디지털 신호란? 0과 1이 전기 신호로 전달되는 원리

현장에서 시작하는 질문#

서버 프로그램에는 분명히 OPEN 명령을 전송했다고 기록되어 있는데 차단기는 움직이지 않습니다.

프로그램 로그를 보면 정상입니다. 네트워크 장비에도 특별한 오류가 없습니다. 그런데 실제 장비는 아무런 반응을 하지 않습니다.

이런 상황에서 개발자는 흔히 프로그램부터 의심합니다.

하지만 데이터 통신에서는 프로그램이 명령을 만들었다는 사실과 실제 전선에서 그 명령이 정상적으로 전달됐다는 사실이 서로 다릅니다.

하나의 명령은 대략 다음과 같은 과정을 거칩니다.

프로그램
   ↓
논리 데이터
   ↓
0과 1의 비트
   ↓
전기적 신호
   ↓
케이블
   ↓
전기적 신호 판별
   ↓
0과 1 복원
   ↓
프로토콜 해석
   ↓
장비 동작

따라서 통신 장애를 분석하려면 단순히 "데이터를 보냈는가?"만 확인해서는 부족합니다.

어떤 장비가 보냈는가
언제 보냈는가
어떤 인터페이스를 사용했는가
실제 전기 신호가 정상적이었는가
수신 장비가 그 신호를 어떻게 해석했는가
명령을 받은 뒤 물리적인 상태가 실제로 바뀌었는가

이런 여러 증거를 함께 살펴봐야 합니다.

이번 장에서는 그중 가장 아래쪽에 있는 질문을 다룹니다.

컴퓨터가 사용하는 0과 1은 실제 전선에서는 어떤 모습일까?

0과 1은 전선 안에서 돌아다니지 않는다#

컴퓨터 내부에서는 모든 데이터를 결국 0과 1이라는 비트로 표현합니다.

하지만 전선을 잘라 내부를 들여다본다고 해서 작은 0과 1이 이동하는 것은 아닙니다.

실제로 이동하는 것은 물리적인 신호입니다.

유선 통신이라면 주로 전압의 변화나 두 선 사이의 전압 차이를 이용하고, 광통신에서는 빛을 사용합니다. 무선 통신에서는 전자기파의 특성을 변화시켜 데이터를 전달합니다.

즉,

논리 세계

0
1

      ↓ 변환

물리 세계

전압
전류
빛
전자기파

가 됩니다.

이번 장에서는 이 가운데 네트워크와 산업 장비에서 쉽게 접할 수 있는 전기적 디지털 신호를 중심으로 설명합니다.

디지털 신호란 무엇인가#

디지털 신호를 처음 배우면 흔히 다음과 같이 생각합니다.

0V = 0
5V = 1

입문 단계에서는 이해하기 편한 설명이지만 실제 시스템은 그렇게 단순하지 않습니다.

수신 회로는 일반적으로 일정한 전압 범위와 임계값을 기준으로 신호를 판단합니다.

예를 들어 어떤 회로가 다음과 같이 동작한다고 가정해 보겠습니다.

낮은 전압 영역 → Low → 논리 0

높은 전압 영역 → High → 논리 1

중요한 것은 정확히 하나의 전압값이 아니라 어느 범위를 Low와 High로 인정하는가입니다.

디지털 회로는 이런 방식으로 현실 세계의 연속적인 전기 신호를 논리적인 두 상태로 해석합니다.

Analog Signal과 Digital Signal의 차이#

아날로그와 디지털의 차이는 자동차 속도계를 생각하면 쉽게 이해할 수 있습니다.

아날로그 방식은 속도를 그대로 표현합니다.

0 km/h
21 km/h
42.5 km/h
78 km/h
101 km/h

값이 연속적으로 변할 수 있습니다.

반면 디지털 판단을 단순화하면 다음과 비슷합니다.

정지 → 0
주행 → 1

현실에는 수많은 중간 상태가 존재하지만 시스템은 일정한 기준을 이용해 상태를 구분합니다.

전기 신호도 비슷합니다.

실제 전선의 전압은 완벽하게 직선적인 사각파가 아닙니다.

