Pulse Input 펄스 입력 이란?

Pulse Input(펄스 입력) 이란?

가로축 : 시간/ 세로축 : 신호

펄스는 주기적으로 ON/OFF(1과 0) 상태가 반복되는 신호를 말한다. 

 

특정 시간 동안 HIGH(1) 상태를 유지한 후 LOW(0)로 떨어지는 신호를 의미하며, 짧거나 길든 간에 ‘켜졌다 꺼졌다’를 반복하는 신호를 펄스라고 한다. 

 

펄스 입력은 신호가 특정 시간 간격으로 주기적으로 변하면서, 시스템이 이를 감지하여 동작을 수행한다.

쉽게 말하면 "켜졌다(1), 꺼졌다(0)“를 반복하는 신호를 입력받아 처리하는 것이다.

 

- 펄스 입력의 예시 ) 

✅ Liter/Pulse 

리터가 흐르면 하나의 펄스를 내보낸다는 의미를 뜻 한다.

위 그래프에 10초가 흐른 상태라고 했을 때, 10초에 2개의 신호가 잡혔음으로

10초에 2리터가 센서를 통해 흘렀다는 뜻이다.

 

✅ 로터리 엔코더(Rotary Encoder)

• 모터의 회전 속도 및 방향을 측정할 때 펄스 입력을 사용한다.

• 엔코더에서 나오는 펄스 신호를 마이크로컨트롤러(MCU)가 받아서 회전 각도를 계산한다.

 

✅ PWM (Pulse Width Modulation)

• 모터 속도 제어나 LED 밝기 조절에 사용된다.

• 펄스 신호의 폭(듀티 사이클, Duty Cycle)을 조절하여 원하는 출력을 만든다.

 

✅ 센서 입력 (Proximity Sensor, Limit Switch)

• 근접 센서, 광학 센서 등에서 디지털 펄스 신호를 생성하여 기계 동작을 제어한다.

• 예: 공장 자동화 시스템에서 물체 감지를 위한 센서 입력.

 

✅ 통신 프로토콜 (SPI, I2C, UART)

• 디지털 신호 기반의 직렬 통신에서도 펄스 입력이 사용된다.

• 클럭 신호(Clock Pulse)를 기반으로 데이터가 송수신된다.

 

1. 펄스 입력의 특징

 

• 이산적(Discrete) 신호: 연속적인 아날로그 신호가 아니라 특정 시간 간격으로 변하는 디지털 신호이다.

• 고속 신호 처리 가능: 펄스 신호는 빠르게 변할 수 있어, 모터 제어, 센서 입력, 통신 등에 유용하다.

• 엣지 감지(Edge Detection): 상승 엣지(Rising Edge) 또는 하강 엣지(Falling Edge)를 감지하여 동작을 트리거할 수 있다.

 

1펄스 입력 방식

펄스 신호 입력 부 (Pulse)에 펄스가 입력되고, 그때 회전 방향 입력 부 (DIR)가 Hgih Level 상태일 경우 모터는 정회전, Low Level 상태일 경우 모터는 역회전하는 것을 1펄스 입력 방식이라고 한다. 

 

2펄스 입력 방식 

CW입력부에 펄스가 입력되면 모터는 정회전, CCW 입력 부에 펄스가 입력되면 모터는 역회전하는 방식을 2펄스 입력 방식이라고 한다. 

 

2. 펄스 신호의 주요 특징

1) 주파수(Frequency, Hz)

• 펄스가 1초 동안 몇 번 반복되는지를 나타내는 단위이다.

• 단위: 헤르츠(Hz)

• 예) 10Hz = 1초에 10번 펄스 발생

 

2) 듀티 사이클(Duty Cycle, %)

• 펄스 신호에서 HIGH(1) 상태가 유지되는 비율을 나타낸다.

• 공식:

 

• 예) 50% 듀티 사이클: HIGH 50%, LOW 50%

• 예) 25% 듀티 사이클: HIGH 25%, LOW 75%

 

3) 펄스 폭(Pulse Width)

• 펄스가 HIGH 상태를 유지하는 시간이다.

• 단위: 밀리초(ms), 마이크로초(µs)

 

4) 엣지(Edge) 감지

펄스 신호의 변화를 감지하는 방식이다.

• Rising Edge (상승 엣지): 0 → 1 변화 감지

• Falling Edge (하강 엣지): 1 → 0 변화 감지

• Both Edge (양방향 엣지): 상승과 하강 모두 감지

 

 

3. 펄스 입력을 사용할 때 주의할 점

✅ 노이즈 필터링 필요

• 디지털 신호에 노이즈(잡음)가 포함될 경우, 잘못된 펄스 감지가 발생할 수 있음
• 해결 방법:
  • 디바운싱(Debouncing) 처리 (하드웨어/소프트웨어 필터링)
  • 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 회로 사용

 

✅ 배선 길이와 간섭 문제

• 긴 배선을 사용할 경우 **신호 감쇠(약해짐)**가 발생할 수 있음
• 해결 방법:
  • 차폐 케이블(Shielded Cable) 사용
  • 풀업(Pull-up) 저항 또는 풀다운(Pull-down) 저항 추가

 

✅ 빠른 펄스 신호 처리

• 너무 빠른 펄스 신호는 마이크로컨트롤러가 감지하지 못할 수도 있음
• 해결 방법:
  • 인터럽트(Interrupt) 사용
  • 하드웨어 카운터(Timer Counter) 활용

 

 4. Pulse Input을 사용하는 이유는? 

 

펄스 입력을 사용하는 이유는 빠른 신호 처리, 정확한 타이밍 제어, 연속적인 아날로그 데이터를 디지털 방식으로 변환하여 다룰 수 있기 때문이다.

