Adafruit ADS7128 8채널 ADC & GPIO 확장 보드

마이크로컨트롤러로 프로젝트를 만들다 보면 아날로그 입력 핀이 부족하거나, 디지털 입출력 핀이 더 필요할 때가 있습니다.

특히 ESP32, Arduino, Raspberry Pi 같은 보드를 사용하다 보면 센서 수가 늘어나면서 핀 부족 문제를 자주 만나게 됩니다.

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이럴 때 사용할 수 있는 보드 중 하나가 Adafruit ADS7128 8-Channel ADC and GPIO Expander입니다.

ADS7128은 8개의 채널을 아날로그 입력, 디지털 입력, 디지털 출력으로 설정할 수 있는 다기능 I2C 확장 보드입니다.

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쉽게 말하면, 하나의 작은 보드로 다음과 같은 역할을 할 수 있습니다.

• 아날로그 센서 입력 확장

• 디지털 입력 핀 확장

• 디지털 출력 핀 확장

• 오픈드레인 출력 제어

• I2C 기반 외부 핀 확장

그래서 Adafruit에서는 이 보드를 다양한 프로젝트에 붙여 쓸 수 있는 “범용 글루 칩” 같은 역할로 소개하고 있습니다.

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1. 주요 하드웨어 특징

ADS7128의 가장 큰 특징은 8개의 채널을 각각 독립적으로 설정할 수 있다는 점입니다.

각 채널은 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

• 12비트 SAR ADC 아날로그 입력

• 디지털 입력

• 디지털 출력

• 푸시풀 출력

• 오픈드레인 출력

12비트 ADC이므로 아날로그 입력값을 0~4095 범위로 읽을 수 있습니다.

조도 센서, 가변저항, 배터리 전압 측정, 간단한 아날로그 센서 입력 등에 활용하기 좋습니다.

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또 하나 흥미로운 점은 전원 구성이 디지털 전원과 아날로그 전원으로 나뉘어 있다는 것입니다.

일반적인 확장 칩은 하나의 전원만 사용하는 경우가 많지만, ADS7128은 다음 두 전원을 따로 사용할 수 있습니다.

• DVDD: 디지털 로직 전원

• AVDD: 아날로그 입력 및 출력 관련 전원

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이 구조 덕분에 예를 들어 I2C 통신은 3.3V 로직으로 사용하면서, 아날로그 입력 쪽은 5V 범위로 사용할 수도 있습니다.

ESP32처럼 3.3V 로직을 사용하는 보드와 함께 사용할 때 유용한 구조입니다.

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동작 전압 범위는 다음과 같습니다.

• AVDD: 2.35V ~ 5.5V

• DVDD: 1.65V ~ 5.5V

• 동작 온도: -40°C ~ +85°C

I2C 통신은 최대 3.4MHz의 고속 모드를 지원하며, 주소도 8개까지 설정할 수 있습니다.

따라서 여러 개의 ADS7128 보드를 하나의 I2C 버스에 연결하는 것도 가능합니다.

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2. 고급 기능

ADS7128은 단순히 아날로그 값을 읽는 ADC에 그치지 않습니다.

내부에 여러 가지 고급 기능이 들어 있어, 마이크로컨트롤러가 계속 감시하지 않아도 일부 작업을 칩 자체에서 처리할 수 있습니다.

대표적인 기능은 다음과 같습니다.

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아날로그 워치독

각 채널에 대해 높은 임계값과 낮은 임계값을 설정할 수 있습니다.

센서값이 특정 범위를 벗어났는지 칩이 직접 감시할 수 있기 때문에, 알람이나 이상 감지 시스템에 활용할 수 있습니다.

예를 들어 배터리 전압이 일정 값 이하로 떨어졌을 때,

조도 센서값이 특정 기준보다 낮아졌을 때,

센서 입력이 비정상 범위에 들어갔을 때 사용할 수 있습니다.

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RMS 계산 기능

ADS7128은 16비트 true RMS 출력 기능도 제공합니다.

설정한 시간 구간 동안의 신호를 기반으로 RMS 값을 계산할 수 있어, 단순한 순간값보다 안정적인 측정이 필요한 경우에 활용할 수 있습니다.

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제로 크로싱 감지

아날로그 입력 신호가 0 기준점을 통과하는 순간을 감지하는 기능도 있습니다.