상승하고 내려가는 데 시간이 필요하고, 잡음이 섞이며, 케이블 특성에 따라 파형이 변형될 수도 있습니다.

수신 회로는 이런 현실적인 신호를 보고

이 정도면 Low
이 정도면 High

라고 판단합니다.

Voltage와 Current부터 이해하기#

전기 통신을 이해하려면 전압과 전류를 구분해야 합니다.

Voltage#

Voltage는 두 지점 사이의 전위 차이입니다.

단위는 볼트 V를 사용합니다.

흔히 수도관의 압력에 비유합니다.

압력 차이가 존재하기 때문에 물이 움직일 수 있는 것처럼, 전기 회로에서는 전위 차이가 전하를 움직이게 하는 조건을 만듭니다.

Current#

Current는 단위 시간 동안 이동하는 전하의 양입니다.

단위는 암페어 A를 사용합니다.

수도관 비유에서는 실제로 흐르는 물의 양과 비슷합니다.

하지만 여기서 중요한 점이 있습니다.

일반적인 디지털 논리에서

전압 = 데이터
전류 = 데이터

라고 단순하게 볼 수는 없습니다.

많은 디지털 인터페이스에서는 전압 또는 두 선 사이의 전압 차이를 수신기가 판별하여 논리 상태를 결정합니다.

전류는 신호를 실제 회로에서 전달하는 데 반드시 필요하지만, 항상 전류값 자체가 0과 1을 의미하는 것은 아닙니다.

High와 Low는 절대적인 값이 아니다#

가장 중요한 개념 중 하나입니다.

High와 Low는 모든 장비에서 동일하지 않습니다.

논리 회로 종류, 공급 전압, 인터페이스 규격, 제조사 설계에 따라 기준이 달라집니다.

전통적인 5V TTL 입력을 예로 들면 일반적으로 다음과 같은 기준을 볼 수 있습니다.

0 ~ 0.8V
→ Low로 인식

2.0V 이상
→ High로 인식

그 사이 영역은 정상적인 논리 상태로 보장되지 않는 영역으로 취급합니다.

하지만 이 값을 모든 장비에 그대로 적용해서는 안 됩니다.

CMOS, 3.3V 시스템, 1.8V 시스템 등에서는 기준이 다를 수 있습니다.

따라서 현장에서 가장 중요한 원칙은 간단합니다.

High와 Low의 정확한 판단 기준은 해당 장비의 데이터시트와 인터페이스 규격을 확인한다.

0과 1이 실제 전선으로 전달되는 과정#

이제 송신 장치에서 수신 장치까지 한 비트가 이동하는 과정을 살펴보겠습니다.

1단계. 프로그램이 데이터를 만든다#

예를 들어 프로그램이 문자 A를 전송한다고 생각해 보겠습니다.

ASCII에서 A는 십진수 65이며 이진수로 표현하면 다음과 같습니다.

01000001

프로그램에서는 데이터에 불과합니다.

2단계. 통신 회로가 비트를 전기 신호로 변환한다#

UART, Ethernet PHY, RS-485 트랜시버와 같은 통신 회로가 논리적인 비트를 실제 전송 가능한 신호로 변환합니다.

개념적으로 보면 다음과 같습니다.

0 → 특정 전기 상태
1 → 다른 전기 상태

하지만 어떤 전기 상태를 사용하는지는 통신 방식마다 다릅니다.

3단계. 신호가 케이블을 따라 이동한다#

신호는 케이블을 지나면서 완벽한 모습 그대로 유지되지 않습니다.

다음과 같은 영향을 받을 수 있습니다.

케이블 길이
케이블 임피던스
주변 전자기 노이즈
접지 상태
커넥터 품질
종단 처리
전송 속도
케이블 배선 구조

이런 요인 때문에 파형이 감쇠하거나 왜곡될 수 있습니다.

4단계. 수신 회로가 신호를 판정한다#

수신 회로는 들어온 전기 신호를 측정하여 논리적인 비트로 복원합니다.

물리 신호
↓
판정
↓
0 또는 1

신호 품질이 충분하다면 원래 전송한 비트를 복원할 수 있습니다.

5단계. 비트가 다시 의미 있는 데이터가 된다#

수신된 비트는 다시 Byte, Frame, Packet 같은 구조로 조립됩니다.

