Raspberry Pi 5 GPIO 핀 할당 주의점

 

 

Raspberry Pi 5의 핀 다이어그램에 대한 포괄적인 가이드: GPIO 핀과 그 기능 이해

 

Raspberry Pi 5의 핀 다이어그램

 

https://www.hackatronic.com/raspberry-pi-5-pinout-specifications-pricing-a-complete-guide/

 

 

Raspberry Pi 5의 GPIO

 

GPIO(General Purpose Input/Output) 핀은 Raspberry Pi의 물리적 커넥터로, 센서, LED, 모터 및 기타 장치와 같은 외부 전자 구성 요소와 상호 작용할 수 있도록 합니다. 이러한 핀은 외부 소스(예: 센서)에서 데이터를 수신하는 입력 또는 외부 장치를 제어하기 위해 신호를 보내는 출력(예: LED 켜기 또는 모터 활성화)으로 작동하도록 프로그래밍할 수 있습니다.

 

Raspberry Pi 5의 GPIO

 

중요성

 

학습 및 실험: 교육 목적으로 GPIO 핀 사용 방법을 배우는 것은 전자, 프로그래밍 및 임베디드 시스템을 이해하는 데 기본이 되므로 STEM 교육에 실용적인 도구가 됩니다.

 

센서 및 액추에이터와의 인터페이싱: GPIO 핀을 사용하면 Raspberry Pi가 센서(예: 온도, 동작, 조명)에서 입력을 수집하고 액추에이터(예: 모터, 조명, 릴레이)에 명령을 보낼 수 있으므로 자동화, 로봇 공학 및 IoT 애플리케이션에 필수적입니다.

 

GPIO는 기본적으로 Raspberry Pi가 임베디드 시스템으로 작동하여 소프트웨어와 하드웨어 간의 격차를 메울 수 있도록 합니다.

 

Raspberry Pi 5의 GPIO 핀 유형

 

Raspberry Pi 5는 다양한 전자 구성 요소와 상호 작용할 수 있는 다목적 범용 입출력(GPIO) 핀을 제공하는 유산을 이어갑니다. 이전 모델과 마찬가지로 Raspberry Pi 5는 40핀 GPIO 헤더를 사용하지만 성능과 기능이 개선되었습니다.

 

번호 매기기: Raspberry Pi GPIO 핀에 사용되는 두 가지 체계

 

Raspberry Pi의 GPIO 핀으로 작업할 때 핀을 참조하는 데 사용할 수 있는 두 가지 주요 번호 매기기 체계가 있습니다.

 

물리적 핀 번호 매기기(보드 번호 매기기) - 가로 세로로 번호 나열한 방식

 

물리적 핀 번호 매기기는 Raspberry Pi의 40핀 헤더에 있는 핀의 실제 위치를 나타내며, 핀 1(왼쪽 위)에서 핀 40(오른쪽 아래)까지 순차적으로 계산됩니다. 이 번호 매기기 체계는 핀의 물리적 레이아웃에만 기반합니다.

 

- 예:

- 핀 1: 3.3V 전원

- 핀 2: 5V 전원

- 핀 6: 접지(GND)

- 핀 7: GPIO 4

 

물리적 번호는 헤더의 핀의 물리적 위치를 반영하기 때문에 시각적 가이드나 회로도를 따를 때 구성 요소를 배선하는 데 유용합니다.

 

BCM(Broadcom SOC 채널) 번호

 

BCM 번호는 Raspberry Pi의 내부 SOC(System on Chip)에 따라 각 핀에 지정된 Broadcom 칩별 GPIO 번호를 나타냅니다. 이러한 GPIO 번호는 Broadcom 프로세서의 실제 기능 채널에 해당합니다.

 

- 예:

 

- BCM GPIO 2: 핀 3(I2C SDA에 사용)

- BCM GPIO 3: 핀 5(I2C SCL에 사용)

- BCM GPIO 18: 핀 12(PWM에 사용)

 

BCM 번호 매기기는 일반적으로 Python(`RPi.GPIO` 또는 `gpiozero`와 같은 라이브러리 사용)과 같은 언어로 스크립트나 프로그램을 작성할 때 소프트웨어에서 사용됩니다. Raspberry Pi의 내부 코드와 라이브러리는 물리적 레이아웃이 아닌 BCM 번호로 핀을 인식합니다.

 

두 가지 번호 매기기 체계는 서로 다른 요구 사항을 해결하기 위해 존재합니다.

