용하는 경우 Timer1만 사용할 수 있기 때문에 Virtual timer를 사용한다.
• Methods
• Timer.init(*, mode=Timer.PERIODIC, period=- 1, callback=None)
• mode: Timer 동작 모드를 지정한다.
• period: Timer 주기를 설정하는 mSec 단위의 정수
• callback: Timer event 가 발생할 때 실행되는 callback function를 지정하다.
• Timer.deinit()
• Timer를 중지하고 Timer를 비 활성화 한다.
• Constants

Timer 동작 mode를 설정하기 위한 상수 이다.

• Timer.ONE_SHOT
• Timer.PERIODIC
• Timer 초기화 예
• tim.init(period=100) : Timer 주기를 100ms로 설정한다.
• tim.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=1000) : 1000ms 후에 One shot 펄스가 발생한다.
• 프로그램 예: LED 점멸 주기 제어

이 예는 Timer를 이용하여 일정한 주기의 Interrupt를 발생 시키는 방법과 Callback function의 이해를 위한 것이다. 또한 버튼 스위치를 이용하여 Timer의 주기를 변경한다.

LED는 개발보드(GPIO2)에 내장된 LED를 이용한다. 회로 구성을 위한 개발보드 Pin 배열은 "ESP8266/ESP32 개발보드 Pin"을 참고하기 바람.

실험 회로 구성 예


• LED 점멸 주기 제어 프로그램 예: timer_int_period_led.py
from machine import Pin, Timer # Timer object를 생성한다. timer = Timer(0) # Timer callback function # 이 callback function은 LED의 점멸 속도를 버튼의 상태에 따라 제어한다. def ledcotl(timer): global ledPeriod # LED의 점멸 상태를 Toggle 한다. led.value(not led.value()) # Up Button을 상태를 테스트 한다. if buttonUp.value() == 0: # Up Button을 누른 상태이면 LED 점멸 속도를 30mSec(주기는 60mSec 빨라짐) 빠르게 한다. ledPeriod -= 30 # LED의 가장 빠른 점멸 속도를 50mSec(주기는 100mSec 빨라짐)로 제한한다. if ledPeriod < 50: ledPeriod = 50 # Down Button을 상태를 테스트 한다. if buttonDown.value() == 0: # Down Button을 누른 상태이면 LED 점멸 속도를 30mSec(주기는 60mSec 느려짐) 느리게 한다. ledPeriod += 30 # LED의 가장 느린 점멸 속도를 3000mSec(주기는 6000mSec 빨라짐)로 제한한다. if ledPeriod > 3000: ledPeriod = 3000 # timer.init() Method를 사용하여 점멸 주기를 다시 설정한다. timer.init(period=ledPeriod, mode=Timer.PERIODIC, callback=ledcotl) # GPIO25을 LED의 점멸 속도를 빠르게하는 Button 입력 핀으로 설정한다. buttonUp = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # GPIO26을 LED의 점멸 속도를 느리게하는 Button 입력 핀으로 설정한다. buttonDown = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # NodeMCU 보드는 GPIO2를 LED Pin으로 사용한다. led = Pin(2, Pin.OUT) # LED의 초기 상태를 설정 한다. led.value(0) # LED의 초기 점멸 속도를 500mSec(주기는 1000mSec)로 설정 한다. ledPeriod = 500 # timer.init() Method를 사용하여 초기 점멸 속도를 500mSec(주기는 1000mSec)로 설정한다. timer.init(period=ledPeriod, mode=Timer.PERIODIC, callback=ledcotl)
• 실험을 위한 준비
• LED: 개발보드에 내장(GPIO2)되어 있기 때문에 별도의 회로를 필요로 하지 않는다.
• Button switch: 위 "실험 회로 구성 예"와 같이 GPIO4와 GPIO5에 switch를 연결한다.
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Thonny IDE의 Script 편집 창에 복사한다.
• Script 편집 창의 프로그램을 File name "timer_int_period_led.py"로 저장 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• GPIO4 버튼을 누르고 있으면 LED의 점멸 속도가 점점 빨라지고 GPIO5 버튼을 누르고 있으면 LED의 점멸 속도가 점점 느려진다.


