브레드보드 IO 1편, 아두이노와 I2C 통신과 SSD1306 OLED 디스플레이 사용하기

[민한식]

브레드보드 IO 1편, I2C 통신과 SSD1.. : 네이버블로그

브레드보드 IO 1편, I2C 통신과 SSD1306 OLED 디스플레이 사용하기

브레드보드 활용 IO 인터페이스

아두이노 I2C 통신 완벽 이해: SSD1306 OLED 디스플레이 배선부터 프로그램

민선생의 전자공방

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브레드보드를 활용한 아두이노 UNO R3와 SSD1306 OLED 배선) [ Vcc, GND, SCL-A5(초록선), SDA-A4(노랑선) 배선]

1장. I2C 인터페이스란 무엇인가?

1.1 I2C의 개요

I2C(Inter-Integrated Circuit)는 1982년 필립스(Philips) 반도체가 개발한 직렬 통신 프로토콜입니다. 마이크로컨트롤러와 주변 장치(센서, 디스플레이, RTC 등) 사이를 단 2개의 신호선만으로 연결할 수 있어 배선이 매우 단순합니다.

1.2 I2C의 특징과 장점

신호선 구성

I2C는 다음 두 개의 선만 사용합니다:

• SDA (Serial DAta): 데이터를 주고받는 선

• SCL (Serial CLock): 통신 타이밍을 맞추는 클럭 선

두 선 모두 풀업 저항(Pull-up Resistor)을 통해 VCC에 연결되어 있으며, 마스터(아두이노)가 SCL 클럭을 생성하고 슬레이브(센서, 디스플레이 등)는 이에 맞추어 응답합니다.

I2C의 주요 특징

항목	내용
통신 방식	반이중(Half-duplex) 직렬 통신
사용 선 수	SDA + SCL 단 2개
표준 속도	100kHz (표준), 400kHz (고속), 3.4MHz (고속+)
연결 방식	1개의 마스터, 최대 127개의 슬레이브 병렬 연결
주소 체계	7비트 주소(0x00~0x7F)로 장치 구분
통신 거리	수십 cm ~ 1m 이내 권장

1.3 여러 장치를 병렬로 연결하는 방법

I2C의 가장 큰 강점 중 하나는 SDA/SCL 두 선에 여러 장치를 버스(bus) 방식으로 병렬 연결할 수 있다는 점입니다. 각 장치는 고유한 I2C 주소를 가지고 있어, 마스터(아두이노)가 특정 주소를 호출하면 해당 장치만 응답합니다.

배선 구조 예시:

AI 활용

아두이노 I2C 병렬 배선예

💡 핵심 포인트
장치의 종류가 서로 다르면 I2C 주소도 다르므로 별도 설정없이 그냥 병렬로 연결하면 됩니다.
같은 종류의 장치를 두개 연결할 때만 주소 핀을 설정해 주세요.

1.4 사용 시 주의사항

• 풀업 저항: SDA, SCL 각 선에 4.7kΩ 저항이 필요합니다. 아두이노 Wire 라이브러리는 내부 풀업을 자동으로 활성화하므로 3~4개 장치까지는 별도 저항 없이 동작합니다. 5개 이상이면 외부 4.7kΩ 저항 추가를 권장합니다.

• 주소 충돌: 같은 I2C 주소를 가진 장치를 두 개 연결하면 통신 오류가 발생합니다. 반드시 주소가 겹치지 않도록 확인하세요.

• 배선 길이: I2C는 단거리 통신입니다. 브레드보드 실습 수준에서는 문제없지만, 선이 너무 길면 신호가 왜곡될 수 있습니다.

• 전압 레벨: 아두이노 Uno는 5V 동작, 일부 I2C 장치는 3.3V 전용입니다. 전압이 다를 경우 레벨 시프터(level shifter)가 필요합니다. SSD1306 OLED 모듈은 대부분 3.3V~5V 겸용입니다.

