멀티미터기 기초
멀티미터기는 전압, 저항, 연결 상태 등을 측정할 수 있는 장비다. 임베디드 개발에서는 소스 코드적으로 동작을 확인하는 것뿐만 아니라, 물리적으로 전압이 실제로 나오는지 확인하는 것이 중요하다.
AC 전압 측정
멀티미터기를 AC 모드로 설정하고 220V 콘센트에 프로브를 연결하면 전압을 측정할 수 있다. 단, AC 전압은 매우 위험하므로 합선(쇼트)이 절대 나지 않도록 주의해야 한다. 순간적인 접촉만으로도 감전될 수 있으며, 높은 전압에서는 손이 전원에 달라붙어 떨어지지 않을 수 있다.
DC 전압 측정
임베디드 개발에서 더 자주 사용하는 기능이다. 멀티미터기를 DC 모드로 설정하고, 프로브의 극성에 맞게 연결한다.
- 빨간색 프로브 (양극): 측정하려는 지점에 연결
- 검정색 프로브 (음극): 그라운드(GND)에 연결. 이 지점의 전위를 0V로 간주하고 다른 지점과의 전위차를 측정한다
예를 들어 5V 어댑터에 연결하면 5V가, 3V 건전지에 연결하면 3.3V 정도가 표시된다. 극성을 반대로 연결하면 마이너스 전압이 표시되며, 기기에 따라 손상될 수 있으므로 극성이 불확실할 때는 반드시 멀티미터로 확인해야 한다.
멀티미터기 실습: GPIO 전압 확인
이전 글들에서 GPIO를 코드로 제어했는데, 이번에는 물리적으로 전압이 실제로 변화하는지 멀티미터기로 확인해본다.
1. GPIO 설정
PA3 핀을 GPIO Output으로 설정한다. 회로도에서 PA3이 보드의 몇 번 핀에 연결되어 있는지 데이터시트로 확인한다.
2. 전원 연결 확인
먼저 보드에 전원이 정상적으로 공급되고 있는지 확인한다. GND와 3.3V에 멀티미터기를 연결하면 3.3V가 표시되어야 한다.
3. GPIO 제어와 전압 변화 확인
다음 코드를 작성하여 PA3 핀을 1초마다 High/Low로 전환한다.
while (1) {
HAL_GPIO_WritePin(TEST_PIN_GPIO_Port, TEST_PIN_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1000);
HAL_GPIO_WritePin(TEST_PIN_GPIO_Port, TEST_PIN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(1000);
}PA3 핀에 빨간 프로브를, GND에 검정 프로브를 연결하고 코드를 실행하면, 멀티미터기 화면에서 0V와 3.3V 사이를 1초마다 오가는 것을 실시간으로 확인할 수 있다. 코드로 작성한 GPIO High/Low가 실제 물리적 전압 변화로 나타나는 것이다.
4. 디버깅으로 단계별 확인
디버깅 모드에서 브레이크포인트를 설정하면 한 줄씩 실행하면서 전압 변화를 확인할 수 있다. GPIO_PIN_SET이 실행되는 순간 전압이 올라가고, GPIO_PIN_RESET이 실행되는 순간 떨어지는 것을 직접 눈으로 확인할 수 있다.
멀티미터기 추가 기능
쇼트 테스트
이전 글("큰 그림에 저장하기")에서도 다뤘지만, 멀티미터기의 쇼트 테스트 기능은 두 지점이 전기적으로 연결되어 있는지 확인하는 기능이다. 데이터시트에서 칩의 PA3이 보드의 11번 핀에 연결되어 있다고 나와 있다면, 칩의 PA3 다리와 보드의 11번 핀 헤더에 프로브를 대서 삐- 소리가 나는지 확인하면 된다.
저항 측정
멀티미터기를 옴(Ω) 모드로 설정하고 저항 양단에 프로브를 대면 저항값이 표시된다. 10K 저항이면 10K로 표시된다. 온도 센서처럼 저항값이 변하는 소자를 테스트할 때 유용하다.