전기 신호
↓
Bit
↓
Byte
↓
Frame
↓
Packet
↓
명령 또는 데이터

바로 이 과정 때문에 앞에서 배운 Bit부터 Packet까지의 구조와 실제 전기 신호는 서로 떨어진 개념이 아닙니다.

잡음이 들어오면 왜 문제가 생길까#

예를 들어 원래 수신해야 할 신호가 충분히 높은 전압이었다고 생각해 보겠습니다.

정상 신호

──────────── High

그런데 주변 모터, 인버터, 전원선 등의 영향으로 신호에 잡음이 들어옵니다.

잡음이 포함된 신호

────╲_╱──╲__╱────

잡음이 심해져 수신기의 판단 영역을 넘어가면 원래 1이었던 비트를 0으로 잘못 판단할 수 있습니다.

이것이 Bit Error입니다.

비트 하나가 잘못되면 단순한 숫자 하나의 문제가 아닙니다.

Bit 오류
↓
Byte 값 변경
↓
Packet 내용 변경
↓
Checksum 또는 CRC 오류
↓
명령 폐기 또는 재전송

심한 경우 정상 명령이 다른 값으로 해석될 가능성도 있기 때문에 산업 장비에서는 신호 품질과 오류 검출이 매우 중요합니다.

Single-Ended와 Differential Signal#

통신 신호를 이해할 때 반드시 알아야 하는 개념입니다.

Single-Ended 방식#

하나의 신호선을 기준 전위와 비교해 판단합니다.

개념적으로 표현하면 다음과 같습니다.

Signal ──────────────
GND    ──────────────

수신기는 Signal과 기준 전위 사이의 차이를 보고 상태를 판단합니다.

구조가 비교적 단순하지만 먼 거리에서 접지 전위 차이나 외부 노이즈의 영향을 받기 쉬울 수 있습니다.

Differential 방식#

두 개의 선을 사용하고 두 선 사이의 전압 차이를 이용합니다.

A ─────╲____╱─────
B ─────╱────╲─────

외부 잡음이 두 선에 비슷하게 들어온다면 두 선의 차이를 계산하는 과정에서 상당 부분 제거할 수 있습니다.

RS-485가 산업 현장에서 널리 사용되는 중요한 이유 중 하나가 바로 이러한 평형 차동 신호 방식입니다. RS-485는 노이즈가 많은 환경과 비교적 긴 거리의 멀티포인트 통신에 적합하도록 설계된 인터페이스입니다.

RS-485에서는 0과 1을 어떻게 구분할까#

RS-485는 단순히

5V = 1
0V = 0

처럼 한 선의 전압을 보는 방식이 아닙니다.

두 신호선 사이의 차동 전압을 수신기가 판단합니다.

개념적으로는 다음처럼 생각할 수 있습니다.

VA - VB

또는

VB - VA

어느 방향의 전압 차이가 발생했는지를 보고 논리 상태를 판단하는 것입니다.

여기서 현장에서 매우 중요한 주의점이 있습니다.

A와 B 이름만 믿지 않는다#

RS-485 장비에서는 제조사에 따라 A/B 표기 관행이 혼동되는 경우가 있습니다.

따라서

A는 무조건 +
B는 무조건 -

라고 외워서 배선하면 위험합니다.

현장에서는 반드시 제조사가 정의한

A/B
D+/D-
+/-
non-inverting/inverting

표기를 확인해야 합니다.

통신이 되지 않는다면 가장 먼저 장비 양쪽의 핀 정의가 서로 일치하는지 확인하는 것이 좋습니다.

종단저항은 왜 필요한가#

전기 신호는 케이블 끝에 도달했다고 무조건 사라지는 것이 아닙니다.

전송선의 특성 임피던스와 부하가 맞지 않으면 신호 일부가 다시 돌아오는 반사 현상이 발생할 수 있습니다.

반사된 신호가 다음 데이터와 겹치면 파형을 왜곡할 수 있습니다.

그래서 RS-485 버스에서는 케이블 특성에 맞는 종단저항을 사용합니다.

