팅커캐드 & 아두이노

전기 전자 소프트웨어 개발의 시작과 활용

최훈 저자 지음

길벗캠퍼스 2023년 11월 15일 출간 종이책 : 2022년 11월 01일 출간

작품소개

책소개

팅커캐드 환경에서 비전공자나 입문자가 아두이노를 활용하는 데 필요한 전자 회로와 프로그래밍에 대한 기본 개념의 이해를 높이고 다양한 체험 실습 활동 예제를 통해 프로젝트를 활용하는 방법을 학습할 수 있다.
별도의 키트 없이 팅커캐드를 이용하여 실습하면서 Iot 사물 인터넷과 인공지능의 작동 원리를 이해하고, 전자 회로의 기본 원리 및 동작, 그리고 흥미롭고 다양한 프로젝트를 통해 전자 부품 및 전자 회로와 아두이노 활용 방법을 배울 수 있다. 부록으로 아두이노 프로그래밍을 위한 팁과 프로그래밍을 위한 기초 C, C++ 문법을 제공한다.

이 책의 장점은 아래의 단 3가지 문장만 기억하면 된다!
1. 누구나 쉽게 따라할 수 있는 체험 활동 실습형 구성
2. 키트가 없어도 바로 배우는 아두이노 프로그래밍!
3. 전자 회로의 기본 원리부터 동작, 프로젝트 완전 학습

목차

〈1장〉 전기의 기본 개념과 팅커캐드

1-1 전기란 무엇인가?

1-2 전기의 기본 개념
전압(voltage)
전류(current)
저항(resistance)
전기가 흐르는 전구
1-3 전자 회로의 기초
전자 회로와 회로도
닫힌 회로와 열린 회로
직렬 회로와 병렬 회로
부품 기준 지정 문자

체험활동 ① 팅커캐드를 이용하여 회로 작성하기
1-1 팅커캐드 시작하기
팅커캐드 접속하기
계정 유형 및 계정 생성 방법 선택하기
계정 생성을 위한 기본 정보 작성하기
계정 생성 완료 및 로그인하기
1-2 팅커캐드 사용하기
회로 만들기의 시작
회로 화면에서 새 회로 만들기
회로 부품을 선택
작업판에 배치하기
회로 부품의 회전 및 대칭하기
회로 부품들을 도선으로 연결하기
도선의 색상 바꾸기
작성한 전자 회로의 동작 확인하기

〈2장〉 전압과 전류의 표현 및 측정

2-1 전압의 표현 방법
두 지점 사이에서 전기 에너지의 상대적인 차이인 전압
크기와 방향을 갖는
2-2 전류의 표현 방법
전기 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 전류
크기와 방향을 갖는 전류

체험활동 ① 전압과 전류 측정하기
1-1 전압과 전류를 측정하는 멀티미터
팅커캐드의 멀티미터
멀티미터의 측정 모드를 선택하는 방법
전압을 측정하기 위한 멀티미터의 병렬연결
전류를 측정하기 위한 멀티미터의 직렬연결
1-2 회로의 전압과 전류 측정하기
전구에 걸리는 전압 측정하기
회로에 흐르는 전류 측정하기

〈3장〉 저항과 옴의 법칙

3-1 저항과 저항기
전류의 흐름을 방해하는 저항
탄소 피막 저항
3-2 옴의 법칙
3-3 저항의 직렬연결과 병렬연결
저항의 직렬연결
저항의 병렬연결
3-4 저항에서 소비되는 전력
전력이란?
공급전력과 소비전력

체험활동 ① 옴의 법칙 이해하기
1-1 전원 공급 장치
전기 에너지를 공급하는 전원 공급 장치
전원 공급 장치의 정전압 모드와 정전류 모드
1-2 전압과 전류의 측정으로 옴의 법칙 이해하기
간단한 저항회로 구성
전압 및 전류 측정

체험활동 ② 직렬 및 병렬 연결된 저항 회로의 이해
2-1 직렬로 연결된 저항 회로
직렬 저항 회로 구성하기
시뮬레이션으로 직렬연결된 저항의 전압-전류 특성 확인하기
2-2 병렬로 연결된 저항 회로
병렬 저항 회로 구성하기
시뮬레이션으로 병렬 저항 회로에서 전압-전류 특성 확인하기

〈4장〉 에너지를 저장하는 커패시터와 인덕터

4-1 커패시터란 어떤 부품인가?
커패시터
전해 커패시터와 세라믹 커패시터
커패시터에서 전기 에너지를 저장하는 원리
커패시터의 충전과 방전
디바운스 회로
4-2 인덕터란 어떤 부품인가?
인덕터
인덕터의 동작

체험활동 ① 커패시터의 동작 이해
1-1 커패시터의 동작 확인을 위한 회로 구성
1-2 커패시터의 충전 동작 확인하기
1-3 커패시터의 방전 동작 확인하기

