2018년 11월 7일 수요일

ESP32 GPIO 레퍼런스

ESP32에는 총 48개의 핀이 있는데 각 핀들은 여러가지 기능을 가지고 있다. 물론 ESP32 개발보드에서 모든 핀을 다 사용할 수 있는것은 아니다. 그래서 여기서는 어떤 핀을 사용해야 하고 어떤 핀을 사용하지 않아야 하는지에 대해 설명하겠다.

ESP32는 다음과 같은 peripheral을 가지고 있다.

* 18 ADC(Analog-to-Digital Converter) channel
* 3 SPI
* 3 UART
* 2 I2C
* 16 PWM
* 2 DAC (Digital-to-Analog Converter)
* 2 I2S
* 10 Capacitive sensing GPIO

ADC와 DAC 기능은 특정 핀에 고정되어 있다. 하지만 UART, I2C, SPI, PWM등의 기능은 어느 핀에 사용할지 결정해서 코드에서 지정해 줘야 한다.

소프트웨어에서 핀의 속성을 정의해 줄 수 있지만, 각 핀들은 디폴트로 지정되어 있는 기능들이 있다. ESP32 DEVKIT V1-DOIT의 경우 디폴트 핀 배열은 다음과 같다.




또한 특정한 기능의 핀들은 프로젝트마다 사용하기에 적합할 수도 그렇지 않을 수도 있다.

아래 그림은 ESP-WROOM-32의 핀 배치이다. 만일 칩만 가지고 자작 보드를 만든다면 아래 그림을 레퍼런스로 삼을 수 있다.



Input Only Pins

GPIO 34부터 39까지는 입력 전용 핀이다. 그리고 이 핀들은 내부적으로 풀업/풀다운 저항이 없다. 출력으로 사용할 수 없으므로 입력으로만 사용해야 한다.

* GPIO 34
* GPIO 35
* GPIO 36
* GPIO 37
* GPIO 38
* GPIO 39

ESP-WROOM-32에 들어 있는 SPI Flash

일부 보드들은 GPIO 6부터 11까지의 핀도 사용할 수 있게 되어 있다. 하지만 이 핀들은 ESP-WROOM-32 칩에 내장된 SPI Flash에 연결되어 있기 때문에 다른 용도로 사용하는걸 권장하지 않는다.

* GPIO 6 (SCK/CLK)
* GPIO 7 (SDO/SD0)
* GPIO 8 (SDI/SD1)
* GPIO 9 (SHD/SD2)
* GPIO 10 (SWP/SD3)
* GPIO 11 (CSC/CMD)

Capacitive Touch GPIO (정전식 터치 입력)

ESP32는 10개의 정전식 터치 입력 센서를 가지고 있다. 이 센서는 사람의 피부 같이 전하를 가진 것들의 전하 변화를 측정할 수 있다. 그러므로 손가락으로 GPIO를 터치할 때 유도되는 변하를 감지할 수 있다. 이 핀들은 전하 패드에 연결해 기계식 버튼을 대치할 수 있다. 정전식 터치 핀은 ESP32를 deep sleep에서 깨어나게 하는데 사용할 수도 있다.

이 내부 터치 센서는 다음의 GPIO에 연결되어 있다.

* T0 (GPIO 4)
* T1 (GPIO 0)
* T2 (GPIO 2)
* T3 (GPIO 15)
* T4 (GPIO 13)
* T5 (GPIO 12)
* T6 (GPIO 14)
* T7 (GPIO 27)
* T8 (GPIO 33)
* T9 (GPIO 32)

ADC (Analog-to-Digital Converter)

 ESP32는 18개의 12-bit ADC 채널을 가지고 있다. (ESP8266의 경우는 1개의 10-bit ADC만 가지고 있음) 다음의 GPIO 는 각각 해당 ADC 채널로 사용될 수 있다.