일반적인 RS-485 설계에서 많이 볼 수 있는 값이 120Ω입니다. 이는 RS-485에서 사용하는 대표적인 트위스티드 페어 케이블의 명목 특성 임피던스와 맞추기 위한 값입니다. TI 역시 전형적인 RS-485 네트워크에서 버스 양 끝의 120Ω 종단을 설명하고 있습니다.

다만 여기에서도 중요한 원칙이 있습니다.

무조건 모든 장비에 120Ω 저항을 추가하는 것이 아니라 네트워크 토폴로지와 제조사 설계를 확인해야 한다.

이미 장비 내부에 종단저항이 들어 있거나 스위치로 활성화하도록 만들어진 제품도 있기 때문입니다.

Ethernet의 신호는 High와 Low만으로 설명하기 어렵다#

여기서 한 단계 더 나아가 보겠습니다.

Ethernet 케이블도 결국 전기 신호를 전달하지만 현대 Ethernet을 단순하게

High = 1
Low = 0

로 설명하면 정확하지 않습니다.

Ethernet PHY는 규격에 따라 다양한 인코딩과 신호 방식을 사용합니다.

예를 들어 100BASE-TX는 단순한 두 단계 전압만 보내는 방식이 아니라 4B/5B와 MLT-3 같은 방식을 이용해 물리 신호를 구성합니다.

즉 우리가 프로그램에서 보는

01010110...

이라는 데이터가 실제 LAN 케이블에서는 그대로 같은 모양의 전압 펄스로 나타나는 것이 아닙니다.

중간에 Ethernet PHY가 존재하기 때문입니다.

Application Data
      ↓
TCP / UDP
      ↓
IP
      ↓
Ethernet Frame
      ↓
Ethernet PHY
      ↓
실제 케이블 신호

이 차이를 이해하면 네트워크 계층과 물리 계층을 구분하기가 훨씬 쉬워집니다.

RS-485와 Ethernet은 어떻게 다를까#

비교 항목	RS-485	Ethernet
기본 성격	산업 현장에서 많이 사용하는 물리 계층 인터페이스	LAN을 구성하는 대표적인 네트워크 기술
신호 방식	평형 차동 신호	규격별 PHY 신호 방식
연결 구조	버스·멀티포인트 구성이 일반적	스위치 중심의 스타 구성이 일반적
주소 체계	RS-485 자체에는 장비 주소 규칙이 없음	Ethernet MAC과 상위 IP 주소 체계 사용
프로토콜	Modbus RTU 등 별도 프로토콜 사용 가능	IP, TCP, UDP 등과 함께 사용
주요 현장 요소	A/B 배선, 종단, 바이어스, 접지·공통모드	케이블 규격, 스위치, VLAN, 속도, Duplex
적용 예	센서, PLC, 제어기, 출입 장비	서버, 카메라, PC, 컨트롤러, 네트워크 장비

100BASE-TX와 같은 트위스티드 페어 Ethernet에서는 일반적인 최대 세그먼트 길이가 100m로 정의됩니다. 더 먼 거리가 필요하다면 스위치 같은 중간 장비나 광 Ethernet 등 다른 매체를 사용합니다.

실제 산업 현장에서는 어떻게 사용될까#

주차관제 시스템을 예로 들어보겠습니다.

차량이 입차하면 다음과 같은 장비가 동시에 움직일 수 있습니다.

차량 검지 센서
       ↓
차량번호 인식 카메라
       ↓
현장 컨트롤러
       ↓
주차관제 서버
       ↓
차단기

하지만 이 장비들이 모두 같은 통신 방식을 사용하는 것은 아닙니다.

예를 들어:

차량검지 센서
→ 접점 또는 RS-485

컨트롤러
→ RS-485 / TCP

번호인식 카메라
→ Ethernet

관제 서버
→ TCP/IP

차단기
→ Digital I/O / Serial / Ethernet

처럼 서로 다른 기술이 한 시스템 안에서 함께 사용될 수 있습니다.

그래서 현장에서 "통신이 안 된다"라는 표현만으로는 원인을 찾기 어렵습니다.

어느 구간에서 문제가 발생했는지를 먼저 나눠야 합니다.

