시리얼 통신 하드웨어 및 연결 실습 - 1. 시리얼 포트 개념 및 USB-to-Serial 변환기 이해

1장: 시리얼 포트 개념 및 USB-to-Serial 변환기 이해

시리얼 통신은 PC, 마이크로컨트롤러, 임베디드 시스템 간의 데이터 전송을 위한 기본적인 방식입니다.
과거에는 RS-232 포트를 이용한 직렬 통신이 일반적이었지만, 현대의 PC에서는 USB 포트만 제공되기 때문에 USB-to-Serial 변환기가 필요합니다.

이번 장에서는 시리얼 포트의 개념, USB-to-Serial 변환기의 역할, 그리고 TTL-UART 변환기에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

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1. 시리얼 포트란?

✅ 시리얼 포트 개념

시리얼 포트(Serial Port) 는 비트 단위로 데이터를 순차적으로 전송하는 통신 방식을 지원하는 하드웨어 인터페이스입니다.
이는 PC와 외부 장치(모뎀, 마이크로컨트롤러, 센서 등) 간에 데이터를 주고받기 위해 사용됩니다.

📌 시리얼 포트의 특징

• 1비트씩 순차적으로 데이터를 전송하는 방식 (병렬 포트와 대조됨)
• 송신(TX)과 수신(RX) 선을 사용하여 데이터 송수신
• 비동기식(UART) 또는 동기식(SPI, I2C 등) 방식으로 데이터 전송 가능

💡 PC의 시리얼 포트(COM 포트)는 과거 RS-232 표준을 따랐으나, 현재는 USB-to-Serial 변환기를 통해 시리얼 통신을 수행함.

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✅ PC와 임베디드 시스템 간 데이터 통신을 위한 기본 인터페이스

임베디드 시스템(Embedded System) 에서는 마이크로컨트롤러(MCU), 센서, 모듈 간 통신을 위해 UART 기반의 시리얼 통신을 자주 사용합니다.
하지만 현대의 PC에는 기본적으로 RS-232 또는 UART 포트가 존재하지 않기 때문에 USB-to-Serial 변환기를 통해 연결해야 합니다.

📌 PC ↔ 임베디드 장치 간 시리얼 통신 예제

[PC] (USB-to-Serial 변환기) ↔ (TX, RX, GND) [마이크로컨트롤러]

💡 PC에서 USB를 통해 데이터를 보내면, 변환기를 거쳐 마이크로컨트롤러의 UART(TX, RX) 포트로 전달됨.

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2. USB-to-Serial 변환기 (FTDI, CP2102, CH340 등)

✅ USB-to-Serial 변환기란?

USB-to-Serial 변환기는 USB 신호를 시리얼(UART) 신호로 변환하는 장치입니다.
이는 USB 포트만 제공되는 최신 PC에서 시리얼 통신을 수행할 수 있도록 도와줍니다.

📌 USB-to-Serial 변환기의 역할

• USB 신호 ↔ UART(TTL) 신호 변환
• PC의 USB 포트를 가상의 시리얼 포트(COM 포트)로 인식하도록 설정
• 아두이노, ESP32, STM32 등과 같은 임베디드 시스템과의 시리얼 통신 가능

📌 주요 USB-to-Serial 변환 칩 종류

변환기	칩 특징	운영체제 지원
FTDI FT232RL	안정적이고 신뢰성 높음	Windows, Mac, Linux
CP2102 (Silicon Labs)	저렴하고 널리 사용됨	Windows, Mac, Linux
CH340 (WCH)	가장 저렴하지만 드라이버 필요	Windows, Mac, Linux (드라이버 설치 필요)

💡 FTDI FT232RL은 안정성이 뛰어나고, CP2102는 가성비가 좋으며, CH340은 저렴한 모듈에서 많이 사용됨.

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✅ USB 포트만 있는 현대식 PC에서 시리얼 통신을 사용할 수 있도록 변환

현재 대부분의 PC에는 전통적인 RS-232 시리얼 포트가 없고, USB 포트만 제공됩니다.
따라서 USB-to-Serial 변환기를 사용하여 기존 시리얼 통신을 수행할 수 있도록 변환해야 합니다.

📌 USB-to-Serial 변환기의 연결 방식

[PC] USB ----> USB-to-Serial 변환기 ----> (TX, RX, GND) [마이크로컨트롤러]

💡 변환기를 사용하면 PC의 USB 포트를 통해 마이크로컨트롤러와 직접 시리얼 통신 가능!

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3. TTL-UART 변환기

✅ TTL-UART 변환기란?

TTL-UART 변환기는 UART 신호(3.3V 또는 5V)를 RS-232 또는 RS-485 신호로 변환하는 장치입니다.
이는 PC와 산업용 장비 간의 데이터 전송을 가능하게 합니다.

📌 TTL-UART 변환기의 역할

• UART(TTL) 신호(3.3V, 5V) ↔ RS-232/RS-485 신호 변환
• 마이크로컨트롤러와 RS-232/RS-485 기반 장치를 연결할 수 있도록 지원

✅ TTL-UART 변환기 종류

변환기	변환 방식	사용 사례
MAX232	UART(TTL) ↔ RS-232 변환	PC ↔ 임베디드 시스템 연결
MAX485	UART(TTL) ↔ RS-485 변환	산업 자동화 장비 연결

📌 TTL 신호(3.3V, 5V)는 장거리 전송에 적합하지 않으므로, RS-232 또는 RS-485로 변환이 필요할 수 있음.

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✅ UART(TTL 레벨) 신호를 RS-232/RS-485로 변환하는 장치

TTL-UART 변환기를 사용하면 마이크로컨트롤러(UART)와 RS-232 또는 RS-485 장비를 쉽게 연결 가능합니다.

📌 TTL ↔ RS-232 변환 (MAX232 사용)

[마이크로컨트롤러] (TX, RX, 3.3V/5V) ↔ (MAX232 변환기) ↔ (RS-232 장치)

📌 TTL ↔ RS-485 변환 (MAX485 사용)

[마이크로컨트롤러] (TX, RX, DE/RE) ↔ (MAX485 변환기) ↔ (RS-485 네트워크)

💡 RS-232/RS-485 기반 장비와 통신하려면 반드시 TTL-UART 변환기가 필요!

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📌 요약

✅ 시리얼 포트는 비트 단위로 데이터를 송수신하는 직렬 통신 인터페이스
✅ PC에는 기본적으로 시리얼 포트가 없으므로, USB-to-Serial 변환기가 필요
✅ USB-to-Serial 변환기(FTDI, CP2102, CH340)를 사용하면 PC에서 가상 COM 포트를 통해 시리얼 통신 가능
✅ TTL-UART 변환기는 UART 신호를 RS-232 또는 RS-485로 변환하여 산업용 장비와 연결 가능

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