 

- 물리적 핀 번호 매기기: 구성 요소를 물리적으로 배선할 때 간단하고 직관적입니다.

- BCM 번호 매기기: 특정 GPIO 채널에 연결된 실제 하드웨어 구성과 기능을 반영하므로 프로그래밍에 더 정확합니다.

 

물리적 번호와 프로그래밍 매핑 예:

- 핀 3(물리적): BCM 번호 매기기의 GPIO 2에 해당합니다.

- 핀 5(물리적): BCM 번호 매기기의 GPIO 3에 해당합니다.

 

전원 핀

 

이러한 핀은 Raspberry Pi에 연결된 외부 장치나 회로에 전원을 공급합니다.

 

● 5V 핀(핀 2 및 핀 4): Raspberry Pi의 전원 공급 장치에서 직접 5V를 제공하여 릴레이 또는 고전력 장치와 같은 구성 요소에 전원을 공급하는 데 유용합니다.

● 3.3V 핀(핀 1 및 핀 17): 센서와 같은 저전력 장치에 적합한 조절된 3.3V를 제공합니다.

● 접지(GND) 핀: 이 핀(핀 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 39)은 외부 구성 요소로 전기 회로를 완성하는 데 필수적입니다.

 

표준 GPIO 핀

 

● 디지털 입출력: 이 핀은 작업에 따라 입력 또는 출력으로 프로그래밍할 수 있습니다. 외부 장치에서 신호를 읽거나(입력) 신호를 보내 제어(출력)할 수 있습니다.

● 사용 예: 버튼의 상태를 읽거나(입력) LED를 제어할 수 있습니다(출력).

 

Raspberry Pi 5의 GPIO 핀에는 GPIO 2, GPIO 3 등의 핀이 포함되며 BCM 번호 또는 물리적 핀 번호로 참조할 수 있습니다.

 

UART 핀(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)

 

이러한 핀은 마이크로컨트롤러 또는 다른 Raspberry Pi 보드와 같은 다른 장치와의 직렬 통신에 사용됩니다.

● TXD(송신): 핀 8(BCM GPIO 14)

● RXD(수신): 핀 10(BCM GPIO 15)

 

GPS 모듈 또는 무선 통신 칩과 같은 직렬 프로토콜을 사용하여 Raspberry Pi와 다른 장치 간의 통신에 이상적입니다.

 

I2C 핀(Inter-Integrated Circuit)

 

I2C 프로토콜은 두 개의 공유 회선(클럭 및 데이터)을 통해 여러 저속 장치와 통신하는 데 사용됩니다.

● SDA(데이터 회선): 핀 3(BCM GPIO 2)

● SCL(클럭 회선): 핀 5(BCM GPIO 3)

 

Raspberry Pi를 온도, 습도 또는 압력 센서와 같은 센서에 연결하는 데 자주 사용됩니다.

 

SPI 핀(직렬 주변 장치 인터페이스)

 

SPI는 센서, 디스플레이 및 SD 카드와 인터페이스 하는 데 자주 사용되는 고속 통신 프로토콜입니다.

● MOSI(마스터 아웃 슬레이브 인): 핀 19(BCM GPIO 10)

● MISO(마스터 인 슬레이브 아웃): 핀 21(BCM GPIO 9)

● SCLK(직렬 클록): 핀 23(BCM GPIO 11)

● CE0(칩 활성화 0): 핀 24(BCM GPIO 8)

● CE1(Chip Enable 1): 핀 26(BCM GPIO 7)

 

TFT 디스플레이나 고속 센서와 같은 장치와의 고속 데이터 통신에 일반적으로 사용됩니다.

 

PWM 핀(펄스폭 변조) 펄스폭 변조(PWM)는 신호의 듀티 사이클을 변경하여 모터 속도나 LED 밝기를 제어하는 데 사용되는 기술입니다.

 

● PWM0: 핀 12(BCM GPIO 18)

● PWM1: 핀 33(BCM GPIO 13)

 

이러한 핀은 종종 로봇 프로젝트에서 모터 속도, LED 밝기 또는 서보를 제어하는 데 사용됩니다.

 

EEPROM 식별 핀

 

● ID_SD(데이터): 핀 27(BCM GPIO 0)

● ID_SC(클럭): 핀 28(BCM GPIO 1)

 

이러한 핀은 HAT(Hardware Attached on Top)의 EEPROM을 통해 애드온 보드를 식별하는 데 사용되며, Raspberry Pi가 액세서리 보드가 부착될 때 설정을 자동으로 구성할 수 있도록 합니다.