 * ADC1_CH0 (GPIO 36)
 * ADC1_CH1 (GPIO 37)
 * ADC1_CH2 (GPIO 38)
 * ADC1_CH3 (GPIO 39)
 * ADC1_CH4 (GPIO 32)
 * ADC1_CH5 (GPIO 33)
 * ADC1_CH6 (GPIO 34)
 * ADC1_CH7 (GPIO 35)
 * ADC2_CH0 (GPIO 4)
 * ADC2_CH1 (GPIO 0)
 * ADC2_CH2 (GPIO 2)
 * ADC2_CH3 (GPIO 15)
 * ADC2_CH4 (GPIO 13)
 * ADC2_CH5 (GPIO 12)
 * ADC2_CH6 (GPIO 14)
 * ADC2_CH7 (GPIO 27)
 * ADC2_CH8 (GPIO 25)
 * ADC2_CH9 (GPIO 26)

ADC 입력 채널은 12-bit 해살도를 가지고 있다. 즉 아날로그 값을 읽으면 0~4095 사이의 값을 얻을 수 있다. 여기서 0은 0V, 4095는 3.3V를 의미한다. 또한 코드에서 각 채널의 해설도나 ADC 범위를 조정할 수도 있다.

ESP32 ADC 핀은 리니어 한 속성을 가지고 있지 않으므로 주의해야 한다. 0V와 0.1V, 또는 3.2V와 3.3V를 거의 구별하지 못할 것이다. 그러므로 ADC를 사용할 때 이 점을 염두에 두어야만 한다. 아래 그래프와 같은 속성을 가진다.


DAC (Digital-to-Analog Converter)

ESP32에는 2개의 8-bit DAC 채널이 있어 디지털 신호를 아날로그 전압으로 바꿔 출력해 준다.

* DAC1 (GPIO 25)
* DAC2 (GPIO 26)

RTC GPIO

ESP32는 RTC GPIO를 지원한다. ESP32가 deep sleep 모드에 있을 때 RTC의 low-power subsystem에 연결된 GPIO를 사용할 수 있다. 이 RTC GPIO는 ULP(Ultra Low Power) 코프로세서가 실행중일 때 ESP32를 deep sleep에서 깨어나게 하는데 사용된다. 다음의 GPIO들이 외부 wake up 소스로 사용될 수 있다.

* RTC_GPIO0 (GPIO 36)
* RTC_GPIO3 (GPIO 39)
* RTC_GPIO4 (GPIO 34)
* RTC_GPIO5 (GPIO 35)
* RTC_GPIO6 (GPIO 25)
* RTC_GPIO7 (GPIO 26)
* RTC_GPIO8 (GPIO 33)
* RTC_GPIO9 (GPIO 32)
* RTC_GPIO10 (GPIO 4)
* RTC_GPIO11 (GPIO 0)
* RTC_GPIO12 (GPIO 2)
* RTC_GPIO13 (GPIO 15)
* RTC_GPIO14 (GPIO 13)
* RTC_GPIO15 (GPIO 12)
* RTC_GPIO16 (GPIO 14)
* RTC_GPIO17 (GPIO 27)

PWM (Pulse Width Modulation)

ESP32 LED PWM controller는 16개의 독립적인 채널을 가지고 있어 각각 다른 속성의 PWM 신호를 만들어 내도록 설정할 수 있다. 출력으로 사용할 수 있는 모든 핀은 PWM 으로 사용할 수 있다. (즉 GPIO 34~39는 PWM을 만들 수 없다)

PWM 신호를 만들어주려면 코드에서 다음의 파라미터를 정해줘야 한다.

* Signal Frequency
* Duty Cycle
* PWM Channel
* 신호를 출력할 GPIO핀

I2C

아두이노 IDE에서 ESP32를 사용할 때는 다음의 디폴트 핀을 사용해야만 한다.

* GPIO 21 (SDA)
* GPIO 22 (SCL)

SPI

디폴트로 SPI핀은 다음과 같이 매핑되어 있다.

Interrupt

모든 GPIO 핀은 인터럽트로 설정할 수 있다.

Enable (EN)

Enable (EN)은 3.3V 레귤레이터의 enable 핀이다. 이 핀은 풀업이 되어 있으므로, GND에 연결하면 3.3V 레귤레이터가 비활성화 된다. 즉 이 핀을 푸쉬버튼에 연결해 놓으면 ESP32를 재시동하는데 사용할 수 있다.

GPIO current draw

ESP32 데이터쉬트에 있는 "권장하는 동작 조건(Recommended Operating Condition)"에 따르면 GPIO마다 최대 40mA의 전류를 흘릴 수 있다.























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