Interfacing 에서 사용하는 신호는 크게 4가지가 있으며 종류로는 Digital Input, Digital Output, Analog Input, Anaolg Output이 있다. 신호의 흐름에 따라 입력(Input)과 출력(Output)으로 나눌 수 있으며, 신호의 종류에 따라 Digital 과 Analog 신호로 나눌 수 있다. Digital 신호의 경우 0 또는 1의 값으로 표현되며, Ananlog 신호의 경우 전압 또는 전류의 연속적인 값을 가질 수 있다. (ref 1,2,3)

  1. Digital Input

     Digital Input은 아래 그림의 왼쪽과 같이 외부의 On/Off 또는 1/0의 신호를 받아 들이는 것으로, 스위치의 눌림 확인, 광센서를 사용한 물체의 지나침에따른 빛의 가리움, 보안센서와 같이 문의 열고 닫힘, 그리고 물센서와 같이 물이 일정량 차있는지 아닌지 등을 판단할 수 있다. 이 모든 신호는 있고 없음의 종류로 1/0 으로 표시가능하며 이러한 신호를 읽기 위하여 Digital Input을 사용한다.

                               
ref) https://www.controlbyweb.com/x408/            MCU(Micro Control Unit)의 Digital Input
     Digital Input은 장치로 부터 신호를 읽어들이는 방법으로, 위 그림의 오른쪽 스위치와 같은 경우 누르거나(On, 1, 참) 누르지 않는 경우(Off, 0, 거짓)의 읽어들이는 신호가 두가지 인 경우 두 종류의 신호를 1, 또는 0으로 표현할 수 있고, 이것을 전기적인 신호로 변환하여 장치의 Interface 장치의 Digital Input을 통하여 읽을 수 있다.

                     
ref) https://www.electronics-tutorials.ws/io/input-interfacing-circuits.html
하나의 스위치 그리고 여러개의 스위치를 사용한 Digital Input
     스위치를 사용하여 Digital Input 신호를 받아들일 경우 스위치 하나를 사용할 수 있지만, 여러개의 스위치를 읽어 들일 수 있다. 위 그림의 왼쪽처럼 하나의 스위치를 상용할 경우도 있지만 오른쪽과 같이 4개의 스위치 상태를 읽을 수 있다. 4개의 스위치를 읽을 경우, 읽어들인 수를 사용하여 만들수 있는 경우의 수는 모두 16개로 16개의 상태를 만들어 낼 수 있으며 이와같은 방법으로 여러 종류의 기능을 설정할 수 있다.

                
ref) https://www.electronics-tutorials.ws/io/input-interfacing-circuits.html
Digital Input을 위한 CdS 연결 회로
     위의 그림은 빛 센서로 사용하는 CdS를 이용하여 주변 빛에 따른 Digtital Input 신호를 만들어내는 회로(왼쪽)와 이를 사용한 응용회로(오른쪽)를 나타낸 것이다. 빛의 유무에 따라 CdS의 저항값이 바뀌고 이에따라 Vout이 빠귀게 되어 이신호를 읽어 빛의 유무를 판단 할 수 있다. 오른쪽는 CdS로 신호를 만들고 이 신호로 TR을 동작하여 realy를 구동하도록 만든 회로로 CdS의 응용회로로 널리 사용한다.

  2. Digital Output

     5V 또는 0V의 출력을 사용하여 장치를 켜고 끄기 위하여 Digital Output을 사용한다. Digital Output은 1 또는 0의 신호를 내보내는 것으로 대부분 1의 신호는 5V를 0의 신호는 0V 출력을 내보내게 된다. 위의 그림의 왼쪽은 Digital Output 신호를 사용하여 Motor를 구동하는 회로로써 Digital Output 신호를 저항 470 ohm 저항을 통하여 TR의 입력 신호로 사용하였고, 이 신호에 의하여 TR이 동작하고 이에 따라서 Realy를 동작하게 한다. Realy는 전구를 구동한다.

      
Digital Input을 사용한 램프 구동 회로(왼쪽) 및 Solenoid 구동 회로(오른쪽)
     오른쪽 회로의 경우 Digtao 출력을 사용하여 Solenoid를 구동하는 회로로써 Digital Output 신호가 High (1 또는 5V)로 될때 TR이 On 되고 이에따라 전류가 Vcc에서 Solenoid를 통하여 TR의 Collector 에서 Emitter로 흐르게 되면서 Solenoid 가 동작하게 된다. 이렇듯 Digital Output은 장치를 컨트롤하기 위하여 기본적으로 사용하는 Interface 신호이다.

  3. Analog Input

     Interface에서 Digital Input, Output도 중요하지만 Analog Input 역시 매우 중요하다. 외부의 물리적인 량을 측정하거나 실시간으로 연속적인 신호(Analog Signal)를 읽기 위하여 반드시 사용해야하는 Interface 신호처리가 Analog Input이다.      
ref) https://www.electronics-tutorials.ws/io/input-interfacing-circuits.html
Photodiode를 사용하여 빛의 량을 측정하기 위한 회로 및 NTC 센서(Thermistor)를 사용한 온도 측정 회로

  4. Analog Output

     Analog Output의 신호 흐름은 Anaoig Input의 반대로 MCU 또는 PC에서 사용하는 Digital 신호의 형식을 연속적인 전압이나 전류의 형태로 MCU나 PC에서 장치쪽으로 나가게 된다. 많은경우 Analog Output을 사용하기 위하여 DAC(Digital Analog Covereter)를 사용하며, 대부부분 MCU를 통하여 DAC를 제어하게 된다. 아래 그림은 에서 Digital 신호를 DAC를 사용하여 연속적인 신호인 Analog 신호로 변화하여 출력하는 모습을 나타낸 그림으로 MCU 또는 PC에서 사용하는 Digital 신호를 n Bit의 DAC를 사용하여 전압 또는 전루의 형태로 변환하고 필터를 통하여 계단형식의 신호를 부드럽게 바꾸어 최종적으로 부드러운 Analog Output 신호를 얻을 수 있다.


ref) https://www.electronics-tutorials.ws/io/input-interfacing-circuits.html
연속적인 전압 출력 (Analog Output)을 만들기 위한 회로

참고:

     1. Analog vs Digital: What's the Difference?
     2. Analog vs. Digital
     3. Analog Signals vs. Digital Signals
     4. Interfacing Sensors and Actuators
     5. Part One: some basic definitions
     6. Digital Input & Output
     7. How to wire digital inputs?
     8. How to wire digital outputs?
     9. Input Interfacing Circuits
     10. Light Sensors
     11. Output Interfacing Circuits
     12. Digital to Analog Conversion
     13. Programming the Digital I/O Interface of a PIC microcontroller