1.5 대표적인 I2C 장치와 주소

장치	종류	기본 주소	주소 변경
SSD1306 OLED	디스플레이	0x3C / 0x3D	일부 모듈 가능
DS3231 / DS1307	RTC(실시간시계)	0x68	불가
DHT12	온습도 센서	0x5C	불가
BMP280	기압/온도 센서	0x76 / 0x77	SDO 핀으로 선택
MPU6050	6축 IMU	0x68 / 0x69	AD0 핀으로 선택
PCF8574	I2C LCD 백팩	0x27 / 0x3F	A0~A2 핀으로
AT24C32	EEPROM	0x50~0x57	A0~A2 핀으로

2장. 아두이노 Uno의 하드웨어 I2C 핀

2.1 A4, A5 핀의 정체

아두이노 Uno(ATmega328P)에서 A4와 A5는 아날로그 입력 핀으로 표기되어 있지만, 동시에 하드웨어 I2C(TWI: Two Wire Interface) 전용 핀으로 동작합니다.

핀 번호	I2C 역할	ATmega328P 내부	설명
A4	SDA	PC4 / TWI SDA	데이터 송수신 선
A5	SCL	PC5 / TWI SCL	클럭 신호 선

2.2 하드웨어 I2C의 장점

A4/A5 핀은 MCU 내부의 TWI(I2C) 하드웨어 모듈에 직결되어 있어 다음과 같은 장점이 있습니다:

• CPU 점유 최소화: 클럭 생성, 데이터 래칭 등을 하드웨어가 처리하므로 CPU가 다른 작업을 병행할 수 있습니다.

• 통신 안정성: 소프트웨어 방식(SW I2C)보다 타이밍이 정확하여 노이즈에 강합니다.

• 속도: 표준 100kHz, 고속 400kHz를 안정적으로 지원합니다.

• 라이브러리 지원: Arduino Wire 라이브러리가 하드웨어를 직접 제어합니다.

2.3 Wire 라이브러리 초기화

Wire 라이브러리를 사용하면 A4(SDA), A5(SCL) 핀이 자동으로 I2C 모드로 전환됩니다. 별도의 핀 설정 없이 아래 한 줄만 추가하면 됩니다:

#include <Wire.h>

void setup() {

Wire.begin(); // A4=SDA, A5=SCL 자동 설정

}

📌 참고: SW I2C(소프트웨어 I2C)
핀이 부족하거나 A4/A5를 다른 용도로 사용할 때는 SoftwareWire 라이브러리로
임의이 디지털 핀을 I2C로 사용할 수 있습니다. 다만 속도가 느리고 CPU 점유율이
높아지므로, 특별한 이유가 없다면 항상 HW I2C(A4/A5)를 사용하는것이 좋습니다.

3장. OLED 디스플레이의 특징과 사용 함수

3.1 OLED란?

OLED(Organic Light-Emitting Diode, 유기 발광 다이오드)는 유기 화합물이 전류를 받아 스스로 빛을 내는 디스플레이 기술입니다. 백라이트가 필요 없어 매우 얇고, 켜진 픽셀만 전력을 소비하므로 저전력 동작이 가능합니다.

아두이노 프로젝트에서 가장 많이 사용하는 OLED 모듈은 SSD1306 드라이버 칩 기반의 128×64 픽셀 모듈입니다. 크기는 0.96인치로 작지만 선명도가 높고 I2C 4선 연결로 간편하게 사용할 수 있습니다.

3.2 OLED vs Character LCD 비교

비교 항목	SSD1306 OLED (0.96")	Character LCD 16x2 (I2C)
해상도	128 × 64 픽셀 (그래픽 가능)	16자 × 2행 (문자만)
연결 방식	I2C 4선 (VCC/GND/SDA/SCL)	I2C 4선 (백팩 사용 시)
I2C 주소	0x3C 또는 0x3D	0x27 또는 0x3F
발광 방식	자체 발광 (백라이트 불필요)	백라이트 LED 필요
소비 전력	매우 낮음 (~20mA)	백라이트 포함 ~80mA
그래픽 표시	가능 (픽셀 단위 제어)	불가 (문자/커서만)
가독성	작지만 고선명	글자 크고 선명
한글 지원	U8g2 라이브러리로 가능	불가
가격	약 1,000~2,000원	약 500~1,500원 (백팩 별도)
추천 용도	그래픽, 데이터 시각화	간단한 텍스트 출력

3.3 주요 사용 함수

Adafruit SSD1306 + Adafruit GFX 라이브러리를 기준으로 자주 사용하는 함수를 정리합니다.