체험활동 ② 인덕터의 동작 이해
2-1 인덕터의 동작 확인을 위한 회로 구성
2-2 인덕터의 동작 확인

〈5장〉 다이오드와 트랜지스터

5-1 반도체란?
5-2 다이오드란 어떤 부품인가?
다이오드의 바이어스
다이오드의 종류
5-3 트랜지스터란 어떤 부품인가?
트랜지스터
트랜지스터의 기본 동작
트랜지스터를 활용한 스위칭 회로

체험활동 ① 다이오드의 기본 동작 이해
1-1 다이오드의 순방향 바이어스
1-2 다이오드의 역방향 바이어스

체험활동 ② 다이오드 정류회로의 동작 이해
2-1 원하는 형태의 전압 신호를 만드는 함수 생성기
2-2 시간에 대한 신호의 변화를 화면에 출력하는 오실로스코프
2-3 다이오드 정류회로의 동작
다이오드 반파 정류회로의 구성
다이오드 반파 정류회로의 동작

체험활동 ③ LED의 동작 이해
3-1 LED의 기본 동작
LED 동작 확인을 위한 회로 구성
LED의 동작

체험활동 ④ 트랜지스터 스위칭 회로의 동작 이해
4-1 트랜지스터의 스위칭 동작
트랜지스터 스위칭 회로의 구성
트랜지스터 스위칭 회로의 동작

〈6장〉 아두이노 시작하기

6-1 아두이노란?
아두이노 보드
소프트웨어 개발 환경
아두이노 통합개발환경 사용하기
6-2 팅커캐드의 아두이노 시뮬레이터

체험활동 ① 아두이노 시뮬레이터 사용하기
1-1 아두이노 시뮬레이터

체험활동 ② 브레드보드 사용하기
2-1 브레드보드
2-2 브레드보드를 이용한 회로 구성

〈7장〉 아날로그 신호와 디지털 신호

7-1 신호란?
신호의 기본 개념
직류 신호와 교류 신호
7-2 아날로그 신호와 디지털 신호

〈8장〉 디지털 데이터 입출력

8-1 아두이노의 데이터 입출력
디지털 출력 함수의 사용 방법
디지털 입력 함수의 사용 방법
8-2 디지털 입력을 위한 풀업 저항과 풀다운 저항
풀업 저항
풀다운 저항
내부 풀업 저항

체험활동 ① Blink 예제 이해하기
1-1 스케치의 기본 구성과 내용

체험활동 ② 시리얼 모니터 사용하기
2-1 아두이노의 시리얼 모니터
2-2 시리얼 모니터의 사용 방법
시리얼 통신을 위한 초기화 작업
시리얼 모니터를 이용한 데이터 출력
시리얼 모니터를 이용한 데이터 입력

체험활동 ③ LED 신호등 만들기
3-1 신호등을 위한 LED와 저항
3-2 LED 신호등

체험활동 ④ 푸시 버튼을 이용한 디지털 카운터 만들기
4-1 디지털 데이터 입력을 위한 푸시 버튼
4-2 디지털 카운터 만들기

〈9장〉 아날로그 데이터 입출력

9-1 아두이노의 아날로그 데이터 입출력
9-2 아날로그 입력을 위한 아날로그-디지털 변환기
아날로그-디지털 변환기
아날로그 입력 함수의 사용 방법
아날로그 데이터 입력의 정확도를 높이기 위한 AREF 핀의 사용
9-3 아날로그 출력을 위한 펄스 폭 변조
펄스 폭 변조
아날로그 출력 함수의 사용 방법
아날로그 입력 범위와 출력 범위 맞추기

체험활동 ① LED의 밝기 조절하기
1-1 PWM 출력을 이용한 LED 밝기 조절

체험활동 ② 가변 저항으로 LED 밝기 조절하기
2-1 가변 저항
2-2 가변 저항을 이용한 LED 밝기 조절

체험활동 ③ RGB LED를 이용한 무지개 조명 만들기
3-1 가산 혼합 원리를 이용하는 RGB LED
가산 혼합 원리
RGB LED
3-2 RGB LED를 이용한 무지개 조명

〈10장〉 함수와 라이브러리

10-1 아두이노 함수
아두이노의 내장 함수
아두이노의 사용자 함수
10-2 아두이노 라이브러리

체험활동 ① 서보 모터 제어하기
1-1 서보 모터
서보 모터의 동작 원리
서보 모터 라이브러리
1-2 서보 모터 제어

체험활동 ② 키패드 사용하기
2-1 키패드
키패드의 동작 원리
키패드 라이브러리
2-2 키패드를 사용하여 입력 받기
〈11장〉 7-세그먼트 디스플레이
11-1 7-세그먼트 디스플레이 287
11-2 7-세그먼트 디코더 290

체험활동 ① 7-세그먼트에 0부터 9까지 숫자 표시하기
1-1 아두이노 출력으로
7-세그먼트 직접 제어하기 294
1-2 CD4511을 사용하여
7-세그먼트 제어하기 299

