Serial 통신 방식

Communication_Theory/기타 2015. 9. 19. 09:03

1. 개요

2. 직렬통신과 병렬통신

2.1 병렬통신

2.2 직렬통신

3. 동기통신과 비동기통신

3.1 동기통신

3.2. 비동기통신

3.3 동기통신과 비동기통신 비교

4. UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

5. RS-232(Recommended Standard number 232)

5.1 RS-232 신호레벨

5.2 커넥터 사양

5.3 신호선에 대한 설명

5.4 결선도

6. RS-422

7. RS-485

8. 비교

9. USB

1. 개요

- 마이크로프로세서는 주변장치를 통해서 외부와 정보를 교환할 수 있으며 병렬통신과 직렬통신 2가지가 있음

- 일반적으로 컴퓨터 내의 장치와 정보교환을 할 때는 통상적으로 고속의 통신속도를 필요로 하여 한꺼번에 많은 정보를 처리할 수 있는 병렬통신 방식을 주로 씀

- 컴퓨터가 외부와의 통신을 할 때는 직렬통신 방식을 많이 사용

2. 직렬통신과 병렬통신

2.1 병렬통신

- 한 번에 N비트씩 데이터를 송수신, 데이터 전송이 빠름

- 컴퓨터 내의 장치(HDD, FDD, Video card 등)와 정보교환을 하기 위해서 쓰이는 방식

- 케이블이 굵어짐

2.2 직렬통신

- 데이터 비트를 1개의 비트 단위로 외부로 송수신하는 방식

- 구현이 간단하고, 원거리 전송이 가능, 기종의 통신선로를 활용할 수 있어 비용의 절감이 큼

- 직렬통신의 대표적인 것으로 모뎀, LAN, RS-232 및 X.25 등이 있음

http://www.rwmonline.org/Metrotek/SC/s1p11_frameset.htm

3. 동기(Synchronous) 통신과 비 동기(Asynchronous) 통신

- 직렬 통신은 데이터를 한 비트씩 순차적으로 보내기 때문에 어느 시점부터 어느 시점까지가 한 비트인지 수신자가 정확하게 알아낼 방법이 필요하다

- 신호의 상태를 어떤 시점에서 검사하느냐에 따라 동일한 신호가 여러 다른 값으로 해석될 수 있다

- 송신측에서 보낸 데이터를 수신한 쪽에서도 같은 값으로 인식하려면 송신자와 수신자는 서로 동기를 맞추어야 함

- 수신자와 송신자가 상호 동기를 맞추기 위한 한가지 방법은 클럭 신호를 추가하는 것

- 이러한 용도의 클럭 신호 사용 여부에 따라서 직렬 통신을 크게 동신(Synchronous) 통신과 비동기(Asynchronous) 통신으로 구분할 수 있음

3.1 동기(Synchronous) 통신

- 데이터 전송을 위한 선 외에 송신자와 수신자의 동기를 위한 별도의 클럭 신호를 사용하는 통신 방법

- 동기 통신에서 송신자와 수신자는 서로 공유하는 클럭 신호에 맞추어 데이터를 주고 받음

3.2 비동기(Asynchronous) 통신

- 비동기 통신은 동기를 맞추기 위한 별도의 클럭 신호 없이 데이터를 주고 받는 방법

- 클럭 신호가 없기 때문에 송신자는 한 바이트의 데이털르 전송하기 직전에 통신의 시작을 알리는 시작 비트를 먼저 보내 데이터의 전송이 시작된다는 것을 수신자에게 알림

- 시작 비트를 보낸 다음부터 데이터를 한 비트씩 보내고 마지막에는 통신의 끝을 알리는 정지 비트를 보내 통신이 끝났음을 알림

- 이와 같이 데이터를 전송할 때마다 시작과 끝을 알리는 시작 비트와 정지 비트를 추가로 보내기 때문에 동기용 클럭 없이도 데이터의 송수신이 가능

3.3 동기 통신과 비동기 통신 비교

- 동기 통신과 달리 비동기 통신은 클럭 신호를 사용하지 않기 때문에 통신에 필요한 선의 수가 더 적음, 하지만 통신 속도 측면에서는 동기 통신방식이 효율이 더 좋다

- 비동기 통신을 사용할 때에는 통신에 참여하는 두 주체가 서로 대등한 관계에서 일대일 통신을 한다.