 

Raspberry Pi 5의 핀아웃 다이어그램

 

Raspberry Pi에서 직접 Raspberry Pi GPIO 핀 레이아웃에 대한 개요를 얻으려면 내장된 핀아웃 명령을 사용할 수 있습니다. 이것은 GPIO 핀, 번호 및 기능을 시각적으로 표현하는 간단한 명령줄 도구입니다.

 

Raspberry Pi에서 터미널을 엽니다. 다음을 실행합니다.

 

pinout

 

 

 

https://pinout.xyz/를 방문하여 특정 GPIO에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있습니다.

 

Raspberry Pi에서 GPIO 핀을 사용할 때의 안전 예방 조치

 

■ 5V~3.3V GPIO 핀 연결 금지

 

Raspberry Pi는 3.3V 논리 레벨로 작동합니다. GPIO 핀에 5V 신호를 연결하면 Raspberry Pi의 내부 회로가 쉽게 망가질 수 있습니다.

 

연결하는 장치나 센서의 전압 레벨을 항상 확인하세요. 필요한 경우 레벨 시프터를 사용하여 5V 신호를 3.3V로 변환하세요.

 

■  GPIO 핀을 통한 전류 제한

 

GPIO 핀은 제한된 양의 전류만 처리할 수 있습니다(일반적으로 핀당 약 16mA, 모든 GPIO 핀에서 총 50mA 제한).

 

LED나 다른 구성 요소를 연결할 때는 항상 전류 제한 저항(예: 220Ω~1kΩ)을 사용하여 GPIO 핀을 영구적으로 손상시킬 수 있는 너무 많은 전류를 소모하지 않도록 하세요.

 

■  단락 회로에 주의하세요

 

단락 회로는 전류가 의도치 않은 경로를 거쳐 종종 부하(예: 저항기 또는 센서)를 우회할 때 발생합니다. 이로 인해 과도한 전류가 흐르고 열이 축적되고 잠재적인 하드웨어 손상이 발생할 수 있습니다.

 

■  접지를 올바르게 사용하세요

 

모든 회로에는 회로를 완성하기 위해 공통 접지(GND)가 필요합니다. 구성 요소를 접지에 연결하지 않거나 접지를 잘못 연결하면 회로가 오작동하거나 손상될 수 있습니다.

 

■  구성 요소 핫 스와핑을 피하세요

 

Raspberry Pi에 전원이 켜진 상태에서(핫 스와핑) 구성 요소를 꽂았다가 뽑으면 전기 서지나 스파이크가 발생하여 GPIO 핀과 구성 요소가 모두 손상될 수 있습니다.

 

■  전압 분배기 또는 논리 레벨 변환기 사용

 

더 높은 전압(예: 5V 또는 12V)에서 작동하는 장치와 인터페이스 할 때 Raspberry Pi의 3.3V GPIO 핀이 더 높은 전압에 노출되지 않도록 해야 합니다.

 

■  Raspberry Pi에서 너무 많은 전력을 소모하지 마세요

 

이유: Raspberry Pi의 전원 공급 장치에는 한계가 있으며, 5V 또는 3.3V 핀에서 너무 많은 전력을 소모하면 불안정성, 재부팅 또는 보드 손상이 발생할 수 있습니다.

 

결론

 

Raspberry Pi 5의 핀 다이어그램을 이해하는 것은 전자 프로젝트에서 보드의 잠재력을 극대화하는 데 필수적입니다. GPIO 핀 유형, 번호 매기기 시스템 및 안전 예방 조치에 대한 적절한 지식을 통해 사용자는 광범위한 구성 요소를 자신 있게 연결하고 Raspberry Pi의 기능을 확장할 수 있습니다. 센서, 액추에이터 또는 UART, I2C 또는 SPI와 같은 통신 프로토콜을 사용하든 GPIO를 마스터하면 자동화, IoT 및 로봇 응용 프로그램에 대한 수많은 가능성이 열립니다. Raspberry Pi와 연결하는 외부 장치를 보호하기 위해 항상 안전을 우선시하세요."

 

이 요약은 GPIO 핀 다이어그램을 이해하는 것의 중요성을 강조하면서 추가 탐색을 장려합니다. 

 

 

참고자료: Comprehensive Guide to the Pin Diagram of Raspberry Pi 5 

Comprehensive Guide to the Pin Diagram of Raspberry Pi 5: Understanding GPIO Pins and Their Functions