체험활동 ② 7-세그먼트를 이용한 디지털 카운터 만들기
2-1 7-세그먼트를 이용한 디지털 카운터
〈12장〉 텍스트 LCD
12-1 일반 LCD 16 X 2
12-2 I2C 방식의 텍스트 LCD
12-3 LCD의 CG-ROM과 CG-RAM
12-4 텍스트 LCD 라이브러리와 멤버 함수

체험활동 ① 텍스트 LCD의 종류별 라이브러리 사용 방법
1-1 일반 LCD 16 X 2와 LiquidCristal 라이브러리
1-2 I2C 방식의 LCD(MCP23008)와 Adafruit_LiquidCrystal 라이브러리
1-3 I2C 방식의 LCD(PCF8574)와 LiquidCrystal_I2C 라이브러리

체험활동 ② 텍스트 LCD의 기본 동작 제어하기
2-1 LCD의 기본 동작 확인을 위한 회로 준비
2-2 멤버 함수를 사용한 LCD의
기본 동작 제어
clear() 함수, setCursor() 함수
cursor() / noCursor() 함수, home( ) 함수
blink() / noBlink() 함수
display() / noDisplay() 함수
scrollDisplayLeft() / scrollDisplayRight() 함수
autoscroll() / noAutoscroll 함수
leftToRight() / rightToLeft() 함수

체험활동 ③ 텍스트 LCD에 사용자 정의 문자 출력하기
3-1 사용자 정의 문자 출력

〈13장〉 다양한 센서 사용하기

13-1 팅커캐드의 다양한 센서

체험활동 ① 기울기 센서를 이용한 기울기 감지 시스템 만들기
1-1 기울기 센서
1-2 기울기 감지 시스템

체험활동 ② 토양 수분 센서를 이용한 스마트 화분 만들기
2-1 토양 수분 센서
2-2 스마트 화분

체험활동 ③ 포토 레지스터로 스마트 가로등 만들기
3-1 포토 레지스터
3-2 스마트 가로등

체험활동 ④ PIR 센서로 침입 감지 시스템 만들기
4-1 PIR 센서
4-2 침입 감지 시스템

체험활동 ⑤ 힘 센서를 이용한 압력 측정 시스템 만들기
5-1 힘 센서
5-2 압력 측정 시스템

체험활동 ⑥ 가스 센서를 이용한 가스 누출 경보기 만들기
6-1 가스 센서
6-2 가스 누출 경보기

체험활동 ⑦ 온도 센서로 디지털 온도계 만들기
7-1 온도 센서
7-2 디지털 온도계

체험활동 ⑧ 휨 센서를 이용한 가위-바위-보 인식 시스템 만들기
8-1 휨 센서
8-2 가위-바위-보 인식 시스템

체험활동 ⑨ 초음파 센서를 이용한 거리 측정 시스템 만들기
9-1 초음파 센서
9-2 초음파 거리 측정 시스템

〈14장〉 다양한 출력 장치 사용하기

14-1 팅커캐드의 다양한 출력 장치

체험활동 ① 네오픽셀 조명 만들기
1-1 네오픽셀
1-2 네오픽셀 조명 만들기

체험활동 ② 진동 모터를 이용한 카페 진동벨 만들기
2-1 진동 모터
2-2 카페 진동벨 만들기

체험활동 ③ DC 모터를 이용하는 RC카 조종하기
3-1 DC 모터와 하비 기어 모터
3-2 RC카 조종하기

체험활동 ④ 피에조 버저로 멜로디 연주하기
4-1 피에조 버저
4-2 피에조 버저를 이용한 멜로디 연주
음계 정의 부분
멜로디 작성 부분
음표 및 쉼표의 길이를 설정하는 부분
연주하는 부분

〈15장〉 기타 장치 사용하기

15-1 기타 장치들

체험활동 ① 릴레이 사용하기
1-1 릴레이
1-2 릴레이를 이용한 전구 제어

체험활동 ② 적외선 리모컨 사용하기
2-1 적외선
2-2 적외선 리모컨으로 LED 제어하기

체험활동 ③ EEPROM을 활용한 디지털 도어락 만들기
3-1 EEPROM
EEPROM에 데이터를 저장하고 읽기
키패드로 입력 받은 6자리 비밀번호를 EEPROM에 저장하기
3-2 디지털 도어락 만들기

〈부록1〉 아두이노 프로그래밍

1. 아두이노 프로그래밍을 위한 Tip
2. 아두이노 프로그래밍을 위한 기초 C, C++ 문법

〈부록2〉 아스키코드 표

작가정보

저자(글) 최훈 저자

최훈 교수 충북대학교 대학원 전자공학 석사, 동 대학원 전자공학 박사, LG반도체(주) 연구원, 한국표준과학연구원 Post-Doc, 현 동의대학교 전자공학과 교수, 주요 연구분야 : 디지털 신호처리, 계측 신호처리, 신호처리 응용, 디지털 시스템 설계(HDL)