- 동기 통신에서는 두 주체 사이에 주종관계가 있어 한 쪽이 통신의 주도권을 가지는 마스터, 다른 쪽은 슬레이브로 동작

- 마이크로프로세서와 여러 주변 장치 사이의 통신에는 이러한 마스터-슬레이브 기반의 동기통신이 많이 사용됨

4. UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

- 비동기식 통신을 위한 전용하드웨어, 비동기식 통신 컨트롤러

- 비동기 통신에 필요한 이런 직렬-병렬 데이터 변환 작업을 자동으로 해주는 하드웨어 장치

- UART에서 나오는 신호는 보통 TTL 신호를 갖기 때문에 노이즈에 약하고 통신 거리에 제약이 있다

- 이러한 TTL 신호를 입력 받아 노이즈에 강하고 멀리 갈 수 있게 해주는 인터페이스 IC를 Line Driver/Receiver라 부르며 이중 대표적인 것이 RS-232, RS-422, RS-485가 있음

*TTL(Transistor to Transistor Logic)

- 5V의 전압을 공급받아서 동작하는 회로

- low 신호는 0~0.8V, high 신호는 2~5V 사이의 전압값을 가짐

5. RS-232(Recommended Standard number 232)

- RS-232 표준은 비동기 직렬 통신 프로토콜의 가장 대표적인 예

- 요즈음은 USB 인터페이스가 많이 사용되고 있어서 PC에 직렬 포트가 아예 없는 경우도 많지만 아직도 RS-232 표준은 많이 사용되고 있음

5.1 RS-232 신호레벨

- RS-232표준은 논리 '1'에 해당하는 전압의 범위를 -3V~-25V로 논리'0'에 해당하는 전압의 범위를 +3V~+25V로 규정(TTL레벨과 비호환)

- 이런 전압은 일반 디지털 회로에서 사용되는 범위를 벗어나기 때문에 RS-232 Transceiver 가 필요

- RS-232 통신은 위아래 대칭이고 전압 레벨이 높으므로 먼 거리(15m 정도) 통신이 가능

Digital transmission is the transmission of binary electrical or light pulses in that it only has two possible states, a 1 or a 0. The most commonly encountered voltage levels range from a low of +3/-3 to a high of +24/-24 volts. Digital signals are usually sent over wire of no more than a few thousand feet in length.

5.2 커넥터 사양

5.3 신호선에 대한 설명

5.4 결선도

6. RS-422

- RS-232통신보다 더 먼거리 통신을 원하는 경우에 RS-422/485 통신을 사용

- 기본적으로 RS-422은 differential mode로 송수신, 즉 두 라인의 전위차가 0.2V이상이 되면 논리적으로 1, -0.2V 이하가 되면 논리적으로 0을 의미하게 됨.

- RS-422은 송신측에서는 2개의 신호선을 서로 역상이 되도록 드라이브하고 수신측에서는 그 차를 검출함으로서 데이터를 보내기 때문에 노이즈가 실려도 2선에 동일하게 나타나 서로 상쇄가 되기 때문에 오류가 적은 통신 가능

- Point to Point 모드와 Multi-Drop 모드 두 가지가 있음

7. RS-485

- RS-485 통신은 RS-422통신과 비교할 때 전송속도 및 전송거리는 유사하지만, RS-422 통신과는 달리 N:N의 접속이 가능한데, 이를 다시 말하면 RS-422통신은 한 개의 Master만이 접속이 가능하지만, RS-485 통신은 다수의 Master 접속이 가능

8. 비교