• 프로그램 예: SW Debouncing

이 예는 Timer를 이용하여 일정한 시간 후에 Interrupt를 발생는 방법과 Callback function의 이해를 위한 것이다. 이 예는 일정한 시간이 지난 다음 발생하는 Interrupt를 이용하여 스위치에서 발생하는 Bouncing 문제를 해결(Debouncing) 하는 예 이다.

아래 그림은 Switch의 금속 접점이 이상적이지 않기 때문에 Switch를 Closed 하거나 Open 하는 순간에 발생하는 Bouncing 현상 예 이다. Bouncing은 Switch의 상태에 따라 대략 5mSec - 10mSec 사이에 발생 한다.

소프트웨어로 Bouncing 문제를 해결(Debouncing) 하는 방법은 처음 Switch 누름을 인지한 다음 약 15mSec - 30mSec 후, Switch 상태를 다시 확인하여 이 떄 까지 누름 상태가 지속되는 경우 누름 상태로 판단하는 것 이다.


• SW Debouncing 프로그램 예: sw_debounc_counter_interrupt.py

from machine import Pin, Timer
swCounter = 0

# Debouncing timer callback function
# 이 callback function는 External interrupt 발생 후 20mSec 후에 실행된다.
def on_pressed(timer):
  global swCounter
  # Button을 누른 상태가 계속(20mSec 이상)되고 있으면 버튼을 누른 것으로 판단한다.
  if button.value() == 0:
    swCounter += 1
    print("Counter: " + str(swCounter))

# Switch를 누르면 발생하는  external interrupt handler
def debounce(pin):
  # 20ms 후에 Timer interrupt(One_shot)이 발생한다. 
  timer.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=20, callback=on_pressed)

# Register a new hardware timer.
timer = Timer(0)

# GPIO0을 Button 입력 핀으로 설정한다.
button = Pin(0, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# 버튼을 누룰 때 External interrupt(Falling edge)이 발생하도록 설정
button.irq(handler=debounce, trigger=Pin.IRQ_FALLING)
        

• 실험을 위한 준비
• Button switch: 개발보드에 내장(GPIO0)되어 있기 때문에 별도의 회로를 필요로 하지 않는다.
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Thonny IDE의 Script 편집 창에 복사한다.
• Script 편집 창의 프로그램을 File name "sw_debounc_counter_interrupt.py"로 저장 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 스위치 버튼(GPIO0)을 누르면서 콘솔창에 출력되는 카운트 값를 확인한다. Bouncing 문제가 해결되었으면 버튼을 누를 때 마다 카운터 값이 1 씩 증가 하여야 한다.

ESP8266/ESP32 PWM(Pulse width modulation)

PWM은 일정한 주기의 펄스 신호에서 신호가 High 상태인 비율을 조정(제어)하여 부하(예: LED, DC 모터 등)에 가하는 전력을 제어하는 기술이다. 신호 주기 동안 계속 High 상태인 경우 부하에 최대 전력이 공급되고, 주기의 50% 동안 High 인경우 최대 전력의 50%가 공급된다. 신호 주기 동안 계속 Low 상태인 경우 부하에 전력은 0 이 된다.

• PWM object(class PWM)
• PWM object 생성자(Constructors): machine.PWM(id, freq, duty)
• id: Pin 식별자로 필수 인수(다른 인수는 선택 사항)이다.
• freq: PWM 신호의 Toggling 주기(fq)를 frequency로 설정한다. ESP8266인 경우 fq는 0 - 78125 사이로 설정하여야 한다.
• duty: duty_cycle은 0(All off) - 1023(ALL on) 사이의 값을 갖는다. 예: duty_cycle이 521 인 경우 Duty는 50% 가 된다.
• Methods
• freq(fq): PWM 신호의 Toggling 주기(frequency)를 설정한다.
• duty(duty_cycle): duty를 설정한다.
• pwm-id.deinit(): PWM Mode 상태를 해제한다.
• pwm12 = machine.PWM(p12) 와 같이 PWM Object를 생성한 경우
• pwm12.deinit() 를 실행할 때까지 PWM Mode 상태를 지속한다.


• 프로그램 예: LED 밝기 제어(PWM)

이 예는 PWM을 이용한 DC 전력제어(예: LED 밝기제어, DC 모터 속도제어 등) 기술를 이해하기 위한 것이다.