초기화 함수

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // OLED 초기화 (전원, I2C주소)

display.clearDisplay(); // 화면 전체 지우기

display.display(); // 버퍼 내용을 화면에 출력

텍스트 출력 함수

display.setTextSize(1); // 텍스트 크기 설정 (1=6px, 2=12px)

display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // 텍스트 색상 (WHITE/BLACK/INVERSE)

display.setCursor(x, y); // 텍스트 시작 위치 설정 (픽셀 단위)

display.print("Hello"); // 텍스트 출력 (줄바꿈 없음)

display.println("Hello"); // 텍스트 출력 후 줄바꿈

도형 그리기 함수

display.drawPixel(x, y, color); // 점 그리기

display.drawLine(x0,y0, x1,y1, color); // 선 그리기

display.drawRect(x,y, w,h, color); // 빈 사각형

display.fillRect(x,y, w,h, color); // 채운 사각형 (화면 지우기에 활용)

display.drawCircle(x,y, r, color); // 빈 원

display.fillCircle(x,y, r, color); // 채운 원

display.drawTriangle(x0,y0,x1,y1,x2,y2,color); // 삼각형

💡 display.display() 를 반드시 호출해야 합니다!
Adafruit SSD1306 라이브러리는 더블 버퍼링 방식을 사용합니다.
clearDisplay(), print(), drawLine() 등은 모두 메모리 버퍼에만 기록됩니다.
display.display() 호출해야 비로소 화면에 실제로 표시됩니다.

[중요.. 아두이노에 설치해야 합니다.] 필요한 라이브러리 2개

아두이노 IDE 라이브러리 매니저에서 설치합니다.

[라이브러리 설치]

[중요] OLED를 사용하려면 아래 2개의 라이브러리를 먼저 설치해야 합니다.

■ 필요한 라이브러리

• Adafruit SSD1306 — OLED 드라이버

• Adafruit GFX Library — 그래픽 기반 (SSD1306 의존 라이브러리)

■ 설치 방법

① 아두이노 IDE → 스케치 → 라이브러리 포함하기 → 라이브러리 관리... (단축키: Ctrl + Shift + I)

② 검색창에 'Adafruit SSD1306' 입력 → 설치 클릭

③ "Install all" 팝업 → Install all 클릭 (Adafruit GFX Library가 자동으로 함께 설치됩니다)

④ 설치 완료

💡 라이브러리를 설치하기 위해 IDE 2.x 사용자는 Arduino IDE 왼쪽 사이드바의 책 모양 아이콘을 클릭하세요.

4장. 기본 회로 배선

4.1 준비물

• Arduino Uno R3

• SSD1306 OLED 모듈 (0.96인치, I2C, 4핀)

• 브레드보드

• 점퍼 와이어 4개 (빨강, 검정, 초록, 노랑)

4.2 핀 연결표

OLED 핀	아두이노 핀	선 색상	기능
VCC	5V	빨강	전원 공급
GND	GND	검정	접지
SDA	A4	노랑	I2C 데이터
SCL	A5	초록	I2C 클럭

⚠️ 주의: SDA와 SCL을 바꿔 꽂으면 화면이 켜지지 않습니다!
배선 후 반드시 I2C 스캐너로 0x3C 주소가 검색되는지 확인하세요.

[보너스 팁] I2C 주소 확인을 위한 'I2C 스캐너' 사용법

배선을 완벽하게 했는데도 화면이 나오지 않는다면, OLED의 실제 I2C 주소가 다를 수 있습니다(0x3C 또는 0x3D). 이럴 때 아래 코드를 사용해 연결된 장치의 주소를 즉시 확인할 수 있습니다.

1. 사용 방법

• 아두이노와 OLED를 연결한 상태에서 아래 코드를 복사해 업로드합니다.

• 시리얼 모니터를 열고 보드레이트를 9600으로 맞춥니다.

• 화면에 I2C device found at address 0xXX라고 뜨는 주소를 확인합니다.

