시리얼 통신

시리얼(Serial) 통신

• 병렬 데이터의 형태를 직렬 방식으로 전환하여 데이터를 전송하는 컴퓨터 하드웨어의 일종
• 시리얼(Serial)이라는 것은 직렬이라는 의미로, Parallel과 반대되는 단어
• 통신에는 직렬 통신과 병렬 통신의 방식으로 2가지가 있는데, 직렬 통신은 데이터를 보낼 때 한 데이터 선(lane)에서 데이터를 보내는 방식이고, 병렬 통신은 여러 개의 선(lane)에서 보내고자 하는 데이터를 나눠서 보내는 것

  동기식 시리얼 통신
  데이터 라인의 동작을 클록 시그널 라인의 동작과 동기화 시킴
  시리얼 버스에 함께 연결된 장치들이 이 클록 공유
  직관적이나 하나의 라인을 더 필요로 함
  SPI, I2C 프로토콜

  비동기식 시리얼 통신
  데이터가 외부 클록 시그널의 도움없이 동작하는 것을 의미함
  데이터를 안정적으로 전송, 수신할 수 있도록 처리 필요
  GPS, 블루투스, XBee, Serial LCD 등
  UART도 비동기식

시리얼 통신 동작 방식

• Baud Rate(통신 속도)
  시리얼 라인으로 전송되는 데이터 전송 속도
  Bits-Per-Second(bps)단위로 표시
  값이 높을수록 전송/수신 속도가 빠르지만 115200을 초과할 수 없음
  마이크로컨트롤러에선 이 값이 상한선으로 사용됨
• Data Chunk(데이터 영역)
• Synchronization bits(동기화 비트)
• Parity bits(패리티 비트)
  저레벨 에러 보정 방법으로 홀수 또는 짝수로 체크함

연결 방법

시리얼 버스는 단 2개의 선으로만 구성됨
하나는 전송용(TX)이고 나머지 하나는 수신용(RX)이다.
시리얼 통신을 사용하는 모든 모듈은 이 두 핀을 기본으로 사용함

종류

UARTs(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

• 비동기식 통신
• 데이터 수신의 타이밍을 위하여 Clock 라인을 사용하지 않음
• 비동기식 통신이기 때문에 보내는 데이터를 어떻게 해석해야 할지가 중요
  • Baud Rate
  • 데이터 길이
  • 패리티 비트
  • 정지 비트

USART(Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter) 는 동기식을 지원하는 통신 방식입니다.

I2C

• 동기식 시리얼 통신 방식
• 데이터 수신의 타이밍을 위하여 Clock 라인 사용
• 임베디드 시스템, 휴대전화 등에 저속의 주변 기기를 연결하기 위해 사용됨
• I2C는 풀업 저항이 연결된 직렬 데이터(SDA)와 직렬 클럭(SCL)이라는 두 개의 양 방향 오픈 컬렉터 라인 사용
• 최대 전압은 +5v이며, 일반적으로 +3.3v 시스템이 사용됨
• Master와 Slave가 존재
• 2개의 선
  • SDA(Data 송수신)
  • SCK : Clock 전송

SPI(Serial Peripheral Interface Bus)

• 동기식 시리얼 통신 방식
• 데이터 수신의 타이밍을 위하여 Clock라인 사용
• 직렬 주변기기 인터페이스 버스(Serial Peripheral Interface Bus) 또는 SPI 버스는 아키텍처 전이중 통신 모드로 동작하는 동기화 직렬 데이터 연결 표준입니다.
• 4개의 선
  • MOSI(Master Out, Slave In) : 마스터 출력, 슬레이브 입력 (마스터로부터의 출력)
  • MISO(Master In, Slave Out) : 마스터 입력, 슬레이브 출력 (슬레이브로부터의 출력)
  • SCK : 직렬 클럭 (마스터로부터의 출력). 데이터 전송 타이밍 동기화를 위한 Clock
  • SS(CS) : 슬레이브 셀렉트 (active low, 마스터로부터의 출력). Slave Select(또는 Chip Select)는 데이터 수신할 기기 선택을 위한 신호로 사용
• 마스터가 SS를 통해 신호를 전송할 슬레이브를 선택한다. 마스터는 MOSI 를 통해서 SCLK에 동기화된 신호를 전송한다.