• LED 밝기 제어(PWM) 프로그램 예: pwm_led_brigth_cont.py
ffrom machine import Pin, Timer, PWM # Timer callback function # 이 callback function은 버튼의 상태에 따라 LED의 밝기를 제어한다. def ledcotl(timer): global ledDuty # Up Button을 상태를 테스트 한다. if buttonUp.value() == 0: # Up Button을 누른 상태이면 Duty를 10씩 증가 시킨다. ledDuty += 10 # Duty의 최대 값을 1023(100%)로 제한한다. if ledDuty >= 1023: ledDuty = 1023 # Down Button을 상태를 테스트 한다. if buttonDown.value() == 0: # Down Button을 누른 상태이면 Duty를 10씩감소 시킨다. ledDuty -= 10 # Duty의 최소 값을 0(0%)로 제한한다. if ledDuty < 10: ledDuty = 0 # timer.init() Method를 사용하여 점멸 주기를 다시 설정한다. led.duty(ledDuty) # Timer object를 생성한다. timer = Timer(0) frequency = 1000 # LED의 Duty(밝기 설정) 초기 값을 50%로 설정 한다. ledDuty = 512 # PWM object(GPIO2번 사용, 주기: 1000Hz이, Duty: 50%)를 생성한다. led = PWM(Pin(2), frequency, ledDuty) # GPIO4을 LED를 점점 밝게하는 Button 입력 핀으로 설정한다. buttonUp = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # GPIO5을 LED를 점점 어둡게하는 Button 입력 핀으로 설정한다. buttonDown = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # Duty 값을 갱신하는 주기를 20mSec(1초에 50번)로 설정 한다. dutyUpdatePeriod = 20 # timer.init() Method를 사용하여 20mSec(50Hz) 주기 Interrupt를 발생 시킨다. timer.init(period=dutyUpdatePeriod, mode=Timer.PERIODIC, callback=ledcotl)
• 실험을 위한 준비
• LED: 개발보드에 내장(GPIO2)되어 있기 때문에 별도의 회로를 필요로 하지 않는다.
• Button switch: 위 "실험 회로 구성 예"와 같이 GPIO4와 GPIO5에 switch를 연결한다.
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Thonny IDE의 Script 편집 창에 복사한다.
• Script 편집 창의 프로그램을 File name "pwm_led_brigth_cont.py"로 저장 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• GPIO4 버튼을 누르고 있으면 LED가 점점 밝아지고, GPIO5 버튼을 누르고 있으면 LED가 점점 어두워 진다.


• 프로그램 예: time_pulse_us() 함수를 이용한 Pulse Width 측정

펄스폭 측정을 위한 회로 구성 예



이 예는 펄스 신호의 펄스폭 측정기술 이해하기 위한 예로 machine.time_pulse_us() 함수를 사용한다.