 

1) 빠른 신호 감지 가능

  일반적인 디지털 입력은 특정 순간의 값이 HIGH(1)인지 LOW(0)인지만 확인 할 수 있다. 

예를 들어 버튼을 누르면 HIGH(1), 떼면 LOW(0) 와 같은 단순한 상태 변화만 체크한다. 그래서 일반 디지털 입력으로는 신호의 빠른 변화를 감지하기 어렵거나 놓칠 수 있다. 

 

일반적인 디지털 입력은 CPU가 특정 간격마다 신호를 확인(Polling)하는 방식으로 동작함.

so, 펄스가 너무 짧거나 빠르게 변하면, CPU가 신호를 읽는 순간에 변화를 놓칠 수 있음.

 

 하지만 펄스 신호는 '몇 번  ON/OFF가 발생했는지 카운트'를 하는것과 같은 연속적으로 변화하는 신호이기 때문에, 단순한 디지털 입력으로는 펄스의 개수(빈도)나 시간 간격을 정확히 측정하기 어렵다. 

 

 예를 들어 로터리 엔코더에서 회전 속도를 측정하려면 짧은 시간 동안 얼마나 많은 펄스가 들어오는지를 확인해야 한다. 일반 디지털 입력으로는 이런 빠른 신호를 정확하게 감지하기 어렵지만  펄스 입력을 사용하면 가능하다. 

 

2) 정밀한 속도 및 위치 제어 가능

펄스 신호를 사용하면 모터 속도, 회전각, 위치 등을 정밀하게 제어할 수 있다.

 

모터는 전기 신호(펄스)를 입력받아 회전하는 장치이다. 

펄스 신호로 모터를 제어하는 원리를 살펴보자면 다음과 같다. 

• 펄스 개수(Pulse Count) → 이동 거리(회전각) 제어
• 펄스 주파수(Pulse Frequency) → 속도 제어
• 펄스 방향(Direction) → 회전 방향 제어

즉, 펄스 신호를 몇 개나 보내고, 얼마나 빠르게 보내느냐에 따라 모터의 동작이 결정된다.

 

 예를 들어 CNC 머신(정밀 가공 기계)에서 스텝 모터(Stepper Motor)를 제어할 때, 펄스를 사용하여 원하는 만큼 정확하게 이동 가능하다. 로봇 팔에서 각 관절의 움직임을 세밀하게 조정할 때 펄스 신호를 활용한다.

 

3) 연속적인 아날로그 신호를 디지털 방식으로 처리 가능

펄스 신호는 아날로그 데이터를 디지털화해서 다루는 데 유용하다.

 

아날로그 신호는 연속적인 값(예: 전압, 전류, 온도, 소리 등)을 가지는 신호이고, 디지털 신호는 0과 1(High/Low)로 표현되는 신호다.

하지만 컴퓨터, 마이크로컨트롤러, PLC 같은 디지털 장치는 아날로그 신호를 직접 처리할 수 없기 때문에, 펄스 신호를 이용해 디지털 방식으로 변환해서 처리한다.

 

아날로그 신호를 디지털 방식으로 처리하는 방법이 있는데, 하나는 아날로그 신호를 직접 디지털 신호로 변환하는 것이고(ADC를 사용) 다른 하나는 아날로그 신호를 펄스 신호(PWM)로 변환하여 디지털 방식으로 처리하는 것이다.(PWM은 펄스의 듀티 사이클(%)을 조절하여 연속적인 전압을 표현)

 

아날로그 신호를 펄스 신호(PWM)로 변환하는 예시:

• PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 방식으로 LED 밝기나 모터 속도를 조절할 수 있음.

• 높은 듀티 사이클 (Duty Cycle%) → 더 밝거나 빠르게 작동

• 낮은 듀티 사이클 → 더 어둡거나 느리게 작동

• 온도, 압력, 거리 측정 센서에서 펄스 신호를 이용해 데이터를 디지털로 변환해 처리 가능.

 

 

4) 노이즈(잡음) 영향을 줄이고 신뢰성 높은 데이터 제공

아날로그 신호는 주변 환경(온도, 전자기 간섭 등)에 의해 변형될 가능성이 크지만, 펄스 신호(디지털 신호)는 단순한 0과 1의 형태라서 잡음(Noise) 영향을 덜 받는다.

 

5) 간단한 하드웨어 구조로 복잡한 데이터 처리 가능

펄스 입력 방식은 하드웨어적으로 구현이 간단하면서도 고속 데이터 처리가 가능하다.

그래서 센서에서 신호를 읽을 때, 펄스 입력을 사용하면 빠르고 간편하게 정보를 얻을 수 있다.

 

 

 

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Reference

https://t-m.kostech.net/theory/?bmode=view&idx=6782212

펄스 신호란? : 코스테크(주)｜제어계측

https://blog.naver.com/motor2662/221408490159

[모터 기초 상식] 드라이버에서 1펄스 입력 방식과 2펄스 입력 방식은 무엇입니까?

https://patents.google.com/patent/KR100858020B1/ko

KR100858020B1 - Ｐｗｍ을 이용한 모터 위치 제어 장치 및 방법 - Google Patents