2. I2C 스캐너 소스 코드(아두이노에 아래의 코드를 붙여넣어 실행하면 어드레스가 Serial Monitor로 확 할 수 있습니다.

// ============================================

// I2C 스캐너 (I2C Scanner)

// 동작: 연결된 모든 I2C 장치의 주소를 찾아

// 시리얼 모니터에 출력합니다.

// 사용법: 업로드 후 시리얼 모니터 열기 (9600bps)

// ============================================

#include <Wire.h> // I2C 통신 라이브러리 (아두이노 기본 내장)

void setup() {

Wire.begin(); // I2C 통신 시작 (SDA=A4, SCL=A5 자동 설정)

Serial.begin(9600); // 시리얼 통신 시작 (모니터 속도 9600bps)

while (!Serial); // 시리얼 포트 준비될 때까지 대기

// (Leonardo, Micro 보드 필요. Uno는 없어도 무방)

Serial.println("\nI2C Scanner"); // 시작 메시지 출력

}

void loop() {

byte error; // I2C 통신 오류 코드 저장 변수

byte address; // 검사할 I2C 주소 (1~126)

int nDevices = 0; // 발견된 장치 수 카운터

Serial.println("Scanning..."); // 스캔 시작 메시지

// ── I2C 주소 전체 범위 순서대로 검사 ──────────────

// I2C 주소는 7비트 → 유효 범위: 0x01 ~ 0x7E (1 ~ 126)

// 0x00은 브로드캐스트 주소라 제외

for (address = 1; address < 127; address++) {

// 해당 주소로 전송 시작 (데이터 없이 주소만 보냄)

Wire.beginTransmission(address);

// 전송 종료 후 오류 코드 확인

// 반환값: 0 = 성공(장치 있음), 2 = 주소 없음, 그 외 = 오류

error = Wire.endTransmission();

if (error == 0) {

// ── 장치 발견! 주소 출력 ────────────────────

Serial.print("I2C device found at address 0x");

// 주소가 16(0x10) 미만이면 앞에 "0" 붙여서

// 0x3C → "0x3C" / 0x09 → "0x09" 형식으로 출력

if (address < 16) Serial.print("0");

Serial.print(address, HEX); // 16진수로 주소 출력

Serial.println(" !");

nDevices++; // 발견 장치 수 증가

}

}

// ── 스캔 결과 출력 ────────────────────────────────

if (nDevices == 0)

Serial.println("No I2C devices found\n"); // 장치 없음

else

Serial.println("done\n"); // 스캔 완료

delay(5000); // 5초 후 다시 스캔 (장치 탈착 감지용)

}

출력 예시 (시리얼 모니터)

I2C Scanner

Scanning...

I2C device found at address 0x3C !

done

Scanning...

I2C device found at address 0x3C !

done

코드 실행 후 시리얼 모니터 화면, 어드레스를 리턴해 보여줍니다.

4.3 브레드보드 배선

브레드보드를 활용한 아두이노 UNO R3와 SSD1306 OLED 배선) [ Vcc, GND, SCL-A5(초록선), SDA-A4(노랑선) 배선] [도면작성 툴: Wokwi]

5장. 기본 예제 — 이름 표시 & 카운터 프로그램

접기/펴기

아두이노 I2C OLED 기본 동작, 텍스트, 카운터 동작

5.1 예제 개요

이 예제는 OLED 화면에 이름(타이틀)을 표시하고, 1초마다 카운터가 증가하는 기본 프로그램입니다. OLED 초기화, 텍스트 크기 설정, 구분선 그리기, 부분 화면 갱신 기법을 모두 담고 있습니다.

5.2 동작 설명

• 전원 켜면 타이틀(MIN T)과 부제목이 표시됩니다.

• 하단에 가로 구분선이 그려집니다.

• 1초마다 Count 값이 1씩 증가합니다.

• fillRect()로 카운터 영역만 지우고 다시 써서 깜빡임을 최소화합니다.

