디지털 회로와 아날로그 회로의 차이｜전자공작 입문자를 위한 기초 해설
1 분
- 디지털 회로란 0과 1로 생각하는 회로
- 아날로그 회로는 연속적인 변화를 다룬다
- LED 제어로 보는 차이
- 마이크로컨트롤러 입력으로 보는 차이
- 아날로그 입력은 분해능에 따라 세밀함이 결정된다
- 정리
전자공작을 시작하면 '디지털 회로'와 '아날로그 회로'라는 말을 자주 접하게 됩니다. 둘 다 전기를 이용해 동작하는 전자 회로이지만, 신호를 다루는 방식이 크게 다릅니다. 기술 서적 등에서는 디지털 전자 회로를 '디지탈 전자 회로'로 표기하기도 합니다.
Arduino 등의 마이크로컨트롤러를 사용할 때는 LED를 ON/OFF하거나 스위치 상태를 읽는 상황에서 디지털 회로의 개념이 등장합니다. 반면 밝기, 온도, 소리, 전압의 변화 등을 다룰 때는 아날로그 회로의 개념이 관련됩니다.
디지털 회로란 0과 1로 생각하는 회로
디지털 회로는 신호를 0과 1처럼 명확한 상태로 다룹니다. 예를 들어 LED가 꺼진 상태를 0, 켜진 상태를 1로 생각하면 이해하기 쉽습니다. 회로나 프로그램을 어떻게 정하느냐에 따라 반대가 되는 경우도 있지만, 중요한 것은 상태를 두 가지로 나누어 다룬다는 점입니다.
스위치도 마찬가지입니다. 눌리지 않은 상태를 0, 눌린 상태를 1로 하여 마이크로컨트롤러가 읽도록 합니다. 이처럼 디지털 회로에서는 'ON인가 OFF인가', 'High인가 Low인가'처럼 상태를 구분하여 판단합니다.
아날로그 회로는 연속적인 변화를 다룬다
아날로그 회로는 전압이나 전류처럼 연속적으로 변화하는 신호를 다룹니다. 예를 들어 방의 밝기는 갑자기 0이나 1로만 바뀌는 것이 아니라, 조금씩 밝아지거나 어두워집니다. 즉, 두 가지 값만으로는 다 표현할 수 없는 신호를 다루는 것이 아날로그 회로입니다.
온도 센서나 가변저항, 소리 신호 등도 연속적으로 변화하는 값으로 생각합니다. 전자공작에서는 이러한 값을 마이크로컨트롤러의 아날로그 입력으로 읽어 수치로 다루기도 합니다.
LED 제어로 보는 차이
LED를 단순히 켜고 끄기만 한다면 디지털 회로의 개념으로 충분합니다. 마이크로컨트롤러의 출력을 1로 하면 점등되고, 0으로 하면 소등됩니다.
반면 LED의 밝기를 변화시키고 싶은 경우에는 단순한 0과 1만으로는 표현할 수 없습니다. 실제 전자공작에서는 PWM 제어 등을 사용해 점등과 소등을 세밀하게 전환하여 겉보기 밝기를 조절합니다. 이는 디지털 출력을 사용하면서 아날로그적인 변화를 만들어 내는 것이라고 볼 수 있습니다.
마이크로컨트롤러 입력으로 보는 차이
스위치처럼 '눌렀다', '누르지 않았다'만 확인한다면 디지털 입력이 적합합니다. 결과가 0 또는 1이므로 프로그램에서도 조건 분기를 하기 쉬워집니다.
하지만 가변저항의 위치나 센서 값처럼 중간 단계의 변화를 읽고 싶은 경우에는 아날로그 입력이 필요합니다. 0 또는 1만이 아니라 그 사이의 변화를 수치로 읽어 들임으로써 세밀한 제어가 가능해집니다.
아날로그 입력은 분해능에 따라 세밀함이 결정된다
마이크로컨트롤러로 아날로그 신호를 읽을 때, 연속적으로 변화하는 전압을 그대로 무한히 세밀하게 다룰 수 있는 것은 아닙니다. 실제로는 ADC라고 불리는 아날로그 입력 회로에서 전압을 수치로 변환하여 다룹니다.
이때 얼마나 세밀하게 수치화할 수 있는지를 나타내는 개념이 분해능입니다. 같은 0V에서 5V까지의 전압을 읽더라도 분해능이 낮으면 거친 수치로만 읽을 수 있고, 분해능이 높으면 더 미세한 변화까지 읽어 내기 쉬워집니다. 마이크로컨트롤러로 신호를 받아들일 때는 '얼마나 세밀하게 읽을 수 있는가'도 의식해 두면 이해하기 쉬워집니다.
정리
디지털 회로는 0과 1로 상태를 판단하는 회로, 아날로그 회로는 연속적으로 변화하는 신호를 다루는 회로입니다. 전자공작에서는 LED의 ON/OFF나 스위치 입력에는 디지털 회로, 밝기나 온도 등의 변화를 다루는 상황에서는 아날로그 회로의 개념이 도움이 됩니다.
다만 마이크로컨트롤러로 아날로그 신호를 다룰 때는 분해능에 따라 읽어 낼 수 있는 세밀함이 정해집니다. 또한 아날로그 입력 핀의 수에는 한계가 있으므로, 기판을 만들기 전에 어떤 신호를 아날로그로 읽을지 정리해 두는 것이 중요합니다.
우선 '명확하게 나누는 것이 디지털', '부드럽게 변하는 것이 아날로그'라고 기억해 두면 아날로그 회로와 디지털 회로의 차이를 이해하기 쉬워집니다.
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