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Project #7 - Timer & PWM을 활용한 LED 및 서보모터 제어

이 프로젝트는 STM32F107 보드에서 TIM2와 TIM3 타이머를 활용하여 LED 점멸 및 서보모터 제어를 수행하는 실습입니다.
TFT-LCD를 이용하여 터치 버튼을 구현하고, 버튼 입력을 통해 LED ON/OFF 제어 및 서보모터의 각도 변경을 수행합니다.

목차

목적

  • Timer의 개념과 종류를 학습하고, TIM2와 TIM3 타이머를 활용한 임베디드 시스템 설계를 실습
  • PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 활용한 서보모터 제어 방법 학습
  • TFT-LCD 터치 입력을 활용하여 사용자 인터페이스 구현
  • 임베디드 시스템의 인터럽트 기반 동작 이해 (TIM2 인터럽트 활용)

실험 장비

  • STM32F107VCT6 개발 보드
  • TFT-LCD 디스플레이
  • 서보모터 (SG90)
  • 전원 공급 장치 (5V, 1A)
  • 개발 환경: Keil uVision / IAR Embedded Workbench (EWARM)

프로젝트 설정

1. 타이머(TIM2) 설정

  • LED 점멸을 위한 타이머 (TIM2)
  • TIM2의 인터럽트 기능을 활용하여 1초마다 LED1 토글, 5초마다 LED2 토글이 실행되도록 설정
  • Prescaler와 Period를 이용하여 타이머의 분주율 설정
  • TIM2_IRQHandler() ISR을 통해 인터럽트 발생 시 LED 상태 변경
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000;   // 1초 주기
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200; // 72MHz 분주
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

2. PWM(TIM3) 설정

  • 서보모터 제어를 위한 PWM 신호 출력 (TIM3)
  • TIM3의 PWM 신호를 이용하여 서보모터의 각도를 조절
  • PWM 신호의 듀티 사이클을 조절하여 0도, 90도, -90도 회전 구현
  • CCR 값을 변경하여 각도를 조절하며, 1.0ms(0도), 1.5ms(90도), 2.0ms(-90도)로 설정
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 1500;  // 기본 위치 (90도)
TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

3. LCD 및 터치 입력 설정

  • TFT-LCD에 팀명 및 LED 상태 출력
  • 터치 버튼을 생성하여 ON/OFF 제어
  • ON 버튼 클릭 시 TIM2 및 TIM3 활성화, OFF 버튼 클릭 시 LED 및 서보모터 동작 중지
  • 터치 입력 좌표를 읽어 버튼 영역과 비교 후 동작 수행
Touch_GetXY(&x, &y, 1);
Convert_Pos(x, y, &nx, &ny);
if (nx >= 50 && nx <= 100 && ny >= 50 && ny <= 100) {
    btn = !btn;
    LCD_ShowString(0, 20, btn ? " ON" : "OFF", RED, WHITE);
}

실험 과정

  1. RCC & GPIO 초기화

    • TIM2, TIM3을 활성화하고 GPIO를 설정하여 LED 및 서보모터 핀을 초기화
    • AFIO 설정을 활성화하여 PWM 신호 출력 가능하도록 설정

  2. 타이머(TIM2) 설정

    • TIM2를 사용하여 1초마다 LED1 점멸, 5초마다 LED2 점멸 기능 구현
    • TIM2_IRQHandler()를 이용하여 인터럽트 발생 시 LED 상태 변경

  3. PWM(TIM3) 설정

    • TIM3의 PWM 신호를 이용하여 서보모터 각도를 변경
    • ON 버튼 터치 시 1초마다 서보모터가 한쪽 방향으로 이동
    • OFF 버튼 터치 시 1초마다 반대 방향으로 이동

  4. TFT-LCD 및 터치 이벤트 처리

    • LCD에 팀명(WED_Team02) 및 LED 상태 출력
    • 터치 입력을 받아 LED ON/OFF 및 서보모터 제어
    • 터치된 위치를 x, y 좌표로 변환 후 버튼 영역과 비교하여 동작 수행

실험 결과

  • LCD 출력:

    • "WED_Team02"가 LCD에 표시됨
    • 버튼 터치 시 "ON"/"OFF" 상태 전환 가능

  • LED 점멸:

    • ON 버튼 클릭 시 LED1이 1초마다 토글, LED2가 5초마다 토글
    • OFF 버튼 클릭 시 LED가 모두 꺼짐

  • 서보모터 동작:

    • ON 버튼 클릭 시 서보모터가 1초마다 100씩 이동
    • OFF 버튼 클릭 시 서보모터가 1초마다 반대 방향으로 이동

  • 인터럽트 처리:

    • TIM2 인터럽트를 통해 정확한 시간 간격으로 LED 토글 수행

  • PWM 제어:

    • TIM3을 활용하여 서보모터의 각도를 부드럽게 변경 가능