[macrokeypad 제작기 2부] RP2040-Zero 핀맵 분석 및 매크로 키패드 회로 설계

1. 설계의 시작: RP2040-Zero 핀 특성 파악

성공적인 매크로 키패드 제작을 위해서는 사용하려는 MCU의 핀 특성을 정확히 이해해야 한다. RP2040-Zero는 라즈베리 파이 피코와 동일한 칩을 쓰지만, 보드 크기가 작아 핀 배치가 조밀하다. 특히 수작업 배선을 해야 하므로, 전선이 서로 꼬이지 않도록 효율적인 GPIO 배치가 필수적이다.

 

이 보드는 총 29개의 GPIO를 제공한다. 그중 보드 가장자리에 노출된 핀들을 우선적으로 활용하여 배선의 난이도를 낮추는 방향으로 설계를 진행한다.

---

2. 최적의 GPIO 할당 (Pin Assignment)

3×3 매트릭스, 로터리 엔코더, 레이어 표시 LED, 그리고 RGB 조명까지 모든 기능을 구현하기 위한 최종 핀 맵은 다음과 같다.

총 13개의 핀을 사용하고 있다.

기능 분류	세부 항목	GPIO 번호	주요 역할
키 매트릭스	Rows (행)	GP0, GP1, GP2	가로 3줄 제어
	Cols (열)	GP3, GP4, GP5	세로 3줄 제어
로터리 엔코더	A / B Phase	GP6, GP7	회전 방향 및 속도 감지
	Push Button	GP8	레이어 전환 (클릭)
레이어 LED	LED 1 ~ 4	GP9, GP10, GP11, GP12	현재 활성 레이어 표시
RGB LED	WS2812 Data	GP26	상태 표시 및 언더글로우 조명

 

"주의: 내장 LED와 외부 LED의 간섭 피하기"

RP2040-Zero 보드에는 이미 GPIO 16번에 내장 RGB LED가 연결되어 있다. 하지만 이 내장 LED는 크기가 작아 외부 조명으로 쓰기에는 한계가 있다. 따라서 별도의 외부 RGB LED 스트립이나 모듈을 제어하기 위해, 이번 설계에서는 간섭이 없는 GPIO 26번을 데이터 핀으로 사용하기로 했다. 이렇게 하면 보드 내장 LED는 시스템 상태 표시용으로, 외부 LED는 화려한 조명 효과용으로 분리해서 제어할 수도 있다.

---

3. 상세 회로 설계 및 주의사항

회로도를 작성할 때 가장 주의해야 할 세 가지 핵심 포인트를 정리한다.

 

① 키 매트릭스와 다이오드 (Anti-Ghosting)

3×3 매트릭스 구조에서는 두 개 이상의 키를 동시에 누를 때 발생하는 '고스트 키' 현상을 방지해야 한다. 이를 위해 각 스위치마다 1N4148 다이오드를 직렬로 연결한다.

• 연결 순서: Row → 스위치 → 다이오드(애노드/캐소드 방향 주의) → Col
• Vial 펌웨어의 기본 설정에 맞춰 다이오드의 방향을 일관되게 배치하는 것이 중요하다.

② 로터리 엔코더 배선

엔코더는 두 개의 위상 신호(A, B)를 통해 회전을 감지한다.

• 세 핀(A, B, 스위치)의 공통 단자는 모두 GND로 연결한다.
• RP2040 칩 자체의 내부 풀업 저항을 사용하므로 별도의 풀업 저항을 달 필요가 없어 회로가 간결해진다.

③ 레이어 표시 LED 및 RGB LED

• 레이어 LED: 각 GPIO(9~12)에 LED의 +극을 연결하고, -극에는 330Ω 저항을 달아 GND에 연결한다. 저항은 LED의 소손을 방지하고 밝기를 적절하게 유지해준다.
• RGB LED (WS2812): 데이터 핀인 GP26에 연결한다. 5V 전원과 GND를 공유하며, 필요한 경우 여러 개의 LED를 직렬로 연결하여 화려한 효과를 줄 수 있다.

---

4. 수작업 배선을 위한 설계 팁

이번 프로젝트는 PCB 없이 직접 선을 잇는 방식이므로, 회로 설계 단계에서부터 조립 편의성을 고려해야 한다.

• 공통 GND 라인(Bus Bar): 모든 부품의 GND를 일일이 보드에 꽂는 것은 불가능에 가깝다. 하나의 굵은 전선을 'GND 버스'로 삼아 모든 GND를 그 선에 모은 뒤, 보드의 GND 핀 하나로 연결하는 것이 훨씬 깔끔하다.
• 핀 배치 전략: 보드 왼쪽 핀(GP0~GP8)은 키 매트릭스와 엔코더에, 오른쪽 핀(GP9~GP12)은 LED에 할당하여 배선이 보드 위를 가로지르지 않도록 설계했다.
• 핀 배치 변경 가능성: 회로설계 단계에서의 핀배치는 실제로 부품을 실장하고 납땜을 하는 과정에 불편함이 발견되면 즉시 다른 위치로 변경하고 작업할 수도 있어 지금 단계에서 확정적이라고 할 수는 없다.

---

5. 마무리

핀맵 분석과 회로 설계가 완료되었다면 제작의 절반은 끝난 셈이다. 이 설계도는 단순한 그림이 아니라, 이후 진행될 Fusion 360 케이스 설계의 치수 기준이 되고 Vial 펌웨어 설정의 기초 데이터가 된다.

 

다음 글에서는 이 회로와 부품들이 들어갈 최적의 공간을 Fusion 360으로 설계하고, 3D 프린터로 출력하는 과정을 다뤄보고자 한다.