"게이트가 열리지 않는다"를 기술적인 문제로 바꾸기#

예를 들어 다음 상황이 발생했습니다.

차량을 정상적으로 인식했는데 차단기가 열리지 않는다.

처음부터 차단기 고장이라고 결론 내리면 안 됩니다.

다음과 같이 단계적으로 확인할 수 있습니다.

1. 차량이 실제로 검지됐는가
        ↓
2. LPR이 번호판을 인식했는가
        ↓
3. 서버까지 인식 결과가 도착했는가
        ↓
4. 서버가 OPEN 명령을 생성했는가
        ↓
5. 컨트롤러가 명령을 수신했는가
        ↓
6. 출력 신호가 실제 발생했는가
        ↓
7. 차단기가 물리적으로 동작했는가

각 단계에는 서로 다른 증거가 존재합니다.

장비 ID
차로 ID
발생 시각
Packet
상태값
입력·출력 신호
서버 로그
장비 로그
변경 이력

한 화면의 로그만 보고 문제를 판단하지 않는 것이 중요합니다.

케이블을 바꿨는데 왜 갑자기 통신이 안 될까#

케이블은 단순한 전선이 아닙니다.

고속 또는 장거리 통신에서는 다음 특성이 중요합니다.

특성 임피던스
선의 꼬임
차폐 구조
길이
커넥터
접속 방식
주변 노이즈
종단 조건

따라서

선 두 가닥만 연결하면 되는 것 아닌가?

라는 생각으로 아무 케이블이나 사용하면 특정 조건에서는 동작하다가 특정 시점부터 오류가 발생할 수도 있습니다.

특히 모터, 차단기 구동부, 인버터, 고전력 전원선 등이 가까이 있는 산업 현장에서는 신호 품질을 더욱 주의해야 합니다.

현장에서 우선 확인할 순서#

통신 장애가 발생했을 때 무작정 프로그램부터 수정하기보다 아래 순서로 범위를 좁히는 것이 좋습니다.

1. 전원#

장비 전원이 정상인지 확인합니다.

전압 강하나 불안정한 전원은 통신 문제처럼 보이는 장애를 만들 수 있습니다.

2. 물리적 연결#

확인할 항목은 다음과 같습니다.

케이블 단선
커넥터 접촉
핀 번호
A/B 또는 TX/RX 배선
케이블 규격

3. 인터페이스 설정#

Serial이라면:

Baud rate
Data bits
Parity
Stop bits

Ethernet이라면:

IP Address
Subnet Mask
Gateway
VLAN
Port

등을 확인합니다.

4. 신호 품질#

필요하면 오실로스코프나 적절한 분석 장비로 신호 상태를 확인합니다.

5. 프로토콜#

물리적인 통신이 정상이라면 다음 단계로 올라갑니다.

Frame
Packet
Checksum
CRC
Command
Response
Timeout

이 순서대로 확인하면 문제 범위를 훨씬 빠르게 줄일 수 있습니다.

UART에서 Baud Rate는 무엇인가#

UART 설정에서 흔히 다음과 같은 값을 봅니다.

여기서 baud는 본래 초당 심볼 변화 수를 의미합니다.

일반적인 비동기 UART의 단순한 NRZ 전송에서는 하나의 심볼이 하나의 비트를 표현하기 때문에 baud rate와 선로상의 raw bit rate가 수치상 같게 사용되는 경우가 많습니다.

하지만 이것을 실제 사용자 데이터 전송량과 같다고 생각하면 안 됩니다.

예를 들어 흔히 사용하는:

9600-8-N-1

설정을 보면 한 문자를 보내기 위해 데이터 8비트 외에도 Start Bit와 Stop Bit가 필요합니다.

개념적으로:

Start
+
8 Data Bits
+
Stop

가 전송됩니다.

따라서 9600 bit/s의 선로 속도를 사용한다고 해서 사용자 데이터가 초당 9600비트 그대로 전달되는 것은 아닙니다.

선로 전송 속도와 실제 유효 데이터 처리량은 구분해서 생각해야 합니다.