5.3 소스 코드 (주석 포함)

// ============================================

// 민선생의 전자공방 - OLED 기본 예제

// 파일명: ex_oled_basic.ino

// 동작: 타이틀 표시 + 1초 카운터

// 보드: Arduino Uno R3

// OLED: SSD1306 128x64 I2C (주소 0x3C)

// ============================================

// ── 라이브러리 포함 ───────────────────────────

#include <Wire.h> // I2C 통신 라이브러리

#include <Adafruit_GFX.h> // GFX 그래픽 기반 라이브러리

#include <Adafruit_SSD1306.h> // SSD1306 OLED 드라이버

// ── 상수 정의 ─────────────────────────────────

#define SCREEN_W 128 // OLED 가로 픽셀 수

#define SCREEN_H 64 // OLED 세로 픽셀 수

#define OLED_ADDR 0x3C // I2C 주소 (0x3D인 모듈도 있음)

#define OLED_RESET -1 // 리셋 핀 없으면 -1

// ── OLED 객체 생성 ────────────────────────────

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_W, SCREEN_H, &Wire, OLED_RESET);

// ── 카운터 변수 (전역) ────────────────────────

int cnt = 0;

void setup() {

Serial.begin(9600); // 시리얼 모니터 (디버그용)

// OLED 초기화 - 실패 시 무한 대기

if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR)) {

Serial.println("SSD1306 init failed");

while (1); // 초기화 실패 시 정지

}

display.clearDisplay(); // 화면 전체 지우기

// ── 큰 글자 타이틀 출력 ───────────────────

// TextSize(2) = 12px 글자, 10글자까지 표시 가능

display.setTextSize(2);

display.setTextColor(SSD1306_WHITE);

display.setCursor(0, 0); // 좌상단 시작

display.println("MIN T"); // 타이틀 출력

// ── 작은 글자 부제목 ─────────────────────

display.setTextSize(1); // TextSize(1) = 6px

display.setCursor(0, 20); // y=20 위치에 커서

display.println("Min teacher's shop");

display.println("SSD1306 OLED Test");

// ── 수평 구분선 그리기 ───────────────────

// drawLine(x0, y0, x1, y1, color)

display.drawLine(0, 42, 127, 42, SSD1306_WHITE);

// ── 카운터 초기값 표시 ───────────────────

display.setCursor(0, 50);

display.print("Count: 0");

display.display(); // 버퍼 내용을 실제 화면에 출력

}

void loop() {

cnt++; // 카운터 1 증가

// ── 카운터 영역만 지우기 ─────────────────

// fillRect(x, y, width, height, color)

// y=50 에서 높이 14px 영역을 검은색으로 채움

display.fillRect(0, 50, 128, 14, SSD1306_BLACK);

// ── 새 카운터 값 출력 ────────────────────

display.setTextSize(1);

display.setTextColor(SSD1306_WHITE);

display.setCursor(0, 50);

display.print("Count: ");

display.print(cnt); // 정수값 출력

display.display(); // 화면 갱신

delay(1000); // 1초 대기

}

6장. 심화 과제 — 바운싱 볼 애니메이션

브레드보드를 활용한 아두이노 UNO R3와 SSD1306 OLED 배선) [ Vcc, GND, SCL-A5(초록선), SDA-A4(노랑선) 배선] [도면작성 툴: Wokwi]

접기/펴기

아두이노 OLED 공바운스 동작영상

6.1 예제 개요

이 예제는 화면 안에서 공이 벽에 부딪힐 때마다 방향을 바꾸며 튕기는 애니메이션입니다. float 타입의 속도 변수(vx, vy)와 충돌 감지 로직을 이해하면 다양한 그래픽 애니메이션의 기초가 됩니다.

6.2 동작 원리

• 공의 위치(bx, by)에 매 루프마다 속도(vx, vy)를 더해 이동합니다.

• 공이 화면 테두리(벽)에 닿으면 해당 방향의 속도 부호를 반전시킵니다.

• clearDisplay() → 그리기 → display() 를 반복해 애니메이션을 구현합니다.

• delay(20) = 약 50fps 속도로 부드럽게 움직입니다.

💡 vx=2.5, vy=1.8 의 비율이 중요합니다!
두값이 같으면 공이 대각선만 반복합니다. 서로 소수인 비율을 사용하면
공이 화면 전체를 고루 누비는 예쁜 궤적을 그립니다.

