시리얼 통신 개요 - 1. 시리얼 통신의 개념과 필요성

1장: 시리얼 통신의 개념과 필요성

1. 시리얼 통신이란?

시리얼(Serial) 통신은 데이터를 한 비트씩 순차적으로 전송하는 방식의 통신 방법입니다. 이는 데이터의 여러 비트를 동시에 전송하는 병렬(Parallel) 통신과 대비되는 개념입니다. 시리얼 통신은 USB, 블루투스, RS-232, I2C, SPI 등 다양한 형태로 활용되며, 특히 장거리 데이터 전송이 필요한 경우에 적합합니다.

✅ 시리얼 통신의 특징

• 데이터를 1비트씩 순차적으로 전송
• 송신(TX)과 수신(RX) 핀을 통해 양방향 통신 가능
• 소수의 데이터 라인으로 구현이 간단하고 저렴
• 장거리 통신에 적합 (노이즈에 강함)

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2. 왜 시리얼 통신이 필요한가?

컴퓨터와 전자기기들은 데이터를 주고받아야 하는데, 그 방법 중 하나가 시리얼 통신입니다. 시리얼 통신이 필요한 이유는 다음과 같습니다.

🔹 병렬 통신의 한계

과거에는 데이터를 빠르게 전송하기 위해 여러 개의 선을 사용하여 데이터를 동시에 전송하는 병렬 통신이 널리 사용되었습니다. 하지만 병렬 통신에는 몇 가지 단점이 있습니다.

1. 하드웨어 복잡성 증가
   • 병렬 통신은 여러 개의 데이터 라인이 필요하여, 선이 많아지고 회로가 복잡해집니다.
2. 신호 간섭 문제
   • 데이터 라인이 많을수록 신호 간 간섭(crosstalk)이 발생할 가능성이 높아집니다.
3. 장거리 전송에 부적합
   • 거리가 길어질수록 신호가 약해지고, 타이밍 차이(skew)가 발생하여 동기화가 어려워집니다.

🔹 시리얼 통신의 장점

시리얼 통신은 병렬 통신의 한계를 해결하며, 비교적 적은 전선으로 데이터를 안정적으로 전송할 수 있기 때문에 여러 산업에서 널리 사용됩니다.

1. 배선이 단순하고 저렴
   • 단 2~3개의 선(TX, RX, GND)으로도 통신이 가능하여 하드웨어 구성이 간단합니다.
2. 장거리 데이터 전송 가능
   • 병렬 통신보다 신호 간섭이 적어 장거리 전송(수십 미터~수백 미터)에도 적합합니다.
3. 노이즈 저항성이 높음
   • 신호 간섭에 강한 차동 신호 방식(RS-485 등)을 사용할 수 있어 산업 자동화, 원격 데이터 전송 등에 유리합니다.
4. 무선 통신에도 적용 가능
   • 블루투스, Wi-Fi, LoRa, Zigbee 등 다양한 무선 통신 방식에서도 기본적으로 시리얼 데이터 전송을 사용합니다.

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3. 기본적인 개념 (1비트씩 전송, 직렬 vs 병렬)

🔹 병렬(Parallel) 통신 vs 시리얼(Serial) 통신

데이터를 전송하는 방식에는 병렬 통신과 시리얼 통신이 있습니다.

구분	병렬(Parallel) 통신	시리얼(Serial) 통신
전송 방식	여러 비트를 동시에 전송	1비트씩 순차적으로 전송
배선 개수	데이터 라인이 많음 (예: 8비트 버스는 8개)	데이터 라인이 적음 (TX, RX 포함 2~3개)
속도	짧은 거리에서는 빠름	장거리에서도 안정적
노이즈 간섭	신호 간섭이 많음	신호 간섭이 적음
거리	짧은 거리(PCB 내부, 메모리)에서 사용	장거리(수 미터 ~ 수백 미터) 전송 가능
예시	CPU와 RAM 간 통신, PCIe	USB, RS-232, RS-485, I2C, SPI

👉 즉, 병렬 통신은 가까운 거리에서 빠른 속도가 필요할 때 사용하고,
👉 시리얼 통신은 장거리 전송이 필요할 때 사용하는 것이 일반적입니다.

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4. 실제 사례 (키보드, 마우스, 센서 등에서 사용됨)

시리얼 통신은 우리 주변의 다양한 장치에서 사용됩니다.

🔹 키보드와 마우스

• 우리가 사용하는 키보드와 마우스도 내부적으로 시리얼 통신을 이용합니다.
• 과거 PS/2 방식에서도 시리얼 방식으로 데이터를 주고받았으며, 현재는 USB(Universal Serial Bus) 를 통해 연결됩니다.

🔹 센서와 마이크로컨트롤러

• 아두이노(Arduino)나 라즈베리파이(Raspberry Pi)와 센서가 데이터를 주고받을 때 시리얼 통신을 사용합니다.
• 온도 센서, 초음파 센서, GPS 모듈 등 다양한 장치가 UART, I2C, SPI 등의 시리얼 통신 방식을 지원합니다.

🔹 산업 자동화 및 로봇 제어

• 공장에서 사용되는 PLC(Programmable Logic Controller) 장치들은 RS-485 기반으로 여러 센서와 기계를 제어합니다.
• 로봇 팔과 외부 컨트롤러 간의 통신에도 시리얼 방식이 널리 사용됩니다.

🔹 무선 통신 (블루투스, Wi-Fi, LoRa, Zigbee)

• 블루투스 모듈(HC-05, HC-06)은 UART 기반의 시리얼 통신을 사용하여 데이터 송수신을 합니다.
• Wi-Fi, LoRa, Zigbee 모듈도 내부적으로 시리얼 데이터 처리를 기반으로 동작합니다.

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📌 요약

✅ 시리얼 통신은 데이터를 1비트씩 순차적으로 전송하는 방식이며, 간단한 배선과 장거리 전송이 가능한 장점이 있다.
✅ 병렬 통신은 짧은 거리에서 고속 전송에 유리하지만, 신호 간섭과 하드웨어 복잡성 문제로 인해 장거리 전송에는 적합하지 않다.
✅ 우리 주변의 키보드, 마우스, 센서, 산업 자동화 장비, 무선 통신 모듈 등에서 시리얼 통신이 널리 사용된다.

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