건전지 잔량 확인
DC 모드로 건전지 양단에 프로브를 대면 남은 전압을 확인할 수 있다. 3V 건전지가 3.3V 이상이면 살아있는 상태, 1V 정도면 소진된 상태다.
오실로스코프 기초
오실로스코프는 전압의 변화 상태를 파형으로 시각화하는 장비다. 멀티미터기가 특정 순간의 전압값을 숫자로 보여준다면, 오실로스코프는 시간에 따른 전압 변화를 그래프로 보여준다.
멀티미터기로는 1초마다 바뀌는 GPIO 전압을 숫자가 깜빡이는 것으로밖에 볼 수 없지만, 오실로스코프를 사용하면 전압이 올라갔다 내려가는 파형을 한눈에 볼 수 있다.
기본 조작
- 프로브 연결: 프로브의 그라운드 클립을 보드의 GND에, 프로브 팁을 측정하려는 핀에 연결
- V+/V- 버튼: 파형의 높이(한 칸당 전압 단위)를 조절
- Auto Set: 파형이 화면에 보기 좋게 자동 조정
오실로스코프 실습: GPIO 파형 관찰
멀티미터기로 확인했던 PA3 핀의 전압 변화를 오실로스코프로 관찰해본다.
1초 주기 파형
PA3 핀에 오실로스코프 프로브를 연결하면, 1초마다 0V와 3.3V를 오가는 사각 파형이 화면에 나타난다.
1ms 주기 파형
HAL_Delay(1000)을 HAL_Delay(2)로 바꾸면 1ms 주기로 전압이 바뀐다. 오실로스코프 화면에는 매우 촘촘한 파형이 나타나는데, 이것이 클럭 신호와 유사한 형태다. Auto Set을 누르면 파형이 보기 좋게 조정된다.
오실로스코프 실습: SPI 통신 파형 분석
오실로스코프의 진정한 가치는 통신 데이터를 파형으로 분석할 때 드러난다. 이전 글("데이터시트 보는 꼼수")에서 SPI 통신의 개념을 다뤘는데, 오실로스코프로 실제 SPI 파형을 관찰할 수 있다.
SPI 설정
PA5를 SPI 클럭(SCK)으로, PA7을 데이터 송신(MOSI)으로 설정하고, 100ms 간격으로 'A'와 'B'를 보내는 코드를 작성한다.
/* USER CODE BEGIN WHILE */
char data[10] = { 'a', 'b' };
while (1) {
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, 2, 100);
HAL_Delay(100);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}2채널로 클럭 + 데이터 동시 관찰
최소 2채널 오실로스코프가 필요하다. 채널 1을 클럭 핀(PA5)에, 채널 2를 데이터 핀(PA7)에 연결하면 두 신호를 겹쳐서 볼 수 있다.
클럭 핀에서는 3V 정도의 전압으로 8번의 클럭 신호가 나가는 것을 확인할 수 있다. 8번의 클럭은 8비트(1바이트) 데이터를 전송하기 위한 것이다.
트리거 기능
클럭 신호가 매우 빠르면 화면에서 파형이 흘러가버려 분석하기 어렵다. 트리거를 설정하면 특정 전압 변화 순간을 기준으로 파형을 고정하여 관찰할 수 있다. 트리거를 설정하고 'Run' 버튼을 누르면 전압이 올라오는 순간을 포착하여 파형을 멈춰 보여준다.
데이터 비트 확인
ASCII 코드 'A'는 16진수 0x41, 2진수로 01000001이다. 클럭의 Rising Edge 시점에 데이터 핀의 전압이 High면 1, Low면 0으로 읽힌다. 오실로스코프 화면에서 클럭 파형과 데이터 파형을 겹쳐 보면, 실제로 01000001에 해당하는 전압 패턴이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이전 글("데이터시트 보는 꼼수")에서 "STB 핀을 Low로 떨어뜨리고, 클럭 신호에 맞춰 비트 단위로 데이터를 전송한다"고 설명한 내용이 오실로스코프 화면에서 실제 파형으로 확인되는 순간이다.
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