6.3 소스 코드 (주석 포함)

// ============================================

// 민선생의 전자공방 - OLED 바운싱 볼

// 파일명: Oled_bounce_ball.ino

// 동작: 공이 화면 벽에서 튕기는 애니메이션

// 보드: Arduino Uno R3

// OLED: SSD1306 128x64 I2C (주소 0x3C)

// ============================================

#include <Wire.h>

#include <Adafruit_GFX.h>

#include <Adafruit_SSD1306.h>

// ── 상수 정의 ─────────────────────────────────

#define SCREEN_W 128 // 화면 가로 픽셀

#define SCREEN_H 64 // 화면 세로 픽셀

#define OLED_ADDR 0x3C // I2C 주소

#define OLED_RESET -1 // 리셋 핀 없음

#define BALL_R 5 // 공 반지름 (픽셀)

// 크게 하면 공이 커짐

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_W, SCREEN_H, &Wire, OLED_RESET);

// ── 공 상태 변수 ──────────────────────────────

float bx = 20, by = 20; // 공의 현재 X, Y 좌표

// float: 소수점 이하로 부드럽게 이동

float vx = 2.5, vy = 1.8; // X, Y 방향 속도

// 서로 소 비율 → 다양한 궤적

int bounces = 0; // 벽 충돌 횟수 카운터

void setup() {

if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR)) {

while (1); // 초기화 실패 시 정지

}

display.clearDisplay();

}

void loop() {

// ── 공 위치 업데이트 ─────────────────────

bx += vx; // X 위치 += X 속도

by += vy; // Y 위치 += Y 속도

// ── X축 벽 충돌 감지 ─────────────────────

if (bx - BALL_R <= 0) { // 왼쪽 벽 충돌

bx = BALL_R; // 벽 안쪽으로 위치 보정

vx = abs(vx); // X 속도를 양수로 (오른쪽으로)

bounces++;

}

if (bx + BALL_R >= SCREEN_W - 1) { // 오른쪽 벽 충돌

bx = SCREEN_W - 1 - BALL_R;

vx = -abs(vx); // X 속도를 음수로 (왼쪽으로)

bounces++;

}

// ── Y축 벽 충돌 감지 ─────────────────────

if (by - BALL_R <= 0) { // 상단 벽 충돌

by = BALL_R;

vy = abs(vy); // Y 속도를 양수로 (아래쪽으로)

bounces++;

}

if (by + BALL_R >= SCREEN_H - 1) { // 하단 벽 충돌

by = SCREEN_H - 1 - BALL_R;

vy = -abs(vy); // Y 속도를 음수로 (위쪽으로)

bounces++;

}

// ── 화면 그리기 ──────────────────────────

display.clearDisplay(); // 이전 프레임 지우기

// 화면 테두리 그리기

display.drawRect(0, 0, SCREEN_W, SCREEN_H, SSD1306_WHITE);

// 공 그리기 (속이 찬 원)

// float → int 캐스팅으로 픽셀 단위 변환

display.fillCircle((int)bx, (int)by, BALL_R, SSD1306_WHITE);

// 좌표 및 충돌 횟수 표시

display.setTextSize(1);

display.setTextColor(SSD1306_WHITE);

display.setCursor(4, 2);

display.print("x:"); display.print((int)bx);

display.print(" y:"); display.print((int)by);

display.setCursor(80, 2);

display.print("B:"); display.print(bounces);

display.display(); // 버퍼 → 화면 출력

delay(20); // 20ms 대기 = 약 50fps

}

6.4 파라미터 변경으로 다양한 효과

변수/상수	변경 예시	효과
BALL_R	3 → 10	공 크기 변화
vx, vy	1.0, 1.0 → 4.0, 3.5	공 이동 속도 빠르게
delay(20)	20 → 50	프레임 속도 느리게
fillCircle	drawCircle으로 변경	속이 빈 공(테두리만)

다음 과제 예고

다음 포스팅에서는 서보모터(Servo Motor)를 추가하여 OLED 화면에 서보의 현재 각도를 실시간으로 표시하는 과제를 진행합니다.

• 서보모터 PWM 제어 원리

• I2C OLED + 서보모터 동시 제어

• OLED에 각도 게이지 바 그래픽 표시