• machine.time_pulse_us() 함수
• 이 함수에서 활당된 핀에 입력되는 펄스의 폭(펄스 지속 시간)을 측정(uSec 단위)하여 그 값을 반환하는 함수이다.
• 함수의 기본형: machine.time_pulse_us(pin, pulse_level, timeout_us)
• pin: 피 측정 신호(Pulse)기 입력되는 핀 번호
• pulse_level: 이 값이 1이면 펄스가 High인 시간을 측정하고, 이 값이 0이면 펄스가 Low인 시간을 측정한다.
• timeout_us: 이 값보다 측정 소요 시간이 길어지면 함수를 강제로 종료(Timeout) 시킨다. 피 측정 신호를 기다리는 동안 Timeout이 발생하면 -2가 Return 되고, 신호를 측정하는 동안 Timeout이 발생하면 -1이 Return 된다.
• time_pulse_us() 함수를 이용한 Pulse Width 측정 프로그램 예: pulse_width_measure_time_us.py
from machine import Pin, Timer, PWM, time_pulse_us # 이 callback function은 펄스 폭을 측정한다. def startMeasure(pin): global pulseWidthUsec pulseWidthUsec = time_pulse_us(pulseIn, 1, 1000000) # 이 callback function은 버튼의 상태에 따라 Duty 값을 50씩 증가시킨다. def upDuty(pin): global ledDuty # Up Button을 상태를 테스트 한다. if buttonUp.value() == 0: # Up Button을 누른 상태이면 Duty를 50 증가 시킨다. ledDuty += 50 # Duty의 최대 값을 1000로 제한한다. if ledDuty >= 1000: ledDuty = 1000 # PWM의 Duty를 다시 설정한다. led.duty(ledDuty) # 이 callback function은 버튼의 상태에 따라 Duty 값을 50씩 감소시킨다. def downDuty(pin): global ledDuty # Down Button을 상태를 테스트 한다. if buttonDown.value() == 0: # Down Button을 누른 상태이면 Duty를 50씩감소 시킨다. ledDuty -= 50 # Duty의 최소 값을 50로 제한한다. if ledDuty < 50: ledDuty = 50 # PWM의 Duty를 다시 설정한다. led.duty(ledDuty) # 이 callback function은 펄스폭 측정 결과를 출력한다. # 신호의 펄스폭 측정은 Falling edge interrupt가 발생할 때 실행된다. # print 문의 실행 속도를 고려하여 출력 주기를 1Sec로 정하였다. def pwMeasure(timerMeasurePeriod): global pulseWidthUsec if pulseWidthUsec == -1: print('Timeout error -1') if pulseWidthUsec == -2: print('Timeout error -2') print('pulseWidthUsec: ' + str(pulseWidthUsec)) # 피 측정 Pulse를 발생시키는 Timer timerPwmPeriod = Timer(0) # 측정 결과를 출력하는 주기를 생성하는 Timer timerMeasurePrint = Timer(1) # 펄스폭 측정값(USec)을 저장하는 변수 pulseWidthUsec = 0 # 피 측정 펄스의 주기를 500Hz(2000mSec) 한다. frequency = 500 # 피 측정 신호 Duty 초기 값을 512(50% : 1000mSec)로 설정 한다. ledDuty = 512 # PWM object(GPIO2번 사용, 주기: 500Hz이, Duty: 50%)를 생성한다. # 이 신호를 pulse width 측정을 위한 신호로 사용한다. led = PWM(Pin(2), frequency, ledDuty) # Pulse width 측정을 위한 신호 입력 Pin # Pulse 신호(GPIO2)와 신호 입력 Pin(GPIO16)을 연결하여야 한다. pulseIn = Pin(16, Pin.IN) # 입력 신호의 Falling edge interrupt이 발생할 때 측정 시작 하도록 설정 # 신호가 1인 상태의 펄스폭을 측정하기위하여는 신호가 0일때 측정을 시작하여야 한다. pulseIn.irq(handler=startMeasure, trigger=Pin.IRQ_FALLING) # 이 버튼(GPIO4)을 한번 누르면 Duty 값이 50씩 증가한다. buttonUp = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 이 버튼(GPIO5)을 한번 누르면 Duty 값이 50씩 감소한다. buttonDown = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 버튼을 누룰 때 External interrupt(Falling edge)이 발생하도록 설정 buttonUp.irq(handler=upDuty, trigger=Pin.IRQ_FALLING) # 버튼을 누룰 때 External interrupt(Falling edge)이 발생하도록 설정 buttonDown.irq(handler=downDuty, trigger=Pin.IRQ_FALLING) # 측정 결과를 출력하는 주기(1Hz: 1000mSec)를 발생 시킨다. timerMeasurePrint.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=pwMeasure)
• 실험을 위한 준비
• 피 측정 Pulse 신호(GPIO2)와 측정 신호 입력(GPIO16) Pin을 연결 한다.
• Button switch: 위 "실험 회로 구성 예"와 같이 GPIO4와 GPIO5에 switch를 연결한다.
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Thonny IDE의 Script 편집 창에 복사한다.
• Script 편집 창의 프로그램을 File name "pulse_width_measure_time_us.py"로 저장 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 콘솔 창에 측정값이 1초 간격으로 출력된다. GPIO4 버튼을 누르면 펄스폭이 증가하고, GPIO5 버튼을 누르면 펄스폭이 감소한다.


• 프로그램 예: utime.ticks_us() 함수를 이용한 Pulse Width 측정

이 예는 utime.ticks_us()(or utime.ticks_ms()) 함수의 이해를 위한 예 이다.