간단한 UART 루프백 실습#

실제 산업 장비를 바로 제어하기 전에 소프트웨어 루프백으로 송수신 구조를 확인할 수 있습니다.

import serial

ser = serial.serial_for_url(
    "loop://",
    baudrate=9600,
    timeout=1
)

ser.write(b"OPN")

data = ser.read(3)

print(data)

결과:

b'OPN'

이 실습은 Python 프로그램에서 Byte를 보내고 다시 읽는 기본적인 송수신 구조를 확인하는 용도입니다.

다만 중요한 점이 있습니다.

이 루프백 실습으로 RS-485 케이블의 노이즈, 종단저항, 접지, 실제 전기 파형을 시험할 수는 없습니다.

그런 물리 계층 문제를 확인하려면 실제 시험망과 적절한 측정 장비가 필요합니다.

실습: 논리와 물리 계층을 구분해보기#

다음 상황을 생각해 보겠습니다.

프로그램에서:

OPEN

이라는 명령을 전송했습니다.

여기서 단계별로 질문해 보세요.

프로그램 단계#

OPEN이라는 문자열은 어떤 Byte인가?

Serial 단계#

Byte는 어떤 순서로 Bit가 되는가?

물리 계층 단계#

그 Bit는 어떤 전기적 신호로 변환되는가?

케이블 단계#

신호가 케이블을 지나면서 어떻게 변할 수 있는가?

수신 단계#

수신기는 어떻게 다시 0과 1을 판단하는가?

프로토콜 단계#

복원된 Byte를 어떻게 명령으로 판단하는가?

이렇게 생각하면 단순히 "통신이 된다·안 된다"에서 벗어나 통신이 어느 단계에서 실패했는지 분석할 수 있게 됩니다.

개인정보와 네트워크 보안도 함께 생각해야 한다#

산업 네트워크라고 해서 보안을 뒤로 미뤄서는 안 됩니다.

주차관제 시스템만 보더라도 네트워크를 통해 다음과 같은 데이터가 이동할 수 있습니다.

차량번호
차량 이미지
입출차 기록
결제 관련 데이터
사용자 계정 정보
장비 운영 로그

따라서 시스템 성격에 따라 네트워크 분리, 접근 제어, 암호화, 최소 권한 적용, 로그 관리 등을 함께 고려해야 합니다.

특히 장비 제어 프로토콜이 암호화되지 않은 형태라면 일반 사용자 네트워크와 제어망을 그대로 섞어 사용하는 것은 피하는 것이 좋습니다.

전기 작업에서는 안전이 가장 먼저다#

통신 장애를 찾겠다고 동작 중인 장비의 전원선이나 단자를 임의로 조작해서는 안 됩니다.

특히 차단기, 모터, 산업 제어반처럼 높은 전압이나 큰 전류를 사용하는 장비는 통신선과 전원선이 가까이 배치되어 있을 수 있습니다.

전기 설비를 직접 측정하거나 배선해야 한다면 해당 장비의 안전 절차와 작업 규정을 따라야 하며, 자격이나 권한이 필요한 작업은 담당 전문가가 수행해야 합니다.

자주 묻는 질문#

Q1. 전선에서 0과 1은 무엇으로 구분할까?#

인터페이스에 따라 다릅니다. 많은 전기적 디지털 인터페이스에서는 특정 전압 범위나 두 신호선 사이의 전압 차이를 수신기가 판단하여 논리 상태를 결정합니다.

Q2. High는 항상 5V인가?#

아닙니다.

논리 회로와 공급 전압, 인터페이스 규격에 따라 High와 Low 기준은 달라집니다.

Q3. RS-485가 노이즈 환경에 강한 이유는 무엇인가?#

두 선 사이의 차이를 이용하는 평형 차동 신호 방식을 사용하기 때문에 두 선에 공통으로 들어온 노이즈의 영향을 줄이는 데 유리합니다.

Q4. RS-485에는 반드시 120Ω 종단저항을 넣어야 하나?#

대표적인 RS-485 버스에서는 120Ω 종단을 많이 사용하지만 실제 적용 여부와 위치는 토폴로지, 케이블, 속도와 장비 설계에 따라 확인해야 합니다. 장비 자체에 종단 기능이 포함된 경우도 있으므로 제조사 문서를 먼저 확인해야 합니다.

Q5. Ethernet도 단순히 0V와 5V로 통신하나?#

아닙니다.