제로 크로싱 감지는 교류 신호나 주기적인 신호를 다룰 때 유용합니다.

또한 순간적인 노이즈에 잘못 반응하지 않도록 transient rejection과 hysteresis 기능도 포함되어 있습니다.

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데이터 신뢰성 기능

데이터 읽기와 쓰기 과정에서 CRC를 사용할 수 있어 통신 신뢰성을 높일 수 있습니다.

전원 인가 시 설정값을 안정적으로 적용하기 위한 기능도 포함되어 있습니다.

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평균 필터

센서값은 노이즈 때문에 흔들리는 경우가 많습니다.

ADS7128은 프로그래밍 가능한 평균 필터를 제공하므로, 아날로그 입력값을 보다 안정적으로 읽을 수 있습니다.

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3. 연결 방식과 사용 편의성

Adafruit ADS7128 보드는 STEMMA QT / Qwiic 커넥터를 제공합니다.

이 커넥터를 사용하면 납땜 없이 케이블만 연결해서 I2C 장치를 쉽게 추가할 수 있습니다.

Adafruit, SparkFun, Seeed Studio 계열의 여러 I2C 센서 보드와 함께 사용하기 편리합니다.

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물론 브레드보드나 직접 배선용으로 사용할 수 있는 일반 핀도 제공됩니다.

따라서 빠르게 테스트할 때는 STEMMA QT 케이블을 사용하고, 실제 프로젝트에 넣을 때는 직접 배선하는 방식으로도 사용할 수 있습니다.

또한 3.3V와 5V 로직 모두와 호환되기 때문에 Arduino, ESP32, Raspberry Pi 같은 다양한 보드와 함께 사용할 수 있습니다.

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4. 소프트웨어 지원

Adafruit 제품답게 소프트웨어 지원도 잘 되어 있습니다.

Arduino 환경에서는 C/C++ 라이브러리를 사용할 수 있고,

CircuitPython이나 Python 환경에서도 드라이버를 사용할 수 있습니다.

따라서 Arduino IDE, Raspberry Pi, CircuitPython 보드 등 여러 환경에서 비교적 쉽게 사용할 수 있습니다.

복잡한 레지스터 제어를 직접 구현하지 않아도, 제공되는 라이브러리를 이용하면 기본적인 ADC 읽기와 GPIO 제어를 빠르게 시작할 수 있습니다.

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5. 크기와 무게

보드 크기는 매우 작습니다.

• 크기: 약 30.5mm × 17.8mm × 4.7mm

• 무게: 약 2.1g

작고 가벼운 보드이기 때문에 소형 IoT 장치, 센서 노드, 배터리 기반 프로젝트에도 부담 없이 넣을 수 있습니다.

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6. 어떤 프로젝트에 적합할까?

ADS7128은 다음과 같은 경우에 특히 유용합니다.

• 마이크로컨트롤러의 아날로그 입력 핀이 부족할 때

• 여러 개의 아날로그 센서를 동시에 읽고 싶을 때

• I2C만으로 GPIO를 확장하고 싶을 때

• 3.3V 보드와 5V 아날로그 신호를 함께 다루고 싶을 때

• 센서값의 임계값 감지 기능이 필요할 때

• 작은 크기의 다기능 확장 보드가 필요할 때

예를 들어 식물 관리 장치, 환경 모니터링 장치, 배터리 전압 측정 회로, 조도 센서 어레이, 간단한 산업용 센서 모니터링 장치 등에 활용할 수 있습니다.

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마무리

Adafruit ADS7128은 단순한 8채널 ADC 보드가 아니라,

ADC와 GPIO 확장 기능을 함께 제공하는 다기능 I2C 확장 보드입니다.

8개의 채널을 각각 아날로그 입력, 디지털 입력, 디지털 출력으로 설정할 수 있고,

아날로그 워치독, 평균 필터, RMS 계산, 제로 크로싱 감지 같은 고급 기능도 포함되어 있습니다.

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센서 입력이 많아지는 프로젝트나, ESP32·Arduino·Raspberry Pi의 핀을 더 확장하고 싶은 경우에 꽤 유용한 보드입니다.

특히 작은 보드 하나로 아날로그 입력과 GPIO 확장을 동시에 해결할 수 있다는 점에서,

IoT 제작이나 센서 기반 프로젝트를 진행하는 분들에게 좋은 선택지가 될 수 있습니다.