• utime.ticks_us() 와 utime.ticks_ms()함수
• 이 함수가 실행되는 임의 순간 Increasing microseconds(or millisecond) counter의 값을 반환하는 함수이다. utime.ticks_us()와 utime.ticks_ms() 함수는 기능은 같고 반환되는 시간 단위만 uSec와 mSec로 다르다.
• 측정된 Ticks 값의 연산을 위하여 utime.ticks_add(ticks, delta) 함수와 utime.ticks_diff(ticks1, ticks2) 함수를 이용할 수 있다.
• utime.ticks_us() 함수를 이용한 Pulse Width 측정 프로그램 예: pulse_width_measure_utime_tick.py
from machine import Pin, Timer, PWM from utime import ticks_us, ticks_diff # 이 callback function은 펄스 폭 측정을 시작한다. def startMeasure(pin): global startTick # Increasing microseconds counter의 현재 값을 저장한다. startTick = ticks_us() # 입력 신호의 Falling edge에서 다음 interrupt이 발생하도록 설정 pulseIn.irq(handler=endMeasure, trigger=Pin.IRQ_FALLING) # 이 callback function은 펄스 폭 측정을 완료한다. def endMeasure(pin): global pulseWidthUsec global startTick # (microseconds counter의 현재 값 - startTick)으로 펄스 폭을 구 한다. pulseWidthUsec = ticks_diff(ticks_us(), startTick) # 입력 신호의 Rising edge에서 다음 interrupt이 발생하도록 설정 pulseIn.irq(handler=startMeasure, trigger=Pin.IRQ_RISING) # 이 callback function은 버튼의 상태에 따라 Duty 값을 50씩 증가시킨다. def upDuty(pin): global ledDuty # Up Button을 상태를 테스트 한다. if buttonUp.value() == 0: # Up Button을 누른 상태이면 Duty를 50 증가 시킨다. ledDuty += 50 # 측정을 실행하는 프로그램 실행 시간을 고려하여 Duty 최대 값을 900로 제한한다. if ledDuty >= 900: ledDuty = 900 # PWM의 Duty를 다시 설정한다. led.duty(ledDuty) # 이 callback function은 버튼의 상태에 따라 Duty 값을 50씩 감소시킨다. def downDuty(pin): global ledDuty # Down Button을 상태를 테스트 한다. if buttonDown.value() == 0: # Down Button을 누른 상태이면 Duty를 50씩감소 시킨다. ledDuty -= 50 # 측정을 실행하는 프로그램 실행 시간을 고려하여 Duty 최소 값을 150로 제한한다. if ledDuty < 150: ledDuty = 150 # PWM의 Duty를 다시 설정한다. led.duty(ledDuty) # 이 callback function은 펄스폭 측정 결과를 출력한다. # 신호의 펄스폭 측정은 Falling edge interrupt가 발생할 때 실행된다. # print 문의 실행 속도를 고려하여 출력 주기를 1Sec로 정하였다. def pwMeasure(timerMeasurePeriod): global pulseWidthUsec if pulseWidthUsec == -1: print('Timeout error -1') if pulseWidthUsec == -2: print('Timeout error -2') print('pulseWidthUsec: ' + str(pulseWidthUsec)) # 피 측정 Pulse를 발생시키는 Timer timerPwmPeriod = Timer(0) # 측정 결과를 출력하는 주기를 생성하는 Timer timerMeasurePrint = Timer(1) # 펄스폭 측정값(USec)을 저장하는 변수 pulseWidthUsec = 0 startTick = 0 # 피 측정 펄스의 주기를 500Hz(2000mSec) 한다. frequency = 500 # 피 측정 신호 Duty 초기 값을 512(50% : 1000mSec)로 설정 한다. ledDuty = 512 # PWM object(GPIO2번 사용, 주기: 500Hz이, Duty: 50%)를 생성한다. # 이 신호를 pulse width 측정을 위한 신호로 사용한다. led = PWM(Pin(2), frequency, ledDuty) # Pulse width 측정을 위한 신호 입력 Pin # Pulse 신호(GPIO2)와 신호 입력 Pin(GPIO16)을 연결하여야 한다. pulseIn = Pin(16, Pin.IN) # 입력 신호의 Rising edge interrupt이 발생할 때 측정 시작 하도록 설정 pulseIn.irq(handler=startMeasure, trigger=Pin.IRQ_RISING) # 이 버튼(GPIO4)을 한번 누르면 Duty 값이 50씩 증가한다. buttonUp = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 이 버튼(GPIO5)을 한번 누르면 Duty 값이 50씩 감소한다. buttonDown = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 버튼을 누룰 때 External interrupt(Falling edge)이 발생하도록 설정 buttonUp.irq(handler=upDuty, trigger=Pin.IRQ_FALLING) # 버튼을 누룰 때 External interrupt(Falling edge)이 발생하도록 설정 buttonDown.irq(handler=downDuty, trigger=Pin.IRQ_FALLING) # 측정 결과를 출력하는 주기(1Hz: 1000mSec)를 발생 시킨다. timerMeasurePrint.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=pwMeasure)
• 실험을 위한 준비
• 피 측정 Pulse 신호(GPIO2)와 측정 신호 입력(GPIO16) Pin을 연결 한다.
• Button switch: 위 "실험 회로 구성 예"와 같이 GPIO4와 GPIO5에 switch를 연결한다.
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• 위 프로그램을 복사하여 Thonny IDE의 Script 편집 창에 복사한다.
• Script 편집 창의 프로그램을 File name "pulse_width_measure_utime_tick.py"로 저장 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 콘솔 창에 측정값이 1초 간격으로 출력된다. GPIO4 버튼을 누르면 펄스폭이 증가하고, GPIO5 버튼을 누르면 펄스폭이 감소한다.