Ethernet PHY는 해당 Ethernet 규격에 정의된 인코딩과 신호 방식을 사용하여 데이터를 물리적인 신호로 변환합니다.

이번 장에서 기억해야 할 핵심#

컴퓨터의 0과 1은 현실 세계에서는 물리적인 신호로 변환되어야 합니다.

가장 중요한 흐름은 다음과 같습니다.

데이터
↓
Bit
↓
전기적 신호
↓
케이블
↓
전기적 신호
↓
Bit
↓
데이터

그리고 다음 네 가지를 기억하면 됩니다.

첫째, High와 Low는 절대적인 전압값이 아니며 인터페이스와 장비 규격에 따라 달라집니다.

둘째, 실제 전선의 신호에는 잡음과 왜곡이 존재하므로 수신 회로는 일정한 기준을 이용해 논리 상태를 복원합니다.

셋째, RS-485 같은 차동 통신에서는 한 선의 전압보다 두 선 사이의 차이가 중요합니다.

넷째, 통신 장애가 발생하면 프로그램뿐 아니라 전원, 배선, 케이블, 신호 품질, 프로토콜을 계층적으로 확인해야 합니다.

이 원리를 이해하면 앞으로 배우게 될 Ethernet, TCP/IP, RS-232, RS-485, Modbus 같은 기술도 단순한 용어가 아니라 데이터가 실제 시스템 사이를 이동하는 하나의 과정으로 보이기 시작합니다.

다음 단계에서는 이러한 전기 신호 위에서 데이터를 얼마나 빠르게 전달할 수 있는지, 그리고 Bit Rate와 Baud Rate, 동기화, 신호 인코딩이 통신 품질과 어떤 관계를 가지는지 살펴볼 수 있습니다.

디지털 신호란? 0과 1이 전기 신호로 전달되는 원리

현장에서 시작하는 질문#

0과 1은 전선 안에서 돌아다니지 않는다#

디지털 신호란 무엇인가#

Analog Signal과 Digital Signal의 차이#

Voltage와 Current부터 이해하기#

Voltage#

Current#

High와 Low는 절대적인 값이 아니다#

0과 1이 실제 전선으로 전달되는 과정#

1단계. 프로그램이 데이터를 만든다#

2단계. 통신 회로가 비트를 전기 신호로 변환한다#

3단계. 신호가 케이블을 따라 이동한다#

4단계. 수신 회로가 신호를 판정한다#

5단계. 비트가 다시 의미 있는 데이터가 된다#

잡음이 들어오면 왜 문제가 생길까#

Single-Ended와 Differential Signal#

Single-Ended 방식#

Differential 방식#

RS-485에서는 0과 1을 어떻게 구분할까#

A와 B 이름만 믿지 않는다#

종단저항은 왜 필요한가#

Ethernet의 신호는 High와 Low만으로 설명하기 어렵다#

RS-485와 Ethernet은 어떻게 다를까#

실제 산업 현장에서는 어떻게 사용될까#

"게이트가 열리지 않는다"를 기술적인 문제로 바꾸기#

케이블을 바꿨는데 왜 갑자기 통신이 안 될까#

현장에서 우선 확인할 순서#

1. 전원#

2. 물리적 연결#

3. 인터페이스 설정#

4. 신호 품질#

5. 프로토콜#

UART에서 Baud Rate는 무엇인가#

간단한 UART 루프백 실습#

실습: 논리와 물리 계층을 구분해보기#

프로그램 단계#

Serial 단계#

물리 계층 단계#

케이블 단계#

수신 단계#

프로토콜 단계#

개인정보와 네트워크 보안도 함께 생각해야 한다#

전기 작업에서는 안전이 가장 먼저다#

자주 묻는 질문#

Q1. 전선에서 0과 1은 무엇으로 구분할까?#

Q2. High는 항상 5V인가?#

Q3. RS-485가 노이즈 환경에 강한 이유는 무엇인가?#

Q4. RS-485에는 반드시 120Ω 종단저항을 넣어야 하나?#

Q5. Ethernet도 단순히 0V와 5V로 통신하나?#

이번 장에서 기억해야 할 핵심#

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