주: Callback function를 이용하여 측정을 실행하기 때문에 250uSec 이하의 펄스 폭을 측정하는 것은 어렵다. 펄스 폭 측정이 목적인 경우 time_pulse_us() 함수를 이용하기 바람.

• DC Motor를 이용한 Event counting과 Pulse width 측정
• 실험에서 기대하는 목표
• PWM을 이용한 전력제어(이 예에서는 DC Motor의 속도 제어에 이용 함)
• DC Motor의 속도에 비례한 Event(Pulse) 신호 발생
• 모터 속도 측정은 아래와 같이 Event(Pulse) 신호를 Counting 하는 방법과 신호의 Pulse width 측정하는 두가지 방법으로 실행한다.
• Event(Pulse) 신호 Counting: 일정한 시간 동안 발생한 Event를 counting
• Event(Pulse) 신호의 Pulse width 측정: 현재 센서에서 다음 센서 까지 도달하는 시간이 펄스 폭으로 측정 된다.

Event counting과 Pulse width 측정을 위한 시스텀 구성



Motor speed detector 회로 예(LED는 Hall sensor의 동작을 확인하기 위한 것임. LED를 사용하지 않는 경우에는 LED를 제거하고 330Ω 저항을 VCC에 따라 2K - 5K 사이의 저항으로 변경한다.)


• DC Motor를 이용한 Pulse width 측정(Motor 속도 측정) 프로그램 예: dc_motor_speed_pulse_width.py
• 실험을 위한 회로 구성
• GPIO2: PWM Output, DC Motor 제어기 입력신호(En 신호)를 연결한다.
• GPIO16: Pulse 폭 측정 입력 Pin, Motor speed detector의 Output(Hall Sensor(WSH131)의 Output)를 연결 한다.
• GPIO4: Motor speed up Button를 연결한다.
• GPIO5: Motor speed down Button를 연결한다.
• 실험 방법
• "dc_motor_speed_pulse_width.py" 프로그램 파일을 Download하여 저장한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 dc_motor_speed_pulse_width.py 파일을 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료되면 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되고, 콘솔 창에 측정 결과 1초 간격으로 출력된다.
• pulseWidthUsec: uSec 단위로 측정된 Pulse Width.
• eventCounter: 1 Sec 동안 Count한 Event 수
• GPIO4 버튼을 누르면 Motor speed 가 빨라지고, GPIO5 버튼을 누르면 Motor speed 가 느려진다.
• 실행 중인 프로그램 정지하기: Toolbar의 "Stop" Icon을 클릭하면 프로그램이 종료된다.

주: 측정 결과는 실험 장치의 정밀도와 Bouncing 현상 등의 영향으로 오차가 발생할 수 있다.



• Pulse width 측정 기술을 이용한 초음파 거리 센서(HC-SR04) 예
• 참고자료: "ESP8266/ESP32 센서(Sensors)와 제어모듈" 페이지의 "펄스폭(Pulse width) 출력 모듈"을 참고 바람.

ESP8266/ESP32 Timer 관련 페이지 보기

• MicroPython의 이해와 개발 환경
• ESP8266/32 Module의 이해와 개발 환경